全 文 ：书第 51 卷 第 4 期
2 0 1 5 年 4 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 4
Apr．，2 0 1 5
doi:10．11707 / j．1001-7488．20150401
收稿日期: 2013 － 10 － 12; 修回日期: 2014 － 12 － 31。
基金项目: 中国科学院战略先导科技专项(XDA05060300)资助。
* 张文辉为通讯作者。
陇东黄土高原沟壑区刺槐和油松人工林的
生物量和碳密度及其分配规律*
申家朋1，2 张文辉1 李彦华3 何景峰1 张 辉4
(1．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 712100;
2． 中国林业科学研究院林业研究所 北京 100091; 3．青岛农业大学园林与林学院 青岛 266109;
4． 陕西省咸阳市长武县林业规划设计队 咸阳 712000)
摘 要: 【目的】基于陇东黄土高原沟壑区刺槐人工林和油松人工林样地调查数据，分析其生物量、碳含量、碳密
度及其分配规律，为该地区人工林碳效益估算提供基础数据。【方法】以陇东黄土高原沟壑区 12 年生刺槐人工林
和 12 年生油松人工林为研究对象，采用样地调查与生物量实测的方法，研究刺槐人工林和油松人工林乔木不同器
官、灌草层和枯落物层生物量，以及刺槐人工林和油松人工林乔木层、灌草层、枯落物层和土壤层碳储量及其分配
特征。【结果】刺槐人工林乔木层平均碳含量(468. 44 g·kg － 1 )低于油松人工林乔木层平均碳含量(512. 77 g·
kg － 1 ); 刺槐林乔木各器官碳含量为 458. 00 ～ 496. 96 g·kg － 1，不同器官碳含量表现为干 ＞枝 ＞叶 ＞根 ＞皮，油松人
工林乔木各器官碳含量为 503. 83 ～ 536. 27 g·kg － 1，不同器官碳含量依表现干 ＞叶 ＞ 枝 ＞皮 ＞根; 刺槐林草本层、
灌木层及枯落物层平均碳含量分别为 390. 52，398. 72 和 402. 82 g·kg － 1，油松林草本层、灌木层及枯落物层平均碳
含量分别为 413. 17，436. 85 和 414. 03 g·kg － 1 ;随着土壤深度增加，刺槐林和油松林土壤碳含量依次降低，0 ～ 10 cm
土层土壤含量显著高于 10 ～ 20，20 ～ 30 和 30 ～ 50 cm 土层; 刺槐林 0 ～ 50 cm 土层土壤平均碳含量(4. 96 g·kg － 1 )
高于油松林(4. 45 g·kg － 1 ); 刺槐林植被层生物量为 54. 80 t·hm － 2，乔木层、草本层和灌木层分别占 95. 88%，2. 65%
和 1. 46% ; 油松林植被层生物量为 24. 37 t·hm － 2，乔木层、草本层和灌木层分别占 93. 43%，5. 17%和 1. 40% ; 刺槐林
枯落物层生物量和碳密度分别为 1. 36 和 0. 55 t·hm － 2，分别是植被层的 2. 48%和 2. 12%，油松林枯落物层生物量和
碳密度分别为 0. 92 和 0. 39 t·hm － 2，分别是植被层的 3. 78%和 3. 09% ; 刺槐林和油松林土壤层碳密度分别为 31. 15
和 24. 35 t·hm － 2，0 ～ 10 cm 土壤层碳密度较高，分别占 0 ～ 50 cm 土层土壤碳密度的 40. 19%和 38. 73% ; 刺槐林植被
层生物量(54. 80 t·hm － 2 )高于油松林植被层生物量(24. 37 t·hm － 2 ); 刺槐林和油松林生态系统总碳密度分别为
57. 60 和 37. 38 t·hm － 2，且均表现为土壤层 ＞植被层 ＞枯落物层。【结论】刺槐林和油松林植被层生物量表现为乔木
层 ＞草本层 ＞灌木层，乔木层生物量均以树干占比最大，分别为 40. 02%和 37. 29% ; 2 种人工林生态系统碳密度主要
分布在土壤和植被中，且刺槐人工林生态系统具有较高的固碳能力。
关键词: 刺槐人工林; 油松人工林; 生物量; 碳密度; 黄土沟壑区; 陇东
中图分类号: S718. 5 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2015)02 － 0001 － 07
Biomass and Carbon Density and Patterns of Their Distribution in the
Plantations of Ｒobinia pseudoacacia and Pinus tabulaeformis
