全 文 ：第 26卷第 5期
2006年 5月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1．26．No．5
May，2006
广西大青山南亚热带马尾松、杉木混交林
生态系统碳素积累和分配特征
康 冰 ，刘世荣 ’，张广军 ，常建国 ，温远光 ，马姜明 ，郝文芳
(1．西北农林科技大学生命科学学院，陕西 杨陵 712100；2．中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，北京 100091；
3．山西林业科学研究院，太原 030012；4．广西大学林学院，南宁 530001)
摘要：选取广西大青山3个 13年生马尾松 、杉木混交林样区，研究其生态系统的碳素积累和分配特征。结果表明，混交林中两
个树种的碳素含量各异。马尾松干、根、枝的碳素含量较高，分别为 58．6％、56．3％、51．2％，叶和皮含量较低，变化幅度为
46．8％～56．3％。各器官中按碳素含量的高低排列顺序为：干 >根 >枝 >皮 >叶；杉木皮、叶、干的碳素含量较高，分别为
52．2％、51．8％、50．2％，碳素含量从高到低依次为：皮 >叶 >干 >根 >枝。从两个树种各器官碳总含量来看，马尾松要高于杉
木。灌木层、草本层及地表凋落物层碳素平均含量分别为44．1％、33．0％及 48．3％。土壤 3个层次(60cm深)碳素含量为 1．45％
～ 1．84％，各层次碳素含量分布不均 ，表层(0～20em)土壤碳素含量较高。针叶混交林乔木层生物量(t·hm )为 85．35～101．35，
平均为 93．83，且均以马尾松生物量居多(占75．7％～82．6％)。混交林生态系统碳库的空间分布序列为土壤层 >植被层 >凋落
物层。植被层的碳贮量平均为51．91 t·hm～，占整个生态系统碳总贮量的29．03％；乔木层碳贮量占整个生态系统的23．90％，占
植被层碳贮量的97．7％。乔木层碳贮量中，马尾松占的比例较大，为 65．39％。碳贮量在两个树种各器官中的分配，基本与各自
的生物量成正 比例关系，树干的碳贮量均最高，马尾松 、杉木的树干碳贮量分别 占各自碳贮量的 53．23％、55．57％，树干的碳总
贮量占乔木层碳总贮量的54％。其次，两个树种根也 占较大 比例，树根碳总贮量占乔木层碳总贮量的 19．22％。马尾松、杉木
枝、皮在各自碳的贮量中分配不同，马尾松枝占的比例要大于皮，而杉木则相反；凋落物层碳贮量平均为 3．25 t·hm～，仅 占
1．82％；林地土壤层(0～60 cm)碳贮量是相当可观的，平均为 123．43 t·hm～，占 69．02％。马尾松 、杉木混交林年净生产力为
l1．46 t·hm～·a～，有机碳年净 固定量为 5．96 t·hm～·a～，折合成 co2的量为 21．88 t·hm～·a～。
关键词：碳分配；碳贮存 ；马尾松 、杉木混交林；大青山；广西
文章编号 ：1000-0933(2006)05—1320—10 中图分类号 ：Q143，Q948，$718．55 文献标识码 ：A
Carbon accumulation and distribution in PinUS massoniana and Cunninghamia
lanceolata mixed forest ecosystem in Daqingshan，Guangxi of China
KANG Bing · ，LIU Shi．Rong ，ZHANG Guang．Jun ，CHANG Jian-Guo2· ，WEN Yuan-Guang，MA Jiang-Ming2，HAO
Wen-Fang (1．Colege ofLife，Noahwest Sci-Tech University ofAgriculture and Forestry，Yangling Shaanxi 712100，China；2． fule ofForest Ecology，
Enmronmem and Protection，Chinese Academy ofForestry，Beijing 100091，China ；3．Shanxi Academy ofForestry，Taiyuan 030012，China ；4．Forestry Colege，
Guangxi University，Nanning 530001，China)．Acta Ecologica Sinica，20O6，26(s)：1320—1329．
Abstract：Carbon accumulation and distribution were studied in plantation of Hnus 11A2ssonia?142 and Cunninghamia lanceolata
mixed forest ecosystem in Daqingshan，Guangxi．The results shew that the mean carbo n concentrations of two trees species was
基金项目：国家十五科技攻关资助项目(2001BA510B06)；国家林业局 948资助项 目(2001—14，2004-4—66)；广西大学中南速生材国家重点实验室开
放课题 资助项 目
收稿 日期 ：2005—10-08；修订 日期 ：2006—03—17
作者简介：康冰(1969～)，男，陕西礼泉人，博士生，副教授，主要从事森林生态及生物技术研究．E—mail：yl·kangbing@163．corn
*通讯作者 Coresponding author．E—mail：liusr@forestry．ac．ca
Foundation item：The project wss supported by National Key Project for the Tenth Five Year Plan(No．2001BA510B06)；SFA 948 Progrem(No．2001—14，2004-4—
66)；National Open Project for Key Laboratory of South Quick—growing Timber in Guangxi University
ReoeiVed da t*：2005—10—08：Accepted da te：2006-03—17
