全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 愿期摇 摇 圆园员源年 源月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
海洋浮游纤毛虫生长率研究进展 张武昌袁李海波袁丰美萍袁等 渊员愿怨苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市森林调控空气颗粒物功能研究进展 王晓磊袁王摇 成 渊员怨员园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
雪地生活跳虫研究进展 张摇 兵袁倪摇 珍袁常摇 亮袁等 渊员怨圆圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
黄河三角洲贝壳堤岛叶底珠叶片光合作用对 悦韵圆浓度及土壤水分的响应
张淑勇袁夏江宝袁张光灿袁等 渊员怨猿苑冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
米槠人促更新林与杉木人工林叶片及凋落物溶解性有机物的数量和光谱学特征
康根丽袁杨玉盛袁司友涛袁等 渊员怨源远冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
利用不同方法测定红松人工林叶面积指数的季节动态 王宝琦袁刘志理袁戚玉娇袁等 渊员怨缘远冤噎噎噎噎噎噎噎噎
环境变化对兴安落叶松氮磷化学计量特征的影响 平摇 川袁王传宽袁全先奎 渊员怨远缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土塬区不同土地利用方式下深层土壤水分变化特征 程立平袁刘文兆袁李摇 志 渊员怨苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
土壤水分胁迫对拉瑞尔小枝水分参数的影响 张香凝袁孙向阳袁王保平袁等 渊员怨愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
遮荫处理对臭柏幼苗光合特性的影响 赵摇 顺袁黄秋娴袁李玉灵袁等 渊员怨怨源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
漓江水陆交错带典型立地根系分布与土壤性质的关系 李青山袁王冬梅袁信忠保袁等 渊圆园园猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
梭梭幼苗的存活与地上地下生长的关系 田摇 媛袁塔西甫拉提窑特依拜袁李摇 彦袁等 渊圆园员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
模拟酸雨对西洋杜鹃生理生态特性的影响 陶巧静袁付摇 涛袁项锡娜袁等 渊圆园圆园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
岩溶洞穴微生物沉积碳酸钙要要要以贵州石将军洞为例 蒋建建袁刘子琦袁贺秋芳袁等 渊圆园圆愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
桂东北稻区第七代褐飞虱迁飞规律及虫源分析 齐会会袁张云慧袁蒋春先袁等 渊圆园猿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
鄱阳湖区灰鹤越冬种群数量与分布动态及其影响因素 单继红袁马建章袁李言阔袁等 渊圆园缘园冤噎噎噎噎噎噎噎噎
雪被斑块对川西亚高山两个森林群落冬季土壤氮转化的影响 殷摇 睿袁徐振锋袁吴福忠袁等 渊圆园远员冤噎噎噎噎噎
小秦岭森林群落数量分类尧排序及多样性垂直格局 陈摇 云袁王海亮袁韩军旺袁等 渊圆园远愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
圆园员圆年夏季挪威海和格陵兰海浮游植物群落结构的色素表征 王肖颖袁张摇 芳袁李娟英袁等 渊圆园苑远冤噎噎噎噎
云南花椒园中昆虫群落特征的海拔间差异分析 高摇 鑫袁张立敏袁张晓明袁等 渊圆园愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
人工湿地处理造纸废水后细菌群落结构变化 郭建国袁赵龙浩袁徐摇 丹袁等 渊圆园怨缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
极端干旱区尾闾湖生态需水估算要要要以东居延海为例 张摇 华袁张摇 兰袁赵传燕 渊圆员园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
秦岭重点保护植物丰富度空间格局与热点地区 张殷波袁郭柳琳袁王摇 伟袁等 渊圆员园怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
太阳辐射对黄河小浪底人工混交林净生态系统碳交换的影响 刘摇 佳袁同小娟袁张劲松袁等 渊圆员员愿冤噎噎噎噎噎
黄土丘陵区油松人工林生态系统碳密度及其分配 杨玉姣袁陈云明袁曹摇 扬 渊圆员圆愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
湘潭锰矿废弃地不同林龄栾树人工林碳储量变化趋势 田大伦袁李雄华袁罗赵慧袁等 渊圆员猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
湘南某矿区蔬菜中 孕遭尧悦凿污染状况及健康风险评估 吴燕明袁吕高明袁周摇 航袁等 渊圆员源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
北京市主要建筑保温材料生命周期与环境经济效益评价 朱连滨袁孔祥荣袁吴摇 宪 渊圆员缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
城市地表硬化对银杏生境及生理生态特征的影响 宋英石袁李摇 锋袁王效科袁等 渊圆员远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆苑远鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢圆怨鄢圆园员源鄄园源
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 冷杉红桦混交林雪要要要冷杉是松科的一属袁中国是冷杉属植物最多的国家袁约 圆圆 种 猿 个变种遥 冷杉常常在高纬度
地区至低纬度的亚高山至高山地带的阴坡尧半阴坡及谷地形成纯林袁或与性喜冷湿的云杉尧落叶松尧铁杉和某些松树
及阔叶树组成针叶混交林或针阔混交林遥 冷杉具有较强的耐阴性袁适应温凉和寒冷的气候袁土壤以山地棕壤尧暗棕
壤为主遥 川西尧滇北山区的冷杉林往往呈混交状态袁冷杉红桦混交林为其中重要的类型遥 雪被对冷杉林型冬季土壤
氮转化影响的研究对揭示高山森林对气候变化的响应及其适应机制提供重要的理论支持遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 8 期
2014年 4月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.8
Apr.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家林业公益性行业科研专项(201104009);湖南省教育厅项目(湘财教字[2010]70 号);长沙市科技局创新平台项目(K1003009鄄
61)
收稿日期:2013鄄08鄄02; 摇 摇 修订日期:2013鄄12鄄06
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: csufttdl@ 126.com
DOI: 10.5846 / stxb201308022009
田大伦,李雄华,罗赵慧,闫文德.湘潭锰矿废弃地不同林龄栾树人工林碳储量变化趋势.生态学报,2014,34(8):2137鄄2145.
