全 文 ：第 36 卷第 1 期
2016年 1月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.36,No.1
Jan.,2016
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家“十二五冶农村领域科技计划项目(2012BAD22B0105);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(CAFYBB2014QA033);
广西自然科学基金项目(2014GXNSFBA118100);中国林业科学研究院热带林业实验中心主任基金项目(RL2011鄄02)
收稿日期:2014鄄05鄄21; 摇 摇 网络出版日期:2015鄄07鄄27
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: liusr9311@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201405211041
明安刚,刘世荣,莫慧华,蔡道雄,农友,曾冀,李华,陶怡.南亚热带红锥、杉木纯林与混交林碳贮量比较.生态学报,2016,36(1):244鄄251.
Ming A G, Liu S R, Mo H H, Cai D X, Nong Y, Zeng J, Li H, Tao Y.Comparison of carbon storage in pure and mixed stands of Castanopsis hystrix and
Cunninghamia lanceolata in subtropical China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(1):244鄄251.
南亚热带红锥、杉木纯林与混交林碳贮量比较
明安刚1,2,3,刘世荣2,*,莫慧华1,3,蔡道雄1,3,农 摇 友1,3,曾 摇 冀1,3,李 摇 华1,3,
陶摇 怡1,3
1 中国林业科学研究院热带林业实验中心, 凭祥摇 532600
2 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所, 北京摇 100091
3 广西友谊关国家森林生态系统定位观测研究站, 凭祥摇 532600
摘要:造林再造林作为新增碳汇的一种有效途径,受到国际社会的广泛关注。 如何通过改变林分树种组成,优化造林模式提高
人工林生态系统碳贮量已成为国内外学者关注的重点。 通过样方调查和生物量实测相结合的方法,对南亚热带 26年生红锥纯
林(PCH)、杉木纯林(PCL)及红锥伊杉木混交林(MCC)生态系统各组分碳含量、碳贮量及其分配特征进行了比较研究。 结果表
明:杉木、红锥各器官平均碳含量分别为 492.1—545.7 g / kg和 486.7—524.1 g / kg。 相同树种不同器官以及不同树种的相同器官
间碳含量差异显著(P<0.05)。 红锥各器官碳含量的平均值(521.3 g / kg)高于杉木(504.7 g / kg)。 不同林分间地被物碳含量大
小顺序为 PCH>MCC>PCL;不同树种之间的土壤碳含量差异显著(P<0.05),0—100 cm土壤平均碳含量为 PCL>MCC>PCH。 生
态系统碳贮量大小顺序为 PCL(169.49 t / hm2)> MCC(141.18 t / hm2)> PCL(129.20 t / hm2),相同组分不同林分以及相同林分的
不同组分碳贮量均存在显著差异(P<0.05)。 造林模式对人工林碳贮量及其分配规律有显著影响,营建混交林有利于红锥生物
量和土壤碳的累积,而营建纯林有利于杉木人工林生物量碳的吸收,也有利于土壤碳的固定。 因而,混交林的固碳功能未必高
于纯林,在选择碳汇林的造林模式时,应以充分考虑不同树种的固碳特性。
关键词:南亚热带;红锥;杉木;纯林;混交林;碳贮量
Comparison of carbon storage in pure and mixed stands of Castanopsis hystrix
and Cunninghamia lanceolata in subtropical China
MING Angang1,2,3, LIU Shirong2,*, MO Huihua1,3, CAI Daoxiong1,3, NONG You1,3, ZENG Ji1,3, LI Hua1,3,
TAO Yi1,3
1 Experimental Center of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Pingxiang 532600, China
2 Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
3 Guangxi Youyiguan Forest Ecosystem Research Station, Pingxiang 532600, China
Abstract: The focus has been on afforestation and re鄄afforestation as new methods for improving carbon sequestration, by
optimizing the mode of afforestation and adjusting the forest tree species composition. Carbon content and storage of different
components, including tree, shrub, herb, litter, and soil layers and their allocations of a 26鄄year鄄old Castanopsis hystrix
(PCH), Cunninghamia lanceolata (PCL), and mixed C. hystrix 伊 C. lanceolata (MCC) stands in subtropical China were
studied using quadrat sampling combined with biomass measurements. The results showed that the average carbon content of
different organs in C. lanceolata and C. hystrix were 492.1—545.7 g / kg and 486.7—524.1 g / kg, respectively. Significant
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differences were found among different organs in the same tree species(P<0.05). The average carbon content of C. hystrix
(539.3 g / kg)was higher than C. lanceolata. Carbon content of the ground cover was PCH>MCC>PCL. Soil content in 0—
100 cm showed significant differences among the three stands, which was ranked as PCL>MCC>PCH(P< 0.05). The
carbon storage in the total ecosystem was ranked as PCL(169.49 t / hm2) > MCC(141.18 t / hm2) > PCH(129.20 t / hm2 .
