全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 13 期摇 摇 2012 年 7 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
砂质潮间带自由生活海洋线虫对缺氧的响应———微型受控生态系研究
华摇 尔,李摇 佳,董摇 洁,等 (3975)
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植物种群自疏过程中构件生物量与密度的关系 黎摇 磊,周道玮,盛连喜 (3987)………………………………
基于景观感知敏感度的生态旅游地观光线路自动选址 李继峰,李仁杰 (3998)…………………………………
基于能值的沼气农业生态系统可持续发展水平综合评价———以恭城县为例
杨摇 谨,陈摇 彬,刘耕源 (4007)
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内蒙古荒漠草原植被盖度的空间异质性动态分析 颜摇 亮,周广胜,张摇 峰,等 (4017)…………………………
典型草地的土壤保持价值流量过程比较 裴摇 厦,谢高地,李士美,等 (4025)……………………………………
长沙市区马尾松人工林生态系统碳储量及其空间分布 巫摇 涛,彭重华,田大伦,等 (4034)……………………
厦门市七种药用植物根围 AM真菌的侵染率和多样性 姜摇 攀 ,王明元 (4043)………………………………
Cd、低 Pb / Cd下冬小麦幼苗根系分泌物酚酸、糖类及与根际土壤微生物活性的关系
贾摇 夏,董岁明,周春娟 (4052)
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凉水保护区土壤产类漆酶鄄多铜氧化酶细菌群落结构 赵摇 丹,谷惠琦,崔岱宗,等 (4062)……………………
盐渍化土壤根际微生物群落及土壤因子对 AM真菌的影响 卢鑫萍,杜摇 茜,闫永利,等 (4071)………………
菌丝室接种解磷细菌 Bacillus megaterium C4 对土壤有机磷矿化和植物吸收的影响
张摇 林,丁效东,王摇 菲,等 (4079)
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闽江河口不同河段芦苇湿地土壤碳氮磷生态化学计量学特征 王维奇,王摇 纯,曾从盛,等 (4087)……………
高山森林三种细根分解初期微生物生物量动态 武志超,吴福忠,杨万勤,等 (4094)……………………………
模拟降水对古尔班通古特沙漠生物结皮表观土壤碳通量的影响 吴摇 林,苏延桂,张元明 (4103)……………
铁皮石斛组培苗移栽驯化过程中叶片光合特性、超微结构及根系活力的变化
濮晓珍,尹春英,周晓波,等 (4114)
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不同产量水平旱地冬小麦品种干物质累积和转移的差异分析 周摇 玲,王朝辉,李富翠,等 (4123)……………
基于作物模型的低温冷害对我国东北三省玉米产量影响评估 张建平,王春乙,赵艳霞,等 (4132)……………
黄土高原 1961—2009 年参考作物蒸散量的时空变异 李摇 志 (4139)……………………………………………
莫莫格湿地芦苇对水盐变化的生理生态响应 邓春暖,章光新,李红艳,等 (4146)………………………………
不同蚯蚓采样方法对比研究 范如芹,张晓平,梁爱珍,等 (4154)…………………………………………………
亚洲玉米螟成虫寿命与繁殖力的地理差异 涂小云,陈元生,夏勤雯,等 (4160)…………………………………
黑河上游天然草地蝗虫空间异质性与分布格局 赵成章,李丽丽,王大为,等 (4166)……………………………
苦瓜叶乙酸乙酯提取物对斜纹夜蛾实验种群的抑制作用 骆摇 颖,凌摇 冰,谢杰锋,等 (4173)…………………
长江口中国花鲈食性分析 洪巧巧,庄摇 平,杨摇 刚,等 (4181)……………………………………………………
基于线粒体控制区序列的黄河上游厚唇裸重唇鱼种群遗传结构 苏军虎,张艳萍,娄忠玉,等 (4191)…………
镉暴露对黑斑蛙精巢 ROS的诱导及其蛋白质氧化损伤作用机理 曹摇 慧,施蔡雷,贾秀英 (4199)……………
北方草地牛粪中金龟子的多样性 樊三龙,方摇 红,高传部,等 (4207)……………………………………………
合肥秋冬季茶园天敌对假眼小绿叶蝉和茶蚜的空间跟随关系 杨摇 林,郭摇 骅,毕守东,等 (4215)……………
植被、海拔、人为干扰对大中型野生动物分布的影响———以九寨沟自然保护区为例
张摇 跃,雷开明,张语克,等 (4228)
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基于社会网络分析法的生态工业园典型案例研究 杨丽花,佟连军 (4236)………………………………………
基于生命周期的户用沼气系统可用能核算———以广西恭城瑶族自治县为例
齐摇 静,陈摇 彬,戴摇 婧,等 (4246)
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专论与综述
水文情势与盐分变化对湿地植被的影响研究综述 章光新 (4254)………………………………………………
松嫩碱化草甸土壤种子库格局、动态研究进展 马红媛,梁正伟,吕丙盛,等 (4261)……………………………
一种新的景观扩张指数的定义与实现 武鹏飞,周德民,宫辉力 (4270)…………………………………………
研究简报
华山新麦草光合特性对干旱胁迫的响应 李摇 倩,王摇 明,王雯雯,等 (4278)……………………………………
美丽海绵提取物防污损作用 曹文浩,严摇 涛,刘永宏,等 (4285)…………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*306*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄07
封面图说: 涵养水源———在长白山南坡的峭壁上,生长在坡面上的森林所涵养的水源还在汨汨地往下流个不停,深红色的落叶
掉在了苔藓上,这里已经是长白山的深秋了。 虽然雨季已经过去了很久,但是林下厚厚的枯枝落叶层、腐殖质层、苔
藓草本层所涵养的水分还在不间断地流淌,细细的水线在壁下汇成了溪、汇成了河。 涵养水源是森林的主要生态功
能之一。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 13 期
2012 年 7 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 13
Jul. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家林业公益性行业科研专项(201104009);国家林业局项目([2010]42 号);湖南省科技厅项目(2010TP4011鄄3);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:2012鄄02鄄27; 摇 摇 修订日期:2012鄄05鄄28
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: csufttdl@ 126. com
DOI: 10. 5846 / stxb201202270261
巫涛, 彭重华, 田大伦, 闫文德.长沙市区马尾松人工林生态系统碳储量及其空间分布.生态学报,2012,32(13):4034鄄4042.