Tian D L, Li X H, Luo Z H, Yan W D.Dynamics of carbon storage at different aged Koelreuteria paniclata tree in Xiangtan Mn mining wasteland.Acta
Ecologica Sinica,2014,34(8):2137鄄2145.
湘潭锰矿废弃地不同林龄栾树人工林碳储量变化趋势
田大伦1,2,3,*,李雄华1,2,罗赵慧1,2,闫文德1,2,3
(1. 中南林业科技大学, 长沙摇 410004; 2. 南方林业生态应用技术国家工程实验室, 长沙摇 410004;
3. 湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站, 会同摇 418307)
摘要:对湘潭锰矿区废弃地植被恢复区的 3年生、5年生和 9年生栾树林,进行了不同时间序列栾树林生物量和碳储量的时空
变化研究。 结果表明:随着林龄的增长,林木和各器官生物量增加,树干生物量所占比例逐渐增大,林下植被层生物量随林龄增
长而增加,且以草本植被为主;不同林龄栾树人工林乔木层碳含量在 0.51—0.53gC / g之间,并高于林下植被层碳含量;不同林龄
林地土壤层碳含量变化范围为 0.01—0.03gC / g,同一林龄不同深度土层碳含量没有显著差异,相同深度不同林龄土层碳含量存
在差异;3年生、5年生和 9年生栾树碳储量分别为:1.66、18.32 和 49.87 t / hm2,随林龄增长而增加,其中树干碳储量贡献率最
大,所占比例由 3年生的 27.71%增长到 9 年生的 43.43%;不同林龄栾树林生态系统总碳储量分别为 77.76、101.63 和 149.86
t / hm2,其中土壤层碳储量变化范围为 76.09—99.93 t / hm2,占总储量的 66. 68%—97.85%,死地被物层碳储量为 0. 01—0.04
t / hm2,占总储量 0郾 001%—0.02%,植被层碳储量为 1. 67—49.89 t / hm2,占总碳储量的 2. 15%—33.29%,植被层中乔木层为
1郾 66—49.87 t / hm2,占植被层碳储量的 99%以上。 各林龄栾树林生态系统碳储量空间分布序列为土壤层>植被层>死地被物层。
研究结果可为我国矿区植被恢复地的森林资源和碳汇管理提供科学依据。
关键词:栾树;人工林;林龄;生物量;碳储量;湘潭
Dynamics of carbon storage at different aged Koelreuteria paniclata tree in
Xiangtan Mn mining wasteland
TIAN Dalun1,2,3,*, Li Xionghua1,2, LUO Zhaohui1,2, YAN Wende1,2,3
1 Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004,China
2 National Engineering Lab for Applied Technology of Forestry & Ecology in South China,Changsha 410004,China
3 National Key Station for Field Scientific observation & Experiment, Huitong 418307, China
Abstract: Over the past decade, Koelreuteria paniclata was introduced in manganese mine wastelands in central southern
China as a suitable plant species in order to remove metals from the contaminated soils. In this study, we examined changes
in biomass and carbon storage in 3 K. paniclata plantations at 3鄄, 5鄄 and 9鄄year old stands in a Mn mining wasteland. We
measured biomass and carbon concentrations in various plant organs and soil depths and estimated total carbon storage in the
forests to gain an understanding of the dynamics of biomass and carbon in the plantation ecosystems since phytoremediation.
