全 文 ：第 14卷第 3期
2 0 0 6年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．14 No．3
July， 2006
连栽对杉木人工林碳贮量的影响研究*
尉海东 刘爱琴 马祥庆 林开敏 范少辉
(福建农林大学林学院 福州 350002) (中国林业科学研究院 北京 100091)
摘 要 选择不同栽植代数(1、2、3代)、不同发育阶段(幼龄林、中龄林和成熟林)的杉木人工林进行不同栽植代数杉
木林含C率、C贮量和年净固C量比较研究结果表明，不同栽植代数杉木林的含 C率在45％～55％之间，不同代数间
差异不明显，同一栽植代数相同发育阶段杉木林乔木层各器官含 C率表现为皮>叶>干>根>枝。随栽植代数增
加，杉木林C贮量和年净固C量明显降低，但不同发育阶段杉木林代数间差异程度不同，中龄林代数间差异最明显，
与1代中龄林相比，2、3代杉木林 C贮量分别下降16．98％和63．60％，年净固C量分别下降14．01％和 25．14％。
关键词 杉木 连栽 栽植代数 含 C率 C贮量 年净固C量
Effects of successive planting on carbon storage of Chinese fir forest．WEI Hai—Dong，LIU Ai—Qin，MA Xiang—Qing，LIN
Kai—Min(Forestry Colege，Fujian Agricultural and Forestry University，Fuzhou 350002，China)，FAN Shao—Hui(Chinese
Academy of Forestry Sciences，Beijing 100091，China)，CJEA，2006，14(3)：36～39
Abstract The effect of successive planting on the carbon content，carbon storage and annual net carbon fixation of Chi—
nese fir with different ages were measured．The results show that the carbon content is not influenced significantly by the
planting generation，and the carbon contents of the organs in the same generation and age are in the sequence as folowing：
bark>leaf> stem > root> branch．Whereas there are significant differences of carbon storage and annual net fixation
among different generation stands，which decrease with the increment of planting generation．The maximum diferences
of carbon storage and annual net carbon fixation are those of the middle-aged stand．Co mpared with the first generation of
the middle—aged stand，the second generation stand and the third generation stand own decreased carbon storage，which
are lower by 16．98％ and 63．60％ ，respectively，and annual net carbon fixation which are lower by 14．01％ and
25．14％ ．
Key wolds Chinese fir，Successive planting，Planting generation，Carbon content，Carbon storage，Annual net carbon fixation
(Received Dec．15，2004；revised Feb．20，2005)
大量使用石化燃料和过度采伐森林造成含C气体大量排放，由此引起的温室效应已严重影响了人类的
生存环境，其中CO2对温室效应的贡献率达 50％_1，2j。森林作为地球陆地生物圈的主体，其维持的C库对
于调节全球 C平衡及减缓大气 CO2排放具有不可代替的作用。对森林 C贮量的准确估算对于气候变化的