Wu T, Peng C H, Tian D, Yan W D. Spatial distribution of carbon storage in a 13鄄year鄄old Pinus massoniana forest ecosystem in Changsha City, China.
Acta Ecologica Sinica,2012,32(13):4034鄄4042.
长沙市区马尾松人工林生态系统碳储量及其空间分布
巫摇 涛, 彭重华*, 田大伦, 闫文德
(中南林业科技大学, 长沙摇 410004)
摘要:采用样方法和取样法,研究了长沙市区 13 年生马尾松林生态系统碳含量、碳储量及其空间分布特征。 结果表明:马尾松
林木各器官平均碳含量为 511. 17 g / kg,从高到低排列顺序为叶>干>根>皮>枝;林下灌木层、草本层、枯落物层的平均碳含量分
别为 531. 66、465. 53、393郾 92g / kg。 林地土壤层有机碳含量为 9. 40—24. 73 g / kg,各层次碳素含量分布不均,表层(0—15cm)土
壤碳素含量较高,并随土壤深度的增加而逐渐下降。 生态系统碳库的空间分布序列为土壤层>植被层>枯落物层。 植被层的碳
储量为 34. 50t / hm2,占整个生态系统碳总储量的 21. 57% ;乔木层碳储量占整个生态系统的 20. 27% ,占植被层碳储量的
93郾 97% 。 乔木层碳储量中,树干的碳储量最高,占乔木层碳储量的 65. 52% ,其次为根,占乔木层碳储量的 19. 15% ,树皮最少,
仅占 2. 10% ;枯落物层碳储量为 3. 81 t / hm2,仅占整个生态系统碳储量的 2. 38% ;林地土壤层(0—60cm)碳储量相当可观,为
121郾 62 t / hm2,占系统碳储量的 76. 05% 。 马尾松林年净生产力为 4. 88 t·hm-2·a-1,有机碳年净固定量为 2. 50 t·hm-2·a-1,折合成
CO2 的量为 9. 16 t·hm
-2·a-1。
关键词:碳含量;碳储量;马尾松人工林;城市;长沙
Spatial distribution of carbon storage in a 13鄄year鄄old Pinus massoniana forest
ecosystem in Changsha City, China
WU Tao, PENG Chonghua*, TIAN Dalun, YAN Wende
Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004,China
Abstract: Increasing concentrations of atmospheric CO2 and other greenhouse gases are widely recognized to be contributing
to the rising average temperature of Earth忆s atmosphere since the late 19th century. Urban forests have great potential to
affect global warming by removing greenhouse gases and sequestrate carbon into its biomass and the soils. Carbon storage
and its special distribution in urban forests are important indicators to accurately determine carbon sequestration capacity in
urban ecosystems, to completely evaluate urban ecosystems忆 functions and services, and to efficiently develop sustainable
urban ‘carbon forests爷 management. To improve understanding of the influence of urban forest structure on carbon pools in
urban ecosystems, the content, storage and spatial distribution of carbon in a 13鄄year鄄old Pinus massoniana forest ecosystem
were investigated in Changsha City, Hunan Province, China. Results showed that carbon concentrations varied with tree
organs in the same tree species and with tree species in the same tree organ as well in the Pinus massoniana forests. The
average carbon content was 511. 17 g / kg for different organs of Pinus massoniana forest and decreased in the order leaf >
trunk > root > bark > branch. The amount of carbon stored in shrub, herb and litter鄄fall layers was 531. 66, 465. 53 and
393. 92 g / kg, respectively. Carbon content ranged from 9. 40 to 24. 73 g / kg in the soils and gradually decreased with the
increase of soil depth. The ecosystem stored 159. 93 t C / hm2, of which 20. 1% in above鄄ground part ( living and dead
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vegetation) and 79. 9% in below-ground part ( roots and soil organic matter in 0 -60 cm depth) . Carbon stocks in the
different components of the studied forest ecosystems were in an order as: soil > vegetation > litterfall. The vegetation
component stored 34. 50 t C / hm2 and represented 21. 57% of the total carbon storage in the forest ecosystem. Carbon
storage was about 32. 4 t / hm2 in the overstory layer, which accounted for 20. 27% of the total amount of carbon in the
ecosystem, and approximately represented 94% of carbon in vegetation component. Of the overstory layer, 65. 5% was in
stemwood, 19. 2% was in roots, 13. 2% was in branch and leaves, and 2. 1% was in stembark. Carbon storage in litter fall
layer was 3. 81 t / hm2,which accounted for 2. 38% of the total carbon storage in the ecosystem. The soil was the largest of
carbon storage component (121. 62 t / hm2 in 0—60 cm depth) and represented about 76% of the total ecosystem carbon
storage. The annual net primary productivity was estimated to be 4. 88 t·hm-2·a-1 in the Pinus massoniana forests and
annual carbon storage was 2. 50 t·hm-2·a-1, which was equivalent to approximately 9. 2 t·hm-2·a-1 of carbon dioxide. In
other words, the studied 13鄄year鄄old Pinus massoniana forest ecosystem has the capacity to remove about 9 t CO2 from the
atmosphere in Changsha City. Our study demonstrated the important role played by forests in mitigating global climate
change, and the research results would provide scientific reference for accurately evaluating carbon balance of urban forest
ecosystems.