Biography：KANG Bing，Ph．D．candidate，Associate professor，mainly engaged in ecosystem management and biology technology．E-mail：yl—kangbing@ 163．com
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5期 康冰 等 ：广西大青山南亚热带马尾松 、杉木混交林生态系统碳素积累和分配特征
diⅡerent，the total carbon concentrations of Pinus打10 on ，l口 was much more than that of Cunninghamia lanceolata．
The average carbon concentrations in all organs of P／nus massoniana was in the folowing order"wood(58．6％)>root
(56．3％)>branch(51．2％)>bark(49．8％)>leaf(46．8％)，the order of Cunninghamia lanceolata was bark(52．2％)>leaf
(51．8％)>wod(50．2％)>root(47．5％)>branch(46．7％)．The carbon concentrations of soil(to 60cm)ranged from 1．45％
to 1．84％ ，with an average of1．70％ ．Carbon concentrations of surfacesoil(to 20cm)was higherthanthe otherlayer．The average
carbon concentrations in diferent layers was in the order as：trees(51．1％)>standing litters(48．3％)>shrub(44．1％)>herb
(33．O％)．
Th e biomass of trees in three plots ranged from 85．35 t·hm～ to 101．35 t·hm～ ，with average of93．83 t·hm～ ，which was
contributed mainly by Pinus massoniana(75．7％ ～82．6％)．The biomass of undemtory plant was 2．10～3．95 t·hm～，with afI
average of 2．72 t·hm～ ．Standing stock of ground liter was 5．49～7．91 t·hm～ ．with an average of 6．75 t·hm～ ．
Th e carbon storage order of mixed forest ecosystem was soil layer>vegetation >standing liter．Of total average carbon．
29．O3％ was distributed by vegetation component，69．02％ by soil(60cm depth)，only 1．82％ by standing ground liter layer．
Th e carbon storage of tree layer occupied 23．90％ of total ecosystem and 97．7％ of vegetation layer．Of total carbon storage in
tree layer，65．39％ was distributed by Pinus massoniana．Th e carbon storage in diferent organs was po sitively related to the
biomass of corresponding organs．Trunk accumulated the highest carbon storage． comprising 53．23％ of carbon storage in
overstorey trees of Pinus rL(1sso，t ， 口．respectively seized 55．57％ of Cunninghamia lanceolata．Root made up 19．22％ of total
tree carbon．
Th e annual net productivity of mixed forest plantation was 11．46 t·hm一 ·a一 ，stored carbon up to 5．96 t·hm一 ·a一 ，
amounted CO2 to 21．88 t·hm一 ·a～ ．Forest was a impo rtant sink of atmospheric C02．
Key words：carbon distribution；carbon storage； P／nus massoniana and Cunninghamia lanceolata mi xed forest；Daqingshan；
Guangxi
近年来，由于化石燃料的大量使用和土地利用变化原因，大气中的 CO 浓度不断增加。据报道，仅在过
去 的 150a间大气层中的 CO 浓度就增加了 3l％ ，碳循环是全球性的基础课题。碳循环的研究是了解生物
圈的重要途径 ，这对 于估计 CO 及其他温室气体含量及它们与生物圈的相互作用至关重要 ]。随着国际社会
对全球气候变化的重视 ，CO 作为最重要的一种温室气体 ，其源与汇成为全球关注的热点 。人们利用陆地生
态 系统植被和土壤积累有机碳来增加陆地生态系统碳贮量 以达 到减缓全球变暖速度的 目的 。森林作为
最主要的植被类 型，其 维持的碳库 占全球 总碳库 的 46．3％，森林 植被部 分维持 的碳库 占全球植 被碳库 的
77．1％ [6 3
，土壤碳贮量约 占世界陆地土壤总碳库的 73％ 。森林通过生长从大气 中吸收贮存 大量 的 cO，，其
存贮能力取决于森林类型、种类组成 、林龄及其与人类活动的关系 。研究森林生态系统碳循环对于了解全
