全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员园期摇 摇 圆园员源年 缘月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
景观可持续性与景观可持续性科学 赵文武袁房学宁 渊圆源缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
生态系统服务付费的诊断框架及案例剖析 朱文博袁王摇 阳袁李双成 渊圆源远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
湿地植物根表铁膜研究进展 刘春英袁陈春丽袁弓晓峰袁等 渊圆源苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
水生生态环境中捕食信息素的生态学效应 覃光球袁卢豪良袁唐振柱袁等 渊圆源愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
脊椎动物传播植物肉质果中的次生物质及其生态作用 潘摇 扬袁罗摇 芳袁鲁长虎 渊圆源怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
中亚热带天然林土壤 悦匀源吸收速率对模拟 晕沉降的响应 陈朝琪袁杨智杰袁刘小飞袁等 渊圆源怨愿冤噎噎噎噎噎噎
塔里木盆地南缘旱生芦苇生态特征与水盐因子关系 贡摇 璐袁朱美玲袁塔西甫拉提窑特依拜袁等 渊圆缘园怨冤噎噎噎
黄刺玫叶片光合生理参数的土壤水分阈值响应及其生产力分级 张淑勇袁夏江宝袁张光灿袁等 渊圆缘员怨冤噎噎噎噎
亚热带杉木和米老排人工林土壤呼吸对凋落物去除和交换的响应 余再鹏袁万晓华袁胡振宏袁等 渊圆缘圆怨冤噎噎噎
施钾提高蚜害诱导的小麦茉莉酸含量和叶片相关防御酶活性 王摇 祎袁张月玲袁苏建伟袁等 渊圆缘猿怨冤噎噎噎噎噎
高浓度 韵猿及太阳辐射减弱对冬小麦 孕杂域光合活性及光能耗散的影响
孙摇 健袁郑有飞袁吴荣军袁等 渊圆缘源愿冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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蜡样芽孢杆菌 月猿鄄苑在大田小麦根部的定殖动态及其对小麦纹枯病的防治效果
黄秋斌袁张摇 颖袁刘凤英袁等 渊圆缘缘怨冤
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有限供水下冬小麦全程耗水特征定量研究 张兴娟袁薛绪掌袁郭文忠袁等 渊圆缘远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
抗真菌转基因水稻生态适合度评价 李摇 伟袁郭建夫袁袁红旭袁等 渊圆缘愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
花生叶片蛋白组对 哉灾鄄月辐射增强的响应 杜照奎袁李钧敏袁钟章成袁等 渊圆缘愿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
南海南部悬浮颗粒物脂肪酸组成 刘华雪袁柯常亮袁李纯厚袁等 渊圆缘怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
年龄尧集群尧生境及天气对鄱阳湖白鹤越冬期日间行为模式的影响 袁芳凯袁李言阔袁李凤山袁等 渊圆远园愿冤噎噎噎
咱树暂麻雀羽再生的能量预算和水代谢散热调节 杨志宏袁吴庆明袁杨摇 渺袁等 渊圆远员苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
低剂量杀虫剂对星豹蛛捕食效应的影响及其机理 李摇 锐袁李摇 娜袁刘摇 佳袁等 渊圆远圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
空心莲子草叶甲对越冬保护的响应与控害效能 刘雨芳袁王秀秀袁李摇 菲袁等 渊圆远猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
气候变化对鄱阳湖白鹤越冬种群数量变化的影响 李言阔袁钱法文袁单继红袁等 渊圆远源缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同退耕年限下菜子湖湿地土壤磷素组分特征变化 刘文静袁张平究袁董国政袁等 渊圆远缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
查干湖湿地浮游植物与环境因子关系的多元分析 李然然袁章光新袁张摇 蕾 渊圆远远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
闽江河口区淡水和半咸水潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌多样性 曾志华袁杨民和袁佘晨兴袁等 渊圆远苑源冤噎噎噎噎噎
环境及遗传背景对延河流域植物叶片和细根功能性状变异的影响 郑摇 颖袁温仲明袁宋摇 光袁等 渊圆远愿圆冤噎噎噎
衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复阶段土壤特性的演变 杨摇 宁袁邹冬生袁杨满元袁等 渊圆远怨猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
海平面上升影响下广西钦州湾红树林脆弱性评价 李莎莎袁孟宪伟袁葛振鸣袁等 渊圆苑园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国南方 猿种主要人工林生物量和生产力的动态变化 杜摇 虎袁曾馥平袁王克林袁等 渊圆苑员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
杉木人工林土壤真菌遗传多样性 何苑皞袁周国英袁王圣洁袁等 渊圆苑圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
科尔沁固定沙地植被特征对降雨变化的响应 张腊梅袁刘新平袁赵学勇袁等 渊圆苑猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土丘陵区退耕还林地刺槐人工林碳储量及分配规律 申家朋袁张文辉 渊圆苑源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
南亚热带森林演替过程中小气候的改变及对气候变化的响应 刘效东袁周国逸袁陈修治袁等 渊圆苑缘缘冤噎噎噎噎噎
黄淮海平原典型站点冬小麦生育阶段的干旱特征及气候趋势的影响 徐建文袁居摇 辉袁刘摇 勤袁等 渊圆苑远缘冤噎噎
资源与产业生态
基于 郧陨杂的山西省矿产资源规划环境影响评价 刘摇 伟袁杜培军袁李永峰 渊圆苑苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于效益分摊的水电水足迹计算方法要要要以密云水库为例 赵丹丹袁刘俊国袁赵摇 旭 渊圆苑愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
全球土地计划第二次开放科学大会渊郧蕴孕 圆灶凿 韵责藻灶 杂糟蚤藻灶糟藻 酝藻藻贼蚤灶早冤会议述评 段宝玲袁卜玉山 渊圆苑怨远冤噎噎噎
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猿源愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员源鄄园缘
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 鄱阳湖越冬的白鹤群要要要白鹤为国家一级保护动物袁世界上白鹤东部种群的迁徙路线是从俄罗斯西伯利亚的雅库
特袁向南迁飞 缘员园园噪皂到中国长江下游的鄱阳湖越冬袁其中途经俄罗斯的雅纳河尧印迪吉尔卡河和科雷马河流域袁进
入中国后主要停歇地有扎龙尧林甸尧莫莫格以及双台河口尧滦河口尧黄河三角洲和升金湖等地遥 多年的监测表明袁世
界 怨园豫以上的白鹤种群都在鄱阳湖越冬遥 越冬初期和末期是白鹤补充能量的关键阶段袁因此袁研究鄱阳湖国家级自
然保护区越冬白鹤种群数量和当地气候变化的相关性具有重要意义遥
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 10 期
2014年 5月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.10
May,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:中国科学院战略先导科技专项资助(XDA05060300)
收稿日期:2013鄄08鄄17; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄02鄄20
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: zwhckh@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201308172097
申家朋, 张文辉.黄土丘陵区退耕还林地刺槐人工林碳储量及分配规律.生态学报,2014,34(10):2746鄄2754.
