全 文 ：第 !" 卷 第 " 期
# $ % $ 年 " 月
林 业 科 学
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2345!# $ % $
桤木人工林的碳密度’碳库及碳吸存特征
文仕知%!#6田大伦%!#6 杨丽丽%6方6晰%!#
"%1中南林业科技大学林学院6长沙 !%$$$!# #1南方林业生态应用技术国家工程实验室6长沙 !%$$$!$
摘6要!6对不同年龄阶段桤木人工林生态系统碳密度’碳库和碳吸存的研究结果表明& 桤木各器官的碳密度算术
平均值随年龄的增长而增加!间!不同器官碳密度由高至低排序大致为& 树干>树枝>树叶>树根>树皮!林下植被各组分和死地被物的碳密度
随着林龄的变化规律不明显!土壤层"$ ;"$ YO$平均碳密度也随着林龄的增长逐渐增加!且在垂直分布上随着土
层深度的增加而逐渐下降% 不同器官的碳贮量与其生物量成正比例关系!随着林龄增长!乔木层碳贮量的优势逐
渐增强!从 < 年生的 #<199 W.LOA#增加到 %! 年生的 !71"= W.LOA#% 桤木人工林生态系统的碳库主要由植被层’死
地被物层和土壤层组成!按其碳库大小顺序排列为& 土壤层 >植被层 >死地被物层!统中的碳库分别为 7<197!%##1%#和 %=$18< W.LOA#!土壤碳贮量占整个生态系统碳库的 <71!#:以上!且随着林龄
增长!地上部分与地下部分碳贮量之比有逐渐下降的趋势!819# W.LOA#EA%% 湖南省现有桤木林植被碳库为 #19$= ! j%$" W!为其潜在碳库的 !81<%:%
关键词&6桤木人工林# 碳密度# 碳库# 碳吸存
中图分类号! &8%91<<666文献标识码!,666文章编号!%$$% A8!99"#$%$#$" A$$%< A$8
收稿日期& #$$7 A$! A%8# 修回日期& #$$7 A$8 A#"%
基金项目& 国家野外科学观测研究站项目"#$$8$9##$# 国家林业局重点项目"#$$9 A%#$# 湖南省科技攻关计划项目"#$$"*D=%$8$资助%
!#1>($Q&$’,*/! !#1>($+*(0R#$4!#1>($+&S7&’*1#*,($,$!"#$%&’()*%+,-.#(.-#$*#*,($
SM4 &LHaLH%!#6+HE4 CE034%!#6 GE4F-H0H%6gE4F@H%!#
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=>’*1#0*&6’EU^/4 VM4KHWX! YEU^/4 KW/Y‘ E4V KMR3MKWUEWH/4 ZEKOEVMH4 83+.%7’$=&%,/45+$\0E4WEWH/4 MY/KXKWMO5+LM
UMK30WKL/ZKWLEWWLMEUHWLOMWHYE[MUEFMYEU^/4 VM4KHWX/TVHTMUM4W/UFE4KZEK!8919 F.‘FA% T/UWLM<]XMEU]/0V \0E4WEWH/4!
!9<18 F.‘FA% T/UWLM9]XMEU]/0V KWE4V E4V !7<19 F.‘FA% T/UWLM%!]XMEU]/0V \0E4WEWH/4! E4V WLM[EUHEWH/4 Y/MTHYHM4W
UE4FMV T/UO$1#<: W/71<9:5+LMYEU^/4 VM4KHWHMK/TVHTMUM4W/UFE4K[EUHMV H4 WLMT/0/ZH4F/UVMU& KWMOK>^ UE4YLMK>
0ME[MK>U//WK>^ EU‘5*//^[H/3KWUM4VKZMUMVMWMYWMV T/UWLMYEU^/4 VM4KHWHMKH4 VHTMUM4WFU/3\K/T34VMU]KW/UMX/T\0E4WK
/UWLMV3T0EXMUEKWLMT/UMKWEFMV5+LMK/H0YEU^/4 VM4KHWXH4YUMEKMV E0/4FZHWL WLMKWE4VKEFMV E4V VMY0H4MV ZHWL WLMK/H0
VM\WL H4 WLMVHTMUM4WEFMY0EKKMK83+.%(’$=&%,/45+$\0E4WEWH/45+LMYEU^/4 KW/UEFMH4 VHTMUM4W/UE4FMKZEK\/KHWH[M0X
UM0EWMV W/WLM^ H/OEKK/TY/UMK\/4VH4F/UFE4K5&3\MUH/UHWX/TYEU^/4 KW/UEFMH4 WLMWUMMKFUEV3E0XKWUM4FWLM4KEKWLMT/UMKW
KWE4VKEFMV! YEU^/4 KW/UEFM/TWLMWUMMKLEV F/4M3\ TU/O#<199 W.LOA# T/UWLM<]XMEU]/0V W/!71"= W.LOA#T/UWLM%!]
XMEU]/0V \0E4WEWH/45+LMYEU^/4 KW/Y‘ /T83+.%(’$=&%,/45+$\0E4WEWH/4 MY/KXKWMOZEKOEH40XY/4KHKWMV /TWLUMMKMYWH/4K!
