全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 22(4)：305— 310 2002年 7月
鼎湖山马尾松林生态系统碳素
分配和贮量的研究
方运霆，莫江明
(中国科学院华南植物研究所鼎湖山森林生态系统定位研究站 ，广东肇庆鼎湖 526070)
摘 要 ：鼎湖 山-B尾松 林 中．-B尾松 各 器官碳 含量 平 均为 54．46 ．灌 木层 植物 48·10％，草 本层 植 物
40．21 ，地表现存凋落物层 54．40 ．以上各组分总平均为 49．29％。土壤碳密度为 7·37 kg‘m (深 100
cm)。生态系统各组分碳贮量分别为：乔木层 68．876 t·hm～，林下植物层 6．030 t‘hm～，凋落物层 5·892 t‘
hm～．土壤层 73．705 t·hm～。根据研究结果，还对广东省马尾松林的现有碳贮量和碳吸存潜力进行 了估算和
讨论 。
关键词：马尾松林；鼎湖山；碳分配 ；碳贮量；碳吸存潜力
中图分类号 ：Q948 文献标识码：A 文章编号：1000—3142(2002)04—0305—06
Study on carbon distribution and storage of
a pine forest ecosystem in Dinghushan
Biosphere Reserve
FANG Yun—ting，MO Jiang—ming
(Dinghushan Fenest Ecosystem Research Station，South China Institute of Botany，
Academia Sinica．Zhaoqing 526070．China)
Abstract：Carbon distribation and storage of a pine forest ecosystem in Dinghushan Biosphere Reserve was stud—
ied． Results indicated that the average carbon content in different layers was in the following order：trees
(54．46％)>standing litters(54．40％)>shrub(48．1O )>herb(40．21 )．The carbon density in soil(to 100
cm)was 7．37 kg·m～．Carbon storages in each component of the ecosystem were：68·876 t‘hm～(tree layer)·
6．030 t·hm一(understory layer)，5．892 t·hm。。(standing litter)．73．705 t·hm～(soil layer)，respectively．In
addition，the total standing carbon storage and sequestration potential of the pine forest in Guangdong Province
was estimated and discussed in this paper． ’
Key words：Pinus massonfana；Dinghushan；carbon distribution；carbon storage；potential of carbon sequestra—
tion
在引起“温室效应”的气体中，CO 是其中的主 要成分，其贡献率达 50％“ 。近代由于人类活动诸
收稿 日期 ：2001—07—02
作者简介：方运霆(1976一)．男，江西瑞昌人 ，在读硕士生 ．生态系统生态学专业。 *为通讯作者
基金项 目：国家 自然科学基金重大项 目(39899370)；中国科学院知识创新项 目(KZCX2—407)；中国科学 院留学经费择优支持回国工作
基金。
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306 广 西 植 物 22卷
如大量使用 石化燃料及 森林土地 利用改变等 不断
加强，大气 中CO 浓度剧增，其浓度已由工业革命
前之 280 mg／I 上升到现在的 360 mg／I ，而且 目前
每年仍以0．5 mg／I 的速度快速增加 。为了使大气
的温室气体含量稳定在 目前 的水平 ，需要大 幅度地
减少其排放量(约降低 60 或更多) ，这也是世界
各国已达成的共识和面I临的主要挑战之一。CO 是
一 种可受人 为控制的最重要 的温室气体。因为植物
在光合作用生产有机物过程中吸收一定量的 CO。，
所以大气中CO。浓度可通过森林管理来降低。这些
管理措施主要有 3种 ：(1)减少采伐森林 、改变现有
的采伐体制和保护森林，以保存现有的森林碳库；