Shen J P, Zhang W H.Characteristics of carbon storage and sequestration of Robinia pseudoacacia forest land converted by farmland in the Hilly Loess
Plateau Region.Acta Ecologica Sinica,2014,34(10):2746鄄2754.
黄土丘陵区退耕还林地刺槐人工林碳储量及分配规律
申家朋, 张文辉*
(西北农林科技大学西部环境与生态教育部重点实验室,杨凌摇 712100)
摘要:采用样地调查与生物量实测方法,研究了甘肃黄土丘陵区不同坡向(阳坡、阴坡)和退耕年限(退耕 5a、8a 和 11a)刺槐人
工林乔木不同器官、灌草层、枯落物层和土壤层的碳含量,以及刺槐人工林乔木层、灌草层、枯落物层和土壤层碳储量及其分配
特征。 结果表明:刺槐不同器官碳含量均值变化范围为 43.02%—50.89%%,从高到低排列顺序为树干>细枝>中枝>粗枝>叶>
根桩>大根>粗根>小根>中根>树皮>细根;灌木层碳含量为 35.76%—42.74%;草本层碳含量为 35.83%—43.64%;枯落物层碳含
量为 39.55%—41.77%;土壤层(0—100 cm)碳含量均值变化范围 0.22%—0.99%,随退耕年限增加而增大,土壤深度的增加而逐
渐下降。 刺槐人工林生态系统碳库空间分布序列为土壤层(0—100 cm)>植被层>枯落物层。 阳坡和阴坡退耕 5a、8a、11a 刺槐
林生态系统碳储量分别为 52.52、58.93 、73.72 t / hm2和 49.95、61.83、79.03 t / hm2。 退耕年限和坡向是影响刺槐人工林碳储量增
加的主要因素。 刺槐人工林具有良好的固碳效益,是黄土丘陵区的理想树种。
关键词:黄土丘陵区; 退耕还林; 刺槐人工林; 碳储量; 碳分配
Characteristics of carbon storage and sequestration of Robinia pseudoacacia forest
land converted by farmland in the Hilly Loess Plateau Region
SHEN Jiapeng, ZHANG Wenhui*
Key Laboratory of Environment and Ecology of Education Ministry in West China, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China
Abstract: The Grain for Green Project have played an important role in preventing soil erosion and restoring the regional
ecological environment in the hilly Loess Plateau region, meanwhile it is important to research biomass and carbon pool of
forest ecosystems. There is the close relationship between forest biomass and fixed carbon of forest ecosystems. Robinia
pseudoacacia is a typical tree species for the Grain for Green Project in the hilly Loess Plateau region in Gansu Province.
The amount of biomass directly affected the function of fixed carbon of Robinia pseudoacacia plantations ecosystems, so the
plot investigation and biomass measurement were carried out in the Robinia pseudoacacia plantations afforested in three
periods (5 years, 8 years and 11 years) and two slopes(sunny and shady slope) . In different plot of Robinia pseudoacacia
plantations, we investigated carbon content, carbon storage and allocation of the different tree organs, shrub layers, grass
layers, litter layers and soil layers, respectively. The results showed that the average carbon content in different organs of
Robinia pseudoacacia ranged from 43.02% to 50.89% and decreased in the order stem>fine—branch>medium—branch>
thick—branch>leaf > stump> large—root > thick—root > small—root >medium—root >bark > fine—root. The average carbon
content ranged from 35.76% to 42.74%, ranged from 35.83% to 43.64%, ranged from 39.55% to 41.77% in shrub, grass
and litter layers, respectively. The average carbon in the soil layer (0—100cm)ranged from 0.22% to 0.99% and increased
with conversion years but gradually decreased with the increase of soil depth.Carbon stocks in the different components of
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the studied forest ecosystems were in an order as: soil>vegetation>litter. Carbon storage on the sunny and shady slope of
5—,8—and 11—year plantations followed as:the ecosystem was 52.52 t / hm2, 58.93 t / hm2, 73.72 t / hm2 and 49.95 t /
hm2, 61.83 t / hm2, 79.03 t / hm2 . And the soil layer (0—100cm depth) was the largest carbon storage compont, which
stored 39.5 t / hm2, 42.08 t / hm2, 49.68 t / hm2 and 35.61 t / hm2, 44.31 t / hm2, 52.64 t / hm2 . And the vegetation layer
component stored 12.88 t / hm2, 17.29 t / hm2, 24.69 t / hm2and 14.72 t / hm2, 18.10 t / hm2, 27.30 t / hm2 . And the tree layer
stored 12.56 t / hm2, 16.85 t / hm2, 24.04 t / hm2and 14.34 t / hm2, 17.52 t / hm2, 26.39 t / hm2 . Of the tree layer, the stem
was the highest carbon storage organ. The annual net primary productivity of sunny and shady slope were estimated to be 5.