WLEWZEKWLMWUMMK! WLM0HWMUE4V WLMK/H0! (’$=&%,/45+$\0E4WEWH/4 ZEK7<197 W.LOA#EWWLM<]XMEU]/0V! %##1%# W.LOA#EW
WLM9]XMEU]/0V E4V %=$18< W.LOA#EWWLME4V WLM/UVMU/TZL/KMYEU^/4 KW/Y‘ Y/30V ^MUE4‘MV EKT/0/Z&WLMK/H0>WLMWUMMK
>WLM0HWMU5’EU^/4 KW/Y‘ /T83+.%%!]XMEU]/0V5’EU^/4 KW/UEFMH4 T/UMKW0E4VKK/H00EXMU"$ ;"$ YO$ EYY/34WMV T/UO/UM
WLE4 <75!#: /TYEU^/4 KW/UEFMH4 WLMZL/0MMY/KXKWMO! WLMUEWH//TYEU^/4 KW/UEFM/TE^/[MFU/34V W/WLEW/T34VMUFU/34V
VMYMEKMV EKWLM83+.%(’$=&%,/45+$T/UMKWEFMFU/ZWL5+LME443E0YEU^/4 EO/34W/TWLM<]XMEU]/0V! WLM9]XMEU]/0V E4V WLM
%!]XMEU]/0V 83+.%(’$=&%,/45+$\0E4WEWH/4 ZEKUMK\MYWH[M0X"1<%! "1#" E4V 819# W.LOA#.EA%5)_WE4WYEU^/4 KW/UEFM/T
83+.%(’$=&%,/45+$\0E4WEWH/4 H4 P34E4 \U/[H4YMZEK3\ W/#19$= ! j0$"W! EYY/34WH4FT/U!81<%: /THWK\/WM4WHE0YEU^/4
KW/UEFM5
?&/ @(14’&683+.%(’$=&%,/45+$\0E4WEWH/4# YEU^/4 VM4KHWX# YEU^/4 KW/Y‘# YEU^/4 KMR3MKWUEWH/4
林 业 科 学 !" 卷6
66当前!大气中’o# 等温室气体的浓度正在逐年
增高!全球气候变暖对人类的影响越来越显著!已成
为国际社会最关注的全球性环境问题!对’o#吸收’
固定和排放的研究也已成为全球变化研究的热点和
前沿"gE4F$,&35!#$$%# ’E0VMHUE$,&35!#$$$# 方精云
等!#$$8$% 据实测!当前地表和大气温度的上升!
8$: ;9$:是由于大气中 ’o# 的增加造成的"李克
让等!%77"$% 森林是陆地生态系统的主体!在调节
全球碳收支平衡’减缓大气 ’o# 等温室气体浓度上
升等方面具有不可替代的作用% 方精云 "#$$%#
#$$8$’王效科等"#$$$# #$$%$’刘国华等"#$$$$和
周玉荣等"#$$$$分别利用我国森林资源调查资料!
结合我国森林生态系统生物量和生产力研究的基础
上!推算我国近 <$ 年来森林植被的碳库及其动态!
为评价北半球中高纬度地区碳库和我国森林碳汇功
能做出了贡献% 近十几年来!随着绿化工程和退耕
还林工程的实施!我国人工林面积在森林总面积中
的比重快速增加% 人工林在 ’o# 的吸收和固定及
减缓全球气候变化等方面的作用也随之得到重视
"SH4h3O$,&35!%778$% 目前!人工林碳贮量与碳平
衡的研究国内外已有较多报道 "-EY0E3! #$$=#
&\MYLW$,&3"!#$$=# 方晰等!#$$## 何宗明等!#$$=#
雷丕锋等!#$$!# 包维楷等!#$$<# 李轩然等!#$$"#
马明东等!#$$9$%
四川 桤 木 "83+.%(’$=&%,/45+$$ 属 桦 木 科
"BMW30EYMEM$桤木属!为中国特有种!是喜温’喜湿’
耐水和耐瘠薄的优良纤维材和水土保持树种!是适
合湖南退耕还林工程和生态建设工程的优良树种%
截止 #$$< 年湖南省桤木栽培面积已超过 91= 万
LO#!根据当前的发展形势!桤木造林仍是湖南今后
的造林重点!年造林面积在现有基础上还有较大增
长空间% 与我国其他类型的人工林相比!桤木是非
豆科结瘤树种!具有较强的固氮能力"邓廷秀等!
%798$!能够增加土壤氮素含量!对植物群落的生长
及土壤有机碳含量有显著影响"./FM0$,&35!%779$%
目前有关桤木的研究主要集中在桤木改良土壤效
应’群落特征及生物量分析’桤木光合生理特性研
究’扦插繁殖技术’氮素积累’生物产量与生物循环
等"刘国凡等!%79<# 向永国等!%77<# 王军辉等!
#$$$# 刘贤词等!#$$8# 杨丽丽等!#$$9$!有关桤木
人工林碳固定能力的研究未见报道% 本研究通过分
析不同年龄桤木人工林生态系统的碳密度’碳库空
间分布及碳吸存变化和估算湖南省现有桤木林植被
层的碳库和碳吸存潜力!为在区域或国家尺度上估
算森林生态系统碳库以及碳平衡的估算提供基础数
据!为评价桤木人工林的生态服务功能提供科学
依据%
%6试验地概况
试验地设置于湖南湘西花垣县!地理坐标为
%$7b%原东缘’武陵山脉南段中部地区!多为山地地貌% 本
区气候属亚热带季风气候!四季分明!平均气温
%" c!无霜期约 #8$ 天!年均降雨量% !#$17 OO!日
照时数% =#!1< L!海拔从 #%# ;% %78 O!相对高度
达 79< O!成土母岩以石灰岩为主!土壤主要为红壤
和山地黄壤# 土壤呈微酸性至中性!地带性植被为
常绿阔叶林% 试验地林分特征如表 % 所示%
表 CD花垣县桤木林分的基本特征
9#>ICD!,107J’*#$0&()!/&’()*%+,-.#(
2-#$*#*,($,$37#/7#$
林龄
,FMeE
采样地点
&EO\0H4FTHM0VK
密度
CM4KHWXe
"WUMM.LOA#$
平均胸径
QME4
CBPeYO
平均树高
QME4
LMHFLWeO
< 董马库乡C/4FOE‘3 % "== %$19< %%1<
9 董马库乡C/4FOE‘3 % "78 %%1$# %=1=
%! 龙潭镇-/4FWE4 % 7<$ %=1=! %<1#
#6研究方法
ABCD桤木生物量和净生产力的测定
在花垣县桤木人工林内选择 龄段的桤木林固定样地各 #块!样地面积均为=$ Oj
#$ O!并进行每木调查% 根据胸径’树高和冠幅等测
树因子!在每样地选取=株平均木!即每年龄段共选"
株平均样木并伐倒!按 # O区分段!测定各区分段的
干’皮’枝’叶各器官的鲜质量!同时按树高不同层次
分组分别采集伐倒木的分析样品!带回室内采用烘干
法测定其含水量% 地下部分采用)分层挖掘法*"$ ;
%=$ YO$分别测定根头’大根" >$1<
YO$’粗根"$1# ;$1< YO$’细根"%$1# YO$鲜质量同
时采集分析样品% 分析样品在 9$ c烘干至恒量!计
算出各器官干质量% 因桤木人工林各径阶分化不明
显!故用平均木法对全林生物量进行估测!考虑到同
龄人工林特点!采用年平均生物量作为净生产力的估
算指标"潘维俦等!%79%$!由于桤木是落叶乔木树种!
