全 文 ：书第 51 卷 第 6 期
2 0 1 5 年 6 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 6
Jun．，2 0 1 5
doi: 10．11707 / j．1001-7488．20150601
收稿日期: 2014 － 04 － 14; 修回日期:2015 － 04 － 28。
基金项目:中国科学院战略性先导科技专项课题(XDA05060300)。
* 张文辉为通讯作者。
甘肃黄土丘陵区侧柏人工幼林的碳密度及分配特征*
李彦华1，2 张文辉1 申家朋1 周建云1 郭有燕3
(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．青岛农业大学 青岛 266109; 3．河西学院 张掖 734000)
摘 要: 【目的】以甘肃黄土丘陵区宁县人工林地为研究区，探讨侧柏人工林碳密度及其分配特征，为黄土丘陵
区人工林生态效益评估提供理论依据。【方法】以不同林龄侧柏人工林(7，10，12 和 14 年生)为研究对象，每个林
龄分别设置 3 块样地，分乔木层、灌木层、草本层和枯落物层进行调查取样，然后在每块样地采集 0 ～ 100 cm 土层的
土样，用元素分析仪 LiquiTOCⅡ测定植物和土壤碳含量，研究甘肃黄土丘陵区侧柏人工幼林的碳含量、碳密度及其
分配特征。【结果】侧柏不同器官碳含量为 447. 51 ～ 513. 93 g·kg － 1，表现为果实 ＞树叶 ＞树干 ＞ 粗枝 ＞ 细枝 ＞ 细
根 ＞根桩 ＞树皮 ＞粗根 ＞大根 ＞中根 ＞小根; 灌木层和草本层均以根的碳含量最低，枯落物层未分解层碳含量高
于半分解层，且各组分碳含量差异显著; 土壤层(0 ～ 100 cm)碳含量为 23. 31 ～ 96. 08 g·kg － 1，且随林龄增加而增
大，随土壤深度增加而下降; 侧柏人工林生态系统中，乔木层碳密度占植被层碳密度比例最大，高于灌木层、草本层
和枯落物层; 0 ～ 100 cm 土层土壤碳密度占整个生态系统碳密度比例最大，且随着林龄增加而增大，且差异显著;
7，10，12 和 14 年生侧柏人工幼林生态系统碳密度分别为 37. 56，44. 67，50. 87 和 56. 34 t·hm － 2，乔木层、林下植被
层、枯落物层和土壤层的碳密度均随林龄增加而增大。【结论】黄土丘陵区 7，10，12 和 14 年生侧柏人工幼林的乔
木层不同器官碳含量差异显著(P ＜ 0. 05)，相同器官碳含量差异不显著(P ＞ 0. 05); 侧柏人工林生态系统碳库表现
为土壤层 ＞乔木层 ＞草本层 ＞枯落物层 ＞灌木层; 侧柏人工林各层的碳密度都随林龄增加而增大; 乔木层、灌木
层、草本层和枯落物层碳密度分配比例随林龄增加而增大，而土壤层碳密度比例随林龄增加而减少。
关键词: 侧柏; 人工林; 林龄; 碳密度; 碳密度组分; 甘肃黄土丘陵区
中图分类号:S718. 5 文献标识码:A 文章编号:1001 － 7488(2015)06 － 0001 － 08
Carbon Density and Its Allocation Characteristics of Young Plantation of
Platycladus orientalis in the Hilly Loess Ｒegion of Gansu Province，China
Li Yanhua1，2 Zhang Wenhui1 Shen Jiapeng 1 Zhou Jianyun1 Guo Youyan3
(1 ． Key Laboratory of Environment and Ecology of Education Ministry in West China Northwest A ＆ F University Yangling 712100;
2 ． Qingdao Agricultural University Qingdao 266109; 3 ． Hexi College Zhangye 734000)
Abstract: 【Objective】The purpose of this paper is to explore carbon density and its allocation in young plantation of
Platycladus orientalis at different ages using hilly loess in Ning County of Gansu Province as the study area，with an
expectation to provide the theoretical basis for evaluation on the ecological benefit of artificial forest in the hilly Loess
Plateau．【Method】P． orientalis plantation at different ages of 7，10，12 and 14 years were used for this study． Three
sample-plots were set up for every stand age，then samples were individually taken from tree，shrub，herb and litter
layers，and soil was sampled at a depth of 0 － 100 cm in each plot． The carbon contents of plant and soil samples were
determined by using elemental analyzer Liqui TOCⅡ，the carbon density and its allocation were analyzed in young
plantations of P． orientalis in the hilly Loess Plateau in Gansu Province． 【Ｒesult】The results showed that the carbon
content in different organs of P． orientalis ranged from 447． 51 to 513． 93 g·kg － 1，with an order of cone ＞ leaf ＞ stem ＞
thick-branch ＞ fine-branch ＞ fine-root ＞ stump ＞ bark ＞ thick-root ＞ large-root ＞ medium-root ＞ small-root． The
carbon content of root was the lowest in shrub and herb layers，and the carbon content of un-decomposed layer in litter was
higher than that of semi-decomposed layer． Significant difference in carbon content was observed among different layers of