The result showed that: (1) The different tree organs biomass, total tree biomass increased with aged stands, and the
proportion of stem biomass in the total tree biomass increased with increasing of stand ages. The biomass in undertorey layer
increased with aging stands with dominant component of herbaceous vegetation; (2) The carbon content ranged from 0.51
gC / g to 0.53 gC / g, in overstorey layer and was higher than that in understorey layer. The carbon content in soil layer ranged
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from 0.01 gC / g to 0.03gC / g, and significant differences of carbon content were found at the same soil depth in different
aged stands; (3) The biomass carbon storage was 1. 66、18. 32 and 49. 87 t / hm2 in 3鄄,5鄄and 9鄄year old plantations,
respectively. The stem was a dominant component of the tree biomass carbon storage, which accounted for the larger part of
the total biomass carbon storage, from 27.71% at 3鄄year old stands to 43.43% at 9鄄year old stands; (4) The total carbon
storage was 77.76、101.63 and 149.86 t / hm2 in 3-,5-and 9-year old K. paniclata plantation ecosystems respectively. The
carbon storage in soils ranged from 76.09 t / hm2 to 99.93 t / hm2, which accounted for 66.68%—97.85% of the total carbon
in the ecosystems. The carbon storage in litter layer ranged from 0.01 to 0.04 t / hm2, which accounted for 0.001%—0.02%
of the total carbon storage in the plantation ecosystems. (5) The carbon storage in vegetation layer ranged from 1.67 to
49郾 89 t / hm2 in the aging stands, accounting for 2.15% to 33.29% of the total carbon storage in these forested ecosystems.
The carbon storage in different components of the aged K. paniclata plantation ecosystems was in order as soil layer >
vegetation layer > litter layer. Our results may provide scientific references for sustainable forest resources management and
carbon sink forest development in vegetation restoration of mining wastelands.
Key Words: Koelreuteria paniclata;plantation;stand age; biomass; carbon storage; Xiangtan
摇 摇 工业革命后,大气中 CO2浓度急剧上升,其浓度
以 1.9mL m-3 a-1的线性速率增加[1],温室效应日益
明显,这些变化直接影响人类生存环境、人类身体健
康以及全球的可持续发展。 森林中的绿色植物可通
过光合作用固定大气中的 CO2,因此,森林作为陆地
生态系统的主体,在调节全球碳平衡、维持全球气候
和维护区域生态环境方面具有不可替代的作用[2鄄3]。
森林生态系统碳储量是研究森林生态系统与大气之
间碳交换的基本参数[4鄄5],也是估算森林生态系统向
大气吸收和排放含碳气体的关键因子[6]。
近年来,国内外有关不同森林类型的生物量和
碳储量研究取得了重大进展[7鄄9],但大多限于某一林
龄下的生物量和碳储量的研究,对基于不同时间序
列上生物量和碳储量变化研究的不多[10鄄12],而对矿
区废弃地不同林龄人工林生物量和碳储量的研究就
更为少见。 由于矿区废弃地土壤结构性差,养分含
量低,重金属含量高,植被稀少,不仅导致大量土地