21 t·hm-2·a-1 and 6.57 t·hm-2·a-1 in the 5 years Robinia pseudoacacia plantation, and annual carbon storage were 2.54 t·
hm-2·a-1 and 3.10 t·hm-2·a-1 . Slop aspect and restoration years were the important factors affecting the carbon stock in
Robinia pseudoacacia plantations. It was considered that Robinia pseudoacacia had a good carbon sequestration function,
being able to be an ideal tree species in the hilly Loess Plateau of Gansu Province. And it may contributed to proper
selection of Robinia pseudoacacia forest efficient management of young forest, offering great potential for future carbon
sequestration, especially in the hilly Loess Plateau.
Key Words: hilly Loess Plateau; conversion of cropland to forest; Robinia pseudoacacia plantation; carbon storage;
carbon allocation
摇 摇 退耕还林效果不仅体现在植物覆盖提高以及其
他社会、经济和生态效益[1鄄2],还体现在对大气 CO2
的固定。 黄土丘陵地区 1999 年退耕还林还草工程
以来,退耕林地究竟发挥了多大的固碳增汇效益,分
析主要人工林植被、枯落物及土壤固碳效益,是目前
研究的重要问题。 刺槐适应性强,是黄土丘陵区主
要的退耕还林树种,对于维持水土和生态防护,发挥
了重要的作用。 研究刺槐林碳储量及其分布,对综
合评价刺槐林生态效益十分必要。
目前有关刺槐人工林生态系统碳储量的研究较
多[3鄄6]。 但黄土沟壑区地理环境复杂,区域间差异性
较大,专门研究退耕还林还草工程以来不同退耕年
限和不同坡向刺槐林的碳储量相对地少,而退耕还
林生态系统的碳储量是评价退耕还林还草工程综合
效益的重要指标之一。
甘肃黄土高原主要范围在陇东高原,该区域退
耕还林任务主要完成于 2001—2007 年。 本文以甘
肃黄土丘陵区庆阳市合水县退耕 5a(2007 年造林)、
8a(2004年造林)和 11a(2001 年造林)的人工刺槐
林为对象,在阴坡和阳坡分别设置标准样地,研究其
生物量和碳含量,分析刺槐林的碳储量及其分配规
律。 为准确估算甘肃省黄土丘陵区刺槐林碳效益提
供基础数据,同时也为综合评价退耕还林还草工程
总体效益提供科学依据。
1摇 研究区域概况与方法
1.1摇 区域自然概况
甘肃省庆阳市合水县位于东径 107毅51忆—108毅
42忆,北纬 35毅38忆—36毅26忆之间,本区属于典型的黄土
丘陵沟壑地形,黄土厚度为 50—100 m。 海拔高度为
1100—1500 m,年平均温度为 7.4 益,年降水量 587.6
mm,属于暖温带半干旱气候,土壤为黄绵土。
甘肃省从 1999年开展退耕还林到 2010 年基本
结束,该试验于 2012年 8 月在合水县进行。 刺槐林
为人工林,结合当地退耕植树造林记录和计数样芯
的年轮确定标准地刺槐林龄,选择退耕 5a、8a 和 11a
营造的林地,3种退耕年限的刺槐人工林造林前均是
坡耕地,并采用相同的造林方式,采用 1 年生实生苗
木,林地株行距为 1.5 m 伊2 m,造林成活率 80%以
上。 林下灌木主要有达乌里胡枝子 ( Lespedeza
dahurica)、 酸 枣 ( Crataegus hupehensis )、 悬 钩 子
(Rubus corchorifolius);草本主要有艾蒿 ( Artemisia
argyi)、茭蒿 ( Artemisia giraldii)、铁杆蒿 ( Artemisia
gemlinii)、长芒草(Stipa bungeana)、披针苔草(Carex
lanceolata)、铁线莲(Clematis fruticosa)等。
1.2摇 研究方法
在选择的退耕 5a、8a和 11a的刺槐人工林中,按
照林地立地条件相似的原则,每个退耕年限在阴坡
和阳坡分别设置 3个标准样地(20 m 伊20 m),共设
7472摇 10期 摇 摇 摇 申家朋摇 等:黄土丘陵区退耕还林地刺槐人工林碳储量及分配规律 摇
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置 18 个标准地,各样地林分特征见表 1。 对标准地
内林分进行每木检尺,测定胸径,确定标准木,共选
择 18株标准木。
表 1摇 不同生境及退耕年限刺槐人工林的林分特征
Table 1摇 Forest characters of Robinia pseudoacaia plantations in different habietats and restoration years (Mean 依Standard Deviation)
项目
Items
海拔
Altitude / m
平均胸径
Average DBH / cm
平均树高
Average tree
Height / m
乔木密度
Density /
(株 / hm2)
郁闭度
Canopy density
Restoration years / slope