球碳平衡和人类活动对全球气候变化的影响均具有重要的意义。国外对通过森林资源管理和造林等行为带
来的碳吸收探讨 较多 ，而 我 国在这方 面报道 并不 多 ，且大 部分集 中在人 工纯 林和 原生性 天然林
上 ，混交林尤其是针 叶混交林 ，因其多样性和不稳定性 ，对其研究报道很少 。
与世界其它许多地区一样，我国南亚热带地区由于社会经济发展、人口剧增等因素，同样经受如土地利用
变化等人为干扰活动影响，几乎所有森林均受到不同程度的破坏，森林生态系统变得非常脆弱 ‘ ’ 。地处南
亚热带大青山区域的中国林业科学研究院热带森林实验中心，多年致力于热带、亚热带森林的实验研究，保存
了较完好的植被类型，为研究南亚热带森林碳储存状况提供了良好的基础。马尾松和杉木混交林在该区域占
有一定比例，目前尚无人进行相关研究。本文对马尾松、杉木混交林碳素密度、贮量与其空间分布特征进行研
究 ，以便为正确评价森林在全球碳平衡中的作用提供理论依据，为全球变化、森林生态系统生产力和人为干扰
对森林生态系统碳循环影响研究提供基础。
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生 态 学 报 26卷
1 材料与方法
1．1 试验地概况
研究地点处于广西西南边陲，位于北纬21。57 ～22。19 ，东经 106。39 ～106。59 。该地区位于南亚热带季风
气候区域内的西南部，翌年与北热带北缘毗邻。属湿润半湿润气候。境内日照充足，雨量充沛，干湿季节明显
(10～翌年 3月份为干季，4～9月份为湿季)，光、水、热资源丰富。年均气温为 20．5～21．7c，极端高温
40．3c，极端低温 一1．5c；≥10~C活动积温 600O～7600c。年均降雨量 1200～1500mm，年蒸发量 1261～
1388mm，相对湿度 80％～84％。主要地貌类型以低山丘陵为主，坡度以25～30。为多。地带性土壤为砖红壤
性红壤，深度大于 lm。
在位于该区域的中国林业科学研究院热带林业实验中心大青山试验场，选择 1993年栽植的马尾松林，造
林地为杉木人工林采伐迹地，杉木萌生后，形成了马尾松、杉木混交林。按坡位上、中、下分别选择 3个样区
(样区编号为 1、2,3)，每个样区设立 4块固定样地 ，每块样地面积为 20 m×30 m。林下灌木主要种有青 冈栎
(Quercus glauca)、杜茎 山 (Maesa japonica)、三 叉苦 (Evodia lepta)、耳 叶榕 (Ficus cunia)、玉 叶金花 (Mussaenda
pubuscens)等 。林下草本主要有弓果黍(Cyrtococcum patens)、五节芒 (Miscanthusfloridulus)、淡竹叶(Lophatherum
gracile)、蔓生莠竹(Microstegium vagans)等。
1．2 生物量和净生产力的测定
在每个固定样地，各设置 6个 10m×10m的小样方，调查各样方乔木层树高、胸径，得到乔木的组成结构
(见表 1)。根据固定样地的每木检尺结果，按径级(2cm)选取标准木 7株进行生物量测定。样木伐倒后，地上
部分按分层切割法测定生物量 ，每 1m为一区分段 ，分层截取测定干 、皮 、枝 、叶的生物量 ；地下部分采用“分层
挖掘法(0～20、20～40、40～60和60～80cm)”分别测定根头、大根、粗根、细根鲜重。各器官抽取样品，在 80c
烘箱 中烘干至恒重，计算出各器官干物质重量。
表 1 大青 山马尾松、杉木混 交林乔 木层群 落结构 的一些参数
Table 1 Parameters structure oftreelayerin mixed forest ofj w nu~soniana and Cunninghamia lanceolata in Daqin8shan
P nm massoniana；C Cunninghamia lanceolata(％ )
建立相对生长方程(如下)，估算林分的生物量 ，以年平均增长量作为净生产力的估测指标 ¨。
杉木生物量估测方程 ：
W = 0．009068D H + 1．9250 r= 0．998
皮 = 0．000939D H +0．9114 r= 0．983
枝 = 0．001202D H +0．5201 r= 0．979
： 一 1．2158+0．001571D H 一6．7863×10一 ×(D H) r：0．994
根 =一2．1921+0．006678D H一1．1687×10一 ×(D 日) +8．2639×10一“×(D H)3 r=0．997
马尾松生物量估测方程 ：
W = 0．01231D H +0．8642 r= 0．995
皮 =一0．2092+0．002404D H一5．2407×10～ ×(D 日) +4．8697×10 ×(D 日)。 r=0．999
W枝 ： 0．005886D H 一 1．5623 r： 0．999
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5期 康冰 等 ：广西大青 山南亚热带 马尾松 、杉木混交林 生态系统碳素积 累和 分配特征
W叶 =0．2104—0．000159D H+8．4844×10一 ×(D H)2—7．1947×10一“×(D F／) r=0．999
W根 = 0．004719D H 一0．8714 r= 0．987
在每个样地内按梅花形设置5个面积 lm×lm的小样方，记录每个样方内的植物种类，灌木分为叶、茎、
根，草本植物分为地上部分和地下部分，采用全挖法实测生物量。在和林下植被同一样地中收获全部凋落物，
测定生物量，同时在 3个样区分别安装 1个 1 rn2的凋落物收集器，每月收集 1次，并按组分测定生物量，统计
获得全年凋落物量。将所收集的林下层植物及凋落物样品在80％烘箱中烘干至恒重后，再估算干重。
1．3 植物生物量及地表凋落物现存量
乔木层生物量见表 2。从表 2可以看出，各样区乔木层生物量 (t·hmI2)差异较明显，分别为 85．35、
101．13、95．00。在 3个样区乔木层总生物量 中，马尾松贡献率大于杉木，依次为 75．66％、77．89％、82．64％。
乔木层各器官生物量在 3个样区中分配规律基本一致。但两个树种各器官的生物量占各自生物量的比
例不同，马尾松各器官生物量 占各 自总生物量的比例从大到小依次为干 、枝 、根 、皮 、叶 ，其平均值 (％)依次为