(2)增加 天然林 、人 工林 和农林 复合林 面积 或森林
碳密度 以扩大碳 库；(3)把 生物碳 转化 为生物 燃料
以替代石化燃料或长寿命的木材产品以转移碳
库“ 。马尾松 (Phzus massoniana)是我国松属树种 中
分布最广的一种 ，也是我 国亚热带东部湿润地 区典
型 的针 叶树乡土树种 ，分布 于广 东、广 西等十 四省
(区)。目前 ，马尾松林的面积居全国针叶林的首位 ，
然而 ，由于多种原 因，如疏 于对 松林 的抚育管理 ，或
因农村燃料的缺乏而过度的修枝和割去林下层植
物等人 为干扰活动，这些 马尾 松林未能充分发挥其
生态效益(包括降低大气中CO：浓度)作用“ 。国外
对通 过森林资源 管理和造林等行 为带来的碳 吸存
(Carbon sequestration)效益研究较多。 ，而我 国在
这方面研究报道较少“ 。就人工林而言，目前仅李
国忠等对 台湾杉人工林 和陈楚莹等对 杉木人 工林
有关碳贮量和吸存潜力进行 了些研究 ”，而对 于
马尾松林的情况还未见报道 。本文 目的以鼎湖山马
尾 松林 为例 ，研究马尾 松林 生态系统碳素分配和贮
量情况，为马尾松林管理提供科学依据。
l 样地概况
本研究在鼎湖山生物圈保护区进行。保护区位
于广东省盅部 ，112。33 E，23。10 N。该区气候具有
明显的季风性，年平均降雨量为 1 927 mm，其中
75 分布在 3月到 8月间，而 12月到次年 2月仅占
6 。年平均相对湿度为 8O 。年平均温度 为 21．4
。C，最冷月(1月)和最热月(7月)的平均温度分别为
12．6。C和 28．0。C“”。
马尾松林样地位于保护区东南角缓冲带，由政
府林场于 1930~1950年间营造 。在过去(10年前 )，
允许当地农民砍小树和收割林下层作为薪柴。马尾
松林密度为平均 700株／hm ，胸径平均值为 15．4
cm。林下层植物稠密 ，以桃金娘(Rhodomyrtus tomen—
tosa)、岗松 (Baechea frutescens)等为优势。样地 的母
岩为沙岩 ，土壤为砖红壤性红壤 ，pH值在 4．5～5．0
之间。土层深度一般较浅“”。
表 1 灌木层植物器官碳含量”
Table 1 Carbon contents of different plants
organ in shrub layer
植物名称
bpecles
根( ) 叶( ) 嫠干(． R00ts Leaves 廿r
stem w oods
括号 内为标 准误 SE in parenthe~s
表 2 草本层主要植物碳含量”
Table 2 Carbon contents of different plants in herb layer
乌毛蕨 Blechnum orie，ztale
双唇蕨 Schizoloma ensifolium
铁线蕨 Adiamum capilus
芒萁 Dicranoperis dichotome
山管兰 Dianela emifolia
其它草本植物 Others
平均值 Mean
37．631 40．565
36．883 36．300
48．863 34．O85
47．947 38．927
44．1 69 43．927
38．660 34．632
42．359(2．182) 38．073(1．550)
括号内为标准误 SE in parentheses
2 材料和方法
2．1生物量测定
设 置 20个 10 mX10 m 的样方，调查样方 内马
尾松的胸径和树高 ，根据马尾 松叶、干、枝和皮生物
量的回归公式计算其生物量，根生物量按占总量的
17．O1 计算“ 。在每样方里设置 1个 1 mX 1 m小
样方 ，全收获林下植物和地表现存凋落物。随机选
取 9个点 ，挖取一定体积(30 cmX 30 cm×50 cm)的
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土壤，收集其根系，以测定灌木层和草本层根系生
物量和碳含量 。
2．2样品采集和处理
在林内分层分种采集植物各器官。马尾松分
凋落物层分未分解和半分解层 ，共计样品 74个。在
样地外围随机挖取土壤剖面 5个，分 0～10 Cm、10
～ 20 cm、20~40 cm 和 40～lO0 Cm 四层采样 ，样品
20个。植物样品烘干，磨粉。土壤样品风干，磨粉，过
根、干、枝、皮和叶；灌木层 l0个主要种分根、枝干和 筛(孔径为 2 mm)。本研究结果以 105。C恒重为基
叶；草本层 6个主要种分地上和地下部分；地表现存 准。
表 3 鼎湖山马尾松林生态系统各组分碳贮■”
Table 3 Carbon storage in each components of the pine forest ecosystem in Dinghushan