5a阳坡 5鄄year sunny slope 1132.43依9.10 5.12依0.21 5.23依0.24 2947依21 0.62依0.03
5a阴坡 5鄄year shady slope 1235.73依20.42 5.33依0.19 6.33依0.54 2898依53 0.65依0.06
8a阳坡 8鄄year sunny slope 1249.17依16.50 5.48依0.36 8.07依1.09 2775依75 0.73依0.04
8a阴坡 8鄄year shady slope 1174.20依24.29 6.07依0.14 8.16依0.29 2607依90 0.77依0.05
11a阳坡 11鄄year sunny slope 1236.10依26.31 7.41依0.17 10.03依0.15 2511依46 0.81依0.04
11a阴坡 11鄄year shady slope 1235.13依32.68 8.24依1.30 10.59依0.63 2603依23 0.83依0.06
1.2.1摇 刺槐标准木个体生物量测定
将标准木伐倒,测量树高、胸径、树冠的直径,采
用 Monsic分层切割法,树干按每段 1m 进行区分,分
段测定鲜重质量;树冠被分成树叶和树枝,分别测定
树叶和树种的鲜重,树枝按基部直径大小分为细枝
(<1 cm),中枝(1—2 cm),粗枝(>2 cm);地下根系
部分采用全挖法,将不同根系分为细根(根径<0.2
cm)、小根(根径 0.2—0.5 cm)、中根(根径 0.5—1.0
cm)、大根(根径 1.0—2.0 cm)、粗根(根径>2.0 cm)
和根桩 6 类[7],实测鲜重量。 将所有实测鲜重质量
样品取样(树干每段截取 5 cm圆盘),带回实验室进
行含水量测定并计算干质量。
1.2.2摇 灌木、草本及枯落物生物量
在每个样地沿对角线方向设置 3个 5 m伊5 m的
样方,记录小样方内所有灌木的多度、盖度、高度、根
径;在标准地设置 5 个 1 m伊1 m 样方,记录草本多
度、高度、盖度。 林下灌草采用全挖法,灌木分叶、茎
和根 3部分称量鲜重,草本分地上鲜重和地下鲜重,
灌木和草本分别取样。 枯落物量的测定采用全部收
获法,设置 5个 1 m伊1 m样方,将每个枯落物样方内
的枯落物全部收集,称鲜重并取样带回实验室。 所
有取样样品置于 85 益烘箱中至恒重,测定各部分鲜
重含水量。
1.2.3摇 样品采集及含碳量的测定
测定生物量的同时,采集乔木不同器官、灌木、
草本和枯落物样品,经烘干、粉碎、过筛,测定其有机
碳含量。
在每个样地中,沿对角线方向设置 5 个土壤采
样点,沿土壤剖面按 0—10 cm, 10—20 cm, 20—
30 cm,30—50 cm, 50—100 cm 分 5 层采集土壤样
品,把相同样地同一层次土壤样品按质量比混合,带
回实验室自然风干,粉碎过筛并测定有机碳含量。
用环刀(100 cm3)在每层取土,测定土壤容重。
所有植物和土壤样品均采用元素分析仪
LiquiTOC域(德国生产)分析测定有机碳含量。
1.2.4摇 刺槐人工林碳储量和年净固碳量的计算
根据乔木、灌木、草本、枯落物单位面积干物质
(生物量)分别乘以每部分不同器官碳含量而得到不
同组分碳储量[8]。 土壤碳储量计算参考程先富[9]的
方法,略作修改:
T = 0.1 伊 移C i 伊 B i 伊 Di (1)
式中,T 为土壤有机碳密度(t / hm2); i 为土层数,B i
为土壤容重(g / cm3);C i为不同土层土壤有机碳的
含量(g / kg);Di为不同土层的厚度(cm)。
本文采用年平均净生产量作为生产力估测指
标[10],刺槐林年净固碳量由各组分年平均生物量及
相应的碳含量乘积计算得到。 结合实际作业,采用
建立刺槐各组分生物量与胸径、树高的生长方程(表
2),方程的形式为[11鄄13]:
lgW = a + b 伊 lg(D2H) (2)
式中,W为各组分生物量(kg);D 为胸径(cm);H 为
树高(m);a、b为系数。
1.3摇 数据处理
所有数据经过 Excel 软件处理后,用 SPSS13.0
软件进行统计分析,采用单因素方差分析( one鄄way
ANOVA)、双因素方差分析 ( two鄄way ANOVA) 和
Duncan检验比较参数间差异(P<0.05)
8472 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 2摇 刺槐各器官生物量(W)与胸径(D)、树高(H)的相对生长方程
Table 2 摇 Organ biomass (W) allometric equations of diameter at
breast height (D) and height (H) of Robinia pseudoacaia
组分
Component
生长方程
Allometric equation R
2
树干 Stem lgW=-0.269+0.406lg(D2H) 0.982
树枝 Branch lgW=-0.187+0.285lg(D2H) 0.838
树叶 Leaf lgW=-1.370+0.478lg(D2H) 0.837
树根 Root lgW=-0.637+0.472lg(D2H) 0.889
树皮 Bark lgW=-1.908+0.687lg(D2H) 0.986
摇 摇 W:生物量(kg); D:胸径(cm);H:树高(m)
2摇 结果与分析
2.1摇 不同退耕年限林分各层碳含量
2.1.1摇 刺槐林乔木层各器官碳含量
通过对不同退耕年限不同坡向刺槐林乔木各器
官碳含量分析,不同退耕年限和坡向刺槐各器官碳
含量在 43.02%—50.89%,退耕年限和坡向对刺槐林
器官碳含量无显著影响。 阳坡刺槐林各器官碳含量
表现为:退耕 5a、8a和 11a 分别为 46.24%、46郾 32%、
46.75%;阴坡刺槐林各器官碳含量表现为:46.29%、
46.76%、46.93%,不同器官碳含量平均值存在显著