in Loess Gullies in Eastern Gansu
Shen Jiapeng1，2 Zhang Wenhui1 Li Yanhua3 He Jingfeng1 Zhang Hui4
(1 ． Key Laboratory of Environment and Ecology of Education Ministry in West China Northwest A ＆ F University Yangling 712100;
2 ． Ｒesearch Institute of Forestry，CAF Beijing 100091;
3 ． College of Landscape Architecture and Forestry，Qindao Agriculture University Qindao 266109;
4 ． Changwu County Forestry Planning Design Team in Shaanxi Province Xianyang 712000)
Abstract: 【Objective】Based on data obtained from a survey of sample plots of Ｒobinia pseudoacacia and Pinus
tabulaeformis plantations in Loess gullies in eastern Gansu， the biomass，carbon concentration，carbon density and
patterns of their distribution were analyzed，in order to provide the basic data for estimation of carbon benefits of the
林 业 科 学 51 卷
plantations in the area．【Method】12-year-old plantations of Ｒ． pseudoacacia and P． tabulaeformis in Loess gullies in
eastern Gansu were measured through survey of sample plots and actual measurements of biomass，in order to study
biomass production of different tree organs，shrub ＆ grass layer and litter layer; carbon storage and its allocation in the
layers of tree，shrub，grass，litter and soil．【Ｒesult】The mean carbon content in the tree layer of Ｒ． pseudoacacia
plantation(468． 44 g·kg － 1 )was less than that of P． tabulaeformis(512． 77 g·kg － 1 ) ． The carbon content among various
tree organs of Ｒ． pseudoacacia varied from 458． 00 g·kg － 1 to 496． 96 g·kg － 1，in an order: stem ＞ branch ＞ leaf ＞ root ＞
bark． The carbon content among various tree organs of P． tabulaeformis ranged from 503． 83 g·kg － 1 to 536． 27 g·kg － 1，in
an order: stem ＞ leaf ＞ branch ＞ bark ＞ root． The mean carbon contents of Ｒ． pseudoacacia in different layers were:
herb ( 390． 52 g·kg － 1 )，shrub ( 39 8． 72 g·kg － 1 )， litter ( 402． 82 g·kg － 1 ); The mean carbon contents of P．
tabulaeformis in different layers were: herb (413． 17 g·kg － 1 )，shrub (436． 85 g·kg － 1 )，litter (414． 03 g·kg － 1 ) ． The