the ecology system of P． orientalis plantation at different ages． The carbon content in the soil layer (0 － 100 cm) ranged
林 业 科 学 51 卷
from 23． 31 to 96． 08 g·kg － 1，and increased with the increase of stand age but decreased with the increase of soil depth．
The carbon density of the tree layer in the vegetation was higher than that of shrub，herb and litter layers． The carbon
density in 0 － 100 cm soil layer was the largest in the ecosystem，showing significant difference with the increase of age．
The carbon densities in the ecosystem of P． orientalis plantation at ages of 7，10，12 and 14 years were 37． 56，44． 67，
50． 87 and 56． 34 t·hm － 2，respectively． All the carbon densities in tree，shrub，herb，humus ，and soil layer increased
with the increase of stand age． 【Conclusion】The carbon content of tree layer of P． orientalis plantation showed significant
(P ＜ 0． 05)difference among organs of the trees，but no significant difference was observed for the same organ at different
ages(P ＞ 0． 05) ． Carbon stocks in different layers of the P． orientalis plantation ecosystems were found in the order of
soil ＞ tree ＞ herb ＞ litter ＞ shrub． The carbon density of different layers of P． orientalis plantation increased with the
increase of age，and the proportion of carbon distribution of tree，shrub，herb，and litter layers increased while that of soil
layer decreased with increase of stand ages．
Key words: Platycladus orientalis; plantation; stand age; carbon density; carbon density components; the hilly loess
region in Gansu Province
随着大气 CO2 含量升高，碳汇作为缓解气候变
化的有效途径之一，受到越来越多的关注(Fu et al．，
2014)。森林是陆地生态系统的最大碳库，对大气
CO2 的吸收、固定和循环发挥着不可替代的作用(刘
国华等，2000; Fang et al．，2001; 王效科等，2001;
Canadell et al．，2008)。造林和再造林可有效增加森
林碳汇，是陆地生态系统碳汇增加的主要途径。基
于人工林在调节气候变化、发挥森林碳汇等方面的
重要作用，国内外展开了大量人工林碳效益研究
( Laclau，2003; Hooker et al．，2003; Specht et al．，
2003; 田大伦等，2004; 尉海东等，2006; 马泽清
等，2007; 吴庆标等，2008; 何斌等，2012; 刘恩
等，2012; 巫涛等，2012; 王晓丽等，2013; 石洪华
等，2013)，但大多局限于某一林龄的人工林碳密
度，而不同区域、不同树种、不同林龄人工林生态系
统的碳汇功能各异。因此，研究不同区域、不同树
种、不同林龄人工林生态系统碳效益对准确评价人
工林生态效益具有重要意义。
黄土丘陵区退耕还林还草工程属于我国的重大
生态造林工程，在改善生态环境、保持水土方面发挥
了巨大作用，其碳汇效益也开始得到关注。此前，已
有黄土丘陵区人工林碳密度的相关研究 (王蕾等，
2010; 申家朋等，2013; 刘迎春等，2011; 赵萌捷
等，2013)，但人工林生态系统碳密度随林龄变化的
研究仍需要持续关注(刘延惠等，2012; 艾泽民等，
2014)。侧柏(Platycladus orientalis)耐干旱瘠薄、适
应性强，是黄土丘陵区退耕还林工程的主要造林树
种之一。本研究探讨黄土丘陵区不同林龄 (7，10，
12 和 14 年生)侧柏人工林生态系统碳密度及其分
配格局，为估算黄土丘陵区退耕还林工程人工林生
态系统的碳库及碳效益提供基础数据。
1 研究区概况
研究区位于甘肃省宁县湘乐乡，是典型的黄土丘
陵沟壑区(106° 20—108° 45 E，35° 15—37° 10 N)。
海拔 1 100 ～ 1 500 m，年均气温 7. 4 ℃，年降水量
587. 6 mm，属暖温带半干旱大陆性季风气候，土壤
为典型的黄绵土。
2012 年 8 月在研究区选择 7，10，12 和 14 年生
侧柏人工林地，造林前均为坡耕地，坡度 18 ～ 22°。
造林设计基本相同，栽植幼苗均为 2 年生，株行距均
为 1. 5 m × 2 m。林下灌草稀少，主要有铁杆蒿
(Artemisia sacrorum)、华北米蒿( Artemisia giraldii)、
大披针苔 草 ( Carex lanceolata )、达乌 里 胡 枝 子
(Lespedeza davurica)、悬钩子 (Ｒubus corchorifolius)、
铁 线 莲 ( Clematis florida ) 和 酸 枣 ( Ziziphus
spinosus)等。
2 研究方法
2. 1 样地设置与调查
根据林地立地条件相似原则，选择坡位相
似，林相均一，干扰较少的 7，10，12 和 14 年生侧
柏人工林样地各 3 块，共设置 12 块样地，每块样
地面积均为 20 m × 20 m。样地林龄主要由当地
造林记录和年轮样芯确定。对每块样地内树木
进行每木检尺，调查胸径、树高和冠幅等指标。
各林龄林分特征见表 1。
2
第 6 期 李彦华等: 甘肃黄土丘陵区侧柏人工幼林的碳密度及分配特征