资源的浪费和闲置,也造成了严重的水土流失和土
壤碳储量的减少。 目前,我国矿区废弃地面积已达
40000 km2,而且正在以每年 330km2的速度增长[13],
这部分土地拥有较大的碳储存潜力和空间。 因此,
对矿区废弃地进行植被恢复,不仅可以改善矿区生
态环境,防止水土流失,而且对储存和固定大量的
碳,减缓碳排放,缓解温室效应具有重要意义。
栾树(Koelreuteria paniclata)为无患子科栾树属
落叶乔木,根系深长,萌蘖性强,具有较强的抗污染
和适应性等特点[14]。 因此,通过栾树对湖南湘潭锰
矿区废弃地进行植被恢复,并以该区 3、5、9 年生的
栾树林为研究对象,研究其生物量和碳储量功能,不
仅可以较大限度的缓解矿区土壤碳流失,增加矿区
人工林碳汇功能,而且可以揭示栾树在生长过程中
生物量和碳储量的积累特点和变化趋势,为我国森
林资源尤其是矿区植被恢复地森林资源的经营管理
和可持续发展提供科学依据,还可为应对未来气候
变化响应和我国碳汇管理及气候变化外交谈判提供
参考数据。
1摇 研究地概况
湘潭锰矿矿渣废弃地矿区位于湖南省湘潭市北
部约 14km 处, 年均气温 17. 4益; 年均降水量
1431郾 4mm。 区域内由矿石废弃物、矿渣和选矿后的
尾矿泥、城市生活生产垃圾等形成的一种特殊的退
化生态系统,主要是草本植物种类,如艾蒿(Artemisia
argyi)、灯心草( Juncus effusus)、五节芒(Miscanthus
floridulus)、一年蓬(Erigeron annuns)等。
分别于 2004 年、2008 年和 2010 年在矿区的矿
渣废弃地采用 2年生栾树(K. paniclata)(苗高约 1.3
m,地径约 1. 5 cm)实生苗,挖穴 ( 0. 5m 伊 0. 5m 伊
0郾 5m),客土 1.0kg,苗木根系蘸黄土浆进行人工造
林恢复,株行距为 1.0 m伊1.3 m,各林龄造林面积均
为 500亩,且造林后均请专业人员进行专门看护和日
常管理。 2011年 10月在造林地设置标准地测定林木
胸径和树高,并计算林分的平均胸径、平均树高、单株
生物量、林分生物量和林分生产力(表 1)。
8312 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 1摇 不同林龄栾树人工林林分特征
Table 1摇 Characteristics of different aged K. paniclata tree
林龄
Age
/ a
林分密度
Density
/ (株 / hm2)
平均胸径
Average
DBH / cm
平均树高
Average
height / m
单株生物量
Biomass of
individual plant / kg
林分生物量
Stand biomass
/ ( t / hm2)
林分生产力
Stand productivity
/ ( t hm-2 a-1)
3 2250 1.51(0.94) 1.73(1.02) 1.40(0.27) 3.16 1.05
5 2566 6.12(1.13) 5.81(0.51) 13.30(4.93) 34.12 6.22
9 3100 25.05(2.97) 8.38(0.65) 32.92(8.00) 102.06 13.34
摇 摇 括号内数据为标准误
2摇 生物量测定及样品采集
2.1摇 林分生物量测定及乔木样品采集
在各林龄研究区林分内,设置固定标准地 2 块,
样地面积均为 600 m2。 样地内林木按克拉夫特分级
法进行每木调查,求算林分平均测树因子。 然后依
据林木各生长级的玉至吁级和平均木的测树因子各
选择其标准木 1株,共 6株,在现场将标准木从树干
基部伐倒,用分层切割法,按 1m区分段,测定标准木
枝、叶、干(包括树皮)和根的鲜重,根系采取全挖法,
分层分级 (根头、大根 ( d > 0. 5cm)、粗根 (0. 2 < d <
0郾 5cm)、细根(d<0.2cm))测定鲜重。 然后按各器官
分别采取小样本 1.0kg,置于 80 益烘箱中烘至恒重,
求出各器官的干重[15]。
2.2摇 林分枯枝落叶层现存量测定
在各样地内随机设置 4 个 1m伊1m的小样方,样
方内凋落物按未分解、半分解和已分解 3 个层次采
用全收获法测定其鲜重,再抽取亚样本 1.0 kg 带回
实验室,置于 80 益烘箱中烘至恒重,最后用中药粉
碎机将其粉碎,供后续化学分析使用。
2.3摇 土壤样品采集
在植被恢复地和距样地 400m 外空旷对照地各
设置 4 个样地,每个样地按“品冶字形设置 3 个采样
点,每个采样点按 0—15、15—30、30—45cm 层次,分
别取土样 1kg,共采土样 144 个。 去除石砾与杂物,
风干后过 20目和 100 目筛,备用。 在取样地采取环
刀法,取各点各层土样,用于测定土壤容重。
3摇 样品测定
所有样品均采用重铬酸钾鄄水合加热法测定有
机碳含量[16],每个样品重复 3 次。 其中,因没有预
先通过 HCl去除土壤中的无机碳,因此本文中土壤
有机碳含量可能还包括了土壤无机碳含量。
4摇 数据处理
数据用 Excel2003 和 SPSS13.0 软件处理;显著
性分析采用 SPSS13.0软件包进行。
林木单株生物量由 12 株标准木的平均值求得;
林分生物量由林木单株生物量乘以林分株数求得;
林分生产力采用年平均生长量估算。
植物体碳储量(t / hm2)= 植物体生物量( t / hm2)
伊植物体含碳率(%),土壤有机碳储量( t / hm2) = 土
壤有机碳含量(g / kg)伊土壤容重(g / cm3) 伊土层深度
(cm) / 10。
5摇 结果与分析
5.1摇 生物量及其分配
51.1摇 乔木层生物量及其分配