carbon content in soil layer decreased with soil depth，and the carbon content was higher in surface soil layer (0 － 10 cm)
than in the other layers;The mean carbon content in 0 － 50 cm soil layer of Ｒ． pseudoacacia (4． 96 g·kg － 1 ) was higher
than that of P． tabulaeformis forests (4． 45 g·kg － 1 ) ． The total biomass of vegetation layer of Ｒ． pseudoacacia was 54． 80
t·hm － 2，of which Arbor layer，herb layer and shrub layer accounted for 95． 88%，2． 65%，1． 46% ; The total biomass of
vegetation layer of P． tabulaeformis was 24． 37 t·hm － 2，of which arbor layer，herb layer， shrub layer accounted
respectively for 93． 43%，5． 17% ，and 1． 40% ． The biomass and carbon density of the litter layer of Ｒ． pseudoacacia was
1． 36 t·hm － 2，0． 55 t·hm － 2，accounting for 2． 48%，2． 12% of the vegetation layer; The biomass and carbon density of P．
tabulaeformis was 0． 92 t·hm － 2，0． 39 t·hm － 2，accounting for 3． 78%，3． 09% of the vegetation layer． The soil carbon
density of Ｒ． pseudoacacia and P． tabulaeformis were 31． 15 t·hm － 2 and 24． 35 t·hm － 2 ． The carbon density was higher in
the soil layer of 0 － 10 cm，accounting for 40． 19% and 38． 73% ． And the carbon density of their ecosystem were 57． 60
and 37． 38 t·hm － 2，and their distribution were: soil layer ＞ vegetation ＞ litter layer． 【Conclusion】The vegetation biomass
of Ｒ． pseudoacacia and P． tabulaeformis was in the order: Arbor layer ＞ herb layer ＞ shrub layer，and the stem was the
largest of the Arbor layer，accounting for 40． 02%，37． 29% ． Ｒesults indicated that most ecosystem carbon density of two
plantations stored in soil and vegetation， carbon sequestration ability of Ｒ． pseudoacacia was higher compared to
P． tabulaeformis plantation．
Key words: Ｒobinia pseudoacacia plantation; Pinus tabulaeformis plantation; biomass; carbon density; loess gully
region; eastern Gansu
随着大气 CO2 浓度升高，气候变暖成为全球气
候变化的重要问题之一(Marland et al．，2003; Tans et
al．，2006)。森林作为陆地生态系统的主体，在平衡全
球大气循环、减缓大气 CO2 浓度上升过程中发挥着重