50．47、20．21、19．21、5．73、3．98；杉木则依次为干 、根 、皮 、枝 、叶，其平均值(％)依次为 57．19、22．47、9．65、8．93、
1．76。总的来说 ，树干在乔木层总生物量中占的比例较大，平均为 51．87％。
混交林下植被生物量及地表凋落物现存量见表 3。从表 3可以看出，灌木、草本生物量在 1样区较大，为
3．63 t·hm～，而在 2、3样 区生物量较小 ，2、3样区灌木或草本生物量基本一致 ，灌木 、草本分别在 1样区生物量
是 2、3样区的 1．87、2．00倍 。林下层植被生物量并没有随乔木层生物量增 大而呈增大 的趋势 ，反而呈减少趋
势 。主要因为林下层植被生长受林下透光强度的影响 ，乔木层密度越大 ，林下光强越小。
表 2 大青 山马尾松 、杉木 混交林乔木层生物量 t hm )
Table 2 Biomag~ t hm )oftreesinmixedforest of P／nusmossoniana and Cunnlnghamlalanceolata in Daqingshan
*括 号内数字 为标 准误 差 Values in parentheses are standard ellors
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1324 生 态 学 报 26卷
地表现存凋落物量明显大于林下植被的生物量，并随着乔木层生物量增大而增大。
1．4 样品采集及化学分析
在测定生物量的同时，按干 、皮 、叶(分当年生叶和老叶)、枝(分当年生枝和老枝)、根(分为 <0．2cm、0．2～
0．5cm、>0．5cm和根头)分别采集 7株标准木的分析样品，对样品逐一进行化学分析，以样木分析结果取其平
均值作为最终结果。现存凋落物是在样地的 5个 lm X 1In的小样方内，先按未分解、半分解 2层次分别取样，
再按未分解、半分解把每个样地的5个小样方分别混合，取混合样进行测定作为最终结果。在不同样区内，各
按 0～20cm、20～40cm、40～60 cm分层随机取土样 3～4次，再分层次分别混合，取混合样测定作为最终结果。
同时测定其容重，按其容重估算各层单位面积土壤的质量。
植物分析样品于70~C烘干，土壤样品则置于室内风干，然后磨碎。所有样品均采用重铬酸钾——水合加
热法测定有机碳含量 ¨。平均值差异显著性分析用 SPSS11．0软件包进行。
1．5 碳贮量的计算方法
碳贮量根据单位面积林分干物质质量(生物量)乘转换系数而求得。不同组分的转换系数是根据在进行
生物量测定时所取得的样品而实测所得的有机碳含量值。土壤碳贮量则是土壤有机碳含量、土壤容重及土壤
厚度三者的乘积。可根据土壤含碳量及各层土壤的质量来计算。
2 结果与分析
2．1 混交林生态系统各组分碳素含量
2．1．1 乔木层碳素含量 从表 4可以看 出，混交林 中两个树种的碳素含量各异。13a生马尾松干 、根 、枝 的
碳素含量较高分别为 58．6％、56．3％ 、51．2％，叶和皮含量较低 ，变化幅度为 46．8％ ～56．3％。按碳素含量 的
高低排列顺序为 ：干 >根 >枝 >皮 >叶 ；13a生杉木皮 、叶 、干的碳素含量较高 ，分别为 52．2％、51．8％、50．2％，
碳素含量从高到低依次为皮 >叶 >干 >根 >枝。从两个树种平均碳含量来看 ，马尾松碳素平均含量要高于杉
木。两个树种不同组分 的碳素含量变化不大，样本的变异系数为 1．25％ ～5．97％。
表4 马尾松、杉木混交林乔木层不同器官碳素含量(％)
Table 4 Carbon concentrationin diferent orga璐 ofmixedtrees of J lH massoniana and Cunninghamiaianceolata inDaqingshan(％)
*括号内数字为变异系数 Values in parentheses are variance coeficient(％)
2．1．2 林下植被及土壤碳素含量 对混交林下植被
及碳素含量的测定结果见表 5。从表 5可以看出灌木
层碳素含量平均为 44．1％，草本层为 33．O％，凋落物
层为 48．3％，灌木层的碳素含量高于草本层，表现出
随植物个体高度或组织木质化程度 的降低 ，其碳素含
量相应减少的趋势 。不管灌木和草本，其地上部分
碳素含量均高于地下部分。灌草及凋落物层碳素平
均含量各组分间差异不显著(P>5)。
3个样区的土壤容重 基本随土壤 深度增加 而增
加 ，0—20cm、20～40 cm、40～60cm三层次的平均值依
表 5 林下植被碳素含量
Table 5 Carbon concentration in understory plant
次为 1．125g·cm (以下单位 同)、1．234、1．357，总平均为 1．239。同一土层 ，各样 区间土壤容重没有明显差 异。
土壤各层次碳含量随着土层加深而降低 ，差异较 明显 ，变异系数 为 29．o7％ ～35．99％。同一土层各样 区之间
碳含量没有 明显差异 ，变异系数为 2．60％ ～11．77％(表 6)。
总的来看 ，针叶混交林生态系统各组分碳含量有较明显 的规律 。在地上部分，其碳 含量平均值变化规律
为：乔木层 >地表现存凋落物层 >灌木层 >草本层。在地下部分(根)，表现为乔木层 >灌木层 >草本层。无
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5期 康冰 等：广西大青山南亚热带马尾松、杉木混交林生态系统碳素积累和分配特征
论是灌木层还是乔木层，枝干部分的碳素含量最高。土壤的碳素含量明显低于植被层及凋落物层的碳素
含量。
表6 土壤中碳素含量
Tahie 6 Carbo n concentration in soil
2．2 生态系统碳贮量及在各组分中的分配
乔木层两个树种各器官碳分配特征在 3个样区基本是一致 的。林木各器官 的生物量与相应碳 素含量之
积为其碳贮量 ，因此生物量正 向影响各器官的碳贮量(见表 7)。总的来说 ，针叶混交林乔木层碳的贮量 中，马
尾松 占的比例较大，平均 占乔木层 总贮量的 65．39％，杉木则为 34．61％。两个树种各器官 中，树 干的碳贮量
均最高，马尾松、杉木分别平均占各自碳总贮量的53．23％、55．57％，树干的平均总贮量占乔木层的54％。其