括号里为生态系统各组分碳贮量占总量的百分比(％) Carbon storage percentage of subtotal to total in parentheses
表 4 广东省及全国马尾松林植被部分碳吸存潜力”
Table 4 Potentiality of carbon sequestration of the pine forest in Guangdong Pr0、，ince
”括号里为广东占全国的比例( ) Ratio of GuarLgdong to whole country in parentheses( )
”数据引自王效科等“” Data is quoted from Wang Xiaoke，et ．“”．
2．3土壤容重的测定
采用土壤环刀法，分 4个层次分别测定土壤容
重 ，共计样品 60个 。
2．4样品碳含量测定
所 有样 品均采用重铬酸钾外 加热法 测定有机
碳含量。样品碳含量指有机碳含量 ，下同。
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3 结果与分析
3．1碳含量
3．1．1植物碳 含量 在 马尾松林 中，乔木层 马尾松
碳含量平均值为 54．46 9／5，其中干最高 61．38 ，叶
含 量最 低 44．63 ，其 它器 官 的排 序依 次 为 根
(59．134 )>皮 (53．852 )>枝 (53．328％)。灌木
层 植 物 叶、枝 干 和 根 的 含 量 分 别 在 38．893 ～
59．417 、 31．175 ～ 63．122 和 38．582 ～
58．462％间 ，其 中叶片以三叉 苦(ErMia rubra)的含
量 (59．417 )、枝 干 部 分 以鬼 灯 笼 (Cleridendron
fortunatum)63．12 、根 以 九 节 (Psych~Zria rubra)
58．46 最高 。灌木层植 物枝干、叶和根碳 含量平均
值相差不大，分别为 48．1O1 、44．931 、43．471
(表 1)。草本层地上和地下部分碳含量为 42．359％
和 38．073 ，不 同种间碳 含量差异小 ，地 上与地下
变异系数分别为 12．618 9／6和 9．974 9／6(表 2)。
3．1．2地表现存凋落物碳含量 地表现存凋落物中
未分解部分 碳含 量为 57．784 ，半 分解部分 为
51．017 。可见，处于半分解状态凋落物的碳含量
明显低于未分解凋落物的碳含量。
3．1．3土壤碳含量 土壤碳含量 由表层 向深层依 次
降低，0～20 cm层碳含量降低最快，0～10 cm层是
40～100 cm层 的 4．79倍 ，20～100 cm层 间变化较
缓慢(图 1)。土壤容重平均为 1．39 g·cm一，各层次
间变化较小(变异系数仅为 7．1％)。根据表 3所示
的容重 和有机 碳含 量得 出 0～10、10～20、20～40
cm和 4O～100 cm 土层的碳密度分别为 2．158 3、
0．790 9、0．607 1和 0．534 5 kg·ITl～。0～10 cm层
的碳 密度最高 ，约是 10～20 cm层 的 3倍 、40～100
cm层的 4倍 ，20～100 cm 层碳 密度变化小。可见 ，
土壤碳密度与碳含量变化相类似，随深度增加而明
显递减。由此可以推断土壤碳密度变化主要受土壤
碳含量变化影响。
总的来看，马尾松林生态系统各组分碳含量有
较强的层次规律。在地上部分，其碳含量平均值变
化规律表现为：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 。就同一种植物而言 ，无论在乔木层 ，
还是在灌木层，植物碳含量一般表现为：枝干部分
>根>叶。
3．2碳贮量
马尾松林 乔木层 的碳贮 量为 68．876 t·hm一，
其中树干 占较 大的比例，达 59．47 ，如果把树干和
枝条加在一起，则 占74．84 。叶的比例最小，仅占
1．84 9／5。林下植物层(灌木和草本)碳贮量为 6．03 t
· hm～，地表现存凋落物层碳贮量为 5．89 t·hm～。0
～ 1O0 cm 土 壤碳贮 量为 73．705 t·hm一，其 中 0～
10 cm 层碳贮 量 占土壤层 总量 的 29．3％，20～100
cm 占 70．7 9／5(表 3)。
鼎湖山马尾松林生态系统总碳贮量为 154．503
t·hm～，其 中土壤碳贮量 占 47．7％。尽管地表现存
凋落物 层 的贮量 不大 ，只有 5．89 t·hm一，占总量
3．8 ，但却是土壤有机碳的主要来源 ，而且能覆盖
地面 ，阻止土壤的碳流失(表 3)。
． 、 、^ 4 诃 论
4．1鼎湖 山马尾松林碳贮量
对于地上部分碳，目前在许多情况下是把干物
质按 45 “ ” 或 50 “ 的转换率转换成有机
碳来 计算 。本研究通过实测 ，乔 木层 马尾松各 器官