表 1 不同林龄侧柏人工林概况
Tab． 1 Survey of different aged P． orientalis plantations
林龄 海拔 坡度 坡向 坡位 平均树高 平均胸径 林分密度
Stand
age / a
Elevation /m
Slope
gradient /( °)
Slope
aspect
Slope
position
Mean tree
height /m
Mean
DBH /cm
Stand density /
( individual·hm － 2 )
7 1 148. 2 18. 4 西南 Southwest 23° 中 Middle 1. 60 ± 0. 32 0. 53 ± 0. 21 2 973 ± 13
10 1 169. 5 19. 8 西南 Southwest 18° 中 Middle 2. 72 ± 0. 43 2. 02 ± 0. 19 2 952 ± 26
12 1 213. 5 17. 7 东北 Northeast 21° 下 Lower 3. 61 ± 0. 82 2. 66 ± 0. 32 2 928 ± 31
14 1 195. 5 21. 2 西南 Southwest 16° 下 Lower 4. 12 ± 0. 97 3. 09 ± 0. 41 2 902 ± 47
2. 2 侧柏人工林生物量测定
2. 2. 1 乔木层生物量 根据样地每木检尺结果，
在每样地选取 1 株平均木，即每年龄段选出 3 株平
均样木，4 个年龄段共选出 12 株标准木。将标准木
伐倒，采用 Monsic 分层切割法，地上部分测定树干、
树皮、树枝各器官的鲜质量，树枝按基部直径分为细
枝( ＜ 1. 0 cm)和粗枝( ＞ 1. 1 cm)，枝、叶分开测定
鲜质量; 地下部分用全挖法，将根系分为细根(根径
＜ 0. 2 cm )、小根 ( 0. 2 ≤ 根径 ＜ 0. 5 cm )、中根
(0. 5≤根径 ＜ 1. 0 cm )、大根 ( 1. 0 ≤ 根径 ＜ 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，
带回实验室放置 65 ℃烘箱中，烘干至恒质量，计算
含水率后，将各器官的鲜质量换算成干质量。
2. 2. 2 林下植被生物量及枯落物现存量 在每块
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，记录样方内灌木和草本的种类。
采用全挖法测定地上部分和地下部分生物量，灌木
分叶、枝和根 3 部分，草本分地上鲜质量和地下鲜质
量，灌木和草本称鲜质量后分别按灌木枝、灌木叶、
灌木根、草本地上和草本地下取样。在每块样地设
置 5 个 1 m × 1 m 枯落物样方，枯落物按未分解、半
分解层称鲜质量并取样。将林下灌草及枯落物各部
分样品带回实验室，放置 65 ℃烘箱中，烘干至恒质
量，计算含水率后，将鲜质量换算成干质量。根据样
方调查得到林下植被生物量及枯落物现存量。
2. 3 土壤样品采集
在每块 20 m × 20 m 样地内设置 5 个土壤采样
点，按照 0 ～ 10，10 ～ 20，20 ～ 30，30 ～ 50 和 50 ～ 100
cm 共 5 层采样，并将同一样地内相同土层的土样混
合，带回实验室待有机碳含量测定。采用环刀法测
定土壤密度。
2. 4 植物和土壤有机碳含量测定
植物和土壤样品有机碳含量采用元素分析仪
LiquiTOCⅡ(德国生产)测定。
2. 5 侧柏人工林碳密度
侧柏林各组分碳密度为各组分年生物量及相应
有机碳含量的乘积。乔木层各器官生物量用各器官
生物量与胸径、树高的关系模型来估算(马增旺等，
2006;王婷等，2009;李瑞霞等，2012):
Y = a + b(D2H)。
式中:Y 为各组分生物量( kg); D 为胸径 ( cm); H
为树高(m); a，b 为系数。各组分生物量模型及其
参数见表 2。根据侧柏各组分生物量模型，分别计
算单位面积各组分生物量，各组分生物量之和即为
单位面积林分生物量。
表 2 侧柏各器官生物量(Y)与胸径(D)、树高(H)的关系
Tab． 2 Equations of organ biomass(Y) with diameter at
breast height (D) and height(H) of P． orientalis
组分
Component
生长方程
Equation Ｒ
2
树干 Stem Y = － 1. 855 + 3. 379(D2H) 0. 901
树枝 Branch Y = － 0. 618 + 4. 080(D2H) 0. 915
树叶 Leaf Y = － 0. 581 + 0. 772(D2H) 0. 826
树皮 Bark Y = － 0. 677 + 1. 178(D2H) 0. 882
果实 Cone Y = － 0. 173 + 0. 324(D2H) 0. 894
树根 Ｒoot Y = － 0. 463 + 0. 251(D2H) 0. 936
根桩 Stump Y = － 0. 808 + 1. 237(D2H) 0. 812
土壤碳密度计算公式(程先富等，2004)为:
T = 0. 1 × Σ Bi × Ci × Di × 10。
式中:T 为土壤有机碳密度( t·hm － 2 ); i 为土层数;
Bi为 i 土层土壤密度( g·cm
－ 3 ); Ci为 i 土层土壤有
机碳含量( g·kg － 1 ); Di为 i 土层厚度( cm); 10 为
单位换算系数。
2. 6 数据处理
采用 Excel 和 SPSS13. 0 软件对数据进行统计
分析，采用单因素方差分析 ( one-way ANOVA)和
Duncan 检验比较不同林龄侧柏生态系统各组分碳
含量和碳密度差异(P ＜ 0. 05)。
3 结果与分析
3. 1 不同林龄侧柏林碳含量
3. 1. 1 乔木层各器官碳含量 表 3 表明，侧柏各器
官碳含量随着林龄增加而增大，各器官平均碳含量
为 447. 51 ～ 513. 93 g·kg － 1，不同林龄间同一器官碳
含量差异不显著(P ＞ 0. 05)，但不同器官的平均碳
3
林 业 科 学 51 卷
含量存在显著差异 ( P ＜ 0. 05 )，表现为果实 ＞ 树
叶 ＞树干 ＞粗枝 ＞ 细枝 ＞ 细根 ＞ 根桩 ＞ 树皮 ＞ 粗
根 ＞大根 ＞中根 ＞小根，以果实碳含量最高、小根碳
含量最小。
表 3 不同林龄侧柏人工林各器官碳含量①
Tab． 3 Carbon contents of different organs of different aged P． orientalis plantations g·kg － 1
器官 Organ
林龄 Stand age / a 平均值
7 10 12 14 Mean
树干 Stem 488. 63 ± 9. 16 493. 82 ± 7. 24 495. 58 ± 5. 39 498. 00 ± 8. 63 494. 01 ± 9. 15a
细枝 Fine-Branch 477. 86 ± 6. 91 480. 82 ± 7. 19 481. 60 ± 5. 18 479. 78 ± 9. 09 480. 01 ± 6. 89b