次，两个树种根也 占较大比例 ，马尾松、杉木分别 占各 自碳平均总贮量的 18．47％、18．94％，树根 的碳平均总贮
量占乔木层总平均贮量的 19．22％。马尾松、杉木枝 、皮在各 自碳 的总贮量 中分配不同，马尾松枝 占的比例要
大于皮 ，而杉木则相反 。乔木枝 、皮 、叶碳平均总贮量 占乔木层碳平均总贮量的 26．87％。
3个样区植被层碳贮量(t·hm )分别为 47．90、55．82、52．73(表 8)，其中乔木层所 占比例分别为 96．37％、
98．44％、98．26％。可见 ，植被层碳贮量主要取决于乔木层 的生物量 。地表现存凋落物碳贮量较小 ，为 2．65～
3．80t·hm～，仅是植被层的 5．5％ ～7．2％。
样区 1、2和 3土壤碳贮量(t·hm )分别为 104．47、131．69、134．13。3个样区土壤碳贮量中，0～20 cm土层
含碳量较高 ，分别 占土壤层(0～60cm)碳贮量的 47．86％、48．18％和 50．83％，分别 占整个生态系统碳贮量的
32．66％、48．18％和 35．76％。可见 ，森林土壤表层碳贮量贡献较大 ，任何引起水土流失 的活动容 易导致土壤
碳损失 ，同时也反映了亚热带地区森林土壤的脆弱性。
表7 大青山马尾松、杉木混交林乔木层各器官碳的分配(t·hm )
Table7 The carbon storage distribution in diferent organs of tree layer in mixed forest of P／nus massonlana and Cunninghamla lanceolata in
Daqlngshan
括号内数字为 百分数 Data in the bracket represent percentage(％)
马尾松 、杉木混交林生态系统 中碳库主要分为 3个部分(表 8)：植被层 、凋落物层和土壤层 ，1～3样区中，
生态系统碳总贮量(t·hm )分别为 155．02、190．80和 190．66，与乔木层生物量 、碳贮量 的分布规律一致 ，即样
区2>样区 3>样区 1，可见针叶混交林生态系统 中，乔木层生产力对维持整个森林生态系统有着重要的作用 。
生态系统碳贮存的空间分布序列为土壤层 >植被层 >凋落物层 。植被层的碳贮 量平均为 51．91 t·hm～，占平
均总贮量的29．03％；凋落物层平均为3．25 t·hm～，仅占1．82％，死地被物的碳贮量虽最小，但它是土壤．植物
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1326 生 态 学 报 26卷
系统碳循环的联结库，对森林生态系统的碳循环起到重要的作用；林地土壤层(0～60 cm)碳贮量是相当可观
的，平均为 123．43 t·hm～，占69．02％。混交林土壤中(包括土壤、树根)平均碳贮量占整个生态系统平均碳贮
量的74．47％，即地上部分与地下部分碳贮量之比为 1：2．92，与浙江 35年生的青冈常绿阔叶林植物碳贮量地
上地下比率 2．93¨引接近，大于全球森林地上部分碳贮量与地下部分碳贮量之比(1：2)“引。林地土壤是碳的一
个极重要的贮存库。
2．3 混交林年净固定量的初步估算
森林生态系统生产力研究的主要内容之一是要确定系统同化 CO，的能力。根据各组分年净生产力及相
应组分的碳素密度计算出有机碳年净固定量 ¨如表9所示。由表 9可看出，13年生马尾松、杉木混交林年净
生产力为 11．46 t·hm～·a～，有机碳年净固定量为5．96 t·hm～·a～，折合成 CO，的量为 21．88 t·hm～·a～。相
近区域 11年生杉木林年净生产力为7．351 t·hm～·a～，有机碳年净固定量为 3．489 t·hm～·aI1“ 。广西中部
丘陵区 14a马尾松林年净生产力为 17．63t·hm～·a～， 表8 大青山马尾松、杉木混交林生态系统各组分碳贮■
有机碳年净固定量为 9．08 t·hm～·a-。D6]。热带山地 T bk 0 ca b0Ⅱstorage 明ch~ompone毗0f 。 ecosystem of删
雨林每公顷每年能吸 收 3．818tC[m 3。苏南地 区 27年 —forest ofP／nusmasoniana and Cun—ninghamialanceolata inDaqingshan
生杉木林生态系统每公顷每年能吸收2．36tC ]。可 组分Components — 苎兰竺 竺 竺二 一
见 ，相对于杉木纯林而言，杉木与马尾松混交后 ，可有 -——————————————————一
效增强生态系统 同化 cO，的能力。但对 于马尾 松纯 叶Leav。s 1．90 2．12 2．12 2．04
林而言，混交林生态系统同化CO：的能力稍有减弱。 辈： ： ；： ；
森林不仅是陆地生态系统中最为重要 的生物基因库 ， 皮Bark 2．90 3．30 3．12 3．11
而且也是大气 CO 的一个重要的汇。森林 的破坏 ，就 根Rots 8．53 1．19 9．53 9．75
等于给大气增加一个 重要 的 cO：供给源 。因为森林 林下植物层Underst0ry plant。
砍伐，除了利用一部分有用的木材外，其它部分如树 地上部分Aboveground 1．3 0·60 0·63 0·8
nf,枝、皮、根等可能被分解腐烂，或被当作燃料而燃 如 ： ： ：
烧掉 ，通过这些途径 向大气中释放 cO，。保护好现有 植被层合计Totalfor vegetation 47．90 55．82 52．73 51．91
森林 ，每 年 可以吸收 大气 中一定 量 的 CO：。 由此 可 物 nd m
1．64 1．96 2．12 1．9l
见，森林与全球大气 cO，浓度 的升 降具有 密切 的关 半分解Decomposing 1．O1 1．33 1．68 1．34
系，成为影响全球气候变化 的一个重要 因子 ，说 明保 d
。
~ if Su
。 ．．
· ·29 ·80 ·
护 、恢复和发展森林 植被 具有非 常重要 的生态 学意 0 20 50．63 63．45 68．18 60．75
义。确定系统 同化 cO，的能力是森林 生态系统生产 20～40cm · 7·88 44· 8 ·
力研究 的主要 内容之一。 土壤层合计Total fo s0il 104
．47 131．69 134．13 123．43
3 讨论 璺 ! ! ： ! ： !竺： !!：!