林木生物量是通过光合作用固定太阳能的结
果,是不断积累有机质的过程。 由表 2 可知,3、5、9
年生栾树林生物量分别为 3. 16、34. 11 和 102. 06
t / hm2,且林分生物量随林龄的增加而增加 ( P <
0郾 05),9年生栾树林生物量是 5年生的 2.99倍,是 3
年生的 32郾 30倍。 3年生栾树林各器官生物量中,干
与枝间生物量差异不显著(P>0.05),但显著大于其
他器官(P<0.05);5 年生和 9 年生栾树林干生物量
均最大,且显著大于其他器官(P<0.05)。 各林龄生
物量均以地上部分占优势,且随着林龄增加,地上部
分生物量占总生物量的比重呈增加趋势,分别由 3
年生的 65郾 82%增加到 5年生的 76.72%再到 9 年生
的 82.93%。
不同林龄林分中,各器官生物量大小依次排序
为:3年生为干>枝>根头>大根>叶>粗根>皮>细根;
5年生和 9年生为为干>枝>根头>叶>皮>大根>粗根
>细根。
9312摇 8期 摇 摇 摇 田大伦摇 等:湘潭锰矿废弃地不同林龄栾树人工林碳储量变化趋势 摇
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表 2摇 不同林龄栾树林各器官生物量及分配比例
Table 2摇 Stand biomass and its distribution ratio indifferent aged K. paniclata tree organs
林龄
Age
/ a
干
Stem
枝
Branch
叶
Leaf
皮
Bark
细根
Fine
root
粗根
Coarse
root
大根
Large
root
根头
Stark
合计
Total
林分生物量
Stand biomass( t / hm2)
3 0.86a(0.30)
0.68ab
(0.13)
0.38b
(0.09)
0.16bc
(0.04)
0.12bc
(0.02)
0.19bc
(0.21)
0.38b
(0.07)
0.39b
(0.09)
3.16A
(0.60)
5 14.15a(2.12)
6.05b
(2.04)
3.02bc
(0.84)
2.95bc
(0.52)
0.16c
(0.06)
0.24c
(0.09)
1.90c
(0.29)
5.66b
(1.58)
34.11B
(5.66)
9 40.75a(10.85)
22.36b
(8.92)
7.94bc
(11.87)
7.18bc
(1.41)
0.44c
(0.22)
0.66c
(0.28)
5.29c
(1.52)
11.04bc
(2.68)
102.06C
(24.80)
分配比例 Ratio / % 3 27.23 21.64 11.87 4.98 3.95 5.92 12.06 12.35 100.00
5 41.48 17.72 8.85 8.64 0.46 0.70 5.56 16.58 100.00
9 33.93 21.91 14.06 7.04 0.43 0.65 5.18 10.81 100.00
摇 摇 括号内数据为标准误;同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05);同列相同大写字母表示差异不显著(P>0.05)
5.1.2摇 植被层和死地被物层生物量
由表 3可以看出,不同林龄栾树林生态系统中
植被层均以乔木层生物量占绝对优势,其生物量为
3.16—102. 06 t / hm2,占植被层总生物量 99. 10%以
上,而草本层和灌木层生物量仅占 0.01%—0.06%。
从表 3还可以看出,林下植被以草本植物为主,林分
5年生时,林地才开始出现灌木,虽然灌木层生物量
随林龄增加而增加,但其生物量以及在林分内所占
比重仍低于草本层;而且 5 年生林地才具有死地被
物层,死地被物层生物量随林龄增长而增加,生物量
由 5年生林地的 0. 02 t / hm2增长到 9 年生林地的
0郾 16 t / hm2,说明植被恢复 5a后,林地开始出现了养
分归还,且随着林龄的增长,归还量也在逐渐增加。
表 3摇 栾树人工林植被层和死地被物层生物量及分配
Table 3摇 Biomass and its distribution ratio in vegetation layer (t / hm2)
层次 Layer 3年生 three years 5年生 five years 9年生 nine years
乔木层 Arborous layer 3.16(99.37) 34.11 (99.93) 102.06 (99.96)
灌木层 Shrub layer — 0.004 (0.01) 0.01 (0.01)
草本层 Herb layer 0.02(0.63) 0.02 (0.06) 0.03 (0.03)
死地被物层 Litter layer 未分解 Un鄄decomposed — 0.003 0.02
半分解 Semi鄄decomposed — 0.008 0.06
已分解 Decomposed — 0.005 0.08
小计 Sum — 0.02 0.16
合计 Total 3.18 34.15 102.26
摇 摇 括号内数据为百分数
5.2摇 植被层和死地被物层碳素含量
3.2.1摇 乔木层碳含量
对 3年生、5年生和 9年生栾树不同器官碳含量
的测定结果(表 4)表明,3年生栾树各器官碳含量变
化范围为 0.50—0.54 gC / g,5 年生为 0.52—0.55 gC /
g,9 年生的为 0.48—0.56 gC / g。 3 年生和 5 年生栾
树碳含量以树干最高,9 年生以树枝最高,各林龄碳
含量高低排列顺序分别为:3 年生为干>大根>枝>粗
根>叶>细根>根头>皮,5年生为干>大根>叶>枝>细