Significant differences were found among different components in the same stand, and among different stands of the same
components (P<0.05). Afforestation significantly affected the carbon storage and allocation in plantations, and the mixed
stand benefited from increased carbon biomass and soil carbon for C. hystrix; while monoculture stand benefited from the
biomass and soil carbon for C. lanceolata Therefore, we should select the afforestation mode based on the carbon
acumination characteristics of tree species regarding carbon sequestration forests, because mixed stands do not always fix
more carbon compared with pure forests.
Key Words: Subtropical China; Castanopsis hystrix; Cunninghamia lanceolata; pure forest; mixed forest; carbon storage
工业革命以来,由于化石燃料的大量燃烧和土地利用方式的改变,大气中 CO2浓度不断升高[1],CO2的排
放、吸收和固定是全球气候变化研究的热点[2鄄4]。 目前,近 4伊109 hm2森林中储存了 860 Pg 碳,而且每年可以
从大气吸收 2.4 Pg碳,折合 8.8 PgCO2 [5鄄8]。 因而,作为陆地生态系统的主体,森林在储存 CO2,调节全球气候、
减缓全球气候变化方面具有不可替代的作用[9鄄10]。 当前,造林和再造林作为一种新增碳汇的主要途径,已受
到学术 界的高度重视[11鄄13]。 人工林在吸收和固定 CO2及减缓全球气候变暖等方面发挥着重要作用,并引起
人们的广泛关注。 为了更好的利用科学经营的方式减缓全球气候变化,需要对不同造林模式的人工林固碳能
力与潜力有深入的认识和科学的评估[14鄄15]。
最近 10年,诸多学者对不同树种、不同林龄及不同密度人工林的碳含量、碳贮量及其空间分布格局进行
了深入研究[16鄄26],发现人工林碳贮量随着林龄的增加而增加[18,22,26],林分密度对林分碳贮量的影响的研究得
出的结论有所不同,方晰等人得出湿地松人工林碳贮量随林龄的增加而增加[20],而张国庆等人对马尾松人工
林碳贮量的研究得出了相反的结论[21],认为马尾松人工林碳贮量随林龄的增加而减少。 这些研究为森林碳
汇功能的研究做出了积极贡献。 近些年也有学者对不同造林模式的人工林生物量和碳贮量进行了研究,发现
造林模式对人工林碳贮量有显著影响,纯林与混交林地上、地下碳贮量都有明显差异,但不同学者的研究得出
的结论并不一致[13,23],He和 Wang 等人的研究认为红锥伊马尾松混交林土壤碳贮量高于马尾松纯林的,也高
于红锥纯林[13,24],而何友均等人的研究发现西南桦纯林生态系统碳贮量高于西南桦伊红锥混交林[23],由此可
见,造林模式对人工林碳贮量的究竟会产生怎样的影响,仍有相当大的不确定性,有进一步研究的必要。
红锥(Castanopsis hystrix)和杉木(Cunninghamia lanceolata)都是我国南亚热带地区主要造林树种,也是适
合在该地区培养大径材的用材树种[23]。 其中,红锥是分布在南亚热带地区珍贵乡土阔叶树种,是替代大面积
针叶人工林较为理想的高价值乡土阔叶树种之一[27]。 目前,已有学者对不同林龄红锥人工林以及红锥与马