l3年生马尾松 、杉木混交林乔木层不同器官碳素
因树种不同各异。马尾松不同器官中碳素含量按 Tabl 9 The
。 laI carbo 岫 ge．n劬 刚 f0 pl。Ⅱta6oⅡ
小排列顺序为：干>根>枝>皮>叶；杉木则为：皮 ————————_=：二_二__—_ —
>叶 >干 >根 >枝。混交林两个树种各器官碳素含 ⋯， 伊王广 ? 定量Annual et CO 量
量大小排序分别与湖南会同的 11年生杉木 及广西 ‘ ( ．h 一-)
，
。 ： 。 、 【t r?
、
‘
桂中的 14年生马尾松 ¨的基本一致 ，可见林 分混交 一
并没有 明显改变纯林 各器官碳素含量 的大小 。从两 树根Rot 1
．
39 0．75 2-75
个树种各器官平均碳素含量来看，马尾松要高于杉 树叶Leaf 0．3 0．16 0．59
木，这可能与两个树种不同的冠层结构及光合生理特 筹 ： ：．4：7 ：．~ 24 兽
性有关 ，马尾松在混交 林 冠层所处位 置要 高于 杉木 年凋落物量An al lit 4．25 2．04 7．49
(表 1)，可利用较多的太阳光能合成有机物。 宣 !!： ： !：塑
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5期 康冰 等：广西大青山南亚热带马尾松、杉木混交林生态系统碳素积累和分配特征
灌木层的碳素含量总平均为42．8％，草本层为 37．7％。林下植被各组分碳含量明显低于乔木层相对应
的各组分含量。灌木层碳含量大于草本层。植被层碳含量除了与林下植被种类有关外，还与林下环境条件密
切相关。乔木层叶片处于林冠上部 ，有较长的 日照时间和充足的光能，从而可 以截获较多太 阳能，有利于植物
的光合作用，合成、积累较多的有机物，因而碳含量较高；而灌木层叶片处于荫蔽生境，光照不仅在强度上减
弱，而且在光质成分上也与林冠层不同，最重要的区别是林下光照中生理辐射光显著减少，因此，光合强度低
弱，有机物合成 、积累少 ，碳含量低。
由于凋落物中的部分有机物被分解，处于半分解状态的凋落物碳素含量明显低于未分解凋落物碳素含
量。该针叶混交林凋落物碳素平均含量高于樟树林下凋落物(40．3％) ，说明针叶林下凋落物有机碳的分
解速率较阔叶林下的慢。
土壤表层 (0～20em)碳素含量在 3个样区不 同，样区 3>样 区 2>样区 1，与乔木层生物量分布规律 (样区
2>样区 3>样区 1)不一致 ，这可能与土壤有机碳从坡上 向坡下 淋溶和转移有关。各土层碳含量随着土层深
度增加而下降，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。
马尾松、杉木混交林生态系统中碳库主要分为 3个部分：植被层、凋落物层和土壤层。碳贮量在各样区的
分布与植被层生物量的分布规律一致 ，即样区 2>样区 3>样区 1，可见针 叶混交林生态系统 中，维持植被生产
力对保持整个生态系统碳贮量有着重要 的作用。生态系统碳贮量平均为 178．83 t·hm～，大于 11年生的杉木
纯林生态系统碳贮量(144．22 t·hm ) ，低于 14年生马尾松纯林生态系统碳贮量(235．O0 t·hm ) 。混交
林乔木层碳贮量 (50．72 t·hm )大于 11年生杉木乔木层碳贮量(34．53 t·hm ) ，接近于 14年生马尾松乔木
层碳贮量(53．78 t·hm ) 。可见，马尾松、杉木混交后，利于提高杉木纯林的碳贮量；相对于马尾松纯林来
说，混交并没有明显降低乔木层的碳贮量。
大青山针 叶混交林植被碳贮量为 51．91 t·hm～，占整个生态系统碳贮量的 29．o3％，接近于我国森林植被
平均碳贮量(57．07 t·hm )，高于温性 (43．26 hm )及暖性针叶林 (44．97t·hm ) 。低于马尾松林全国平均
水平 62．44 t·hm。E9]和热带 、亚热带针叶林 63．7 t·hm一1 E25]，这主要因为本研究所选定林分的林龄(13a)低于以
上松林平均林龄 (20～30 a) 。
乔木层碳贮量占整个生态系统 的 23．90％，占植被层碳贮量的 97．7％，植被层碳贮量主要取 决于乔木层
的生物量。混交林中马尾松对碳贮量贡献较大 ，占乔木层碳 总贮量的 65．39％，杉木则为 34．61％。乔木各器
官 中，树干的碳贮量均最高，树干的平均总碳贮量占乔木层的 54％，若该混交林被采伐后 ，其树干可 以被用作
家具或其它林产品，其碳贮量可以保存下来，成为缓冲性质的林产品碳库，对调节地球环境中碳周转速率和周
转量有重要意义 ；其次，两个树种根也占较大比例，马尾松、杉木分别占各 自碳平均总贮量的 18．47％、
18．94％，树根的碳总贮量占乔木层碳总贮量的 19．22％，采伐后树根在土壤里保存可减少碳的流失；马尾松、
杉木枝 、皮在各自碳总贮量中分配不同，马尾松枝占的比例要大于皮，而杉木则相反。乔木枝、皮 、叶碳总贮量
占乔木层碳总贮量的26．87％。可见非木材的枝、叶、皮、根占较大比例，所采伐剩余物的处理和森林恢复更
新对碳贮量的影响很大。如采伐后大量枝、叶、皮等出林外作薪材或进行“炼山”，将导致大量有机质的分解，
土壤表层有机质也迅速氧化分解 ，将导致大量的 CO，排放 。此外 ，对林下灌草的铲除及采脂等抚 育经营活
动，也将导致一定植被碳的流失。
凋落物层碳贮量较低，为3．25 t·hm～，这主要是由于凋落物碳贮量很大程度取决于水热条件、地域特点
等。一般纬度越高，分解条件越差，积累越多；反之，分解越迅速，积累较少 。
土壤有机碳贮量(0～60cm)为 123．43 t·hm～，占整个生态系统 碳贮量 的 69．02％，是植被 碳贮量的 2．38
倍。林地土壤是碳的一个极重要的贮存库。我国森林土壤平均碳贮量为 193．55 t·hm～，约是植被贮量的3．4
倍 。土壤有机碳含量及其与植被碳贮量的比值均低于全国平均水平，这主要由于：一方面亚热带较好的水
热条件利于植被生物量的累积；另一方面，亚热带土壤呼吸速率较大，加之植被对土壤 中养分 的大量吸收，造
成土壤碳贮量相对较低 。土壤表层(0～20 em)碳贮量为60．75 t·hm～，贡献较大，占整个土壤有机碳贮量
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l328 生 态 学 报 26卷
(O一60cm)的49．22％，可见防止地表的水土流失，可有效保持土壤对碳的吸存。林下植被在维持地力、保持水
土方面等方面有着重要的作用 ，以往林分抚育时对林下植被破坏严重，不仅造成植被碳贮量的减少，而