粗枝 Thick-Branch 478. 06 ± 5. 45 483. 06 ± 5. 70 483. 12 ± 3. 76 482. 83 ± 6. 31 481. 77 ± 5. 48b
树叶 Leaf 498. 76 ± 5. 57 501. 48 ± 7. 77 505. 98 ± 4. 97 508. 93 ± 7. 93 503. 79 ± 7. 42c
树皮 Bark 464. 18 ± 4. 67 467. 95 ± 9. 10 463. 65 ± 3. 83 464. 87 ± 8. 55 465. 16 ± 6. 69de
果实 Cone 505. 26 ± 5. 32 505. 15 ± 5. 32 505. 93 ± 4. 82 513. 93 ± 5. 09 507. 57 ± 6. 10c
细根 Fine-root 475. 43 ± 5. 87 468. 47 ± 3. 12 475. 46 ± 6. 04 477. 98 ± 8. 40 474. 33 ± 6. 78f
小根 Small-root 450. 21 ± 6. 96 447. 51 ± 9. 14 454. 38 ± 7. 50 448. 66 ± 7. 83 450. 19 ± 7. 83g
中根 Medium-root 451. 50 ± 6. 87 449. 08 ± 5. 94 457. 26 ± 9. 25 454. 40 ± 5. 18 453. 06 ± 7. 23gh
大根 Large-root 452. 93 ± 3. 68 456. 90 ± 6. 77 461. 88 ± 5. 95 453. 21 ± 3. 90 456. 23 ± 6. 13hi
粗根 Thick-root 455. 05 ± 6. 72 459. 30 ± 8. 22 465. 88 ± 8. 55 461. 10 ± 6. 54 460. 33 ± 8. 09ei
根桩 Stump 481. 70 ± 8. 27 461. 27 ± 6. 62 467. 33 ± 4. 64 466. 58 ± 7. 63 469. 22 ± 14. 35df
①同列不同小写字母表示各组分碳含量差异显著 ( P ＜ 0. 05 )，下同。Different lowercase letters in the same column represent significant
difference among the carbon contents for different organs at 0. 05 level，the same below．
3. 1. 2 林下植被和枯落物层碳含量 表 4 表明:灌
木层碳含量以灌木茎最高(430. 01 g·kg － 1 )，根最低
(383. 28 g·kg － 1); 草本层地上部分高于地下部分; 枯
落物层未分解层碳含量(434. 10 g·kg － 1)高于半分解层
碳含量(373. 83 g·kg － 1)。林龄对各器官或组分的碳含
量影响不显著，但不同层次间碳含量差异显著(P ＜
0. 05)，表现为枯落物未分解层 ＞灌木茎 ＞草本地上 ＞
灌木叶 ＞灌木根 ＞草本地下 ＞枯落物半分解层。
表 4 侧柏人工林灌草层和枯落物层碳含量
Tab． 4 Carbon content of shrub，herb，and litter of P． orientalis plantations g·kg － 1
层次
Layer
组分
Component
年龄 Stand age / a
7 10 12 14
平均值
Mean
灌木层
叶 Leaf 411. 91 ± 13． 75 416. 83 ± 13． 85 415. 03 ± 14． 01 413. 25 ± 8． 76 414. 25 ± 12． 07a
Shrub layer 茎 Stem 429. 38 ± 8． 25 429. 53 ± 9． 97 427. 43 ± 152． 83 433. 88 ± 10． 28 430. 01 ± 10． 77bc
根 Ｒoot 382. 86 ± 9． 83 392. 06 ± 10． 12 378. 06 ± 13． 80 380. 13 ± 6． 81 383. 28 ± 11． 16d
草本层 地上部分 Aboveground 429. 20 ± 10． 71 424. 08 ± 10． 07 427. 06 ± 12． 06 424. 03 ± 11． 79 426. 09 ± 13． 14b
Herb layer 地下部分 Belowground 372. 61 ± 12． 79 377. 06 ± 11． 89 377. 28 ± 5． 98 370. 25 ± 7． 27 374. 30 ± 9． 74e
枯落物层 未分解 Un-decomposed 434. 28 ± 7． 99 438. 88 ± 7． 81 435. 73 ± 11． 41 427. 50 ± 14． 51 434. 10 ± 10． 92c
Litter layer 半分解 Semi-decomposed 381. 30 ± 11． 02 372. 23 ± 9． 49 374. 06 ± 10． 15 367. 73 ± 9． 67 373. 83 ± 10． 66e
3. 1. 3 土壤层碳含量 表 5 表明:不同林龄侧柏人
工林土壤层平均碳含量为 23. 31 ～ 96. 08 g·kg － 1; 土
层深度和林龄对侧柏人工林土壤碳含量均有显
著影响( P ＜ 0. 05) ; 土壤层碳含量随土层深度的
增加而减小，0 ～ 10 和 10 ～ 20 cm 土层碳含量显
著高于 20 ～ 30，30 ～ 50 和 50 ～ 100 cm 土层( P ＜
0. 05) ; 各土层土壤碳含量均随着林龄增加而逐
渐增大，0 ～ 10 和 10 ～ 20 cm 土层增幅最明显，增
幅为42. 29% ～ 72. 71%。
3. 2 不同林龄侧柏人工林碳密度及其分配规律
3. 2. 1 乔木层各器官碳密度 图 1 表明: 不同林
龄侧柏人工林地上部分各器官均以树干碳密度最
高，7，10，12 和 14 年生侧柏树干碳密度为 0. 54，
1. 33，2. 26 和 2. 98 t·hm － 2，分别占地上部分碳密度
的 33. 13%，30. 79%，34. 88%和 35. 14%，分别占整
个乔木层(包括地上部分和地下部分)的 21. 34%，
24. 58%，28. 11%和 28. 93% ; 不同林龄侧柏人工林
地下部分各器官均以根桩碳密度最高，7，10，12 和
14 年生侧柏根桩碳密度为 0. 45，0. 53，0. 93 和 1. 23
t·hm － 2，分别占地下部分碳密度的 50%，48. 62%，
59. 62%和 67. 58%，分别占整个乔木层 (包括地上
部分和地下部分) 的 17. 79%，9. 80%，11. 57% 和
11. 94%。侧柏各器官碳密度随林龄变化存在显著
差异(P ＜ 0. 05)。
4
第 6 期 李彦华等: 甘肃黄土丘陵区侧柏人工幼林的碳密度及分配特征
表 5 侧柏人工林土壤层碳含量①