Key Words: carbon content; carbon storage; Pinus massoniana forest; urban forest ecosystem; Changsha City
全球正在变暖的事实已不容置疑[1]。 国际社会对全球气候变化非常重视,CO2 作为最重要的一种温室气
体,其源与汇已成为全球关注的热点[2]。 森林是陆地生物圈的主体,不仅在维护区域生态环境上起着重要作
用,而且在全球碳平衡中作出了巨大的贡献。 森林生态系统是地球上最大的陆地碳库,在调节全球碳平衡、减
缓大气中 CO2 等温室气体浓度上升以及维护全球气候等方面具有不可替代的作用[3鄄4]。
近年来,随着城市化水平的快速推进,生态环境问题日益突出,城市森林作为“城市之肺冶,是城市复合系
统的重要组成部分,在改善和维持城市生态环境中发挥着核心作用[5鄄6]。 目前,由于大气中温室气体浓度的
升高,引起了全球气候的变化,因此,城市森林的固碳作用,亦受到国内外学者越来越多的关注[7鄄9]。
马尾松(Pinus massoniana)是我国南方的主要乡土造林树种,不仅具有经济意义、防护效能及美学价值,
而且在维护生态系统平衡亦具有明显作用。 仅湖南省的分布面积就有 230 多万 hm2。 目前有关马尾松人工
林生态系统碳储量的研究较多[10鄄13]。 但专门研究生长在城区马尾松林的碳储量相对地少,而城市森林的碳
储量是评价城市功能的重要指标之一。 本文则以长沙市区 13 年生马尾松人工林生态系统为研究对象,通过
样方法和取样法,研究了其生物量、碳素含量,估算了碳储量及其空间分布特征。 可为准确估算湖南省城市森
林生态系统碳平衡提供基础数据,同时也为城市森林建设规划和布局提供科学依据。
1摇 试验区自然概况
试验区设在湖南省长沙市南区。 其地理位置为 111毅53忆—114毅15忆E,27毅51忆—28毅41忆N,地处湘中丘陵与洞
庭湖冲积平原过渡地带和湘浏盆地。 全市地势东西两端高耸,中部低平,形似马鞍。 海拔一般 100 m左右,年
平均气温为 17. 2益,年平均降水量 1360 mm,相对湿度 80% ,气候系冬寒夏热,春秋短促,冬夏绵长,为典型的
亚热带大陆性季风气候。 土壤以红壤为主,成土母岩有花岗岩、板页岩和第四纪红土等。 地带性植被为亚热
带常绿阔叶林,原生植被所剩无几,现有植被以人工次生林为主。 试验林分为 1999 年用 1 年生苗木营造的马
尾松(Pinus massoniana)纯林。 林下植被有白栎(Quercus fabri)、大叶胡枝子( Lespedeza davidii)、小果蔷薇
(Rosa cymosa)、粗叶悬钩子 (Rubus alceaefolius)、野艾蒿 ( Artemisia lavandulaefolia)、铁芒萁 (Dicranopteris
linearis)等。 试验林分特征见表 1。
2摇 研究方法
2. 1摇 植被群落调查及生物量测定
在研究区内,设置 20m伊33. 3m 的马尾松人工林标准地 2 块,进行每木检尺,林分特征见表 1。 同时在距
5304摇 13 期 摇 摇 摇 巫涛摇 等:长沙市区马尾松人工林生态系统碳储量及其空间分布 摇
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离马尾松林地 500 m处无林地设置对照样地 2 块,面积均为 667m2,在对照样地上仅生长有少量的 1 年生和
多年生草本植物,盖度为 20% 。 对标准地进行测树因子调查统计。 鉴于标准地为城市森林,为保护资源,只
在标准地内按优势木、平均木和被压木 3 级选取标准木 3 株。 采用全挖实测法测定标准木的生物量,按林木
的组织器官分别称取鲜质量,同时采集分析样品 1. 0 kg。 在标准地对角线中心位置设置 2m 伊2 m的样方,每
条对角线设 2 个,共设 4 个,记录每个样方内幼树、灌木和草本植物种类,采用全挖实测法分别测定每个样方
内各种植物的生物量,并分别采集分析样品 1. 0 kg。 将各样地内的死地被物按未分解、半分解和已分解全部
选出称质量,分别采集分析样品 1. 0 kg。
表 1摇 马尾松人工林的林分特征
Table 1摇 The features of Pinus massoniana plantations
林分
Stands
林龄
Forest
age / a
密度
Density
平均胸径
Average
DBH / cm
平均树高
Average
Height / m
林分生物量 Stand biomass / ( t / hm2)
干材
Trunk
树皮
Bark
树叶
Leaf
树枝
Branch
树根
Root
合计
Total
林分生产力
Stand Productivity
/ ( t·hm-2·a-1)
马尾松 Pinus
massoniana
forest
13 2000 7. 4 6. 9 40. 52 1. 58 3. 94 5. 02 12. 36 63. 42 4. 88
对照地
Control land 盖度 20%
1 年生和多年生
草本植物
植物样品置于 105益烘箱杀青 5 min 后,再于 80益恒温烘至恒质量,换算各种植物、死地被物的生物量。
林木单株生物量由 3 株标准木的平均值求得,乔木层生物量由林木单株生物量乘以林分株数求得,乔木层年
净生产力采用年平均增长量求得。
2. 2摇 土壤样品采集与处理
在标准地和对照地内各设置 4 个采样点,在每个采样点按 0—15、15—30、30—45、45—60cm 4 个层次,分
别取土样 500 g,共采土样 64 个。 去除石砾与杂物,风干后过 20 目和 100 目筛,备用。 并在各样地内用环刀
法测定土壤密度。
2. 3摇 化学分析方法及数据处理
植物样品中有机碳含量用重铬酸钾鄄硫酸容量法测定,土壤样品中有机碳含量用重铬酸钾鄄硫酸氧化法
(水合加热法)测定。
应用 SPSS13. 0 软件处理。 数据统计采用单因素方差分析,对土壤各层次有机碳含量进行比较,各样品的
化学分析结果为 4 次重复的平均值。 误差为标准误(SE)。
乔木层、灌木层、草本层、枯枝落叶层及土壤层的平均含碳量均为加权平均值。 其碳储量用它们的生物量
与其相应碳含量的乘积求得。
3摇 结果与分析
3. 1摇 马尾松林木各器官碳含量