根>根头>粗根>皮,9年生为枝>根头>大根>干>叶>
粗根>细根>皮,各林龄器官碳素含量虽存在差异,但
差异不显著(P>0.05)。 从各林龄碳素平均含量来
看,随着林龄的增长,林木碳含量有小幅增长,但差
异不显著(P>0.05)。
5.2.2摇 林下植被层和死地被物层碳含量
林下植被层碳素含量测定结果见表 5。 可以看
出,5年生灌木层碳素含量为 0.47 gC / g,略高于 9 年
生灌木层碳素含量;各林龄草本层碳素含量在
0郾 41—0.49 gC / g之间,5 年生草本层碳素含量低于
灌木层,而 9年生则相反;死地被物层碳素含量中,5
年生林地上未分解层碳素含量高于半分解和已分解
层,而 9年生林中,则是已分解层碳素含量略高于未
0412 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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分解层和半分解层。
表 4摇 不同林龄栾树各器官碳素含量
Table 4摇 Carbon contents of different organs in different aged K. paniclata trees (gC / g)
林龄
Age / a
干
Stem
枝
Branch
叶
Leaf
皮
Bark
细根
Fine root
粗根
Coarse root
大根
Large root
根头
Stark
平均
Average
3 0.54(0.01)
0.53
(0.02)
0.51
(0.02)
0.50
(0.01)
0.50
(0.02)
0.51
(0.01)
0.53
(0.01)
0.50
(0.02)
0.51
(0.02)
5 0.55(0.02)
0.53
(0.01)
0.53
(0.01)
0.52
(0.02)
0.53
(0.01)
0.52
(0.01)
0.54
(0.01)
0.53
(0.01)
0.53
(0.04)
9 0.54(0.02)
0.56
(0.01)
0.53
(0.01)
0.48
(0.02)
0.51
(0.02)
0.53
(0.01)
0.54
(0.01)
0.55
(0.01)
0.53
(0.05)
摇 摇 括号内数据为标准误
表 5摇 不同林龄栾树林下植被层和死地被物层碳含量
Table 5摇 Carbon content of underscore and litter layer in different aged K. paniclata trees (gC / g)
林龄
Age / a
灌木层
Shrub layer
草本层
Herb layer
死地被物层 Litter layer
未分解
Unrecompensed
半分解
Semi鄄decomposed
已分解
Decomposed
均值
Average
3 — 0.49(0.03) — — — 0.49(0.03)
5 0.47(0.01) 0.41(0.02) 0.49(0.02) 0.43(0.07) 0.23(0.07) 0.40(0.05)
9 0.46(0.05) 0.49(0.04) 0.53(0.03) 0.52(0.02) 0.57(0.03) 0.51(0.02)
摇 摇 括号内数据位标准误
5.3摇 土壤层碳含量
由表 6可以看出,未经植被恢复的对照地土壤
层有机碳含量在 9.83—10.62gC / kg 之间,在植被恢
复地中,不同林龄土壤层有机碳含量为 13. 36—
26郾 96gC / kg之间,高于对照地土壤层有机碳含量。
各林龄不同深度土壤碳含量差异不显著(P>0.05),
不同林龄相同深度土壤碳含量存在差异(P<0.05),
且不同林龄土壤碳平均含量随着林龄的增加而增
加,9 年生林地土壤碳含量显著高于对照地、3 年生
和 5年生林地(P<0.05)。
表 6摇 不同林龄土壤碳含量
Table 6摇 Soil carbon content in different aged stand forest (gC / kg)
林龄 Age / a 0—15cm 15—30cm 30—45cm 均值 Average
对照 10.62aA依1.10(1.31) 9.83aA依0.49(1.31) 10.37aA依0.89(1.31) 10.27A依0.24(1.31)
3 13.35bA依1.07(1.29) 11.74bA依4.56(1.30) 14.99bA依5.96(1.28) 13.36A依0.94(1.29)
5 14.08cA依1.63(1.26) 15.84cAB依3.72(1.24) 14.41cA依2.96(1.25) 14.78A依0.01(1.25)
9 24.56dB依4.66(0.81) 27.18dC依3.60(0.82) 29.14dB依3.40(0.83) 26.96B依1.33(0.82)
摇 摇 数值为平均值依标准误;括号内数据为土壤容重;同行相同小写字母表示差异不显著(P>0.05);同列不同大写字母表示差异显著(P<0.05)
5.4摇 栾树人工林生态系统碳储量及空间分布
5.4.1摇 栾树林各器官碳储量
林木各器官碳储量是各器官碳素含量和生物量
共同作用的结果,因此,各器官碳储量和生物量紧密
相关。 从表 7可以看出,3 年生、5 年生和 9 年生栾
树碳储量分别为 1.66、18.32 和 49.87 t / hm2,并随着
林龄的增长而增加(P<0.05)。 各林龄树干碳储量最
高且显著高于其他器官碳储量(P<0.05),树干碳储
量占整个乔木层碳储量的比例随着林龄的增长而增
加,由 3年生的 27.71%增加到 9 年生的 43.43%,这
是与树干生物量增加而紧密相关的。