树叶的生物量是当年新萌发出来的!因此桤木人工林
树叶净生产力就是当年的生物量%
ABAD林下植被生物量
在每个固定样地的对角线上离 ! 个角各 % O处
和样地中心设 % Oj% O小样方 < 个!记录每个小样
方内的植物种类!分地上部分和地下部分!采用)全
"%
6第 " 期 文仕知等& 桤木人工林的碳密度’碳库及碳吸存特征
挖实测法*分别测定其鲜质量!同种植物的相同器
官取混合样品!死地被物全部测定生物量!取混合样
品!9$ c烘干至恒量后再估算干质量!同时用作分
析样品%
ABED土壤样品采集
在各个样地内!按 $ ;%个层次随机采集 = ;! 个样点的土壤分析样品!同时
测定土壤密度!根据土壤密度计算各土层单位面积
土壤质量%
ABOD分析样品中碳含量的测定%碳库及碳吸存量的
计算方法
土壤样品置于室内风干!然后磨碎!再以 %$< c
烘干至恒量% 植物’土壤样品中的碳密度采用重铬
酸钾A水合加热法测定"田大伦!#$$!$% 数据统计
分析采用 &d&& %=1$ 软件包进行% 用各器官的碳含
量与其生物量来估算林分碳库量# 用各器官的碳含
量与其生物量的年增量相乘来估算林分的碳吸存
量# 土壤碳库采用单位面积土层质量与相应土层碳
含量的乘积%
=6结果与分析
EBCD不同年龄桤木人工林生态系统中各组分碳密
度的动态
=1%1%6桤木不同器官碳密度6如表 # 所示!< 年生
桤木 各 器 官 碳 密 度 变 化 范 围 为 ==71< ;
的为 =!81$ ;F.‘FA%!%! 年生的为 ==81% ;<<%1= F.‘FA%!算术平
均值为 !7<19 F.‘FA%!变异系数在 $1#<: ;71<9:
之间!随桤木林年龄的增长!各器官碳密度的变化规
律不明显# 不同器官按碳密度高低排列大致为树
666
干>树枝>树叶 >树根 >树皮% 树根中!均以根头
的碳密度最大!粗根次之!细根最小!变异系数在
$1#<: ;71<9:% 差异显著性分析表明!不同年龄
之间的同器官碳密度平均值的差异均未达到显著水
平"!>$1$<$%
表 AD桤木不同器官的碳密度!
9#>IAD!#1>($4&$’,*,&’,$4,)&1&$*(1%#$’D
F&‘FA%
器官
oUFE4
< 年生
<]XMEU]/0V
9 年生
9]XMEU]/0V
%! 年生
%!]XMEU]/0V
树叶 -MET !9=1!"=1!<$ !7919""1#$$ <$717"!17<$
树枝 BUE4YL <%=1$"#17<$ !7919"!1=#$ <%"1!"<1%#$
树干 +U34‘ 树皮 BEU‘ !%717""1"7$ !==18"71<9$ !8"1#""188$
根头 N//WWH\ <%"1#"81<$$ 大根 -EUFMU//W <%#1#""1!#$ <==1$"81"9$ !!81!"<17<$
粗根 ’/EUKMU//W ="71!""1""$ =9%1#"=1%!$ !%$1<"71=$$
细根 gH4MU//W ==71<"91"%$ =!81$"81"=$ ==81%"91$<$
树根平均N//WOME4 !=!1="<1%<$ !<%17"$1#<$ !#<1$"=17=$
器官平均 oUFE4 OME4 !8919"=1!"$ !9<18"%1!"$ !7<19"<19!$
66!括号内的数据为变异系数% CEWEH4 WLM^UEY‘MWHK[EUHEWH/4
Y/MTHYHM4WK":$5
=1%1#6林下地被物和土壤中的碳密度6如表 = 所
示!不同年龄桤木林下地被物的碳密度均表现为&
活地被物>死地被物!活地被物层中表现为地上部
分高于地下部分% < 年生桤木林中!活地被物与死
地被物的平均碳密度分别为 !%$1% 和 =7%1=
F.‘FA%!9 年生的分别为 =781$ 和 ==#1! F.‘FA%!