从表 2 可以看出,马尾松不同器官中的碳含量不同,表现为叶>干>根>皮>枝,且干与枝、枝与叶、叶与皮
之间差异显著(P<0. 05),而干、叶和根两两之间差异不显著(P>0. 05),但它们显著高于枝和皮(P<0. 05)。
3. 2摇 地被物层碳含量
由表 3 可知,马尾松林下灌木植物共有 7 种且因种类不同而碳含量不同。 以山胡椒含碳量最高(608. 86
g / kg),山矾最低(489. 54 g / kg),两者相差 1. 2 倍。
由表 4 可以看出,马尾松林下草本植物共有 6 种,亦因植物种类不同,其碳含量均有所不同,如野艾蒿的
碳含量为 494. 06 g / kg,比金毛耳草碳含量高 171. 00 g / kg,而比白茅碳含量 484. 19 g / kg只高 9. 87 g / kg。
综合表 2、表 3 和表 4 可知,在同一林分的相同环境条件下,乔木层、灌木层和草本层的各种植物,因植物
种类不同或同一植物不同器官,其碳含量均不相同,这主要取决于植物的生物学特性,而环境条件的影响却是
6304 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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次要的。
表 2摇 马尾松林木各器官的碳含量 / (g / kg)
Table 2摇 Carbon content in different organs of Pinus massoniana plantations
器官 Organs 平均值 Mean Value 标准差 Standard Error 变异系数 Variation coefficients / %
干材 Trunk 524. 15ac 7. 10 2. 35
树枝 Branch 429. 43b 25. 05 14. 29
树叶 Leaf 541. 41a 27. 08 11. 18
树皮 Bark 430. 05bc 39. 63 15. 96
树根 Root 502. 58ab 25. 19 8. 68
加权平均值 Weighted means 511. 17
摇 摇 同一列相同小写字母表示林木各器官间碳含量差异不显著(P>0. 05),不同小写字母表示林木各器官间碳含量差异显著(P<0. 05)
表 3摇 马尾松林下灌木植物碳含量
Table 3摇 Carbon content in shrub layer of Pinus massoniana plantations
植物名 Name of plant 生活型 Life type 碳含量 Carbon content / (g / kg)
白栎 Quercus fabri Hance 落叶乔木 498. 35(22. 51)
山矾 Symplocos sumuntia 常绿乔木 489. 54(17. 74)
大叶胡枝子 Lespedeza davidii franch 落叶灌木 502. 31(5. 27)
小果蔷薇 Rosa cymosa Tratt 落叶小灌木 515. 31(17. 43)
栀子 Gardenia jasminoides Ellis 常绿灌木 538. 02(26. 09)
山胡椒 Lindera glauca (Sieb. Et Zucc. )Bl. 落叶灌木或小乔木 608. 86(31. 06)
粗叶悬钩子 Rubus alceaefolius Poir 落叶灌木 508. 23(31. 84)
加权平均值 Weighted means 531. 66
摇 摇 括号内数据为标准误差
表 4摇 马尾松林下草本植物碳含量
Table 4摇 Carbon content in herb layer of Pinus massoniana plantations
植物名 Name of plant 生活型 Life type 碳含量 Carbon content / (g / kg)
野艾蒿 Artemisia lavandulaefolia DC 多年生 494. 06(13. 84)
一年蓬 Erigeron annuus 1 年或两年生 416. 12(8. 01)
白茅 Imperata cylindrica 多年生 484. 19(27. 95)
金毛耳草 Hedyotis Chrysotricha (Palib. ) Merr 1 年生 323. 06(13. 73)
铁芒萁 Dicranopteris dichotoma 多年生 444. 94(29. 98)
蕨 Pteridium aquilinum 多年生 365. 96(13. 00)
加权平均值 Weighted means 465. 53
摇 摇 括号内数据为标准误差
3. 3摇 林地枯枝落叶碳含量
森林枯枝落叶层是由覆盖林地表面的未分解、半分解及已分解的死有机物组成的,是森林生态系统中重
要组成部分之一,它是森林生态系统中腐屑干物质链的起点,有机碳和养分的储库,并为生态系统的过程提供
能量和物质,对维护林地土壤肥力和提高森林生产力具有重要作用。 由表 5 可知,林地上枯枝落叶层的碳含
量,平均为 393. 92 g / kg,其中未分解层为 401. 80 g / kg,半分解层为 436. 59 g / kg,已分解层为 352. 72 g / kg,按
高低依次排序为半分解层>未分解层>已分解层。
将表 2、表 3、表 4 和表 5 进行比较,可以看出,马尾松林木层、灌木层和草本层植物碳的平均含量均高于
枯枝落叶层,表明林分中活植物体平均碳含量均高于植物枯死体的平均碳含量。
7304摇 13 期 摇 摇 摇 巫涛摇 等:长沙市区马尾松人工林生态系统碳储量及其空间分布 摇
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表 5摇 林地枯枝落叶层碳含量
Table 5摇 Carbon content in litterfall layer
层次 Layer 平均值 / (g / kg)Mean value
标准误
Standard error
变异系数 / %
Variation coefficients
未分解 Litter 401. 80 60. 54 30. 13
半分解 Fermentation 436. 59 9. 14 4. 19