尾松混交林碳贮量进行了研究[24, 28],但对红锥纯林及其与杉木混交林碳贮量的比较研究了解甚少。 本文对
南亚热带中国林科院热林中心林区 26年生红锥、杉木纯林及其二者混交林生态系统碳贮量及其分配特征进
行了比较研究,旨在进一步阐明造林模式对人工林固碳能力与潜力的影响,为区域尺度上科学评估人工林生
态系统碳库及碳平衡提供基础数据和理论依据,为碳汇林的营建和人工林可持续经营提供科学的理论指导。
1摇 研究地区与研究方法
1.1摇 研究区概况
研究区位于广西凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心 (106毅39忆50义—106毅59忆30义 E,21毅57忆47义—
22毅19忆27义 N),属南亚热带季风气候区域内的西南部,与北热带北缘毗邻。 干湿季节明显(10月—翌年 3 月份
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为干季,4 月—9 月份为湿季),太阳总辐射 439. 61 kJ cm-2 a-1,年日照时数 1218—1620 h,年均温 19.5—
21.0 益,极端高温 40.3益,极端低温-1.5 益,逸10 益积温 6000—7600 益,年降水量 1400 mm,相对湿度 80%—
84%;地貌类型以低山丘陵为主,海拔 400—650 m,地带性土壤为花岗岩发育成的山地红壤,土层厚度在
100 cm以上。
哨平实验场于 1987年 4月营造了红锥纯林(PCH)、杉木纯林(PCL)和红锥伊 杉木混交林(MCC,以下简
称混交林),调查当年,3种林分的林龄均为 26a,且都是在马尾松(Pinus massoniana)人工林皆伐炼山后,经块
状整地营建的人工林。 造林当年和翌年各进行常规抚育 2 次,直至郁闭,目前未曾间伐。 各林分初植密度均
为 2000 株 / hm2,混交林为行间混交,混交比例为红锥颐杉木= 1颐1。 调查当年,红锥纯林枝叶茂盛,冠幅较大,林
分郁闭度高,但林分自然稀疏较多,保留密度较小。 但因林冠郁闭较大,林下植被稀少,灌草层盖度为 5%;其
次为混交林,盖度为 25%,杉木纯林随保留密度最大,但郁闭度最小,灌草植被盖度最大,达 55%。 林下植被
灌木主要有红锥、九节(Psychotria rubra)、大沙叶(Pavetta hongkongensis )、酸藤子(Embelia laeta)、玉叶金花
(Mussaenda pubuscens)、草本植物以扇叶铁线蕨(Adiantum flabellulatum)和半边旗(Pteris semipinnata)为主要
优势种。
2013年 9月,在 3种林分中,选取坡面均匀,人为干扰相对较少的区域,按坡位分别随机设置 4 个 20 m伊
20 m样地,共计 12个样地。 对每个样方内的树木进行每木检尺,调查胸径、树高等指标。 林分基本情况见
表 1。
表 1摇 3种人工林地概况
Table 1摇 Situation of three plantations
林分类型
Forest type
地理坐标
Location
(lat,long)
土壤类型
Soil type
坡度
Slope / (毅)
海拔
Elevation / m
小地形
Micro
relief
坡向
Slope
aspect
郁闭度
Canopy
density
密度
Density /
(株 / hm2)
胸径
DBH /
cm
树高
Tree
height / m
红锥纯林 PCH 22毅2忆58义N,106毅53忆40义E
山地
红壤 31.4依2.7 274依24 中坡山地 南坡 0.95 1716.7依194.2 11.6
+0.6 10.9依0.8
杉木纯林 PCL 22毅3忆41义N,106毅52忆08义E
山地
红壤 34.1依1.8 248依21 中坡山地 南坡 0.85 2341.7依450.2 14.3依1.2 17.2依1.5
混交林
MCC
红锥