预测具有重要意义。但目前国内外对全球不同森林类型的C贮量研究缺乏足够的实测数据，致使研究结果
存在很大的不确定性_3j。杉木[Cunninghamia Lanceolata(Lamb．)Hook]是我国南方重要的造林树种，生长
快、材质好、单产高。随着近年来杉木造林面积的不断扩大，杉木林连栽现象严重，引起林地生产力下降，林
分产量逐代递减[4-7]。但目前国内有关杉木人工林 C贮量的研究不多_3， ，特别是在杉木连栽导致生产力
下降背景下，有关不同栽植代数杉木人工林 C贮量的研究更少，为我国杉木人工林 C贮量的准确估算带来
了困难。鉴此，选择立地条件一致的不同栽植代数和不同发育阶段杉木人工林，通过林分生物量和含 C率
的测定 ，进行连栽对杉木人工林含 C率、C贮量和年净固C量影响的比较研究，为揭示连栽对杉木人工林 C
贮量的影响规律、准确估算杉木人工林 C贮量及其在全球 C循环中的作用提供科学依据。
1 试验地概况与研究方法
试验地设在全国杉木中心产区福建省建瓯县溪东林业采育场和南平王台。该区为中亚热带季风气候，
* 国家自然科学基金项 目(39630240，30371153)和福建省科技厅重大科学基金项目(20031004)资助
** 现工作单位为山东省临沂师范学院地理与旅游学院
***通讯作者
收稿日期：2004 12·15 改回日期：2005—02·20
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第 3期 尉海东等：连栽对杉木人工林碳贮量的影响研究 37
年均气温 18．712，年均降雨量 1670mm，年均蒸发量为 1499．2mm，年均相对湿度为 81％，年日照总时数为
1829．3h。试验地土壤为花岗岩发育的山地红壤，坡度为 20。～35。。
选择不同栽植代数 表1 不同连栽代数不同发育阶段杉木人工林样地概况
(1、2、3代)和不同发育阶
段(幼龄林、中龄林、成熟
林)的杉 木人 工林 ，林 分
内分别建 立 3个 20m ×
20m标 准地 (共 27个 标
准地)。对每个标准地内
林木进行每木调查和树
高测定(见表 1)，采用平
均标准木法 ，选取林分平
均木 1～2株，采用分 层
切割法按2IT1分段 ，分别
Tab．1 General condition in Chinese fir stands of different generation and age
称取树干、树皮、树枝和树叶鲜重，并用挖掘法测定根系生物量；随机抽取30％样品，烘干测定干物质量。利用总生
物量及各器官生物量与D2H建立回归方程，采用相对生长法结合平均木解析木生长数据推算生物量年净增长
量_7]。在每个类型的样地内设置4个 lmX lm的小样方，采用样方收获法测定林下植被生物量和凋落物现存量。
在每个样地内，分别设置7个 lmX lm凋落物收集网。每2个月(逢单月上旬)收集一次凋落物，装入塑料袋，带回
室内，烘干测定单位面积凋落量。采用下式测定林下植被年净生产力：
△W = W —WH (1)
式中，△w 是调查时林下植被年净生产力，w 是调查时林下植被生物量，w 一1是调查前 1年林下植被生物
量。收集的杉木枝、叶、干、根、皮、林下植被及凋落物样品烘干、粉碎、过筛后，用重铬酸钾加热法测定不同
植株样品的含 C率，每个样品测定重复3次。根据实测的干、枝、叶、皮、根、林下植被、凋落物生物量和相应
的含 C率，计算不同栽植代数杉木人工林乔木层、林下植被层及凋落物层的 C贮量。采用 SPSS(10．0)软件对
试验数据进行分析。
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U
如 45
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叶 枝 干 皮 根
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叶 枝 干 皮 根
叶 枝 干 皮 根 幼龄林 中龄林 成熟林
2 结果与分析
2．1 连栽对杉木人工林含 c
率的影响
乔木层含 C率。从 图 1可看
出，1、2、3代杉木幼龄林、中龄林和
成熟林各器官含 C率及平均含 C
率均处在 45％～55％之间。方差
分析结果表明 1代杉木幼龄林叶、
皮的含C率、乔木层平均含C率与
3代杉木的差异显著，1代杉木中
龄林枝含 C率与 2代杉木的差异
显著，其他器官及乔木层平均含 C
率的栽植代数间差异没有达到显
著水平。相同栽植代数不同发育
图1 不同栽植代数杉木林乔木层各器官及平均含C率比较 阶段的杉木林含C率存在差异
，以
Fig· Comparison。 rb。n c。nten 。 。 g “ m。“g di fe m generationg “d 中龄林的最大