方差分析结果表明,3年生栾树树干和树枝的碳
储量没有显著差异,但树干碳储量却高于其他器官,
各器官碳储量按高低依次排序为干>枝>根头>大根
>叶>粗根>皮>细根;5年生栾树枝、叶、皮、根头碳储
量差异不显著,但与细根、粗根、大根差异显著,各器
官碳储量依次排序为干>根头>枝>叶>皮>大根>粗
根>细根;9 年生栾树枝和根头碳储量差异不显著,
但与其他器官均存在差异显著,各器官碳储量依次
排序为干>枝>根头>皮>大根>叶>粗根>细根,可见,
1412摇 8期 摇 摇 摇 田大伦摇 等:湘潭锰矿废弃地不同林龄栾树人工林碳储量变化趋势 摇
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栾树碳储量主要集中在干中,其次为枝中。
表 7摇 不同林龄栾树各器官碳贮量
Table 7摇 Carbon storage in different organs of different aged K. paniclata trees (t / hm2)
林龄
Age / a
干
Stem 枝 Branch
叶
Leaf
皮
Bark
细根
Fine root
粗根
Coarse root
大根
Large root
根头
Stark
合计
Total
3 0.46a(0.16)
0.36ab
(0.10)
0.19b
(0.05)
0.08bc
(0.02)
0.06bc
(0.01)
0.10bc
(0.02)
0.20b
(0.04)
0.20b
(0.05)
1.66A
(0.35)
5 7.70a(1.29)
3.30b
(1.08)
1.58bc
(0.42)
1.40bc
(0.23)
0.08c
(0.03)
0.13c
(0.05)
1.03c
(0.16)
3.08b
(0.84)
18.32B
(3.11)
9 21.66a(5.51)
12.83b
(5.23)
2.45c
(0.93)
3.43c
(0.66)
0.24c
(0.12)
0.36c
(0.16)
2.84c
(0.80)
6.06bc
(1.47)
49.87C
(14.20)
摇 摇 括号内数据位标准误;同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05);同列相同大写字母表示差异不显著(P>0.05)
5.4.2摇 栾树林生态系统碳储量及空间分布
栾树人工林生态系统中碳库主要为 3 个部分:
植被层、死地被物层和土壤层。 3个林龄的栾树人工
林总碳储量分别为 77. 76、101. 63 t / hm2和 149. 86
t / hm2 (表 8),其中林地土壤层碳储量分别为 76.09
t / hm2 、 83. 29 t / hm2 和 99. 93 t / hm2,占总储量的
66郾 68%—97.85%,因而林地土壤层对总碳储量的贡
献最大,作为碳的重要存储库,在平衡大气中 CO2方
面起着重要的作用;植被层碳储量为 1. 67—49. 89
t / hm2,占总碳储量的 2.15%—33.29%,在植被层中
乔木层为 1. 66—49. 87 t / hm2,占植被层碳储量的
99%以上,可见乔木层是植被层主要碳库;死地被物
层碳 储 量 为 0. 01—0. 04 t / hm2, 占 总 储 量 的
0郾 001%—0.02%,死地被物层总碳储量虽少,在整个
生态系统碳储量中所占比重较低,但它是土壤有机
碳的重要来源,在土壤有机碳的积累过程和系统碳
循环中起着重要作用。 不同林龄栾树林生态系统碳
储量的分布格局为:土壤层>植被层>死地被物层
(图 1)。
表 8摇 不同林龄栾树林不同层次碳储量及空间分布
Table 8摇 Carbon storage and distribution in different layer of different aged K. paniclata trees (t / hm2)
林龄
Age
/ a
乔木层
Arborous
layer
灌木层
Shrub
layer
草本层
Herb
layer
死地被物层 Litter layer
未分解
Under鄄
composed
半分解
Semi鄄
decomposed
已分解
De鄄
composed
小计
Sum
土壤层 Soil layer / cm
0—15 15—30 30—45 小计Sum
合计 Total
3 1.66a(0.35) —
0.01b
(0.00) — — — —
25.84
(0.19)
22.36
(0.82)
27.89
(1.02)
76.09c
(1.61)
77.76A
(27.99)
5 18.32a(3.11)
0.002b
(0.00)
0.01b
(0.00)
0.002
(0.00)
0.003
(0.001)
0.001
(0.00)
0.01b
(0.00)
26.60
(0.29)
29.48
(0.66)
27.22
(0.53)
83.29c
(0.88)
101.63B
(7.86)
9 49.87a(13.44)
0.01b
(0.00)
0.01b
(0.00)
0.01
(0.00)
0.003
(0.00)
0.03
(0.00)
0.04b
(0.01)
30.57
(0.74)
33.34
(0.56)
36.02
(0.52)
99.93c
(2.18)
149.86C
(5.97)
摇 括号内数据为标准误;同行不同小写字母表示相同林龄不同层次碳贮量差异显著(P<0.05);同列相同大写字母表示不同林龄碳贮量差异不显著(P>0.05)
图 1摇 栾树林生态系统碳储量分配比例
Fig.1摇 Distribution ratio of carbon storage in different aged K.