%! 年生的分别为 !=!18 和 =%91" F.‘FA%!林下地被
物各器官碳密度变异系数为 #17$: ;%=1$=:% 随
着桤木林年龄的增长!林下地被物的碳密度变化规
律也不明显% 差异显著性分析表明& 不同年龄之间
桤木林下活地被物层’死地被物层的差异同样也未
达到显著水平"!>$1$<$%
表 ED桤木林下地被物及土壤的碳密度!
9#>IED!#1>($4&$’,*,&’,$7$4&15’*(1&/ 2-#$*$ )-((1#$4’(,- F&‘FA%
层次 -EXMU < 年生 <]XMEU]/0V 9 年生 9]XMEU]/0V %! 年生 %!]XMEU]/0V
活地被物层 地上部分 ,^/[MFU/34V !=#1<""1"!$ !%"1$"71=<$ !7#1!"818#$
-HTM][MFMWEWH/4 KWUEW3O 地下部分m4VMUFU/34V =9818"817#$ =891$"%=1$=$ =881$""1<"$
平均 QME4 !%$1%""17<$ =781$""17$$ !=!18"=1"<$
死地被物层-HWMU]TE0KWUEW3O =7%1="#17$$ ==#1!"717"$ =%91"""1$7$
土壤深度 &/H0VM\WLeYO $ ;%< %=1#"9177$ %!19"!1!$$ #!1<"#%1=7$
%< ;=$ 819"%$1%=$ %#1#"%817<$ %$18"#819#$
=$ ;"$ "1<"%=1"8$ 91$"71$9$ "1""%%178$
平均QME4 71%"919#$ %%18""1$7$ %=17"91!%$
66! 括号内的数据为变异系数% CEWEH4 WLM^ UEY‘MWHK[EUHEWH/4 Y/MTHYHM4WK":$5
66从表 = 可以看出!桤木林地土壤层"$ ;"$ YO$
碳密度平均值随着林龄的增长逐渐增高!从 < 年生
的 71% F.‘FA%增加到 %! 年生 %=17 F.‘FA%% 不同年
龄桤木林地土壤碳密度均随着土层深度的增加呈现
出递减趋势% 方差分析结果表明!不同年龄之间同
一土层碳密度的差异均未达到显著水平 "!>
8%
林 业 科 学 !" 卷6
$1$<$%
EBAD桤木林各器官的碳贮量与分配
由表 ! 可以看出!桤木林的生物量和碳贮量均
随着林龄的增长而增加!< 年生到 %! 年生!生物量
由 <%1#= W.LOA#增加到 7<1=% W.LOA#!碳贮量由
#<199 W.LOA#增加到 !71"= W.LOA#!尤以树干增加
最为明显!树干碳贮量占林分碳贮量的百分比从 <
年生的 <919<:增加到 %! 年生的 <718!:% 各器官
中的碳贮量基本上与其生物量成正比例关系!树干
的碳贮量最高!如 < 年生时!树干生物量占林分生物
量的 生时占 <"1!!:!其碳贮量所占的比例更高!为
<718!:% 地上部分的碳贮量占桤木林碳贮量的
9!179:以上%
表 OD不同年龄桤木林各器官的碳贮量!
9#>IOD!#1>($’*(1#%&,$4,)&1&$*(1#$%&’()4,)&1&$*#%&4!/&’()*%+,-.#( W&LOA#
器官oUFE4
< 年生 <]XMEU]/0V 9 年生 9]XMEU]/0V %! 年生 %!]XMEU]/0V
生物量
BH/OEKK
碳贮量
’EU^/4 KW/UEFM
生物量
BH/OEKK
碳贮量
’EU^/4 KW/UEFM
生物量
BH/OEKK
碳贮量
’EU^/4 KW/UEFM
树叶 -MET =1!"""18<$ %1""""1!%$ =1"7"<1$<$ %19!"!17!$ "1!#""18!$ =1#8""1<7$
树枝 BUE4YL "1$""%%19=$ =1%%"%#1$#$ 81=!"%$1$<$ =1"""719=$ %!1$="%!18#$ 81#<"%!1"%$
树干 +U34‘ #817="树皮 BEU‘ "1!<"%#1<7$ #18%"%$1!8$ 8199"%$187$ =1!#"71%7$ 719$"%$1#9$ !1"8"71!%$
树根N//W 81=="%!1=%$ =1%8"%#1#<$ %#1=""%"17#$ <1<7"%<1$#$ %%1#8"%%19#$ !187"71"<$
合计+/WE0 <%1#="%$$1$$$ #<199"%$$1$$$ 8=1$<"%$$1$$$ =81##"%$$1$$$ 7<1=%"%$$1$$$ !71"="%$$1$$$
地上部分百分比 dMUYM4WEFM/T
E^/[MFU/34Ve: 9<1"7 9818< 9=1$9 9!179 991%9 7$1=<
66! 括号内数字为百分数% CEWEH4 ^UEY‘MWUM\UMKM4W\MUYM4WEFM":$5
EBED桤木人工林地土壤碳储量
表 < 表明!"$ YO$层的碳储量分别为 "91"%!9=1<< 和 881"7
W.LOA#!且呈现出明显的垂直分布!即土壤碳储量随
着土壤层深度的增加而逐渐下降% 桤木林地土壤表层"$ ;%< YO$的碳储量分别占土
壤"$ ;"$ YO$ 层碳储量的 =918%:! =!1"=:和
!"198:!而 $ ;=$ YO土壤层中的碳储量分别占
"%18#:!"%1"9:和 ""1<<:% 可见!林地土壤 $ ;
=$ YO土层保存了绝大部分的碳%
表 PD不同年龄桤木林林地土壤碳贮量的垂直分布!