且加剧了地表径流对表土层的冲蚀，进而导致土壤碳散失。因此，在该区域保护林下植被对维持整个生态系
统的碳汇有着非常重要的作用。
据估算 13年生的马尾松、杉木混交林 的年净生产力为 11．46 t·hm～·a～，有机碳年净固定量为 5．96
t·hm～·a～，折合成 CO 的量为 21．88 t·hm～·a～。由此可见，森林是大气 co2一个重要的汇，而森林的破坏，
不但不能固定、吸收大气中的 co2，反而给大气增加一个重要的 CO 源，因此，森林与全球大气 CO 浓度的升
降具有密切的关系，成为影响全球气候变化的一个重要因子。该生态系统 CO 动态及平衡有待于进一步进
行研究。
[1] IPCC．Climate Change 2001：the science of climate cI Ige．Summary for policymarkers，a report of working group I of the intergovemmental panel on
climate change．Geneva，Switzerland，2001．1～98．
[2] IPCC．Land use，land·u8e claIlge，and forestry，sulilnla~for policymarkers，a special report of the intergovernmental panel on climate change．Geneva，
Switzerland．2OOO．1—20．
[9]
[10]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
Berrien M＆ Brsswell B H．The metabolism of the earth：understand the carbon cycle．AMBIO，1994。23：4～12．
Dixon R K，Wi~um J K，Schroeder P E．Conservation and sequestration of carbon．Global Envir Change，1993，3(2)：159～173．
Dixon R K，Brown S。et a1．Cad~n pools an d flux of global forest ecosystem ．Science，1994。5～190．
Brown S．Present and potential roles of forests in the global climate change debate．Unasylva，1996。47：3～10．
Post W M，Emanuel W R，et a1．Soil carbon pools and world life zones．Nature。1982，298：156～159．
Houghton R A，Skole D L，Nobre C A，et a1．Annual flux es of carbon from deforestation an d regrowth in the Brazilian Amazon
． Nature，2000，403：301
— 3o4．
Wang X K，Feng Z W．The potential to sequester atmospheric carbon through forest ecosystems in China．Chin J Ecol，2000，19(4)：72—71．
Wu z M，Li Y D，Zeng Q B，et a1．Cad~n pool oftropical mountain rain forest in Jiangfengling and efect of clear cuting on it．Chin Appl Ecol，1998，9(4)：
34l一344．
Chen C Y，Liao L P，Wang S L。et a1．Research on carbon alocation and storage in Chinese fir platation ecosystem．Chin Appl Ecul。2000，11(supp．)175—
178．
Fang X，Tian D L，Xiang W H．Density，storage and distribution of carbon in Chinese fir plantation at fast growing stage．Scientia Silvae Sinicae，2002，38
(3)：14—19．
Yan X D，Zhao S D．Simulation model of carbon storage dynamics in temperate broadleavnd·coniferous mixed forest ecosystem I．Dyn~／lics of cad~n
storage in tree layer．Chin J Ecol，1995，14(2)：6—12．
Wang Y X，Zhao S D，et a／．Research state of soil carbon cycling in terrestrial ecosystem．Chinese Jcumal of Ecology，1999。18(5)：29—35．
Mo J M，Kong G H，Sandra Brown，et a1．L／ter fal response to human impacts in a Dinghushan pine forest．Acta Phytoecologica Sinica，2001，25(6)：
656—664．
Fang X，Tian D L，Xu C H．Productivity and carbon dynamics of rIlass0“pine Plantation．J Centr South Col For，2003，23(2)：11～15．
Committee for agricultural chemistry of chinese society of soil science．Conventional method of chemical analysis for agricultural soil．Beijing：Science Press，
1983．272—273．
Ij M H，Yu M J．et a1．Dynamics of carbon in the evergreen broadleavnd forest domi nated by cyclobalanposis glauca in South-east China．Acta Ecologca