Tab． 5 Carbon content of soil layer of P． orientalis plantations g·kg － 1
土层
Soil layer / cm
林龄 Stand age / a
7 10 12 14
0 ～ 10 55. 63 ± 2. 96Aa 68. 45 ± 4. 33Ba 87. 45 ± 1. 53Ca 96. 08 ± 1. 55Da
10 ～ 20 31. 66 ± 4. 12Ab 42. 30 ± 1. 41ABb 43. 78 ± 1. 22Bb 45. 05 ± 1. 68Bb
20 ～ 30 24. 73 ± 0. 87Ac 24. 65 ± 0. 87Ac 25. 60 ± 0. 64ABc 26. 41 ± 0. 84Bc
30 ～ 50 23. 36 ± 0. 35Ac 23. 75 ± 0. 69ABc 24. 48 ± 0. 74BCcd 24. 86 ± 1. 15Cc
50 ～ 100 23. 33 ± 0. 29Ac 23. 31 ± 0. 31Ac 23. 48 ± 0. 51Ad 23. 73 ± 0. 42Ae
①同行不同大写字母表示不同林龄间差异显著(P ＜ 0. 05)，同列不同小写字母表示同一林龄不同土层间差异显著( P ＜ 0. 05)。Different
capital letters in the same row indicate significant difference at different ages(P ＜ 0. 05)，and different small letters in the same column indicate significant
difference among different soil layers in the same year(P ＜ 0. 05) ．
图 1 不同林龄侧柏人工林各器官碳密度
Fig． 1 Carbon density of different organs of different aged P． orientalis plantations
3. 2. 2 林下植被及枯落物层碳密度 图 2 表明:侧
柏林下灌木层各器官、草本层各组分和枯落物层各
组分碳密度均存在显著差异(P ＜ 0. 05)，随林龄增
加呈现增大的趋势。灌木各器官中以茎碳密度最
高，7，10，12 和 14 年生侧柏林下灌木茎碳密度分别
为 0. 03，0. 06，0. 07 和 0. 08 t·hm － 2，分别占灌木层
碳密度的 37. 50%，46. 15%，46. 67% 和 47. 37%。
草本层地上部分碳密度大于地下部分，7，10，12 和
14 年生侧柏林下草本层地上部分碳密度分别为
0. 17，0. 28，0. 35 和 0. 36 t·hm － 2，分别占草本层碳
密度的 52. 78%，57. 14%，56. 90% 和 58. 82%。枯
落物未分解层碳密度大于半分解层，7，10，12 和 14
年生侧柏林下枯落物未分解层碳密度分别为 0. 11，
0. 15，0. 32 和 0. 44 t·hm － 2，分别占枯落物层碳密度
的 82. 35%，75. 00%，80. 00%和 77. 55%。
3. 2. 3 土壤层碳密度 图 3 表明:侧柏人工林 0 ～
100 cm 土层的碳密度随着林龄增加而增大，且差异
显著(P ＜ 0. 05)。其中 0 ～ 10 和 50 ～ 100 cm 土层
碳密度明显高于其他土层; 7，10，12 和 14 年生侧柏
人工林 0 ～ 10 cm 土层碳密度为 6. 3，8. 27，10. 25 和
11. 48 t·hm － 2，分别占整个土壤层 (0 ～ 100 cm)的
18. 30%，21. 51%，24. 58% 和 25. 69%，50 ～ 100 cm
土壤 层 碳 密 度 为 15. 46，15. 64，16. 21 和 16. 71
t·hm － 2，分 别 占 整 个 土 壤 层 ( 0 ～ 100 cm ) 的
44. 92%，40. 69%，38. 87%和 37. 40%。
3. 2. 4 侧柏人工林生态系统碳密度及其分配 图
4 表明:不同林龄侧柏人工林生态系统碳密度均以
土壤层和乔木层为主要碳库; 7，10，12 和 14 年生侧
柏林土壤层碳密度分别为 34. 42，38. 44，41. 70 和
44. 68 t·hm － 2，分别占侧柏人工林生态系统碳密度
的 91. 64%，86. 05%，81. 97% 和 79. 30% ; 7，10，12
和 14 年生侧柏林乔木层碳密度分别为 2. 53，5. 41，
8. 04 和 10. 30 t·hm － 2，分别占侧柏人工林生态系统
碳密度的 6. 74%，12. 11%，15. 80%，18. 28% ; 而灌
木层、草本层和枯落物层的碳密度之和所占比例小
于 5%。随着林龄增加，土壤层碳密度占侧柏人工
林生态系统碳密度的比例减少了 13. 46% ; 而乔木
层碳密度占侧柏人工林生态系统碳密度的分配比例
5
林 业 科 学 51 卷
图 2 侧柏人工林林下灌木、草本和枯落物层碳密度
Fig． 2 Carbon density of shrub，herb and litter of Platycladus orientalis plantations
图 3 侧柏人工林土壤层碳密度
Fig． 3 Carbon density of soil layer of P． orientalis
plantations
增加了 171. 21%，由于乔木层生物量积累增多，导
致碳密度增加幅度明显。乔木层、灌木层、草本层、
枯落物层和土壤层碳密度均随着林龄的增加而增
大，且 不 同 层 次 碳 密 度 受 林 龄 影 响 差 异 显
著(P ＜ 0. 05)。
4 结论与讨论
本研究中，黄土丘陵区不同林龄侧柏人工幼林
的乔木层各器官平均碳含量为 447. 51 ～ 513. 93
g·kg － 1，且差异显著(P ＜ 0. 05)，不同林龄间相同器
官碳含量大小不同，但差异不显著(P ＞ 0. 05)，本研
究中侧柏人工林乔木层碳含量与国内外研究中所用
图 4 侧柏人工林生态系统碳密度及其分配特征
Fig． 4 Carbon density and its allocation characteristics of
P． orientalis plantations ecosystem
森林碳系数(0. 4 ～ 0. 5) (刘恩等，2012)基本一致。
各器官平均碳含量为 474. 46 g·kg － 1，低于陕西千阳
侧柏人工林各器官平均碳含量(王蕾等，2010)，高
于徐州侧柏各器官平均碳含量(李瑞霞等，2012)，
说明侧柏生长区域的差异在一定程度上影响到乔木
层碳含量的差异。7，10，12 和 14 年生侧柏人工林
各器官平均碳含量表现为果实 ＞ 树叶 ＞ 树干 ＞ 粗
枝 ＞细枝 ＞细根 ＞ 根桩 ＞ 树皮 ＞ 粗根 ＞ 大根 ＞ 中
根 ＞小根。
林下植被及枯落物层碳含量均低于乔木层各器
官碳含量，且灌木层、草本层地上部分碳含量均高于
6
第 6 期 李彦华等: 甘肃黄土丘陵区侧柏人工幼林的碳密度及分配特征
地下部分碳含量。而枯落物未分解层碳含量高于半