，而同一栽植代数同
一 发育阶段的杉木林乔木层各器官含C率表现出相同趋势：皮>叶>干>根>枝。
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幼龄林 中龄林 成熟林 幼龄林 中龄林 成熟林
图2 不同栽植代数杉木林下植被及凋落物含C率比较
林下植被及凋落物层含 C率。
从图2可看出，1、2、3代杉木幼龄林、
中龄林和成熟林林下植被层含 C率
均在 35％～45％之间，其中 1代杉木
中龄 林 林 下 植 被 层 含 C 率 为
44．99％，是3代的1．26倍，两者差异
达到显著水平，其他代数间差异均未
达到显著水平。1、2、3代杉木幼龄
Fig．2 S。n of(~q3on cont~ts of ur~terstory and lite~aro~diferent generation stands林、中龄林、成熟林凋落物含 C率均
在48％～52％之间，两两代数间差异均不显著。
2．2 连栽对杉木人工林 C贮量及分配的影响
根据不同栽植代
数杉木人 工林 不 同层
次的生物量 及相应 的
含 C率，计算杉木人
工林不同层 次的 C贮
量(表 2)。由表 2可
知，随栽植代数增加，
杉木林 总 C贮量 和乔
木层 C贮量均有所降
低，但发 育阶段不 同
其降低程度不同 。与
表 2 不同栽植代数杉木林 C贮量及分配
Tab．2 Carbon storage and its distribution of diferent generation stands
*表中不同小写字母表示同一发育阶段不同代数之间有显著差异(P<0．05)，否则无显著差异，下同。
1代杉木幼龄林相比，2代幼龄林杉木总 C贮量和乔木层 C贮量分别降低了 13．19％和 13．88％，3代杉木分别
降低了55．78％和58．19％。与2代幼龄林相比，3代幼龄林杉木总C贮量和乔木层C贮量分别降低了49．06％
和51．45％。其中 1、2代和3代幼龄林总C贮量和乔木层 C贮量差异均达到了显著水平。与 1代杉木中龄林
相比，2代中龄林总 C贮量和乔木层 C贮量分别下降 16．98％和 17．21％，3代中龄林分别降低 63．60％和
65．38％。3代中龄林分别比2代降低了56．16％和 58。17％，其中1代、2代和3代间的差异均达到了显著水
平。与 1代杉木成熟林相比，2代成熟林杉木总 C贮量和乔木层 C贮量分别降低了 12．32％和 14．32％，3代杉
木分别降低了25．4％和27．41％。3代比2代降低了 14．91％和 16．15％，1、3代总 C贮量以及 1、2代和3代乔
木层 C贮量差异均达到了显著水平。不同发育阶段杉木林 C贮量的代数间差异以中龄林最大，幼龄林次之，成
熟林最小。在 C贮量组成中，乔木层所占比例随栽植代数增加而降低，林下植被所占比例却有所增加，且 2代
与3代的变化幅度要明显比1代与2代的大。1代中龄林乔木层、林下植被层C贮量在总C贮量中的比率分别
是97．05％和1．21％，2代分别是96．78％和 1．49％，3代分别是92．32％和3．90％。
2．3 连栽对杉木人工林年净固 c量的影响
表 3 不同栽植代数杉木林年净固C量及分配
Tab．3 Annual net carbon fixation and distribution in different generation stands
由表 3可知，杉木林年
总净 固 C量、乔木层 年净
固C量均随栽植代数增加
而降低。与 1代杉木幼龄
林相比，2代幼龄林年总
净固 C量和乔木层年净 固
C量分别降低了 10．82％
和 16．45％，3代分别降低
了 23．37％和 33．42％。3
代 比 2代 分 别 降 低 了
14．07％和 20．31％，其 中
1代与3代 间差异达到显
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著水平。而杉木幼龄林林下植被层和凋落物层年净固 C量代间差异不显著。与 1代杉木中龄林相比，2代
杉木中龄林年总净固 C量和乔木层年净 固 C量分别降低了 14．01％和 15．68％，3代杉木分别降低了
25．14％和 29．37％。3代比2代分别降低了 12．95％和16．24％，其中 1代与 3代差异达到了显著水平。而
杉木中龄林林下植被层和凋落物层年净固C量代间并没有表现出显著差异。与 1代杉木成熟林相比，2代
杉木成熟林年总净固 C量和乔木层年净固C量分别下降 12．1％和 9．2％，3代杉木分别降低了 18．41％和
19．83％。3代比2代分别降低了7．2％和 11．69％，其中 1代和 3代差异达到显著水平，且 1代与 3代凋落