9#>IPDT&1*,0#-#-(0#*,($()’(,-0#1>($’*(1#%&,$
4,)&1&$*#%&!/&’()*%+,-.#()(1&’*-#$4’ W&LOA#
土壤深度
&/H0VM\WLeYO
< 年生
<]XMEU]/0V
9 年生
9]XMEU]/0V
%! 年生
%!]XMEU]/0V
$ ;%< #"1<""=918%$ #917="=!1"=$ ="1!%"!"198$
%< ;=$ %<189"#=1$%$ ##1"$"#81$<$ %<1#7"%71"9$
=$ ;"$ #"1#""=91#9$ =#1$#"=91=#$ #<179"==1!<$
合计+/WE0 "91"%"%$$1$$$ 9=1<<"%$$1$$$ 881"7"%$$1$$$
6 6 ! 括 号 内 数 字 为 百 分 数% CEWEH4 ^UEY‘MWUM\UMKM4W
\MUYM4WEFM":$5
EBOD桤木人工林生态系统中碳库的动态变化
如表 " 所示!的碳库分别为 7<197!%##1%# 和 %=$18< W.LOA#!主
要由植被层’死地被物层和土壤层组成!按其碳库的
大小顺序排列为& 土壤层 >植被层 >死地被物层%
植被层的碳库随林分年龄的增长而增加!年生桤木林生态系统中!植被层的碳库分别为
#"1"=!=818" 和 <%1统碳库总量的 #8188:!=$1%9:和 =71!#:% 其中
乔木层碳贮量随林分年龄的增长而增加的程度最为
明显! < 年生时!乔木层的碳贮量占植被层的
781%9:!占整个生态系统的 #"177:!9 年生时分别
占 791<#:和 #718=:!%! 年生时分别占 7"1#7:和
=817":% 量分别占植被层碳贮量的 #19#:! %1!9: 和
=18%:% 由此可见!在桤木人工林生态系统中!植被
层的碳贮量主要取决于乔木层的碳贮量% 林下死地
被物层的碳贮量随着林龄的增长而增加!< 年生时
为 $1"< W.LOA#!%! 年生时增加到 %1<# W.LOA#!分
别占整个生态系统碳贮量的 $1"9:!%1%":% 林地
土壤层"$ ;"$ YO$的碳贮量相当可观!在不同年龄
的桤木林中均在 "91"% W.LOA#以上!占整个生态系
统碳贮量的 <71!#:以上%
从表 " 还可以看出!桤木人工林生态系统中地
上部分与地下部分碳贮量之比为& < 年生为 %p
#1<%!9 年生为 %p#1#!!%! 年生为 %p%1!"!随着林分
年龄的增长!地上部分植物层的生物量明显增加!其
碳贮量也随着增加!而土壤中的碳储量增加速度缓
慢% 因此!随着林分年龄的增加!地上部分与地下部
分碳贮量之比逐渐减小%
9%
6第 " 期 文仕知等& 桤木人工林的碳密度’碳库及碳吸存特征
表 UD桤木林生态系统中碳贮量的空间分布及动态变化
9#>IUD+2#*,#-4,’*1,>7*,($#$44/$#J,0()0#1>($’*(1#%&,$!/&’()*%+,-.#(2-#$*#*,($&0(’/’*&J W&LOA#
层次
-EXMU
< 年生 <]XMEU]/0V 9 年生 9]XMEU]/0V %! 年生 %!]XMEU]/0V
生物量
BH/OEKK
碳贮量
’EU^/4 KW/UEFM
生物量
BH/OEKK
碳贮量
’EU^/4 KW/UEFM
生物量
BH/OEKK
碳贮量
’EU^/4 KW/UEFM
乔木层+UMMKWUEW3O <%1#= #<199 8=1$< =81## 7<1=% !71"=
活地被物层
-HTM][MFMWEWH/4 KWUEW3O %18! $18< %1=% $1小计 &3^W/WE0 <#178 #"1"= 8!1=" =818" 771%7 <%1死地被物层-HWMUKWUEW3O %1"9 $1"< #1%! $19% !1$! %1<#
土壤层 &/H0KWUEW3O"$ ;"$ YO$ "91"% 9=1<< 881"7
合计 +/WE0 7<197 %##1%# %=$18<
地上部分e地下部分
,^/[Me34VMUFU/34V %p#1<% %p#1#! %p%1!"
EBPD桤木林净第一性生产力与年净固定碳量的初
步估算
由表 8 可以看出!态系统的净第一性生产力分别为 %=1$#!%=1$7 和
%<1$= W.LOA#EA%!其年净固定碳量分别 "1<%!"1#"
和 819# W.LOA#EA%!生物量当年净增量"除落叶外$
分别为 71<"!71!$ 和 91"% W.LOA#EA%!净积累碳量
分别是 !19林当年净固定碳量的 8!1<$:!8$1"%:和 <91%9:!
均以树干的年固定碳量为最高% 当年凋落物中固定
的碳量分别为 %1""!%19! 和 =1#8 W.LOA#EA%!分别
占当 年 净 固 定 碳 素 量 的 #<1<$:! #71=7:
和 !%19#:%
表 VD桤木人工林的净第一性生产量及碳固定量!
9#>IVDW&*21,J#1/ 21(470*,($#$4,*’0#1>($#J(7$*’,$!/&’()*%+,-.#(2-#$*#*,($ W&LOA#EA%
组分
Y/O\/4M4W
< 年生 <]XMEU]/0V 9 年生 9]XMEU]/0V %! 年生 %!]XMEU]/0V
净生产力
,443E04MW
\U/V3YWH[HWX
净碳固定量
,443E04MW
YEU^/4 KW/UEFM
净生产力
,443E04MW
\U/V3YWH[HWX
净碳固定量
,443E04MW
YEU^/4 KW/UEFM
净生产力
,443E04MW
\U/V3YWH[HWX
净碳固定量
,443E04MW
YEU^/4 KW/UEFM
树枝 BUE4YL %1#% $1"# $17# $1!" %1$$ $1<#
树干 +U34‘ <1<7 =1$< <17! #19! "1%$ =1="
树皮 BEU‘ %1#7 $1树根 N//W %1!8 $1"! %1<< $18$ $19% $1=!