分解层碳含量，可能与枯落物层部分有机质被分解
有关(Lal，2005)。土壤层碳含量大小受到造林年
限(Song et al．，2003; Zinn et al．，2002)、微生物代谢
(何志斌等，2006 )和地表枯落物分解程度 ( Lal，
2005)等的影响。本研究中，不同林龄侧柏人工林
土壤碳含量随林龄增加而增大，随土壤深度增加而
降低。表层 0 ～ 10 cm 土壤碳含量受林龄影响最大，
随林龄增加而增幅显著(P ＞ 0. 05)。
黄土丘陵区 7，10，12 和 14 年生侧柏人工林生
态系统的碳密度分别为 37. 56，44. 67，50. 87 和
56. 34 t·hm － 2，不同林龄侧柏人工林生态系统碳密
度分配格局均表现为土壤层 ＞乔木层 ＞草本层 ＞枯
落物层 ＞灌木层，土壤层和乔木层是侧柏人工林生
态系统主要的碳库。侧柏人工林乔木层碳密度随着
林龄增加增幅较大，其中，树干贡献率最大，不同林
龄侧柏人工林树干均是乔木层碳库的主体。本研究
中 14 年生侧柏人工林乔木层碳密度(10. 3 t·hm － 2)
低于 湖 南 会 同 11 年 生 杉 木 林 ( Cunninghamia
lanceolata)乔木层碳密度(44. 76 t·hm － 2 ) (方晰等，
2002)和我国森林植被平均碳密度(57. 07 t·hm － 2 )
(周玉荣等，2000)。枯落物层虽是侧柏人工林生态
系统中较小的碳库，但却是增加土壤碳汇的重要途
径(艾泽民等，2014)。侧柏人工林土壤碳密度随着
林龄增加而增大，14 年生侧柏人工林土壤碳密度
(44. 68 t·hm － 2)低于徐州 40 年生侧柏林(60. 67 t·
hm － 2)(李瑞霞等，2013)，同时低于我国森林平均
土壤碳密度(193. 55 t·hm － 2)(周玉荣等，2000)，这
可能是黄土丘陵区水热条件差、水土流失造成的，在
人工林经营中应重视土壤碳库的保护。黄土丘陵区
侧柏人工林处于幼龄林阶段，仍低于我国森林生态
系统平均碳密度，但随着林龄的增加，其碳汇能力将
会逐渐增大，其发育阶段后期碳汇能力仍有待于进
一步研究。
参 考 文 献
艾泽民，陈云明，曹 扬 ． 2014． 黄土丘陵区不同林龄刺槐人工林碳、
氮储量及分配格局 ．应用生态学报，25(2) : 333 － 341．
(Ai Z M，Chen Y M，Cao Y，et al． 2014． Storage and allocation of
carbon and nitrogen in Ｒobinia pseudoacacia plantation at different
ages in the loess hilly region，China． Chinese Journal of Applied
Ecology，25(2) : 333 － 341．［in Chinese］)
程先富，史学正，于东升，等 ． 2004． 兴国县森林土壤有机碳库及其与
环境因子的关系 ．地理研究，23(2) : 211 － 217．
(Cheng X F，Shi X Z，Yu D S，et al． 2004． Organic carbon pool of
forest soil and its relationship to environment factors in Xingguo
county of Jiangxi Province． Journal of Geographical Ｒesearch，23
(2) : 211 － 217．［in Chinese］)
方 晰，田大伦，项文化 ． 2002．速生阶段杉木人工林碳素密度、贮量
和分布 ．林业科学，38(3) : 14 － 19．
(Fang X，Tian D L，Xiang W H，et al． 2002． Density，storage and
distribution of carbon Chinese fir plantaion at fast growing stage．
Scientia Silvae Sinicae，38(3) : 14 － 19．［in Chinese］)
何 斌，刘红英，余春和 ． 2012．黑木相思人工林生态系统生物量、碳
贮量及其分配特征 ．东北林业大学学报，40(3) : 48 － 50，71．
(He B，Liu H Y，Yu C H，et al． 2012． Vertical distribution of biomass
and carbon storage in Acacia melanoxylon plantation ecosystem．
Journal of Northeast Forestry University，40 (3 ) : 48 － 50，71．［in
Chinese］)
何志斌，赵文智，刘 鹄，等 ． 2006． 祁连山青海云杉林斑表层土壤有
机碳特征及其影响因素 ．生态学报，26(8) : 2572 － 2577．
(He Z B，Zhao W Z，Liu H， et al． 2006． Characteristic of Picea
crassifolia forest soil organic carbon and relationship with
environment factors in the Qilian mountain． Acta Ecologica Sinica，
26(8) : 2572 － 2577．［in Chinese］)
李瑞霞，郝俊鹏，闵建刚，等 ． 2012． 不同密度侧柏人工林碳储量变化
及其机理初探 ．生态环境学报，21(8) : 1392 － 1397．
(Liu Ｒ X，Hao J P，Min J G，et al． 2012． Carbon storage changes and
its mechanism of different densities in Platycladus orientalis
plantation． Ecology and Environmental Sciences，21 ( 8 ) : 1392 －
1397．［in Chinese］)
刘 恩，王 晖，刘世荣 ． 2012． 南亚热带不同林龄红锥人工林碳贮
量与碳固定特征 ．应用生态学报，23(2) : 335 － 340．
(Liu E，Wang H，Liu S Ｒ，et al． 2012． Characteristics of carbon storage
and sequestration in different age beech ( Castanopsis hystrix )
plantations in south subtropical area of China． Chinese Journal of
Applied Ecology，23(2) : 335 － 340．［in Chinese］)
刘国华，傅伯杰，方精云 ． 2000．中国森林碳动态及其对全球碳平衡的
贡献 ．生态学报，20(5) : 733 － 740．
(Liu G H，Fu B J，Fang J Y，et al． 2000． Carbon dynamics of Chinese