要作用(Cao et al．，1998; 方精云等，2001)。造林是
森林新增碳汇的主要经营管理措施，也是目前科学研
究的热点(Caldeira et al．，2000)。随着退耕还林工程
等重大生态项目的实施，我国人工林在森林总面积中
的比重快速增加(文仕知等，2010)。刺槐(Ｒobinia
pseudoacacia)和油松(Pinus tabulaeformis)作为黄土丘
陵区退耕还林工程主要的造林树种，在保持水土和生
态防护方面起着重要作用。研究刺槐林和油松林生
态系统碳密度及其分配，对综合评价退耕还林工程生
态效益十分重要。
目前有关刺槐人工林和油松人工林生态系统碳
密度的研究较多，主要集中在陕西地区(贺亮等，
2007; 张景群等，2009; 王蕾等，2010; 孟蕾等，
2010; 刘迎春等，2011; 程小琴等，2012)。由于不
同学者采用的估算算法不同，加之森林生态系统的
空间和时间的差异性，还需要在地理环境复杂的黄
土沟壑区加强研究。
甘肃黄土丘陵区自 1999 年开始实施退耕还林
还草工程，固碳功能是其综合效益的一个重要评价
指标。在甘肃陇东黄土高原地区，退耕还林任务主
要完成于 2001—2007 年。本研究以甘肃陇东黄土
沟壑区合水县的 12 年生刺槐人工林和 12 年生油松
人工林为对象，在阴坡和阳坡分别设置标准样地，研
究其生物量和碳含量，确定其碳密度及其分配规律，
为准确估算陇东黄土高原沟壑区刺槐林和油松林的
碳效益提供基础数据。
1 研究区概况
陇东位于甘肃省最东部(106°20—108°45 E，
35°15—37°10N)，海拔 1 100 ～ 1 500 m，年均气温
7. 4 ℃，年降水量 587. 6 mm，属于暖温带半干旱气
候，典型的黄土沟壑地形，土壤为黄绵土。
2
第 4 期 申家朋等: 陇东黄土高原沟壑区刺槐和油松人工林的生物量和碳密度及其分配规律
试验于 2012 年 8 月在甘肃合水县吉岘乡进
行，刺槐林和油松林均为人工林，结合当地退耕造
林记录和计数树样芯的年轮，确定标准地的林龄。
选择的 12 年生刺槐林地和油松林地在造林前均
为坡耕地，坡度为 18° ～ 19°，造林设计的株行距均
为1. 5 m × 2 m，造林用油松和刺槐苗均为 3 年生
幼苗。12 年生刺槐林下灌草主要有达乌里胡枝子
( Lespedeza davurica)、酸枣 ( Ziziphus spinosus )、悬
钩子( Ｒubus corchorifolius)、艾蒿 ( Artemisia argyi)、
长 芒 草 ( Stipa bungeana ) 和 铁 线 莲 ( Clematis
florida) 等; 12 年生油松林下主要灌草有沙棘
( Hippophae rhamnoides)、酸枣、披针苔 草 ( Carex
lanceolata)、茭 蒿 ( Artemisia giraldii ) 和 铁 杆 蒿
( Artemisia sacrorum)等。
2 研究方法
2. 1 样地设置和调查
在刺槐及油松人工林阴坡和阳坡，各设置 3 块
标准样地(20 m × 20 m)，共 12 块样地，其林分特征
见表 1。测定现存林木密度和建群种的个体高度、
胸径，进行每木检尺，计算林分的平均树高、平均胸
径和密度。依据林木平均胸径和平均树高，在每块
样地内均选择 1 株标准木，进行生物量测定，12 块
标准地共选择 12 株标准木。
表 1 刺槐人工林和油松人工林的林分特征
Tab． 1 Stand characteristics of Ｒobinia pseudoacacia plantation and Pinus tabulaeformis plantation
林型
Stand type
海拔
Altitude /m
坡度
Slope /( °)
平均树高
Mean tree height /m
平均胸径
Mean DBH /cm
郁闭度
Canopy density
乔木密度
Arbor density /
( trees·hm － 2 )
刺槐人工林
Ｒ． pseudoacacia plantation
1 235. 62 19 10. 31 ± 1. 04 7. 83 ± 0. 04 0. 82 ± 0. 09 2 557
油松人工林
P． tabulaeformis plantation
1 207. 25 18 3. 48 ± 0. 65 4. 49 ± 0. 73 0. 52 ± 0. 07 2 948
2. 2 森林生物量测定
2. 2. 1 乔木层生物量 将标准木伐倒，采用 Monsic