碳 含量平均值 为 54．46％，与湖南会同 20年生杉木
各器 官的碳 平均含量 54．10 “ 、江 苏南 部火炬松
54．5 接 近 ”，高于 江 苏南 部 杉木 51．0 和橡 木
(01 iental oak)49．9 。“。从本研究的整个植被 (包括
了林下植物 和地 表现存凋落物 )来看 ，碳 含量 平均
值为 49．29 9／5，此值与 5O 接近 。但若根据各组分碳
含量和生物量 比例 ，则得 出马尾松林生态系统植 被
碳含量为 56．78 ，这个值高于目前大多数人采用
的转换率(45 和 50 )。以上分析除了反映不同的
树种间，其碳含量有差异外，还说明了本文在估算
广 东 省马尾松林 碳贮量 (表 4)时采用 的碳 含量值
(55 )是较为合理 的。
沈承德等曾对鼎湖山土壤有机碳含量进行了
测定 ，有机碳含量在表层 至 20 cm层 ，变化 迅速 ；20
～ 60 cm 层 ，变 化 缓 慢 ；60～ 160 cm 层 ，变 化 甚
微 ，本研究结果与这种变化趋势相类似(图1)。另
外与沈承德等研究样地比较，马尾松林样地土层浅
得 多，因 此估 测 土 壤有 机 碳 库 时 ，本 文 按 土 壤深
100cm取样 ，基本上包括土壤的碳库 ，这也符合 目前
国际上估测土壤有机碳库常用的土壤深度 。
鼎 湖 山马 尾 松 林植 被碳 贮 量 为 80．798 t·
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4期 方运霆等 ：鼎湖山马尾松林生态系统碳素分配和贮量的研究 309
hm一，高于马尾松林全国平均水平 62．44 t·hm (碳
含量 以 45 计)。 和 热带亚 热带针 叶林平 均水 平
63．7 t·hm (碳含量以 5O 计)。”，高于暖性针叶
林平均水平 53．52 t·hm 。”。其原因主要有 3方
面：(1)本研究松林的林龄(林龄约为 5O～70 a)
远高于以上松林平均林龄(2O～3O a) “ ”；(2)他们
采 用的碳含量 系数 较低 (45 或 5O )；(3)本研究
马尾松林 中植被碳贮 量包括 了林 下植物和地 表现
存凋落物，而他们估算的碳贮量其中有些未包括以
上两部分。 。然 而 ，土壤有机碳贮量 73．71 t·
hm 却大大低于尖峰岭热带森林土壤 102．60 t·
hm (土壤深 以 100 cm 计) 、我国东部地 区红壤的
平均水平 101．8 t·hm 和暖性针叶林地平均值
l1O．30 t·hm删 ，说 明了鼎湖 山马尾 松林 土壤碳
贮量低。原因可能与人为干扰，如割草、采集枯枝落
叶、修枝和割松脂等 ，致使林分产量不高、林地常 出
现退化现象有关 。莫江明等曾量化了人为干扰
收割林下层植物和凋落物的作用规模，如作用频
度、物理强度等 ，这种活动每年从马尾松林 中带
走了 2．4t·hm 的林下层生物体和 0．9 t·hm。的凋
落物，折合碳为 1．05 t·hm 和 0．49 t·hm。，即每
年向土壤层输入碳量减少了 1．54 t·hm。碳 。
0～l0 10~20 20-40 4O 100
土壤深度 Depth ofsoil／cm
图 1 土壤各层次碳含量和容重比较
(误差线为标准误 ．n一5)
Fig． 1 Differences of carbon content and bulk
density in soil layers(Vertical lines
in al figures represent SE，n一 5)
4．2广东省马尾松林现有碳贮量和碳吸存潜力
在森林植被潜在碳贮量估算中，人们通常用当
前 的成 、过熟林 的碳贮量来推测。 。本研究 的马尾
松林为成熟林(林龄约为 5O～70 a) ，所以在一定
程度上能代表广东省马尾松林潜在的碳贮量。根据
广东省马尾松林分布面积和蓄积量 ，利用 蓄积量
和生物量间关系(生物量一蓄积量 ×0．52)。”和本
研究结果，算得广东省马尾松林植被的现有碳贮量
为 0．322 5 t×10 t，潜在碳贮量为 2．418 t×10 t，
碳吸存潜力为2．095 t×10 t(表 4)。如果植被以1 t
碳等于 3．67 t CO：计。 ，则折合成马尾松林植被
CO：吸收潜力为 7．689 t×10 t。这结果意味着只要
对 现有 马尾松林进行适 当的保护和管理 ，按 马尾松
林轮伐期 30 a计 ，在 30 a后能再吸收 7．689 t×10 t
C0：。而且，现有的马尾松成熟林按 自然演替规律，
向混交林演替，将有更大的碳吸存能力。从表 4还可
以得出广东省马尾松林现有碳贮量仅为潜在的
13．33 ，低于全国水平 17．O6 。 。可见，广东省马
尾松林分布虽广，但林分质量不高，通过必要的林
业管理措施，其碳吸存能力将会有很大的前景。
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