差异,按碳含量高低排列顺序为树干>细枝>中枝>
粗枝>叶>根桩>大根>粗根>小根>中根>树皮>细根
(表 3)。
2.1.2摇 林下植被和枯落物层
退耕年限和坡向对枯落物、草本和灌木碳含量
均无显著影响(表 4),其平均碳含量分别为:枯落物
层 40.74%;草本层地上部分和地下部分为 40郾 05%、
36.93%;灌木层叶、枝和根分别为 41.18%、38.96%和
38.64%。 灌木层平均碳含量高于草本层,且均为地
上部分高于地下部分。 枯落物层和灌草层之间碳含
量平均含量存在差异(P<0.05),灌木叶>枯落物层>
草本地上>灌木茎>灌木根> 草本地下。
表 3摇 不同退耕年限刺槐人工林各器官碳含量
Table 3摇 Carbon contents of different organs of Robinia pseudoacaia with different restoration years(%,Mean 依Standard Deviation, n= 3)
组分
Component
退耕 5a
5鄄year restoration
阳坡 Sunny 阴坡 Shady
退耕 8a
8鄄year restoration
阳坡 Sunny 阴坡 Shady
退耕 11a
11鄄year restoration
阳坡 Sunny 阴坡 Shady
平均
Mean
树干 Stem 49.41依0.78 48.71依1.23 48.67依1.62 48.74依0.62 50.14依0.83 49.26依0.89 49.15依1.03a
细枝 Fine鄄Branch 47.18依1.10 47.42依1.56 47.17依1.75 47.58依1.40 48.87依1.61 48.67依1.57 47.82依1.46b
中枝 Medium鄄Branch 46.82依1.45 46.88依1.74 48.39依1.59 48.80依1.50 48.01依1.10 47.73依2.26 47.77依1.57b
粗枝 Thick鄄Branch 46.28依1.20 46.47依1.38 47.31依1.01 47.37依1.57 45.70依1.26 49.06依1.07 47.03依1.53c
叶 Leaf 46.06依1.16 46.35依1.50 45.13依1.74 46.68依1.35 46.90依0.97 46.06依2.04 46.20依1.39d
细根 Fine鄄root 45.20依0.77 45.20依0.81 45.05依1.05 45.65依1.19 45.58依0.99 46.31依0.56 45.50依0.89d
小根 Small鄄root 45.92依0.72 45.63依0.53 45.43依0.35 46.12依0.06 46.30依0.44 45.68依0.60 45.85依0.52d
中根 Medium鄄root 44.46依1.56 45.68依1.50 45.92依1.00 45.96依0.80 45.84依1.47 46.07依0.79 45.65依1.18d
大根 Large鄄root 46.11依0.28 45.98依0.93 45.56依0.27 46.05依0.11 45.98依0.09 46.08依0.21 45.96依0.40d
粗根 Thick鄄root 45.87依0.08 45.67依0.25 45.77依0.42 46.16依0.21 45.64依1.15 46.37依0.49 45.91依0.54d
根桩 Stump 45.98依0.16 45.92依1.47 46.10依0.95 46.74依0.30 46.34依0.65 46.10依1.56 46.20依0.89d
树皮 Bark 45.57依0.45 45.62依0.24 45.32依0.61 45.12依0.17 45.79依0.36 45.81依0.34 45.54依0.41d
摇 摇 不同小写字母表示各器官碳含量差异显著(P<0.05)
2.1.3摇 土壤层
土壤碳含量均表现为从上层到下层依次降低(4
表 4),0—10 cm、10—20 cm 土层碳含量明显大于
20—30 cm、30—50 cm 和 50—100 cm,且差异显著;
0—10 cm和 10—20 cm阴坡土壤碳含量大于阳坡土
壤碳含量,20—30 cm、30—50 cm 和 50—100 cm 阴
坡土层和阳坡土层碳含量总体差异不显著。 不同退
耕年限对土壤碳含量的影响表现为:阳坡各层土壤
碳含量随着退耕年限增加而增加,增幅为 9郾 98%—
34.23%,且 0—10 cm、10—20 cm 增加幅度最明显;
阴坡各层土壤随退耕年限增加,碳含量增加,增加幅
度为 11.8%—58.90%,0—10 cm、10—20 cm 增加幅
度最明显。
9472摇 10期 摇 摇 摇 申家朋摇 等:黄土丘陵区退耕还林地刺槐人工林碳储量及分配规律 摇
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表 4摇 不同退耕年限刺槐人工林林下植被层、枯落物层及土壤层碳含量
Table 4摇 Carbon contents of litter layer、herb layer、shrub layer and soil layer of Robinia pseudoacaia with different restoration years (Mean 依
Standard Deviation, n= 3)
层次
Layer
组分
Component
退耕 5a
5鄄year restoration
阳坡 Sunny 阴坡 Shady
退耕 8a
8鄄year restoration
阳坡 Sunny 阴坡 Shady
退耕 11a
11鄄year restoration
阳坡 Sunny 阴坡 Shady
枯落物层 litter / % 41.77依1.10 41.41依1.02 39.55依1.19 41.15依1.87 39.61依1.09 40.95依0.98