分层切割法，地上部分树干按每段 1 m 截取，树冠被
分成树叶和树枝两部分，树枝按基部直径分为细枝
( ＜ 1 cm)、中枝(1 ～ 2 cm)和粗枝( ＞ 2 cm)。地下
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(秦武明等，2008)。地上部分
和地下部分实测鲜质量并取样，带回实验室烘干求
取含水率。林分生物量采用平均木法，根据平均木
生物量乘以林分密度确定。
2. 2. 2 林下灌草及枯落物生物量 在每块标准样
地设置 3 个 5 m × 5 m 的灌木样方和 5 个 1 m × 1 m
的草本样方，记录林下灌草样方内所有物种的多度、
盖度和高度。林下灌草采用全挖法，灌木分叶、枝和
根 3 部分称鲜质量，草本分地上和地下称鲜质量，灌
木和草本分别取样。枯落物采用全部收获法，设置
5 个 1 m × 1 m 样方，将样方内的枯落物全部收集，
称鲜质量并取样。将乔木层、林灌草及枯落物各部
分取样样品带回实验室，置于 85 ℃烘箱中烘干至恒
质量，测定各部分鲜质量含水率并计算生物量干
质量。
2. 3 土壤样品采集
在每块标准样地内设置 5 个土壤采样点，取样
深度为 50 cm，分为 0 ～ 10，10 ～ 20，20 ～ 30 和 30 ～
50 cm 共 4 层。把相同标准样地同一层次土壤样品
等质量混合取样。用环刀法测定土壤密度。
2. 4 土壤样品和植物样品碳含量测定
对所有植物和土壤样品，均采用元素分析仪
LiquiTOCⅡ(德国)分析测定有机碳含量。
2. 5 刺槐人工林和油松人工林碳密度
不同层次碳密度分别根据不同器官单位面积生
物量乘以相应器官的算术平均碳含量得到 (罗辑
等，2000; 康冰等，2009)，生态系统总碳密度由不
同层次碳密度求和得到。土壤碳密度计算方法(程
先富等，2004):
T = 0. 1ΣCi × Bi × Di。
式中: T 为土壤有机碳密度(t·hm － 2); i 为土层数; Di
为不同土层的厚度(cm); Bi为不同土层的土壤密度
(g·cm － 3); Ci为不同土层土壤有机碳含量(g·kg
－ 1)。
2. 6 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-way
ANOVA)、双因素方差分析 ( two-way ANOVA ) 和
Duncan 检验比较参数间差异(P ＜ 0. 05)。
3
林 业 科 学 51 卷
3 结果与分析
3. 1 碳含量
3. 1. 1 乔木层碳含量 刺槐林和油松林的乔木
层各器官碳含量不同。刺槐林乔木层平均碳含
量(468. 44 g·kg － 1 )低于油松林乔木层平均碳含
量(512. 77 g·kg － 1 )，刺槐林和油松林不同器官
间碳含量存在差异 (表 2 )。刺槐林各器官碳含
量为 458. 00 ～ 496. 96 g·kg － 1，表现为干 ＞ 枝 ＞
叶 ＞ 根 ＞ 皮; 油松林各器官碳含量为 503. 83 ～
536. 27 g·kg － 1，表现 为干 ＞ 叶 ＞ 枝 ＞ 皮 ＞ 根
(表 2)。
表 2 刺槐人工林和油松人工林各器官碳含量①
Tab． 2 Carbon contents of various organs of Ｒ． pseudoacacia plantation and P． tabulaeformis plantation g·kg － 1
林型
Stand type
干
Stem
皮
Bark
枝
Branch
叶
Leaf
根
Ｒoot
算术平均
Arithmetic mean
刺槐人工林
Ｒ． pseudoacacia plantation 496. 96 ± 9. 06a 458. 00 ± 3. 16b 480. 06 ± 17. 36c 464. 78 ± 15. 02d 460. 22 ± 7. 73d 468. 44 ± 16. 48
油松人工林
P． tabulaeformis plantation 536. 27 ± 5. 21a 506. 21 ± 7. 25b 520. 48 ± 6. 24c 534. 10 ± 4. 79a 503. 83 ± 12. 82b 512. 77 ± 15. 97
①同行不同小写字母代表差异显著(P ＜ 0. 05)。Various small letters in a row mean significant difference(P ＜ 0. 05) ．
3. 1. 2 林下灌草层和枯落物层碳含量 刺槐林和
油松林下灌草层的物种组成不同，其合成和积累有