paniclata tree
摇 摇 同一林龄栾树林下灌木层、草本层和死地被物
层碳储量间差异不显著(P>0.05),但土壤层、乔木层
和林下植被层碳储量间差异显著(P<0.05)。 不同林
龄生态系统总碳储量间存在差异显著(P<0.05) 且
总碳储量和各层次碳储量均随林龄增长而增加。
6摇 结论与讨论
3年生、5年生和 9年生栾树人工林生态系统乔
木层生物量分别为 3.16、34.11和 102.06 t / hm2,且随
林龄的增加而不断积累,9年生栾树林分生物量是 5
2412 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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年生的 2.99倍,是 3年生的 32.30 倍,占植被层总生
物量的 99%以上;林木树干生物量最高,占林木总生
物量的 27%—41%。 栾树人工林生物量的空间分布
为:乔木层>草本层>死地被物层>灌木层。
不同林龄栾树人工林乔木层平均碳含量在
0郾 51—0.53gC / g之间,在世界范围森林乔木层含碳
率范围内[17],与长沙市区马尾松碳含量 0. 51 gC /
g[18]相近;不同林龄栾树各器官碳含量变化范围为
0郾 48—0.56gC / g,与广西 8年生黑木相思人工林不同
器官波动范围 0.47—0.51 gC / g[19]较接近,但高于广
西 10 年生巨尾桉人工林不同器官碳含量(0.44—
0郾 48 gC / g) [20],说明地域和林木类型的变化可能对
林木各器官碳含量产生一定影响;不同林龄器官碳
素含量平均值在 0.48—0.56 gC / g 之间,与 8 年生楠
木人工林 0.48—0.49 gC / g[11]近似;不同林龄乔木层
各器官碳素含量均值均随着林龄的增长呈现出稍有
增加的趋势,却与不同林龄华北落叶松各器官碳素
变化部分相反[21]。 不同林龄灌木层碳素含量为
0郾 46—0郾 47 gC / g,草本层为 0.41—0.49gC / g,死地被
物层为 0.23—0.57 gC / g,栾树人工林林碳含量空间
上表现出乔木层>林下植被层,这可能是因为栾树树
冠较为开张,且随着林龄的增加,林分郁闭度也不断
增加,从而影响到林分内的光热和水分等生态条件
的空间分配,进而影响到林下灌木和草本植物的生
长以及枯枝落叶的分解,最终形成上述栾树林碳的
空间分配特征。
不同林龄土壤层有机碳平均含量为 13. 36—
26郾 96gC / kg之间,明显低于植被层和死地被物层。
同一林龄不同深度土壤碳含量差异不显著 ( P >
0郾 05);不同林龄相同深度土壤碳含量间存在差异
(P<0.05)。 田大伦等[22]对 11 年生杉木林土壤碳的
研究表明 0—45cm土壤碳含量随深度增加而表现出
先增加后减少的趋势,齐光等[23]对 10 年生兴安落
叶松人工林 0—40cm 土壤有机碳研究也有相同结
果,本研究仅 5 年生土壤有机碳含量随深度变化与
上述研究结果相一致。 各林龄不同深度土壤碳含量
变化的主要原因在于研究地为矿区废弃地,土壤中
矿渣和生活垃圾堆积较多,土壤碳含量随深度变化
趋势受人为因素干扰较大,所以不同深度土壤碳含
量并没有表现出一致的规律性。 各林龄土壤碳平均
含量表现为 9年生土壤碳平均含量与 3 年生和 5 年
生林土壤碳平均含量间存在差异,呈现出土壤碳平
均含量随林龄变化而逐渐增加。 Stevenson[24鄄25]认
为,土壤有机碳的积累在造林后前几年会逐渐增加,
然后增加的速度逐渐减慢,并最终达到平衡,本研究
结果的趋势与其基本相符。 因此,对矿区废弃地的
植被恢复,不仅可以改善矿区环境,有效地防止水土
流失,而且可以保存矿区土壤碳量。
因林龄和器官不同,栾树各器官碳储量也存在
差异,不同器官碳储量在 0. 06—21. 66 t / hm2之间。
不同林龄乔木层总碳储量变化范围为 1.66—49.87
t / hm2,低于热带、亚热带针叶林乔木层碳储量 63.70
t / hm2 [26]。 随着林龄的增长栾树林乔木层碳储量显
著增加(P<0.05),其中树干贡献率最大,占整个乔木
层碳储量比例由 3 年生的 27.71%增长到 9 年生的
43.43%。
土壤层碳储量变化范围为 76.09—99.93 t / hm2
之间,高于 10 年生巨尾桉人工林土壤平均碳储量
(69郾 38 t / hm2) [20],低于我国森林土壤平均碳储量
193.55 t / hm2 [27]。 土壤碳库是陆地生态系统碳库的
主体,在固定 CO2,减缓温室效应中发挥着重要
作用。
在湘潭锰矿区矿业废弃地植被恢复的栾树人工
林内,不同林龄的栾树林生态系统总碳储量分别为
77.76、101.63 和 149.86 t / hm2,均远低于我国森林生
态系统的平均碳储量 258.83 t / hm2 [27],但 9 年生的
栾树林总碳储量(149.86 t / hm2)却高于 10 年生巨尾
桉人工林生态系统总碳储量(123.11 t / hm2) [20]。
栾树具有耐贫瘠,适应性强等特点,在矿区合理
经营和发展栾树人工林,对丰富矿区造林树种,改良
矿区土壤,维护生态环境,增强人工林碳汇功能等具
有重要的科学和实践意义。 因此,建议栾树作为锰
矿区植被恢复的优选树种并加以推广。 由于人工林
土壤有机碳含量受诸多因素影响[28],除气候和土壤
性质外,还受树种本身的影响。 造林后土壤碳变化
与树龄有关[29],不同林龄(如幼龄林和成熟林)、林
地植被凋落物、断根含量和根际微生物分解能力以
及土壤微生物含量[30鄄31]等因素差异等都会影响土壤
有机碳含量。 鉴于本研究对象尚处于幼龄林阶段,
有关其生物量及碳汇功能变化趋势还需进行长期定
位研究。
3412摇 8期 摇 摇 摇 田大伦摇 等:湘潭锰矿废弃地不同林龄栾树人工林碳储量变化趋势 摇
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5412摇 8期 摇 摇 摇 田大伦摇 等:湘潭锰矿废弃地不同林龄栾树人工林碳储量变化趋势 摇
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
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