已分解 Humus 352. 72 19. 75 11. 20
加权平均值 Weighted means 393. 92
3. 4摇 土壤有机碳含量
从表 6 可知,马尾松林地土壤有机碳含量在垂直空间上分布不均匀,表现出随着土壤深度的增加而逐渐
下降,具有明显的表聚性特征[14],0—15cm土层有机碳含量显著高于 15—60 cm(P<0. 05)土层,与对照地相
比,林地土壤有机碳含量与对照地存在一致的规律性,均表现出土表层 0—15cm 的碳含量最高,并随土层的
加深而显著的减少(P<0. 05),而且有 60%以上的有机碳分布在 0—30 cm 土表层中[15]。 这是由于植物根系
主要集中在土壤表层。
表 6摇 土壤有机碳含量
Table 6摇 Soil Carbon content
土层 Soil layer / cm 林地 Stands / (g / kg) 对照地 Control land / (g / kg)
0—15 24. 73(1. 59)a 19. 67(0. 36)a
15—30 18. 25(0. 91)b 13. 01(1. 75)b
30—45 11. 65(0. 47)c 8. 02(1. 00)c
45—60 9. 40(0. 64)c 5. 68(0. 30)c
加权平均值 Weighted means 15. 59
摇 摇 括号内数据为标准误差; 同一列相同小写字母表示不同土层间有机碳含量差异不显著(P>0. 05),不同小写字母表示不同土层间有机碳含
量差异显著(P<0. 05)
3. 5摇 植被层碳储量
由表 7 可以看出,马尾松林生态系统中,乔木层碳储量为 32. 42 t / hm2,其中树干(干材+树皮)碳储量最
高,为 21. 92 t / hm2,,占乔木层碳储量的 67. 62% ,其次为树根 6. 21 t / hm2,占 19. 15% ,以树枝和树叶最低,分
别为 2. 16 和 2. 13 t / hm2,仅占 6. 66%和 6. 57% 。
灌木层碳储量为 807. 71 kg / hm2,且存在着因植物种类和各种植物生物量大小不同而不同的规律,如山胡
椒生物量 355. 96 kg / hm2 最高,其碳储量 216. 73 kg / hm2 也最高,栀子生物量 92. 12 kg / hm2 最低,其碳储量为
49. 56 kg / hm2,亦最低,两者间生物量相差 3. 86 倍,碳储量则相差 4. 37 倍。
草本层碳储量为 1269. 92 kg / hm2,各种草本植物的碳储量仍存在着与灌木植物相一致的规律,即随草本
植物种类及其生物量大小不同碳储量也不相同,如野艾蒿生物量高达 1372. 21 kg / hm2,其碳储量亦高达
677郾 95 kg / hm2,占据了草本层碳储量的 53. 39% ,而金毛耳草生物量最低,为 12. 40 kg / hm2,其碳储量仅为
4郾 01 kg / hm2,只占草本层碳储量的 0. 32% ,两者的碳储量,竟相差 169 倍。 可见,植物体碳储量的多少,除因
植物种类不同外,还与植物体生物量的高低而紧密相连。
3. 6摇 枯枝落叶层和土壤层的碳储量
由表 8 可以看出,枯枝落叶层碳总储量为 3810. 12 kg / hm2,其中以半分解层碳储量 1312. 83 kg / hm2 最
高,其次为已分解层碳储量 1299. 43 kg / hm2 居中,再次为未分解层 1197. 86 kg / hm2 最低。 虽然半分解层生物
量低于已分解层 677. 03 kg / hm2,但因其碳含量高于已分解层,所以碳的储量较已分解层高。 枯落物虽然自身
储存的碳较少,但它却是土壤有机碳的主要来源,也是土壤鄄植物系统碳循环的联结库,而且覆盖于地面,有效
地减少或防止了土壤碳的流失[16]。 目前有研究指出,森林凋落物现存量的变化对土壤碳储量影响很大。
8304 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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表 7摇 植物层碳储量
Table 7摇 Carbon storage in vegetation layer
乔木层 Arbor layer
器官
Organs
生物量
Biomass
/ ( t / hm2)
碳储量*
Carbon
storage
/ ( t / hm2)
灌木层 Shrub layer
植物名
Name
of plant
生物量
Biomass
/ (kg / hm2)
碳储量
Carbon
storage
/ (kg / hm2)
草本层 Herb layer
植物名
Name
of plant
生物量
Biomass
/ (kg / hm2)
碳储量
Carbon
storage
/ (kg / hm2)
树干材 Trunk 40. 52 21. 24(65. 52)
白栎
Quercus fabri Hance 110. 78 55. 21
野艾蒿 Artemisia
lavandulaefolia
DC
1372. 21 677. 95
树枝 Branch 5. 02 2. 16(6. 66)
山矾
Symplocos
sumuntia
152. 95 74. 88 一年蓬Erigeron annuus 479. 50 199. 53
树叶 Leaf 3. 94 2. 13(6. 57)
大叶胡枝子
Lespedeza
davidii franch
215. 93 108. 46 白茅Imperata cylindrica 234. 37 113. 48
树皮 Bark 1. 58 0. 68(2. 10)
小果蔷薇
Rosa cymosa Tratt 319. 60 164. 69
金毛耳草 Hedyotis
Chrysotricha
(Palib. ) Merr
12. 40 4. 01
树根 Root 12. 36 6. 21(19. 15)
栀子
Gardenia
jasminoides Ellis
92. 12 49. 56
铁芒萁
Dicranopteris
dichotoma
565. 24 251. 50
山胡椒 Lindera
glauca (Sieb. Et
Zucc. )Bl.