树叶 -MET =1!" %1"" =1"7 %19! "1!# =1#8
合计 +/WE0 %=1$# "1<% %=1$7 "1#" %<1$= 819#
66!因桤木为落叶树种!当年桤木树叶的生物量转变为当年的桤木林凋落物% &H4YM8"(’$=&%,/45+$HKWLMTE0M4 0ME[MKK\MYHMK! ZL/KM0ME[MK
TE0M4 /TH4 MEYL XMEU! WLME443E04MW\U/V3YWH[HWX/T0METE4V E443E00HWMUKL/30V ^MMR3E0W/WLM^ H/OEKK/T0METVMWMUOH4EWH/45
!6结论与讨论
桤木各器官碳密度的算术平均值随着林龄的增
长而增高!!7<19 F.‘FA%!桤木各器官碳密度大小排序大致为&
树干>树枝>树叶>树根>树皮% 各器官碳密度随
着林木年龄的增长!变化规律不明显!且不同年龄之
间!各器官碳密度的差异均不显著% 与此相比!%$!
%% 和 %! 年生杉木"7.++-+4)&=-& 3&+($/3&,&$林各器
官碳密度算术平均值分别为 !8<1"!!8817 和 !9$18
F. ‘FA% " 田 大 伦 等! #$$! $! %9 年 生 樟 树
"7-++&=/=.=(&=E)/’&$人工林的为 !791" F.‘FA%
"雷丕锋等!#$$!$!=# 年生楠木林"!)/$;$;/.’=$-$
的为 !7=1% F.‘FA% "马明东等!#$$9$!!$ 年生栓皮
栎"S.$’(.%<&’-&;-3-%$的叶’枝’干’皮和根的碳密度
分别为 <#%1$!!9"1$!<%#1$!!9"1$ 和 !<#1$ F.‘FA%
"阮宏华等!%778$# 而海南岛尖峰岭热带山地雨林
中主要树种的叶’枝’干’皮和根的碳密度分别为
!<91!!!"<1=!<871$!!<"1# 和 <=71$ F.‘FA%!不同树
种各组分内碳密度变化不大!其样本变异系数为
"1<:;%<:"李意德等!%779$% 显然!同一地区的
不同树种或不同地区不同树种间各器官碳密度有一
定的差异!但它们的变化大都在 !<$1$ ;<<$1$
F.‘FA%范围之内%
随着桤木林年龄的增长!林下地被物的碳密度
变化规律也不明显% 这可能是由于草本层植物种类
较多所决定的% 乔木层中地上部分桤木各器官碳密
度平均值明显高于林下活地被物地上部分的碳密
7%
林 业 科 学 !" 卷6
度!这可能与林下植物种类’林下的环境条件有关%
同一林分中乔木层平均碳密度高于活地被物层% 土
壤"$ ;"$ YO$层平均碳密度随着桤木林年龄的增
长逐渐增加!且均呈现出明显的垂直分布%
桤木林的碳贮量随着年龄的增长而增加!从 <
年生 #<199 W.LOA#增加到 %! 年生的 !71"= W.LOA#!
且以树干最为明显!树干碳贮量占林分碳贮量的百
分比从 < 年生的 <919<: 增加到 %! 年生的
<718!:!高于湖南会同 %$!%% 和 %! 年生杉木林!%9
年生樟树林树干碳贮量所占林分碳贮量的百分比
"方晰等!#$$## 方晰!#$$!# 雷丕锋等!#$$!$% 和 %! 年生桤木林地上部分碳贮量分别占桤木林分
碳贮量的 9818<:!9!1!!:和 7$1=<:% 据报道!湖
南会同 %$!%% 和 %! 年生杉木人工林地上部分碳贮
量分别占杉木林分碳贮量的 9<1=<:!9!18=:和
9"1年生的福建柏"1/P-$+-& )/64-+%-$和杉木人工林地
上部分碳贮量分别占林分碳贮量的 9<18%:和
9%1%=:"何宗明等!#$$=$%
的碳素含量分别为 "91"%!9=1<< 和 881"7 W.LOA#!
低于世界土壤平均碳贮量"%971$$ W.LOA#$和我国
森林土壤平均碳贮量"%7=1<< W.LOA#$ "周玉荣等!
#$$$$!也低于湖南会同杉木人工林土壤碳贮量"%!
年生 %$91#$ W.LOA#$ "方晰等!#$$## 方晰!#$$!$!
高于江苏南部丘陵地区的次生栎林"KMY/4VEUX/E‘
T/UMKWK$土壤"$ ;9$ YO$的碳贮量""718$ W.LOA#$
"阮宏华等!%778$!究其原因可能是采集土壤样品
时!分层的差异!或者是在估算土壤碳储量时所测算
的土壤深度不同% 由于森林动植物的残体和枯枝落
叶作为土壤有机碳的主要来源!并在气候’生物等因
素的作用下!在林地土壤中形成了层次结构!其碳储
量也将随着土壤深度的不同而发生变化% 桤木人工
林林地土壤的碳储量随着土壤深度的增加而减少!
其中 $ ;=$ YO的土壤层中的碳贮量分别占其总碳
贮量的 "%18#:!"%1"9:和 ""1<<:% 也正由于土
壤中的碳主要分布在 $ ;=$ YO土层!以及人类各种
经营活动也主要发生在 $ ;=$ YO土层% 因此!人类
经营活动方式对土壤中的碳也就产生巨大的影响!