forests and its contribution to global carbon balance． Acta Ecologica
Sinica，20(5) : 733 － 740．［in Chinese］)
刘延惠，王彦辉，于澎涛，等，2012．六盘山南部华北落叶松人工林土
壤有机碳含量 ．林业科学，12(12) :1 － 9．
( Liu Y H，Wang Y H，Yu P T，et al． 2012． Soil organic carbon contents
of Larix principis-rupprechtii plantations in the southern part of
Liupan mountains，Scientia Silvae Sinicae，12 ( 12 ) : 1 － 9．［in
Chinese］)
刘迎春，王秋凤，于贵瑞，等 ． 2011． 黄土丘陵区两种主要退耕还林树
种生态系统碳储量和固碳潜力 ． 生态学报，31 ( 15 ) : 4277 －
4286．
(Liu Y C，Wang Q F，Yu G Ｒ，et al． 2011． Ecosystems carbon storage
and carbon sequestration potential of two main tree species for the
grain for green project on China’s hilly Loess Plateau． Acta
Ecologica Sinica，31(15) : 4277 － 4286．［in Chinese］)
马泽清，刘琪璟，徐雯佳，等 ． 2007． 江西千烟洲人工林生态系统的碳
蓄积特征 ．林业科学，43(11) : 1 － 7．
(Ma Z Q，Liu Q J，Xu W J，et al． 2007． Carbon storage of artificial
forest in Qianyanzhou，Jiangxi Province． Scientia Silvae Sinicae，43
(11) : 1 － 7．［in Chinese］)
7
林 业 科 学 51 卷
马增旺，毕 君，孟祥书，等 ． 2006．人工侧柏林单株生物量研究 ．河北
林业科技，(3) : 1 － 3．
(Ma Z W，Bi J，Meng X S， et al． 2006． The biomass research of
individual in Platycladus orientalis plantation． The Journal of Hebei
Forestry Science and Technology，(3) : 1 － 3．［in Chinese］)
秦武明，何 斌，韦善华，等 ． 2008．厚荚相思人工幼林生态系统碳储
量及其分布研究 ．安徽农业科学，36 (32) : 14089 － 14092．
(Qin W M，He B，Wei S H，et al． 2008． Study on carbon storage and
distribution of Acacia crassicarpa young plantation ecosystem．
Journal of Anhui Agricultural Sciences，36 (32) : 14089 － 14092．
［in Chinese］)
石洪华，王晓丽，王 嫒，等 ． 2013． 北长山岛森林乔木层碳储量及其
影响因子 ．生态学报，33(19) : 6363 － 6372．
( Shi H H，Wang X L，Wang A，et al． 2013． Storage and drivers of
forests carbon on the beichangshan island of miaodao archipelago．
Acta Ecologica Sinica，33(19) : 6363 － 6372．［in Chinese］)
申家朋，张文辉，李彦华，等 ． 2013． 黄土高原丘陵区退耕还林地油松
人工林碳储量及分配特征研究 ．西北植物学报，33(11) : 2309 －
2316．
( Shen J P，Zhang W H，Li Y H，et al． 2013． Characteristics of carbon
storage and sequestration of Pinus tabulaeformis forest land converted
by farmland in the hilly Loess hilly area． Acta Botanica Boreali-
Occidentalia Sinica，33(11) : 2309 － 2316．［in Chinese］)
田大伦，方 晰，项文化 ． 2004． 湖南会同杉木人工林生态系统碳素
密度 ．生态学报，24 (11) : 2382 － 2386．
(Tian D L，Fang X，Xiang W H，et al． 2004． Carbon density of the
Chinese fir plantation ecosystem at Huitong，Hunan Province． Acta
Ecologica Sinica，24 (11) : 2382 － 2386．［in Chinese］)
王 蕾，张景群，王晓芳，等 ． 2010． 黄土高原两种人工林幼林生态系
统碳汇能力评价 ．东北林业大学学报，38(7) : 75 － 78．
(Wang L，Zhang J Q，Wang X F，et al． 2010． Carbon sink in two young
plantations in Loess Plateau． Journal of Northeast Forestry
Univesity，38(7) : 75 － 78．［in Chinese］)
王 婷，袁志良，叶永忠，等 ． 2009． 嵩山国家森林公园不同年龄侧柏
人工林生物量初步研究 ．河南科学，27(7) : 817 － 820．
(Wang T，Yuan Z L，Ye Y Z，et al． 2009． Primary study on biomass of
Platycladus orientalis plantation at different age stands in the
Songshan mountains national forest park． Henan Science，27 (7 ) :
817 － 820．［in Chinese］)
王效科，冯宗炜，欧阳志云 ． 2001．中国森林生态系统的植物碳储量和
碳密度研究 ．应用生态学报，12(1) : 13 － 16．
(Wang X K，Feng Z W，O Z Y，et al． 2001． Vegetation carbon storage
and density of forest ecosystems in China． Chinese Journal of
Applied Ecology，12(1) : 13 － 16． ［in Chinese］)
王晓丽，王 嫒，石洪华，等 ． 2013． 山东省长岛县南长山岛黑松和刺