机物的能力也不同，因而碳含量存在一定差异。刺
槐林草本层平均碳含量(390. 52 g·kg － 1 )低于油松
林草本层平均碳含量(413. 17 g·kg － 1 )，刺槐林灌木
层平均碳含量(398. 72 g·kg － 1 )低于油松林灌木层
平均碳含量(436. 85 g·kg － 1)，刺槐林和油松林林下
灌草层平均碳含量均表现为地上部分大于地下部
分。刺槐林枯落物层碳含量(402. 82 g·kg － 1 )低于
油松林(414. 03 g·kg － 1)(表 3)。
3. 1. 3 土壤层碳含量 随着土壤深度加深，刺
槐林和油松林土壤碳含量依次降低。0 ～ 10 cm
土层碳含量明显大于 10 ～ 20，20 ～ 30 和 30 ～
50 cm土 层 碳 含 量，且 差 异 显 著。刺 槐 林 0 ～
50 cm土层平均碳含量( 4. 96 g·kg － 1 ) 高于油松
林(4. 45 g·kg － 1 ) (表 3)。
表 3 刺槐人工林和油松人工林林下灌草层、枯落物层及土壤层碳含量①
Tab． 3 Carbon contents of shrub herb of understorey layers，litter，and soil layer of
Ｒ． pseudoacacia plantation and P． tabulaeformis plantation g·kg － 1
项目 Item 刺槐林 Ｒ． pseudoacacia plantation 油松林 P． tabulaeformis plantation
草本层地上部分碳含量 Carbon content of herb aboveground 390. 52 ± 8． 19 430. 58 ± 3． 86
草本层地下部分碳含量 Carbon content of herb underground 390. 13 ± 13． 70 395. 76 ± 13． 70
灌木层地上部分碳含量 Carbon content of shrub aboveground 399. 98 ± 14． 71 450. 81 ± 12． 79
灌木层地下部分碳含量 Carbon content of shrub underground 396. 20 ± 10． 22 422. 88 ± 5． 09
枯落物层碳含量 Carbon content of litter layer 402. 82 ± 11． 84 414. 03 ± 24． 91
0 ～ 10 cm 土层碳含量 Carbon content of 0 ～ 10 cm soil layer 9. 38 ± 0． 56a 8. 01 ± 0． 21a
10 ～ 20 cm 土层碳含量 Carbon content of 10 ～ 20 cm soil layer 5. 15 ± 0． 67b 5. 09 ± 0． 36b
20 ～ 30 cm 土层碳含量 Carbon content of 20 ～ 30 cm soil layer 2. 82 ± 0． 79c 2. 41 ± 0． 58c
30 ～ 50 cm 土层碳含量 Carbon content of 30 ～ 50 cm soil layer 2. 50 ± 0． 31c 2. 28 ± 0． 58c
①同列不同小写字代表差异显著(P ＜ 0. 05)。Various small letters in a column mean significant difference(P ＜ 0. 05) ．
3. 2 生物量与碳密度
3. 2. 1 植被层 刺槐林植被层生物量为 54. 80
t·hm － 2(表 4)，其中乔木层、草本层和灌木层分别占
95. 88%，2. 65%和 1. 46% ; 乔木层各器官生物量表
现为干 ＞根 ＞枝 ＞皮 ＞叶。刺槐林植被层的碳密度
为 25. 90 t·hm － 2，其中乔木层、草本层和灌木层分别
占 97. 37%，1. 39%和 1. 24% ; 在乔木层各器官中，
树干碳密度最高，占 41. 44%，各器官碳密度表现为
干 ＞根 ＞枝 ＞皮 ＞叶。
油松林植被层生物量为 24. 37 t·hm － 2 (表 4)，
其中乔木层、草本层和灌木层分别占 93. 43%，
5. 17%和 1. 40% ; 乔木层各器官生物量表现为干 ＞
枝 ＞根 ＞ 叶 ＞皮。油松林植被层碳密度为 12. 64 t·
hm － 2，乔木层、草本层和灌木层分别占 94. 62%，
4. 19%和 1. 19% ; 在乔木层各器官中，树干的碳密
度最高，占 38. 13%，各器官碳密度分配为干 ＞ 枝 ＞