草本层 / % 地上部分 Aboveground 43.64依0.79 40.75依1.48 38.44依0.73 39.37依1.38 39.06依1.00 39.04依0.83
Herb Layer 地下部分 Underground 35.83依0.88 36.37依0.97 36.02依2.57 38.36依0.61 38.82依1.93 39.21依0.93
灌木层 / % 叶 Leaf 42.74依0.91 42.08依0.22 38.08依0.82 42.35依0.63 41.88依0.86 39.98依0.80
Shrub Layer 茎 Stem 36.59依0.55 39.18依0.22 41.49依1.39 38.39依1.62 39.08依0.60 39.05依1.50
根 Root 35.76依0.63 36.90依1.12 38.53依0.70 41.38依0.96 40.05依0.75 39.19依1.22
土壤层 / % 0—10cm 0.66依0.01Aa 0.70依0.01Ba 0.88依0.02Aa 0.92依0.01Ba 0.89依0.02Aa 0.99依0.02Ba
Soil Layer 10—20 cm 0.36依0.02Ab 0.36依0.01Ab 0.40依0.02Ab 0.53依0.02Bb 0.45依0.01Ab 0.58依0.02Bb
20—30 cm 0.23依0.01Ac 0.24依0.02Ac 0.26依0.01Ac 0.27依0.01Ac 0.27依0.02Ac 0.29依0.01Bc
30—50 cm 0.22依0.02Ad 0.23依0.02Ad 0.23依0.01Ad 0.24依0.02Ad 0.25依0.02Ad 0.25依0.01Ad
50—100 cm 0.22依0.01Ad 0.22依0.01Ad 0.23依0.01Ad 0.23依0.01Ad 0.24依0.01Ad 0.25依0.01Ad
摇 摇 不同大写字母表示同一退耕年限不同坡向间差异显著,不同小写字母表示同一退耕年限不同组分间差异显著(P<0.05)
2.2摇 不同退耕年限刺槐人工林林分各层碳储量及
其分配规律
2.2.1摇 植被层
阳坡退耕 5a、8a和 11a 刺槐林乔木层碳储量分
别为 12.56、16.85 t / hm2和 24.04 t / hm2,其中,树干的
碳储量最高,分别占整个乔木层的 42.83%、41.24 和
39.72%。 林下植被中,草本层碳储量为 0.25、0.33、
0郾 42 t / hm2;灌木层碳储量为 0.07、0.11、0.23 t / hm2,
林下灌草以退耕 11a 最大。 阴坡退耕 5a、8a 和 11a
刺槐林乔木层碳储量分别为 14.34、17.52 和 26.39
t / hm2,其中树干的碳储量最高,分别占整个乔木层
的 42.81%、45.20%和 43.01%。 林下植被中,草本层
碳储量为 0. 28、0. 40、0. 54 t / hm2;灌木层碳储量为
0郾 10、0.18、0.37 t / hm2,林下灌草以退耕 11 年最大。
(图 1,图 2)
2.2.2摇 枯落物层和土壤层
阳坡退耕 5a、8a和 11a 刺槐林枯落物碳储量分
别为 0.19、0.26、0.49 t / hm2。 刺槐林 0—100 cm土壤
的碳储量分别为 39.45、41郾 38 t / hm2和 48郾 54 t / hm2,
随着退耕年限的增大而增大,其中 0—10 cm和 50—
100 cm 土壤碳储量明显高于其他土层,分别占整个
土壤碳库的 21郾 54%、27郾 09%、24郾 54%和 41郾 39%、
36郾 93%、37郾 97%。 阴坡退耕 5a、8a 和 11a 刺槐林枯
落物碳储量分别为 0郾 21、0郾 28、0郾 61 t / hm2。 刺槐林
0—100 cm土壤的碳储量分别为 35郾 02、43郾 45 t / hm2
和 51郾 12 t / hm2,随着退耕年限的增大而增大,其中
0—10 cm 和 50—100 cm 土壤碳储量明显高于其他
土层,分别占整个土壤碳库的 22郾 04%、 26郾 51%、
25郾 67%和 40郾 61%、35郾 49%、37郾 05%(图 1,图 2)。
图 1摇 不同退耕年限刺槐林各器官碳储量
Fig.1摇 Carbon storage of the main carbon pools in Robinia pseudoacaia with different restoration years
数据为平均值依标准差; 不同字母代表数据在同一退耕年限下不同器官间差异显著(P<0.05)
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图 2摇 刺槐林林下植被层、枯落物层、土壤碳储量
Fig.2摇 Carbon storage of understory plants、litter and soil layers in Robinia pseudoacaia plantations
数据为平均值依标准差; 不同字母代表数据在同一退耕年限下不同层次间差异显著(P<0.05); 玉:枯落物层 Shrub layer; 域:草本层地上部
分 Herb layer aboveground;芋:草本层地下部分Her b layer underground;郁:灌木层叶 Shrub layer leaf;吁:灌木层干 Shrub layer stem;遇:灌木层
根 Shrub layer root
2.2.3摇 人工林生态系统
阳坡退耕 5a、8a和 11a 刺槐林生态系统总碳储
量分别为 52.52、58.93 t / hm2和 73.72 t / hm2,退耕 5a
和 8a分配格局为土壤层>乔木层>草本层>枯落物层