槐人工林的碳储量 ． 应用生态学报，24(5) : 1263 － 1268．
(Wang X L，Wang A，Shi H H，et al． 2013． Carbon storage of Pinus
thunbergii and Ｒobinia pseudoacacia plantations on Nanchangshan
island，Changdao county of Shandong Province． Chinese Journal of
Applied Ecology，24(5) : 1263 － 1268．［in Chinese］)
尉海东，马祥庆 ． 2006．不同发育阶段楠木人工林生态系统碳贮量研
究 ．烟台师范学院学报:自然科学版，22(2) : 130 － 133．
(Wei H D，Ma X Q． 2006． Study on the carbon storage and distribution
of Phoebe bourmei plantation ecosystem of different growing stages．
Yantai Normal University Journal:Natural Science，22 (2) : 130 －
133．［in Chinese］)
巫 涛，彭重华，田大伦，等 ． 2012． 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，32(13) : 4034 － 4042．
(Wu T，Peng Z h，Tian D L，et al． 2012． Spatial distribution of carbon
storage in a 13-year-old Pinus massoniana forest ecosystem in
Changsha City． Acta Ecologica Sinica，32(13) : 4034 － 4042．［in
Chinese］)
吴庆标，王效科，段晓男，等 ． 2008． 中国森林生态系统植被固碳现状
和潜力 ． 生态学报，28(2) : 517 － 524．
(Wu Q B，Wang X K，Duan X N，et al． 2008． Carbon sequestration
and its potential by forest ecosystems in China． Acta Ecologica
Sinica，28(2) : 517 － 524．［in Chinese］)
赵萌捷，陈云明，艾泽民，等 ． 2013． 黄土丘陵区典型人工林有机碳分
布特征及其影响因素 ．水土保持通报，33(2) : 270 － 275．
( Zhao M J，Chen Y M，Ai Z M，et al． 2013． Distribution characteristics
of soil organic carbon and their affecting factors of typical plantations
in loess hilly region． Bulletin of Soil and Water Conservation，33
(2) : 270 － 275．［in Chinese］)
周玉荣，于振良，赵士洞 ． 2000．我国主要森林生态系统碳贮量和碳平
衡 ．植物生态学报，24(5) : 518 － 522．
( Zhou Y Ｒ，Yu Z L，Zhao S D，et al． 2000． Carbon storage and budget
of major Chinese forest types． Acta Phytoecologica Sinica，24(5) :
518 － 522．［in Chinese］)
Canadell J G，Ｒaupach M Ｒ． 2008． Managing forests for climate change
mitigation． Science，320 (5882) : 1456 － 1457．
Fang J Y，Chen A P，Peng C H，et al． 2001． Changes in forest biomass
carbon storage in China between 1949 and 1998． Scinece，292
(5525) : 2320 － 2322．
Fu W J，Jiang P K，Zhao K L，et al． 2014． The carbon storage in moso
bamboo plantion and its spatial variation in Anji County of
southeastern China． Soil Sediments，14 (2) : 320 － 329．
Hooker T D，Compton J E． 2003． Forest ecosystem carbon and nitrogen
accumulation during the first century after agricultural abandonment．
Ecological Applications，13 (2) : 299 － 313．
Laclau P． 2003． Biomass and carbon sequestration of ponderosa pine
plantations and native cypress forests in northwest Patagonia． Forest
Ecology and Management，180 (1 － 3) : 317 － 333．
Lal Ｒ． 2005． Forest soils and carbon sequestration． Forest Ecology and
Management，220(1) : 242 － 258．
Song C H，Woodcock C E． 2003． A regional forest ecosystem carbon
budget model: impacts of forest age structure and landuse history．
Ecological Modeling，164 (1) : 33 － 47．
Specht A，West P W． 2003． Estimation of biomass and sequestered carbon
on farm forest plantations in northern New South Wales． Australia．
Biomass and Bioenergy，25(4) : 363 － 379．
Zinn Y L，Dimas V S，Ｒesck J E，et al． 2002． Soil organic carbon as
affected by afforestation with Eucalyptus and Pinus in the Cerrado
region of Brazil． Forest Ecology and Management，166 ( 1 － 3 ) :
285 － 294．
(责任编辑 于静娴)
8