C.hystrix
杉木
C.lanceolata
22毅3忆14义N,
106毅53忆58义E
山地
红壤 32.7依2.1 241依18 中坡山地 南坡 0.90 937.5依197.51045.8依220.8
12.1依1.4
13.0依2.7
12.6依1.8
14.3依1.8
摇 摇 PCH:红锥纯林 Castanopsis hystrix;PCL:杉木纯林 Cunninghamia lanceolata;MCC:混交林 mixed C. hystrix 伊 C. lanceolata
1.2摇 研究方法
1.2.1摇 林木调查及生物量的测定
根据样方每木检尺的结果,用 He 等人在该地区建立的红锥生物量方程估算红锥各器官生物量[24],用康
冰等人在该地区建立的杉木生物量方程估算样方内杉木各器官生物量[29]。
1.2.2摇 林下植被生物量和凋落物现存量的测定
在每个 20 m伊20 m样方中,按梅花形布点设置 5个 2 m伊2 m小样方和 5 个 1 m伊1 m 小样方,记录 2 m伊
2 m小样方内灌木和草本植物的种类,并采用“样方收获法冶分别测定灌木层和草本层地上和地下部分生物
量。 在 1 m伊1 m小样方内按未分解、半分解组分分别测定凋落物鲜重。 同时,取各组分样品带回实验室在 65
益烘干至恒重,计算干重。
1.2.3摇 植物和土壤样品的采集
在乔木每木检尺和林下地被物生物量调查的同时,分别采集红锥和杉木不同器官(干,皮,枝,叶和根),
灌木层、草本层和凋落物层样品 4份,经烘干、粉碎、过筛后以备碳含量的测定。
在每个 20 m伊20 m样方中,按梅花形布点挖取 5 个土壤剖面,按照 0—10 cm、10—30 cm、30—50 cm 和
50—100 cm将土壤分为 4个土层分别采集土壤样品 400 g左右,各剖面的同层土样取混合样。 将样品带回实
642 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 36卷摇
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验室自然风干后碾碎过筛,用于土壤含碳量的测定。 同时,用铝盒和 100cm3的环刀取样,以用于含水率和土
壤容重的测定。
1.2.4摇 碳含量测定和碳贮量计算
植物和土壤样品均采用重铬酸钾鄄水合加热法测定有机碳含量。
植物碳贮量=有机碳含量伊单位面积生物量
土壤碳贮量=土壤有机碳含量伊土壤容重伊土壤厚度
1.3摇 数据处理
采用 SPSS 13.0软件对数据进行统计分析,方差分析和差异显著性检验(琢= 0.05)。 采用 Excel2007和 PS
软件作图。
2摇 结果与分析
2.1摇 不同人工林生态系统各组分碳含量
2.1.1摇 乔木层碳含量摇
26 年生红锥和杉木各器官碳含量分别在 492.1—545.7 g / kg和 486.7—524.1 g / kg之间(表 2)。 方差分析
表明:相同树种不同器官之间碳含量有所不同,除红锥的干和叶以及杉木的皮和叶之间差异不显著外,其它各
器官间均存在显著差异(P<0.05)。 不同树种各器官碳含量高低顺序也不尽相同,红锥不同器官碳含量的排
列顺序为:树皮>树干>树叶>树枝>树根;杉木为:树皮>树叶>树干>树枝>树根。 不同树种的相同器官碳含量
也存在显著差异(树叶除外)(P <0.05),从整体上看,26年生红锥各器官碳含量的平均值高于杉木。
表 2摇 不同树种各器官碳含量 / (g / kg, Mean+SD)
Table 2摇 Carbon content of different organs in different tree species
树种 Tree species 干 Stem 皮 Bark 枝 Branch 叶 Leaf 根 Root 平均 Average
红锥 C.hystrix 531.4依14.2Ba 545.7依 21.4Aa 512.8依20.4Ca 524.7依15.6 Ba 492.1依16.7Da 521.3依17.7a