355. 96 216. 73 蕨 Pteridiumaquilinum 64. 09 23. 45
粗叶悬钩子 Rubus
alceaefolius Poir 271. 89 138. 18
合计 Total 63. 42 32. 42 1519. 23 807. 71 2727. 81 1269. 92
摇 摇 括号内数据为乔木层各器官碳储量占乔木层碳储量的百分数(% )
表 8摇 枯枝落叶层和土壤层碳储量
Table 8摇 Carbon storage in forest floor and soil layer
枯枝落叶层 Forest floor
层次
Layer
生物量
Biomass
/ (kg / hm2)
碳储量
Carbon storage
/ (kg / hm2)
土壤层 Soil layer
层次
Layer / cm
密度
Density
/ (g / m3)
碳储量
Carbon storage
/ ( t / hm2)
对照地
Control land
/ ( t / hm2)
未分解 Litter 2981. 23 1197. 86 0—15 1. 10 40. 80 31. 28
半分解 Fermentation 3007. 01 1312. 83 15—30 1. 39 38. 05 21. 66
已分解 Humus 3684. 04 1299. 43 30—45 1. 35 23. 59 13. 11
45—60 1. 36 19. 18 10. 48
合计 Total 9672. 28 3810. 12 121. 62 76. 53
表 8 还表明,林地土壤碳储量为 121. 62 t / hm2,与对照地 76. 53 t / hm2 相比,马尾松林地土壤碳储量提高
了 37. 07% 。 再从表 8 可以看出,马尾松林地和对照地土壤碳储量随土壤深度的增加而下降,由 0—15cm 土
层至 15—30cm土层,马尾松林地下降了 6. 74% ,对照地下降了 30. 75% ,而由 0—15cm 至 45—60 cm土层,马
尾松林地下降了 42. 18% ,对照地则下降 58. 09% ,表明马尾松林地碳储量随土层深度的增加而下降的幅度小
于对照地。
3. 7摇 马尾松林生态系统碳储量空间分布
由表 9 可知,马尾松生态系统中的碳储量为 159. 93 t / hm2,并表现为土壤层>植被层(乔木、灌木及草本
层)>枯枝落叶层。 其中植被层的乔木层、灌木层、草本层碳储量分别为 32. 42、0. 81、1. 27 t / hm2,分别占整个
生态系统碳储量的 20. 27% 、0. 51%和 0. 79% ;枯枝落叶层碳储量为 3. 81 t / hm2,占整个生态系统碳储量的
9304摇 13 期 摇 摇 摇 巫涛摇 等:长沙市区马尾松人工林生态系统碳储量及其空间分布 摇
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2郾 38% ;土壤层碳储量较高,为 121. 62 t / hm2,占整个生态系统碳储量的 76. 05% 。 再由表 9 可以看出,马尾松
林生态系统中,植被层的碳储量为 34. 50 t / hm2,占整个生态系统碳储量的 21. 57% ,其中乔木层碳储量 32. 42
t / hm2,可占植被层碳储量的 93. 97% ,表明在马尾松林生态系统中,植被层的碳储量主要取决于乔木层的碳
储量。
表 9摇 马尾松林生态系统碳储量空间分布
Table 9摇 Spatial Distribution of Carbon Storage in Pinus massoniana ecosystem
组分 Component 生物量 / ( t / hm
2)
Biomass
碳储量 / ( t / hm2)
Carbon storage
碳储量百分比 / %
Percentage of carbon storage
乔木层 Arbor layer 63. 42 32. 42 20. 27
灌木层 Shrub layer 1. 52 0. 81 0. 51
草本层 Herb layer 2. 73 1. 27 0. 79
枯枝落叶层 forest floor 9. 67 3. 81 2. 38
土壤层(0—60cm)Soil 121. 62 76. 05
总计 Total 159. 93 100. 00
3. 8摇 马尾松林生态系统乔木层年净碳固定量
由表 10 可知,马尾松林乔木层年净生产力为 4. 88 t·hm-2·a-1,年净碳固定量为 2. 50 t·hm-2·a-1,其中地上
部分年净碳固定量为 2. 02 t·hm-2·a-1,相当于地下部分根系的 4. 21 倍。 地上部分年净碳固定量则以树干材
的年净碳固定量最高,为 1. 64 t·hm-2·a-1,占地上部分年净碳固定量的 81. 2% 。 从表 10 还可表明,13 年生马
尾松林生态系统乔木层同化 CO2 能力为 9. 16 t·hm
-2·a-1。
表 10摇 乔木层年净碳固定量
Table 10摇 Net annual carbon storage in arbor layer
组分 Component 净生产力 / ( t·hm
-2·a-1)
Net productivity
净碳固定量 / ( t·hm-2·a-1)
Net carbon amount
折合 CO2 量 / ( t·hm-2·a-1)
Amount of CO2
树干材 Trunk 3. 12 1. 64 6. 01
树皮 Bark 0. 12 0. 05 6. 18
树叶 Leaf 0. 30 0. 16 0. 59
树枝 Branch 0. 39 0. 17 0. 62
树根 Root 0. 95 0. 48 1. 76
合计 Total 4. 88 2. 50 9. 16
4摇 结论与讨论
本研究表明,马尾松林下灌木植物碳含量为 489. 54—608. 86 g / kg,草本植物为 323. 06—494. 06 g / kg,各
类植物碳含量高低不等。 马尾松林木各器官碳含量不同,变化范围为 430. 05—541. 41 g / kg,按高低排序为:
叶>干>根>皮>枝。 这与广西中部丘陵区[11]和四川[17]的马尾松林木各器官含碳量变化范围基本接近,但各
器官含碳量按高低排序(广西:干>根>枝>皮>叶;四川:根>枝>干>叶>皮)有所不同,这可能与马尾松生长的
地域不同有关。
马尾松林地土壤有机碳含量随着土壤深度的增加而逐渐下降,0—15 cm 土表层碳含量显著高于 15—60
cm土层(P<0. 05),表现为表聚性,主要由于上层土层较下层的生物归还量大,有机碳多积累在土层上部,这
与田大伦等[14]、张国庆等[12]的研究结果一致。 且表层土(0—15cm)的有机碳含量是亚表层土(15—30 cm)
的 1. 36 倍,是底层土(45—60 cm)的 2. 63 倍,与黄从德等[18]研究的四川森林土壤有机碳含量垂直分布特征
是相近的。
长沙城市 13a马尾松林地土壤层(0—60 cm)碳储量为 121. 62 t / hm2,高于长沙城市 24 年生樟树、马尾松
人工混交林土壤碳储量(84. 78 t / hm2) [15]和四川省泸县不同密度马尾松人工林土壤碳储量(87. 04—107郾 90
0404 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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t / hm2) [12];但明显低于我国森林土壤平均碳储量(193. 55 t / hm2) [2]。 土壤碳储量占马尾松林生态系统总碳
储量 76. 05% ,与张国庆等[12]、尉海东等[13]的研究结果相对一致。 表明森林土壤是碳极重要的储存库。
Baties[19]对全球土壤碳储量的研究表明,在 0—100 cm的土壤碳储量中,0—30 cm所占的比例在 37%—
59%之间,黄从德等[18]的四川森林土壤有机碳储量中,0—30 cm 所占比例在 36. 38%—56. 48%之间。 本研
究表明,长沙城市马尾松人工林土壤有机碳储量 0—30 cm所占的比例为 52. 94% 。 由此可见,森林土壤有机
碳储量均以土壤表层为主。 但这又意味着森林土壤有机碳储量的稳定性较差,人为活动容易引起表层土的水
土流失从而导致土壤有机碳储量减少,因此减少人为对森林生态系统,尤其是对城市森林生态系统的干扰活
动,对于维持和增加土壤碳储量有着重要的意义[18]。
长沙城市 13 年生马尾松林植被的碳储量为 34. 50 t / hm2,均低于我国森林植被平均碳储量(57. 07 t /
hm2)和针叶林碳储量(67. 76 t / hm2) [2]。 生态系统碳库的空间分布序列为土壤层>植被层>枯落物层。 生态
系统的碳储量为 159. 93 t / hm2,高于四川 21 年生马尾松林生态系统碳储量(140. 01 t / hm2) [12],低于 14 年生
马尾松林生态系统碳储量(235. 00 t / hm2) [11],表明马尾松林分的年龄和密度影响着碳储量的高低,而且还低
于林分密度近似的同龄混交林(马尾松、杉木混交林)碳储量(178. 83 t / hm2) [20],虽然马尾松与杉木均为针叶