根 ＞ 叶 ＞皮。
3. 2. 2 枯落物层和土壤层 刺槐林枯落物层生物
量和碳密度分别为 1. 36 和 0. 55 t·hm － 2 (表 4)，是
植被层的 2. 48% 和 2. 12% ; 油松林枯落物层生物
4
第 4 期 申家朋等: 陇东黄土高原沟壑区刺槐和油松人工林的生物量和碳密度及其分配规律
表 4 刺槐人工林和油松人工林生物量、碳密度和空间分配
Tab． 4 Biomass，carbon density，and their allocation in Ｒ． pseudoacacia plantation and P． tabulaeformis plantation
层次
Layer 组分
Component
刺槐 Ｒ． pseudoacacia 油松 P． tabulaeformis
生物量
Biomass /
( t·hm － 2 )
碳密度
Carbon density /
( t·hm － 2 )
生物量
Biomass /
( t·hm － 2 )
碳密度
Carbon density /
( t·hm － 2 )
乔木层
Arbor layer
干 Stem 21. 03 ± 8. 99 10. 45 ± 4. 90 8. 49 ± 4. 34 4. 56 ± 2. 19
皮 Bark 3. 29 ± 1. 75 1. 53 ± 1. 05 1. 43 ± 0. 26 0. 72 ± 0. 09
枝 Branch 12. 22 ± 5. 68 5. 84 ± 3. 22 7. 12 ± 3. 91 3. 69 ± 1. 48
叶 Leaf 2. 95 ± 0. 36 1. 38 ± 0. 15 1. 83 ± 0. 57 1. 00 ± 0. 22
根 Ｒoot 13. 04 ± 4. 62 6. 02 ± 2. 29 3. 89 ± 1. 58 1. 99 ± 0. 71
小计 Subtotal 52. 55 ± 22. 34 25. 22 ± 11. 18 22. 77 ± 10. 16 11. 96 ± 4. 17
草本层
Herb layer
地上部分 Aboveground 0. 79 ± 0. 06 0. 31 ± 0. 03 0. 76 ± 0. 05 0. 33 ± 0. 02
地下部分 Underground 0. 55 ± 0. 06 0. 17 ± 0. 02 0. 50 ± 0. 07 0. 21 ± 0. 04
小计 Subtotal 1. 45 ± 0. 04 0. 36 ± 0. 02 1. 26 ± 0. 08 0. 53 ± 0. 05
灌木层
Shrub layer
地上部分 Aboveground 0. 55 ± 0. 05 0. 22 ± 0. 02 0. 23 ± 0. 03 0. 11 ± 0. 01
地下部分 Underground 0. 20 ± 0. 02 0. 08 ± 0. 02 0. 12 ± 0. 01 0. 04 ± 0. 01
小计 Subtotal 0. 80 ± 0. 03 0. 32 ± 0. 01 0. 34 ± 0. 04 0. 15 ± 0. 02
枯落物层
Litter layer
1. 36 ± 0. 13 0. 55 ± 0. 06 0. 92 ± 0. 02 0. 39 ± 0. 01
土壤层
Soil layer
0 ～ 10 cm 12. 52 ± 2. 67 9. 43 ± 1. 77
10 ～ 20 cm 7. 20 ± 1. 49 6. 14 ± 1. 44
20 ～ 30 cm 4. 09 ± 1. 03 3. 04 ± 1. 36
30 ～ 50 cm 7. 34 ± 1. 56 5. 76 ± 1. 49
小计 Subtotal 31. 15 ± 5. 14 24. 35 ± 14. 06
总计 Total 56. 16 ± 22. 23 57. 60 ± 17. 82 25. 29 ± 11. 54 37. 38 ± 16. 29
量和碳密度分别为 0. 92 和 0. 39 t·hm － 2，是植被层
的 3. 78% 和 3. 09%。刺槐林和油松林土壤层碳密
度分别为 31. 15 和 24. 35 t·hm － 2，其中 0 ～ 10 cm 土
壤层碳密度较高，分别占土壤层(0 ～ 50 cm)碳密度
的 40. 19%和 38. 73%。
3. 2. 3 生态系统 刺槐林和油松林生态系统总碳
密度分别为 57. 60 和 37. 38 t·hm － 2 (表 4)，其中土
壤层的碳密度分别占 54. 08%和 65. 14%，植被层的