杉木 C.lanceolata 502.4依23.4Bb 524.1依13.6Ab 491.6依17.4Cb 518.5依25.3Aa 486.7依19.7Db 504.7依 19.3b
摇 摇 同行中不同大写字母表示相同树种不同器官间差异显著,同列中不同小写字母表示相同器官不同树种间差异显著(P <0.05)
2.1.2摇 林下地被物碳含量
对不同林分地被层的不同组分碳含量的测定结果显示,不同林分相同组分碳含量有所差异,表现为红锥
纯林>混交林>杉木纯林,方差分析结果表明:不同林分间灌木层,草本层地上部分和凋落物的未分解部分碳
含量差异达显著水平(P <0.05);3种人工林林下地被物各层次平均碳含量以凋落物层最高,灌木层居次,草
本层最低;灌木层和草本层地上部分碳含量均高于地下部分,未分解的凋落物碳含量高于半分解的碳含量。
2.1.3摇 土壤层碳含量
从表 3可知,3种林分的土壤碳含量均以表土层(0—10 cm)最高,在 9.18—12.19 g / kg之间。 随着土层深
度的增加,土壤碳含量显著降低(P<0.05);林分间土壤碳含量在不同土层深度大小顺序有所不同,0—10 cm
和 10—30 cm土层中,杉木纯林和混交林碳含量均显著高于红锥纯林,而 30—50 cm 和 50—100 cm 土层中,
碳含量大小顺序为杉木纯林>红锥纯林 >混交林,但仅有杉木纯林和混交林间碳含量存在显著差异(P <
0.05)。
而相同深度的土层中,不同林分之间的土壤碳含量不同,0—100 cm 土壤平均碳含量均以杉木纯林最高,
混交林居次,红锥纯林土壤碳含量最低,红锥纯林与杉木纯林间土壤平均碳含量差异显著(P <0.05),杉木纯
林 0—100 cm土壤平均含碳量比红锥纯林高出 31.3%,红锥伊杉木混交林土壤平均碳含量与杉木纯林和红锥
纯林均无显著差异(P > 0.05)。
2.2摇 不同人工林生态系统各组分碳贮量及其分配
2.2.1摇 乔木层碳贮量及其分配
摇 摇 乔木层生物量和碳贮量均以杉木纯林最大,混交林居次,红锥纯林最小(表 4)。 从表 4 可以看出,红锥伊
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杉木混交林的生物量和碳贮量分别是杉木纯林的 87.68%和 89.84%,却是红锥纯林的 1.09 和 1.08。 倍。 可
见,对红锥而言,与杉木营建混交林更有利于乔木生物量的生长和碳素的累积; 而对杉木而言,营建纯林更有
利于林分生物量生长和碳贮量的增加。
表 3摇 林下植被、凋落物及土壤碳含量 / (g / kg)
Table 3摇 Carbon content of understory vegetation, litter and soil component
层次 Layers 组分 Components 红锥纯林 PCH 杉木纯林 PCL 混交林 MCC
灌木层 Shrub layer 地上部分 519.24依13.66a 497.74依15.12c 506.21依9.44b
地下部分 488.27依12.17a 458.19依10.37c 468.84依8.18b
平均 503.76依10.43a 477.97依22.20c 487.53依19.81b
草本层 Herb layer 地上部分 458.28依7.74a 437.88依11.42b 441.72依8.43b
地下部分 425.17依8.13a 398.78依9.38b 392.75依7.58b
平均 441.73依10.32a 418.33依5.79b 417.24依10.47b
凋落物 Litter layer 未分解 532.18依17.98a 501.39依3.74c 517.13依10.43b
半分解 474.23依21.35a 389.43依12.28c 437.64依6.78b
平均 503.21依17.43a 445.41依19.77c 477.39依12.63b
土壤层 Soil layer 0—10cm 9.18依2.54b 11.06依3.17a 12.19依3.22a