这也往往决定了森林土壤中的碳库是)碳源*或是
)碳汇*的作用%
不同年龄阶段桤木人工林生态系统地上部分和
地下部分碳贮量之比为& < 年生为 %p#1<%!9 年生为
%p#1#!!%! 年生为 %p%1!"% 随着桤木林龄的增长!
地上部分与地下部分碳贮量之比有逐渐下降的趋
势% 根据 CH_/4"%77!$对全球森林生态系统碳库贮
量和碳通量的研究可知!全球范围内植被与土壤碳
贮量之比平均为 $1!"!全球低纬度地区"$ ;#$19= ;%1#%1##要森林生态系统碳贮量的研究表明!我国森林植被
与土壤碳储量的比值为 $1%7 ;$17可见!无论是在全球范围还是在全国范围内!土壤碳
储量是植被的 # 倍左右%
为& 7<197!%#$19# 和 %=$18< W.LOA#!明显低于我国
森林生态系统平均碳贮量"#<919= W.LOA#$"周玉荣
等!#$$$$% 桤木人工林生态系统的碳库主要由植
被层’死地被物层和土壤层组成的!按其碳贮量大小
顺序排列为& 土壤层>植被层 >死地被物层% 由此
可见!森林生态系统中的林地土壤层和植被层是碳
的一个极重要的贮存库!表明了保护好现有的森林
植被对维持陆地生态系统的碳贮量有着重要的意
义% 死地被物层的碳贮量虽然远小于土壤层和植被
层的碳贮量!但它是森林涵养水源的主要功能层!也
是森林土壤碳的主要来源!对森林生态系统的碳循
环起着极为重要作用%
森林生态系统生产力研究的主要内容之一是要
确定系统同化 ’o# 的能力% 年净固定碳量分别 "1<%!"1#" 和 818# W.LOA#EA%!
生物量当年净增碳量分别为 !19W.LOA#EA%%据报道!海南尖峰岭热带雨林年净固定
碳量为 91"# W.LOA#EA%!生物量当年碳同化净增量
为 =19# W.LOA#EA% "李意德等!%779$# 江苏南部丘
陵地区国外松林"-/^0/0X\H4M$生物量的碳同化净
增量为 <187 W.LOA#EA% "阮宏华等!%778$# 福建三
明 == 年生的福建柏和杉木人工林年净固定碳量分
别 717$8 和 "1!<$ W.LOA#EA%"何宗明等!#$$=$%
四川桤木人工林数量成熟年龄为 7 ;%$ 年"代
顺民等!#$$8$% 本研究中将 %$ 年作为桤木的成熟
年龄!根据湖南省现有桤木林分布面积"徐清乾等!
#$$"$!并以本研究的 净第一性生产量及其固定碳量的平均值"即净生产
力为 %=18% W.LOA# EA%!碳固定量为 "19" W.LOA#
EA%$估算湖南省桤木林现有碳库和潜在碳库% 如
表 7 所示!湖南省现有桤木林植被的碳库为#19$= !
j%$" W!占湖南省森林植被的碳库的 81#!:"王效
科等!#$$%$!其潜在碳库为<17$$ 7 j%$" W!碳吸存
潜力为=1$78 " j%$" W% 如果以 % W碳等于 =1"8 W
$#
6第 " 期 文仕知等& 桤木人工林的碳密度’碳库及碳吸存特征
’o# 计"王效科等!#$$$$!则折合成湖南现有桤木
林植被’o# 吸存潜力为%%1="9 $ j%$
" W!即按桤木
轮伐期 %$ 年计!现有的桤木林还能吸收%%1="9 $ j
%$" W’o#% 湖南省桤木林现有碳库为潜在碳库的
!81<%:!即现有的桤木林生态系统的实际碳贮量为
潜在的一半左右!说明湖南省桤木林林分质量处于
中等水平%
表 HD湖南省桤木林植被部分碳吸存潜力
9#>IHD.(*&$*,#-,*/ 0#1>($’&S7&’*1#*,($()*"&!/
&’()*%+,-.#()(1&’*<&%&*#*,($,$37$#$.1(<,$0&
造林时间
d0E4WH4FWHOM
造林面积
d0E4WH4F
EUMEeLO#
碳贮量
’EU^/4
KW/UEFMe%$" W
潜在碳贮量
d/WM4WHE0YEU^/4
KW/UEFMe%$" W
%77" A#$$$ ! 9!<57 $1#8! % $1=!# "
#$$% ! <9=1= $1##" 9 $1=#! $
#$$# %% 9""18 $1<$= ! $19=7 $
#$$= ## !#%1! $187# " %1<9< #
#$$! #= %%#18 $1"<= " %1"=! $
#$$< %" "==1! $1=<# 9 %1%8" $
合计+/WE0 9= !"=1!$ #19$= ! <17$$ 7
参 考 文 献
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物量与碳贮量5应用生态学报!%""%$$& %9%8 A%9#%1
代顺民!唐6巍!唐大云5#$$85四川桤木短轮伐期用材林合理采伐年
龄研究5四川林勘设计! ""#$& %9 A#$5
邓廷秀!刘国凡5%7985桤柏混交林的初步研究5植物生态学与地植物
学学报!%% "%$& <7 A"85
方精云!陈安平5#$$%5中国森林植被碳库的动态变化及其意义5植物
学报!!="7$& 7"8 A78=5
方精云!郭兆迪!朴世龙!等5#$$85%79%+#$$$ 年中国陆地植被碳汇
的估算5中国科学C辑& 地球科学!=8""$& 9$! A9%#5
方6晰!田大伦!项文化5#$$#5速生阶段杉木人工林 ’密度’贮量和
分布5林业科学!=9"=$& %! A%75
方6晰5#$$!5杉木人工林生态系统碳贮量与碳平衡的研究5中南林
业科技大学博士学位论文5
何宗明!李丽红!王义祥!等5#$$=5== 年生福建柏人工林碳库与碳吸
存5山地学报!#%"=$& #79 A=$=5
雷丕锋!项文化!田大伦!等5#$$!5樟树人工林生态系统碳素贮量与
分布研究5生态学杂志!#="!$& #< A=$5
李克让!陈育峰!刘世荣!等5%77"5减缓及适应全球气候变化的中国
林业对策5地理学报!<"增$& %$7 A%%75
李轩然!刘6琪!陈永瑞!等5#$$"5千烟洲人工林主要树种地上生物
量的估算5应用生态学报!%8 "9$& %=9# A%=995
李意德!吴仲民!曾庆波!等5%7795尖峰岭热带山地雨林群落生产和
二氧化碳同化净增量的初步研究5植物生态学报!##"#$& %#8
A%=!5
刘国凡!邓廷秀5%79<5土壤条件与桤木结瘤固氮的关系5土壤学报!