碳密度分别占的 44. 97%和 33. 81%，枯落物层碳密
度分别占 0. 95%和 1. 04%，各层次碳密度均表现为
土壤层 ＞植被层 ＞枯落物层。
4 结论与讨论
森林生态系统碳含量因森林类型和物种组成不
同而存在差异(康冰等，2006)。本研究刺槐林乔木
层、草本层和灌木层平均碳含量为 460. 22，390. 33 和
398. 72 g·kg － 1，油 松 林 分 别 为 503. 8，413. 17 和
436. 85 g·kg － 1，2 种林分均表现为乔木层 ＞灌木层 ＞
草本层。这可能因为乔木比灌草能合成和积累更多
的有机质，因而导致乔木层碳含量较高。枯落物层
碳含量与枯落物类型、分解速率和微生物活动紧密
相关(康冰等，2009)。有研究表明，阔叶林下枯落
物有机质的分解速率比针叶林快，导致阔叶林枯落
物碳含量较低(黄锦学等，2010)。本研究中，刺槐
林枯落物层平均碳含量为 402. 82 g·kg － 1，低于油松
林枯落物层的 414. 03 g·kg － 1。刺槐林和油松林土
壤碳含量随土壤深度的增加而降低，0 ～ 10 cm 土壤
层碳含量显著高于下层(P ＜ 0. 05)。
森林生态系统生物量的层次分配，因演替阶段、
年龄阶段和生长速率存在差异(马明东等，2008)。
刺槐林乔木层生物量(54. 80 t·hm － 2 )高于油松林
(24. 37 t·hm － 2)，这可能因为幼林阶段刺槐生长快
而油松林较缓。刺槐林和油松林乔木层生物量均以
树干占比例最大，分别为 40. 02% 和 37. 29%，植被
层生物量均表现为乔木层 ＞草本层 ＞灌木层。
森林生态系统碳密度与生物量和碳含量紧密相
关(You et al．，2013)。本研究中，刺槐林乔木层碳
密度(25. 22 t·hm － 2 )高于油松林(11. 96 t·hm － 2 )，
这是因刺槐林前期生长较快。刺槐林和油松林植被
层碳密度分别为 25. 9 和 12. 64 t·hm － 2，小于我国森
林平均碳密度(57. 07 t·hm － 2 ) (周玉荣等，2000)。
刺槐林和油松林枯落物层碳密度都较低，分别为
0. 55 和 0. 39 t·hm － 2。森林土壤是森林生态系统中
重要的碳库(Thompson et al．，2005)，其碳密度受枯
落物、根部构型和土壤理化性质等影响( Jandl et al．，
2007;Wang et al．，2012)。本研究中，刺槐林土壤碳
密度(31. 15 t·hm － 2 )高于油松林(24. 35 t·hm － 2 )，
但仍低于我国森林土壤碳密度平均值 (193. 55 t·
5
林 业 科 学 51 卷
hm － 2)(周玉荣等，2000)。0 ～ 10 cm 土层碳密度分
别占刺槐人工林和油松人工林 0 ～ 50 cm 层的
40. 19%和 38. 73%。枯落物的分解速度能够影响
表层土壤化学成分(黄宇等，2005)，刺槐林枯落物
分解较快，可能是其 0 ～ 10 cm土层碳密度较高的原
因之一。
刺槐林和油松林生态系统碳密度分别为 57. 60
和 37. 38 t·hm － 2，与陕西黄土高原地区 20 年油松人
工林(48. 842 t·hm － 2 ) (贺亮等，2007)、8 年生刺槐
人工林(62. 917 t·hm － 2)(王蕾等，2010)相近，低于
南亚热带 13 年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人
工林(187. 51 t·hm － 2)(康冰等，2009)和湖南 11 年
生杉木人工林(144. 22 t·hm － 2)(方晰等，2002)，且
明显低于我国森林生态系统平均值 ( 258. 83 t·
hm － 2)(周玉荣等，2000)。刺槐和油松人工林生态
系统的碳密度均表现为土壤层 ＞ 植被层 ＞ 枯落物
层，这与前人研究基本一致 ( Tandel et al．，2009;
Finer et al．，2003)。土壤层和植被层是刺槐林和油
松林生态系统碳密度的重要组成部分，枯落物层碳
密度小于土壤层和植被层，但在保持水土和供给土
壤碳密度方面有着重要作用，因此，应当加强保护
(Seely et al．，2010)。刺槐林生态系统碳密度高于
油松林，这与刺槐林幼林阶段生长较快有关。
参 考 文 献
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(责任编辑 于静娴)
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