10—30cm 4.79依1.47b 8.44依2.01a 7.66依2.18a
30—50cm 4.86依1.44ab 5.80依2.24a 4.34依1.19bc
50—100cm 3.91依1.31ab 4.55依1.16a 3.31依0.74bc
土壤平均 5.68依2.37bc 7.46依2.90a 6.87依4.00ab
摇 摇 PCH:红锥纯林 Castanopsis hystrix;PCL:杉木纯林 Cunninghamia lanceolata;MCC:混交林 mixed C. hystrix 伊 C. lanceolata下同;同一行不同字
母表示不同林分间碳含量差异显著(P <0.05)
从图 1 可以看出,不同林分各器官生物量和碳贮量在乔木层的分配均以树干最高(59.9%—63.1%和
60.1%—64.3%),树干生物量和碳贮量在 3 种林分中的分配顺序为:红锥纯林(63.1, 64.3) > 混交林(61.8,
62.5)>杉木纯林(59.9, 60.1);总体上看,不同林分各器官在乔木层碳贮量的分配顺序不同,杉木纯林为:树干
>树根>树枝>树皮>树叶;红锥纯林和混交林为:树干>树根>树皮>树枝>树叶,红锥和杉木营造混交林减少了
枝条在乔木层中的碳分配,增加了树皮的碳分配,但差异不显著(P>0.05)。
图 1摇 不同林分乔木层生物量和碳贮量分配
Fig.1摇 Biomass,carbon storage and the allocation of tree layer in different stands
不同小写字母表示不同林分相同组分生物量,碳贮量差异显著;PCH:红锥纯林 Castanopsis hystrix;PCL:杉木纯林 Cunninghamia lanceolata;
MCC:混交林 mixed C. hystrix 伊 C. lanceolata
2.2.2摇 林下地被物碳贮量及其分配
林下地被物碳贮量包括灌木层、草本层和凋落物层 3 个层次,从表 5 可知,3 种林分地被物碳贮量均较
842 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 36卷摇
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小,在 1.48 — 8.56 t / hm2之间。 不同林分间相同组分碳贮量存在显著差异(P<0.05),灌木层,草本层和凋落
物层碳贮量大小顺序均为:杉木纯林>混交林>红锥纯林。
相同林分不同组分碳贮量分配顺序也有所差异,3种林分不同层次碳贮量分配顺序均为:灌木层>凋落物
层>草本层。 在灌木层和草本层中,地上部分碳贮量均大于地下部分;凋落物层中,未分解的凋落物碳贮量显
著高于半分解的,约为半分解凋落物碳贮量的 2.5—3.1倍。
2.2.3摇 土壤碳贮量及其分配
各林分相同土层厚度的土壤平均碳贮量随土层深度增加而降低,变化趋势与土壤碳含量随土层深度的变
化一致,土壤碳贮量主要集中在 0—30 cm的表土层,红锥纯林,杉木纯林和混交林 0—30 cm土碳贮量分别占
0—100 cm土壤碳贮量的 36.6%,43.9%和 49.1%(表 4)。
从表 4可以看出,不同林分间土壤碳贮量差异显著,0—100 cm土壤碳贮量以杉木纯林最高,混交林林居
次,红锥纯林最低。 多重比较结果显示各林分见土壤碳贮量差异均达显著水平(P < 0.05)。
2.3摇 人工林生态系统碳贮量及其分配
红锥纯林,杉木纯林和混交林生态系统碳贮量总量分别是 129.20,169.49 和 141.18 t / hm2,混交林碳贮量
显著高于红锥纯林,低于杉木纯林,且差异显著(P<0.05)。 混交林碳贮量总量高于红锥纯林 9.3%,却低于杉
木纯林 20.1%。 红锥纯林,杉木纯林和混交林生态系统植被碳贮量总量分别为 53.83, 71.62 和 61.34 t / hm2,
杉木纯林具有最高植被碳贮量,显著高于红锥纯林,也显著高于混交林(表 4)。
表 4摇 3种人工林生态系统生物量、碳贮量及其分布