树种,但它们混交后,有利于提高马尾松纯林生态系统的碳储量。
13 年马尾松人工林乔木层净生产力为 4. 88 t·hm-2·a-1,有机碳年净固定量为 2. 50 t·hm-2·a-1,折合成 CO2
的量为 9. 16 t·hm-2·a-1,远低于 14 年生马尾松林生态系统有机碳年净固定量(9. 072 t·hm-2·a-1),折合成 CO2
量为 33. 24 t·hm-2·a-1 [11]和 13 年生马尾松、杉木混交林碳净固定量(5. 96 t·hm-2·a-1),折合 CO2 量 21. 88
t·hm-2·a-1 [20]。 由于本研究仅为乔木层净生产力,没有将年凋落物量计入净生产力,故有机碳年净固定量偏
低。 可见,保护好现有森林,每年可以吸收大气中一定量的 CO2。
在当前城市土地资源紧缺、城市森林面积窄小的情况下,作为评价城市森林功能的碳储量就显得更加重
要。 因此,准确地定量研究城市森林生态系统在城市碳收支平衡中的作用已引起国内外学者越来越多的关
注。 为了能精确估算城市森林的碳储量,本文旨在对长沙市区分布面积较多的马尾松人工林生态系统的碳储
量进行了定量研究,为精确估算湖南省城市区域及全省尺度上的森林碳储量及碳汇功能提供基础数据。
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2404 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 13 July,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Responses of sandy beach nematodes to oxygen deficiency: microcosm experiments HUA Er, LI Jia, DONG Jie, et al (3975)………
Allometric relationship between mean component biomass and density during the course of self鄄thinning for Fagopyrum esculentum
populations LI Lei, ZHOU Daowei, SHENG Lianxi (3987)………………………………………………………………………
Automatic site selection of sight鄄seeing route in ecotourism destinations based on landscape perception sensitivity
LI Jifeng, LI Renjie (3998)
……………………
…………………………………………………………………………………………………………
Emergy evaluation for sustainability of Biogas鄄linked agriculture ecosystem: a case study of Gongcheng county
YANG Jin, CHEN Bin, LIU Gengyuan (4007)
………………………
……………………………………………………………………………………
Spatial heterogeneity of vegetation coverage and its temporal dynamics in desert steppe, Inner Mongolia
YAN Liang, ZHOU Guangsheng,ZHANG Feng,et al (4017)
………………………………
………………………………………………………………………
Soil conservation value flow processes of two typical grasslands PEI Sha,XIE Gaodi, LI Shimei,et al (4025)…………………………
Spatial distribution of carbon storage in a 13鄄year鄄old Pinus massoniana forest ecosystem in Changsha City, China
WU Tao, PENG Chonghua, TIAN Dalun, et al (4034)
…………………
……………………………………………………………………………
Colonization rate and diversity of AM fungi in the rhizosphere of seven medicinal plants in Xiamen
JIANG Pan, WANG Mingyuan (4043)
……………………………………
………………………………………………………………………………………………
Effects of Cd,Low Concentration Pb / Cd on the contents of phenolic acid and simple glucides exudating from winter wheat seedlings
root and the relationship between them and rhizosphere soil microbial activity
JIA Xia, DONG Suiming, ZHOU Chunjuan (4052)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………………
The community structure of laccase鄄like multicopper oxidase鄄producing bacteria in soil of Liangshui Nature Reserve
ZHAO Dan, GU Huiqi, CUI Daizong,et al (4062)
…………………
…………………………………………………………………………………
Effects of soil rhizosphere microbial community and soil factors on arbuscular mycorrhizal fungi in different salinized soils
LU Xinping, DU Qian,YAN Yongli, et al (4071)
……………
…………………………………………………………………………………
The effects of inoculation with phosphate solubilizing bacteria Bacillus megaterium C4 in the AM fungal hyphosphere on soil organic
phosphorus mineralization and plant uptake ZHANG Lin, DING Xiaodong, WANG Fei, et al (4079)…………………………
Soil carbon, nitrogen and phosphorus ecological stoichiometry of Phragmites australis wetlands in different reaches in Minjiang
River estuary WANG Weiqi, WANG Chun, ZENG Congsheng, et al (4087)……………………………………………………
Dynamics of soil microbial biomass during early fine roots decomposition of three species in alpine region
WU Zhichao, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (4094)
……………………………
…………………………………………………………………………
Effects of simulated precipitation on apparent carbon flux of biologically crusted soils in the Gurbantunggut Desert in Xinjiang,
Northwestern China WU Lin, SU Yangui, ZHANG Yuanming (4103)……………………………………………………………
Changes in photosynthetic properties, ultrastructure and root vigor of Dendrobium candidum tissue culture seedlings during
transplantation PU Xiaozhen, YIN Chunying, ZHOU Xiaobo, et al (4114)………………………………………………………