Sinica，1996，16(6)：645—651．
[19] Houghton R A．Terestrialsourcesand sinksof carboninferredfromterrestrial data．Telus。1996，48B：420—432．
[203 Li Y D，Wu Z M，Zeng Q B，et a1．Carbon pool and carbon dioxide dynamics oftropical mountain rain forest ecosystem at Jianfengling．Hainan Island．Acta
Ecologica Sinica，1998，18(4)：371—378．
[21]
[22]
Rnan H H。JiangZ L，Gao S M．Preliminary study of carbon cyclinginthree types offorestsinthe hiny reslons ofSouthern Jiangsu Province．Chinese Journal
of Ecology，1997，16(6)：17—21．
Fang X，Tian D L，Xiang W H，et a／．Carbon dynamics and balance in the ecosystem of the young and middle-aged second-generation Chinese fir plantation．
J Centr South Coil For，2OO2，22(1)：1～6．
维普资讯 http://www.cqvip.com
5期 康冰 等：广西大青山南亚热带马尾松、杉木混交林生态系统碳素积累和分配特征 1329
ki P F，Xiang W H，Ti8l D L，以 ．Carbon~orage and distribution in~nnamomum camphor plantation．Chin J Eed，2OO4，23(4)：25～33．
ZhouY R，Yu Z L，Zhao S D．C~bon s~rage and bud~t 0fmajor Chineseforesttypes．Acta Phy Simca，2000，24(5)：518—522．
Wang S Q，Zhou C H，Luo CW，et ．S~dying carbon~orage spati~~stribution 0f~rrestrial natural vege~tionin ChilIa．Proce88in Geography，1999，
18(3)：238～244．
Qin J H，Jiang z L．Ef~t 0f Forest on AtrIl0sphere C~bon Balance．World Forestry Research，1997，(4)：18～25．
Fang H B，Ti8ll D L，Kallg W X．Oy．amics study 0f the bioma．~ 0f underst0ry ve~ fion in the thinned C~nese fir stand．J Cen虹S0utll CoU For，1998，l8
(1)：6—9．
Shi~ng L，Xuemin L，LjIIin N．The degradadon 0f soil f 1ity in pure larch pl8l眦i0n in the northeastern part 0f China．Eed Eng，1998，10：75～86．
Shi~ng L．Nitrogen cyc1i lg and dy．amie analy~s 0f inal3一made larch f0rest ec倨ystem．J Plant Soft，1995．168—169：391—397．
参考文献 ：
王效科，冯宗炜．中国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力．生态学杂志，2000，19(4)：72～74
李意德，曾庆波，等．尖峰岭热带山地雨林 c素库及皆伐影响的初步研究．应用生态学报．1998，9(4)：341—344．
陈楚莹，廖利平，汪思龙，等．杉木人工林生态系统碳素分配与贮量的研究．应用生态学报，2000，11(Supp．)：175～178．
方晰 ，田大伦 ，项文化 ．速 生阶段 杉木人 工林碳素密度 、贮量和分布 ．林业科学 ，2002，38(3)：l4一l9．
延晓冬，赵士洞．温带针阔混交林林分碳贮量动态的模拟模型 I．乔木层的碳贮量动态．生态学杂志，1995，14(2)：6—12
汪业勋，赵士洞，等．陆地土壤碳循环的研究动态．生态学杂志，1999，18(5)：29—35．
莫江明，孔国辉，Bm帅 S，等．鼎湖山马尾松林凋落物及其对人类干扰的响应研究．植物生态学报，2001，25(6)：656～664．
方晰，田大伦，胥灿辉．马尾松人工林生产与碳素动态．中南林学院学报，2003，23(2)：11—15．
中国农业化学专业委员会编．土壤农业化学常规分析方法．北京：科学出版社，1983．272—273．
李铭红，于明坚 ，等．青冈常绿阔叶林的碳素动态．生态学报，1996，16(6)：645—651．
李意德，吴仲民，曾庆波，等．尖峰岭热带山地雨林生态系统碳平衡的初步研究．生态学报，1998，18(4)：371～378．
阮宏华，姜志林 ，高苏铭．苏南丘陵主要森林类型碳循环研究——含量与分布规律．生态学杂志，1997，16(6)：17—21．
方晰，田大伦，项文化．第二代杉木中幼林生态系统碳动态与平衡．中南林学院学报．2002，22(1)：1—6．
雷丕锋，项文化，田大伦，等．樟树人工林生态系统碳素贮量与分布研究 ．生态学杂志，2004，23(4)：25～33．
周玉荣 ，于振 良，赵士洞．我国主要森 林生态 系统碳贮 量和碳平衡 ．植 物生态 学报 ．2000，24(5)：5l8～522．
王绍强，周成虎，罗承文，等．中国陆地自然植被碳量空间分布探讨．地理科学进展，1999，l8(3)：238—244．
秦建华，姜志林．森林在大气碳平衡中的作用．世界林业研究，1997，(4)：l8—25．
方海波，田大伦，康文星．杉木人工林间伐后林下植被生物量的研究．中南林学院学报，1998，18(1)：6—9．
9 m ¨ B M " 懈 加 M I呈⋯ L三
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