Table 4摇 biomass, carbon storage and spatial allocation in the three plantation ecosystems
层次
Layer
组分
Component
红锥纯林 PCH
生物量
Biomass /
( t / hm2)
碳贮量
Carbon storage /
( t / hm2)
杉木纯林 PCL
生物量
Biomass /
( t / hm2)
碳贮量
Carbon storage /
( t / hm2)
混交林 MCC
生物量
Biomass /
( t / hm2)
碳贮量
Carbon storage /
( t / hm2)
乔木层 Tree layer 地上部分 76.43 40.61 103.01 51.97 86.91 45.20
地下部分 23.84 11.74 22.79 11.09 23.36 11.45
小计 100.3 52.35 125.8 63.06 110.3 56.65
灌木层 Shrub layer 地上部分 1.24 0.64 8.44 4.20 5.02 2.54
地下部分 0.18 0.09 2.31 1.06 0.73 0.34
小计 1.42 0.73 10.75 5.26 5.75 2.88
草本层 Herb layer 地上部分 0.11 0.05 1.44 0.63 0.27 0.12
地下部分 0.08 0.03 0.96 0.38 0.19 0.08
小计 0.19 0.08 2.40 1.01 0.46 0.19
凋落物 Litter layer 未分解 0.92 0.49 3.45 1.73 2.23 1.15
半分解 0.37 0.18 1.42 0.55 1.04 0.46
小计 1.29 0.67 4.87 2.28 3.28 1.61
土壤层 Soil layer 0—10 cm 12.50 16.26 14.66
10—30 cm 15.09 26.74 24.56
30—50 cm 15.53 18.45 14.27
50—100 cm 32.25 36.42 26.36
小计 75.37 97.88 79.84
总计 103.17 129.20 143.81 169.49 119.75 141.18
由表 4可以看出,乔木层和土壤层为各林分主要碳库,二者占各人工林生态系统碳贮量的 94.9%—98.8%
以上,而灌木层、草本层和凋落物层的碳贮量总和仅占 1.2%—5.1%。 各层次碳贮量在生态系统中的分配顺
序均为土壤层(56.5%—58.3%)>乔木层 (37.2%—40.5%)> 凋落物层(1.1%—5.0%)>灌木层(0.6%—3.1%)
>草本层(0.1%—0.6%)。 不同林分相同组分碳贮量在生态系统分配有所差异,乔木层碳贮量在生态系统碳
分配的大小顺序为红锥纯林(40.5%)>混交林(40.1%)> 杉木纯林(37.2%),土壤碳贮量的分配顺序为红锥纯
林(58.3%)> 杉木纯林(57.7%)> 混交林(56.5%)。
942摇 1期 摇 摇 摇 明安刚摇 等:南亚热带红锥、杉木纯林与混交林碳贮量比较 摇
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3摇 结论与讨论
26年生红锥和杉木各器官碳含量的平均值分别为 521.3 g / kg 和 504.7 g / kg,高于广西 26 年生楠木
(493.1 g / kg)以及 28年生秃杉(491.9 g / kg) [30鄄31],也高于国际通用的树木平均碳含量(0.5 g / kg)及热带 32个
树种的平均碳含量(444.0—494.5 g / kg) [32]。 可见,即使在同一地区,树木各器官碳含量大小因树种不同而存
在差异。 另外,相同树种的不同器官碳含量差异显著(P<0.05),不同树种之间,各器官碳含量的排列顺序也
不尽相同。 可见树种是影响乔木器官含碳量的重要因素之一,这可能与树种本身的生理特性相关。