Analysis of dry matter accumulation and translocation for winter wheat cultivars with different yields on dryland
ZHOU Ling, WANG Zhaohui,LI Fucui, et al (4123)
………………………
………………………………………………………………………………
Impact evaluation of low temperature to yields of maize in Northeast China based on crop growth model
ZHANG Jianping, WANG Chunyi, ZHAO Yanxia,et al (4132)
………………………………
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Spatiotemporal variations in the reference crop evapotranspiration on the Loess Plateau during 1961—2009 LI Zhi (4139)…………
Eco鄄physiological responses of Phragmites australis to different water鄄salt conditions in Momoge Wetland
DENG Chunnuan, ZHANG Guangxin, LI Hongyan, et al (4146)
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Comparative study of different earthworm sampling methods FAN Ruqin, ZHANG Xiaoping, LIANG Aizhen, et al (4154)…………
Geographic variation in longevity and fecundity of the Asian corn borer, Ostrinia furnacalis Guen佴e (Lepidoptera: Crambidae)
TU Xiaoyun,CHEN Yuansheng, XIA Qinwen, et al (4160)
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Analysis on grasshopper spatial heterogeneity and pattern of natural grass in upper reaches of Heihe
ZHAO Chengzhang, LI Lili, WANG Dawei, et al (4166)
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Inhibition effects of ethyl acetate extracts of Momordica charantia leaves on the experimental population of Spodoptera litura
LOU Ying, LING Bing, XIE Jiefeng, et al (4173)
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Feeding habits of Lateolabrax maculatus in Yangtze River estuary HONG Qiaoqiao, ZHUANG Ping, YANG Gang, et al (4181)……
Genetic structure of Gymnodiptychus pachycheilus from the upper reaches of the Yellow River as inferred from mtDNA control
region SU Junhu, ZHANG Yanping,LOU Zhongyu, et al (4191)…………………………………………………………………
Toxicity mechanism of Cadmium鄄induced reactive oxygen species and protein oxidation in testes of the frog Rana nigromaculata
CAO Hui, SHI Cailei, JIA Xiuying (4199)
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The diversity of scarab beetles in grassland cattle dung from North China
FAN Sanlong, FANG Hong, GAO Chuanbu, et al (4207)
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Spatial relationships among Empoasca vitis (Gothe) and Toxoptera aurantii (Boyer) and natural enemies in tea gardens of autumn鄄
winter season in Hefei suburban YANG Lin, GUO Hua, BI Shoudong, et al (4215)……………………………………………
Effects of vegetation, elevation and human disturbance on the distribution of large鄄 and medium鄄sized wildlife: a case study in
Jiuzhaigou Nature Reserve ZHANG Yue, LEI Kaiming, ZHANG Yuke, et al (4228)……………………………………………
Research of typical EIPs based on the social network analysis YANG Lihua, TONG Lianjun (4236)…………………………………
Exergy鄄based life cycle accounting of household biogas system: a case study of Gongcheng, Guangxi
QI Jing, CHEN Bin, DAI Jing, et al (4246)
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Review and Monograph
The effects of changes in hydrological regimes and salinity on wetland vegetation: a review ZHANG Guangxin (4254)………………
Advances in research on the seed bank of a saline鄄alkali meadow in the Songnen Plain
MA Hongyuan, LIANG Zhengwei, L譈 Bingsheng, et al (4261)
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A new landscape expansion index: definition and quantification WU Pengfei, ZHOU Demin, GONG Huili (4270)…………………
Scientific Note
Response of photosynthetic characteristics of Psathyrostachys huashanica Keng to drought stress
LI Qian, WANG Ming, WANG Wenwen, et alg (4278)
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The antifouling activities of Callyspongia sponge extracts CAO Wenhao, YAN Tao, LIU Yonghong,et al (4285)……………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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生摇 态摇 学摇 报
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第 32 卷摇 第 13 期摇 (2012 年 7 月)
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