##"=$& #<% A#<85
刘国华!傅伯杰!方精云5#$$$5中国森林碳动态及其对全球碳平衡的
贡献5生态学报!#$"<$& 8== A8!$5
刘贤词!文仕知!冯汉华!等5#$$85四川桤木人工林不同年龄段生物
量的研究5中南林业科技大学学报!#8"#$& 9= A9"5
马明东!江6洪!刘跃建5#$$95楠木人工林生态系统生物量’碳含量’
碳贮量及其分布5林业科学!!!"=$& =! A=75
潘维俦!田大伦5%79%5森林生态系统第一性生产量的测定技术与方
法5湖南林业科学! "#$& % A%#5
阮宏华!姜志林!高苏铭5%7785苏南丘陵主要森林类型碳循环研究&
含量与分布规律5生态学杂志!%"""$& %8 A#%5
田大伦!方6晰!项文化5#$$!5湖南会同杉木人工林生态系统的碳素
密度5生态学报!#!"%%$& #=9# A#=9"5
田大伦5#$$!5杉木林生态系统定位研究方法5北京& 科学出版社!
=#$ A=!%5
王军辉!顾万春!李6斌!等5#$$$5桤木优良种源e家系的选择研究&
生长的适应性和遗传稳定性分析5林业科学!=""=$& <7 A""5
王效科!冯宗炜5#$$$5中国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力5
生态学杂志!%7 "!$p8# A8!5
王效科!冯宗炜5#$$%5中国森林生态系统的植物碳储量和碳密度研
究5应用生态学报!%#"%$& %= A%"5
向永国!王金锡5%77<5桤柏混交林能量代谢中能量吸收’固定’积累
和损耗研究5四川林业科技!%""%$& % A%%5
徐清乾!许忠坤!蒋玉璋5#$$"5四川桤木引种湖南生长状况及适应性
研究5湖南林业科技!==""$& #$ A#!5
杨丽丽!文仕知!王珍珍5#$$95不同立地条件下桤木人工林生物量和
生产力的比较5中南林业科技大学学报!#9"%$& %## A%#"5
周玉荣!于枕良!赵士洞5#$$$5我国主要森林生态系统碳贮量和碳平
衡5植物生态学报!#!"<$& <%9 A<##5
’E0VMHUED! C3TXdB5#$$$5+LMU/0M/TWLMK/3WLMU4 /YME4 H4 3\ WE‘M
E4V KW/UEFM/TE4WLU/\/FM4HYYEU^/4 VH/_HVM5&YHM4YM! #98& "#$
A"##5
CH_/4 ND5%77!5’EU^/4 \//0KE4V T03_/TF0/^E0T/UMKWMY/KXKWMOK5
&YHM4YM! #"=& %9< A%975
gE4F2G! ’LM4 ,d! dM4F’P! $,&35#$$%5’LE4FMKH4 T/UMKW^H/OEKK
YEU^/4 KW/UEFMH4 ’LH4E^MWZMM4 %7!7 E4V %7795&YHM4YM! #7#&
#=#$ A#=##5
-EY0E3 d5#$$=5BH/OEKKE4V YEU^/4 KMR3MKWUEWH/4 /T\/4VMU/KE\H4M
\0E4WEWH/4KE4V 4EWH[MYX\UMKKT/UMKWKH4 4/UWLZMKWdEWEF/4HE5g/UMKW
)Y/0/FXE4V QE4EFMOM4W! %9$& =%8 A===5
&\MYLW,! SMKWdS5#$$=5)KWHOEWH/4 /T^ H/OEKKE4V KMR3MKWMUMV
YEU^/4 /4 TEUOT/UMKW\0E4WEWH/4KH4 4/UWLMU4 *MZ&/3WL SE0MK!
,3KWUE0HE5BH/OEKKE4V BH/M4MUFX! #<& ="= A=875
./FM02I! I/ZMU& +5%7795’EU^/4 E4V 4HWU/FM4 VX4EOHYK/T^/UME0
hEY‘ \H4MKWE4VKZHWL E4V ZHWL/3WEFUMM4 E0VMU34VMUKW/UX5
)Y/KXKWMOK! %& =9" A!$$5
SH4h3O2D! &YLU/MVMUd)5%7785g/UMKW\0E4WEWH/4K/TWLMZ/U0V&+LMHU
M_WM4W! MY/0/FHYE0EWUH^3WMK! E4V YEU^/4 KW/UEFM5,FUHY30W3UE0E4V
g/UMKWQMWM/U/0/FX! 9!& %<= A%"85
!责任编辑6郭广荣"
%#