相比之下,红锥碳含量平均值显著高于杉木,本研究发现,杉木纯林乔木层生物量高出红锥纯林 25.4%,
但碳贮量仅高出红锥纯林 20.5%,这是因为杉木虽然具有较高的生物量,但红锥因具有较高的碳含量,从而减
小了与杉木纯林之间碳贮量的差异。
不同林分间,灌木层、草本层和凋落物层碳含量的大小顺序为红锥纯林>混交林>杉木纯林,这与不同林
分间灌草植被及凋落物的组成密切相关,红锥纯林中灌草植被较少,林下植被主要以天然更新的红锥幼苗为
主,凋落物以红锥落叶为主要成分,而红锥叶的碳含量较高(524.7 g / kg),因而红锥纯林林下植被和凋落物的
碳含量高于杉木纯林和混交林。
不同林分间的土壤碳含量大小顺序为杉木纯林>混交林>红锥纯林。 这与 3 种林分间地被物碳含量大小
顺序恰好相反,但与地被层生物量大小顺序一致。 杉木纯林的凋落叶虽然分解较慢,不易将碳素分解进入土
壤,但其林下较多的灌草植被及地下凋落物均可较快地增加土壤碳输入。 混交林和红锥纯林因郁闭度较大,
林下植被生长受限,且没有足够的凋落物覆盖,因而缺乏土壤碳源,造成土壤碳含量低于杉木纯林。 这一结果
表明决定土壤有机碳含量的关键因素很可能是林下植被生物量和地下凋落物(主要是死根)的大小,而非地
被层碳含量的高低。
本研究表明,不同林分生态系统碳贮量差异显著(P<0.05),杉木纯林在 3 种林分中具有最高的碳贮量,
高于混交林碳贮量总量的 31.2%。 原因有三:一是杉木在前 20年生长较快,杉木纯林乔木层生物量的快速生
长,迅速增加了植被层生物量碳的累积;二是杉木纯林丰富的灌草植被不仅增加了地被层碳贮量,而且由于凋
落物输入的增加,进而增加了土壤碳的累积;三是较轻的自然稀疏强度为乔木层维持了较高的保留密度(表
1),也是乔木层碳贮量高于混交林和红锥纯林的重要原因。 然而,混交林由于林分树种组成的改变,引起乔
木层生物量生长的变化,2个主要乔木树种的平均生物量较杉木纯林小,从而导致混交林乔木层生物量碳低
于杉木纯林。 这一结论与诸多前人研究所得出的混交林的碳贮量大于纯林的结论并不一致[14, 23鄄24],影响乔
木层生物量生长和碳贮量累积的因素较多,不仅与造林模式有关,还取决于纯林树种的选择和混交林树种的
配置方式。
3种人工林中,以红锥纯林碳贮量最小,为 135.2 t / hm2, 仅相当于杉木纯林和混交林碳贮量的 76.2%和
91.5%,主要原因有二,一是相对于杉木纯林和混交林,红锥土壤有机碳含量最低,而土壤有机碳含量较小的
差异就会引起土壤碳贮量较大的不同,红锥纯林较低的土壤有机碳含量直接导致了红锥纯林较低的土壤碳贮
量。 其二,红锥纯林自然稀疏严重,保留乔木密度较小,再加上林冠郁闭度高,林下植被和凋落物少,共同导致
了其生物量碳的累积。
本研究的结果表明,就红锥和杉木两个树种而言,营造纯林有利于杉木人工林生态系统碳的累积,而不利
于红锥生物量的累积, 而营造红锥和杉木的混交林有利于红锥生物量碳和土壤碳的累积,而不利于杉木对碳
素的吸收和固定。 从表 1也可以看出,混交林中,红锥胸径及树高生长量均高于红锥纯林中红锥的胸径和树
高的生长量,杉木恰好相反,由此可见,造林模式对人工林生物量碳和土壤碳的累积均有影响。 就造林后的前
26年而言,营林中若选取红锥营建碳汇林,选择混交模式更有利于林分碳的累积;而对杉木而言,营建纯林对
碳的吸存更有利。 至于 26年以后,杉木生长量是否会慢慢进入衰退期,而红锥的生长量在一定时期后会超越
杉木,从而导致后期各林分碳贮量大小顺序开始发生变化,需要进一步观测和研究。 但从目前研究的结果来
052 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 36卷摇
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看,至少有一点需要引起人们的关注,无论林分碳贮量发生怎样的变化,营林中对碳汇林造林模式的选择,不
仅需要考虑树种固碳特性,还应选择科学的树种搭配。
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