>灌木层, 退耕 11a 分配格局为土壤层>乔木层>枯
落物层>草本层>灌木层。 其中,土壤层占整个人工
林总碳库的比例分别为 75.10%、70郾 22%和 65郾 84%,
乔木层为 23郾 92%、28郾 59%和 32郾 61%,枯落物层为
0郾 36%、0郾 44%和 0郾 66%,草本层为 0郾 48%、0郾 56%和
0郾 57%,灌木层为 0郾 13%、0郾 19%和 0郾 31%。 阴坡退
耕 5a、8a 和 11a 刺槐林总碳储量分别为 49郾 95、
61郾 83 t / hm2和 79郾 03 t / hm2,退耕 5a 和 8a 分配格局
为土壤层>乔木层>草本层>枯落物层>灌木层, 退耕
11年分配格局为土壤层>乔木层>枯落物层>草本层
>灌木层。 其中,土壤层占整个人工林总碳库的比例
分别为 70郾 11%、 70郾 27% 和 64郾 68%, 乔木层为
28郾 71%、28郾 34%和 33郾 39%,枯落物层为 0郾 42%、
0郾 45% 和 0郾 77%, 草 本 层 为 0郾 56%、 0郾 65% 和
0郾 68%,灌木层为 0郾 20%、0郾 29%和 0郾 47%(图 3)。
图 3摇 刺槐林各层碳储量分配
Fig郾 3摇 Carbon allocation of different layers in Robinia pseudoacaia plantations
数据为平均值依标准差; 不同字母代表数据在同一退耕年限下不同层次间差异显著(P<0.05)
摇 摇 总体看来,相同退耕年限下,乔木层、枯落物层、
草本层和灌草层碳储量均表现为阴坡>阳坡,土壤层
碳储量退耕 5a阴坡<阳坡,退耕 8a 和 11a 均为阴坡
<阳坡。 无论阴坡还是阳坡,植被层和土壤层是刺槐
林的主要碳库,且退耕 5a、8a 和 11a 刺槐林植被层、
枯落物层和土壤层的碳储量的分配比例基本一致,
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都以土壤层最大,植被层次之,枯落物层最小,随着
退耕年限增加,刺槐林总体碳储量均呈现增加趋势,
且退耕 11a>8a>5a。
2.3摇 刺槐人工林年净固碳量的初步估算
由不同组分年净生产力及其相应组分的碳含量
得到有机碳年净固碳量,如表 5 和表 6 所示,阳坡和
阴坡的年净生产力及年净固碳量变化规律基本一
致,均以退耕 5a 最高,分别为 5.21 t·hm-2·a-1、2.54
t·hm-2·a-1和 6.57 t·hm-2·a-1、3.10 t·hm-2·a-1,表明在
退耕 5 年时年净固碳量最大,之后仍保持较高的固
碳能力。 阳坡年净生产力<阴坡,阳坡年净固碳量<
阴坡,说明阴坡刺槐林碳固定能力较高。
表 5摇 阳坡刺槐人工林年净固碳量
Table 5摇 Annual net carbon sequestration in Robinia pseudoacaia plantations in sunny slope (Mean 依Standard Deviation,n= 3)
组分
Component
退耕 5a
5鄄year restoration
年净生产力
Annual net
productivity /
( t hm-2 a-1)
年净固碳量
Annual net
carbon storage /
( t hm-2 a-1)
退耕 8a
8鄄year restoration
年净生产力
Annual net
productivity /
( t hm-2 a-1)
年净固碳量
Annual net
carbon storage /
( t hm-2 a-1)
退耕 11a
11鄄year restoration
年净生产力
Annual net
productivity /
( t hm-2 a-1)
年净固碳量
Annual net
carbon storage /
( t hm-2 a-1)
乔木层 Tree layer 5.12依0.48 2.50依0.22 4.37依0.29 2.08依0.14 4.22依0.25 2.03依0.11
年枯落物 Annual litter 0.09依0.02 0.03依0.01 0.08依0.02 0.03依0.01 0.10依0.03 0.04依0.01
合计 Sum 5.21依0.50 2.54依0.22 4.45依0.31 2.12依0.14 4.32依0.28 2.07依0.13
表 6摇 阴坡刺槐人工林年净固碳量估算
Table 6摇 Annual net carbon sequestration in Robinia pseudoacaia plantations in shady slope(Mean 依Standard Deviation,n= 3)
组分
Component
退耕 5a
5鄄year restoration
年净生产力
Annual net
productivity /
( t hm-2 a-1)
年净固碳量
Annual net
carbon storage /
( t hm-2 a-1)
退耕 8a
8鄄year restoration
年净生产力
Annual net
productivity /
( t hm-2 a-1)
年净固碳量
Annual net
carbon storage /
( t hm-2 a-1)
退耕 11a
11鄄year restoration
年净生产力
Annual net
productivity /
( t hm-2 a-1)
年净固碳量
Annual net
carbon storage /
( t hm-2 a-1)
乔木层 Tree layer 6.47依0.39 3.06依0.18 5.15依0.37 2.50依0.16 4.72依0.27 2.26依0.12
年枯落物 Annual litter 0.10依0.02 0.042依0.01 0.07依0.02 0.04依0.01 0.12依0.03 0.06依0.01