物年净固C量差异也达到了显著水平。不同发育阶段杉木林年净固 C量不同代数间差异以中龄林最大，幼
龄林次之，成熟林最小。与 1代中龄林相比，2、3代杉木年净固C量分别下降 14．01％和25．14％。乔木层
年净固碳量在年总净固C量中所占的比例随栽植代数增加而降低，而林下植被层年净固C量所占的比例则
表现出相反的趋势，且 2代与 3代的变化幅度明显比 1代与2代大。
3 小结与讨论
本研究表明杉木林含 C率不同栽植代间差异不显著，而 C贮量、年净固 C量均随栽植代数增加而明显
降低，且 3代与 2代的差异明显比2代与 1代的差异大。这与林分生物量栽植代数间差异有关，而且杉木林
C贮量代数间差异与生物量代数间差异具有一致性。方奇L9j报道了湖南省林区 15年生杉木 2代优势木平
均高比1代下降 7％，3代比2代下降 17％，林分总生物量、林分净生长量及乔木层净生长量占林分净生长
量比随连载代数增加均明显降低。马祥庆 ]报道，杉木林养分积累呈逐代递减趋势，2代杉木林乔木层平均
养分积累比 1代下降 17．62％，3代比2代下降 22．65％。本研究得出2、3代杉木成熟林 C贮量分别比 1代
降低了 12．32％和25．39％，杨玉盛_5j通过对不同栽植代数 29年生杉木林研究得出的 2、3代杉木林生物量
分别比1代降低 27．39％和44．17％，与其相比，本研究杉木林下降幅度更小，但与张家城 oJ通过对江西分
宜地区不同代数杉木林生产力的研究得出的结论相近。这也反映出了目前我国森林 C贮量研究中的不确
定性和研究结果的局域性。提高森林生态系统 C贮量的估算精度对于研究森林生态系统与大气含 C气体
的交换具有重大意义。目前森林植被 C贮量的估算普遍采用通过直接或间接测定森林植被的生物量再乘
以含 C率的方法，估算中多采用45％或50％作为平均含 C率_2j。Birdsey(1992)在估算美国森林生态系统
的 C贮量时，采用 0．521和 0．491作为针叶林和阔叶林的平均含 C率。本研究表明，不同栽植代数杉木林
乔木层、林下植被层和凋落物层含 C率与45％、50％存在差异(P<0．05)，并且不同器官、不同层次间含 C
率存在差别，不同代数不同发育阶段间亦存在差别，这说明不同类别的植物及同一植物的不同器官中 C含
量是有差别的。这与马钦彦_1j等对华北主要森林类型平均含 C率及不同器官含 C率的研究结果相似，与王
效科等[ ]对同一类型森林不同发育阶段的林分含 C率研究结论亦相近。因此在森林 C贮量估算中直接采
用45％或 50％作为各种森林类型平均含 C率进行计算，得出的森林 C贮量与实际贮量间会存在明显误差，
会对森林生态系统 C循环和 C平衡研究结果产生影响。因此为提高森林生态系统 C贮量的估算精度，应分
不同森林类型、不同器官、不同发育阶段和不同栽植代数而采用不同的含 C率进行计算。
鉴于杉木连栽在我国杉木林区的普遍性，探讨不同代数杉木林 C贮量的变化规律对准确估算杉木人工
林 C贮量具有重要意义。由于连栽导致了杉木人工林 C贮量和年净固C量的逐代降低，多代连栽杉木林 C
贮量估算时应充分考虑栽植代数对杉木林 C贮量的影响，这样才能得出准确科学的估算结果。
参 考 文 献
1 马钦彦，陈遐林，王 娟等．华北主要森林类型建群种的含碳率分析．北京林业大学学报，2002，24(5／6)：96～100
2 王效科，冯宗炜，欧阳志云．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，2001，12(1)：13～16
3 唐旭利，温达志，闫俊华等．鼎湖山南亚热带季风常绿阔叶林c贮量分布．生态学报，2003，23(1)：90～97
4 马祥庆，刘爱琴，马 壮等．不同代数杉木林养分积累和分配的比较研究 应用生态学报，2000，11(4)：501～506
5 杨玉盛，邱仁辉，何宗明等．不同栽植代数 29年生杉木林净生产力及营养元素生物循环的研究．林业科学，1998，34(6)：3～11
6 范少辉，马祥庆，陈绍栓等 多代杉木人工林生长发育效应的研究．林业科学，2000，36(4)：9～15
7 冯宗炜，王效科，吴 刚．中国森林生态系统的生物量和生产力．北京：科学出版社，1999
8 方 晰，田大伦，项文化等．第二代杉木中幼林生态系统碳动态与碳平衡．中南林学院学报，2002，22(1)：1～6
9 方 奇 杉木连栽对土壤肥力及其林木生长的影响 林业科学，1987，23(4)：389～397
10张家城，盛炜彤，聂道平等．江西分宜地区杉木人工林不同代数间生产力与生物量构成的比较研究 林业科学研究，2001，14(2)：16o～167
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