合计 Sum 6.57依0.41 3.10依0.19 5.23依0.38 2.54依0.17 4.84依0.30 2.31依0.13
3摇 讨论
3.1摇 碳含量
森林生态系统碳含量因森林类型和年龄存在差
异[14],本研究中退耕年限和坡向对植被层碳含量影
响不明显,但乔木层不同器官碳含量存在显著差异,
变化幅度为 43.02% —50.89%,与陕西黄土高原地
区刺槐碳含量基本一致[4]; 草本层碳含量在
35郾 83%—43. 64%, 灌木层碳含 量 变 化 范 围 在
35郾 76%—42.74%;植被层平均碳含量大小顺序为乔
木>灌木>草本植物,乔木比林下植被能合成和积累
更多的有机质[15]。
枯落物的碳含量受枯落物类型和分解速率影
响[16],刺槐林枯落物平均碳含量低于油松林下枯落
物碳含量[17],主要因为刺槐林枯落有机碳的分解速
率较比针叶林枯落物快,碳积累较少[18]。 土壤碳含
量受造林年限[19鄄20]和地表枯落物[21]影响,本研究
中,表层土壤 0—20 cm 碳含量受坡向影响显著,且
随着退耕年限增加而增幅明显,与前人研究结果一
致[22鄄23]。 土壤 20—100 cm 碳含量受坡向及退耕年
限影响不显著,随着土壤深度的增加,碳含量变化差
异不显著。
3.2摇 碳储量和年净固碳量
退耕 8a阳坡和阴坡乔木层碳储量分别为 16郾 85
t / hm2和 17.52 t / hm2,高于陕西千阳 8 年生刺槐乔木
层碳储量(16.42 t / hm2) [4],低于陕西安塞刺槐乔木
层碳储量(25.08 t / hm2) [6]。 随着退耕年限增加,植
被层碳储量依次增加,以退耕 11a 最大,低于我国森
林植被平均碳储量(57.07 t / hm2) [16]。 森林土壤碳
储量是森林生态系统重要组成部分,在平衡温室效
应中发挥重要作用[24]。 本研究中,阳坡和阴坡土壤
层碳储量随着退耕年限增加而增加,以退耕 11a 刺
槐林土壤碳储量最大,分别为 48.54、51.12 t / hm2,低
于我国森林土壤平均碳储量(193.55 t / hm2) [16]。
2572 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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阳坡、阴坡刺槐林生态系统碳储量随着退耕年
限增加呈增大趋势,以退耕 11a 最大,分别为 73郾 72、
79.03 t / hm2,低于我国森林生态系统平均碳储量
(258.83 t / hm2) [16]。 刺槐林生态系统碳储量主要有
植被层、枯落物层和土壤层组成,其碳储量大小排序
为:土壤层>植被层>枯落物层。 本研究的分配格局
与前人研究基本一致[25鄄26]。 枯落物层碳储量小于土
壤层和植被层,但其对供给土壤层碳储量及其重
要[27]。 因此,应当加强森林植被的保护,减少地表
水土流失,以维持土壤层和生态系统较高的碳储量。
森林生态系统同化 CO2 的能力是其生产力研究
的主要内容之一,阳坡和阴坡的年净生产力及年净固
碳量均以退耕 5a最高,分别为 5.21、2郾 54 t·hm-2·a-1和
6.57、3.10 t·hm-2·a-1,低于福建中亚热带 7 年生杉木
林(3.70 t·hm-2·a-1) [28]和湖南会同 11年生杉木有机
碳年净固碳储量(3.49 t·hm-2·a-1) [29]。 表明不同地
区和树种人工林年固碳能力存在一定的差异性。
4摇 结论
(1)不同退耕年限和不同坡向的刺槐人工林乔
木层相同器官碳含量均没有显著差异,说明退耕年
限及坡向没有影响刺槐林乔木碳含量。 乔木层不同
器官碳含量存在显著差异,具体表现为:树干>细枝>
中枝>粗枝>叶>根桩>大根>粗根>小根>中根>树皮
>细根.刺槐林下植被层中,草本层地上部分碳含量
高于地下部分,灌木层以叶碳含量最高。
(2)0—20 cm 表层土壤碳含量受坡向影响显
著,表现为阴坡>阳坡,20—100 cm 土壤层碳含量受
坡向影响不显著。 0—100 cm 土壤总碳储量退耕 5a
阳坡大于阴坡,退耕 8a 和 11a 阳坡小于阴坡,且随
着土壤深度的增加,土壤有机碳含量呈现减小趋势。
随着退耕年限的增加,阴坡和阳坡土壤碳含量呈增
加趋势,且阴坡增加幅度大于阳坡。 退耕年限和坡
向是影响刺槐林土壤碳储量的主要因素。
(3)随着退耕年限的增加,刺槐林乔木层碳储量
增大,退耕 11a为最大,阳坡与阴坡乔木层碳储量分
别为 24.04 t / hm2和 26.39 t / hm2,且阴坡>阳坡。 乔
木层中以树干碳储量比例最大。 0—100cm 土壤层
的碳储量在阳坡和阴坡也随着退耕年限的增加呈增
加趋势,以退耕 11a 最大,分别为 49. 68 t / hm2和
52郾 64 t / hm2。
(4)退耕 5a、8a 和 11a 人工刺槐林生态系统碳
储量分配格局均以土壤层碳储量最大,植被次之,枯
落物层层最小。 且不同坡向间其碳储量存在差异,
总体表现为阴坡>阳坡。 从持续发育的角度看,黄土
高原阳坡和阴坡均适宜刺槐林发挥固碳效益,阴坡
要优于阳坡。
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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
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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
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
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