全 文 ：青钩栲人工林生态系统碳储量及其分配格局
李元强，吴庆标，覃德文
（广西大学林学院，广西 南宁 530005）
摘 要：对广西南宁良风江27年生青钩栲人工林生态系统的生物量、碳密度、碳储量及其空间分配特征进行了研究。结果表明：
青钩栲人工林不同器官的平均碳素密度为459.6~491.9 g/kg， 其含量由高到低依次为： 枯枝>干>根兜>中根>粗根>大枝>细枝>细
根>叶，青钩栲各器官的碳素密度存在显著差异；青钩栲人工林生态系统中的碳储量表现为：土壤层>乔木层>灌木层>凋落物层>
草本层；土壤碳素密度随着深度的增加逐渐降低，碳素含量主要集中在0~40 cm的土层；青钩栲人工林生态系统的碳储量为206.96
t/hm2，其中乔木层占39.61%，灌木层占2.53%，草本层占0.14%，凋落物层占0.54%，土壤层占57.18%；乔木层中树干的碳储量最高，为
43.24 t/hm2，占总碳储量的20.89%；青钩栲人工林每年的净生产力为21.51 t/hm2，净固碳量为8.80 t/hm2，净碳素积累量为3.05 t/hm2，
有较好的碳汇潜力。
关键词： 青钩栲；人工林；碳储量；碳密度；分配格局
中图分类号： S719 文献标识码：A 文章编号：1004-874X（2013）10-0181-05
The carbon storage and distribution patterns of Castanopsis kawakamii
Hayata plantation ecosystem
LI Yuan-qiang, WU Qing-biao, QIN De-wen
(Forestry College, Guangxi University, Nanning 530005, China)
Abstract: A study was carried out to analyse the carbon density, storage and accumulation pattern of 27 years old standing forest of
Castanopsis kawakamii Hayata plantation ecosystem in Liangfengjiang forestry park, Nanning, Guangxi province. The results showed that
the average carbon content in different organs in tree layer of C. kawakamii plantation stands range from 459.6 ~ 491.9 g/kg, and
decreased in the order as deadwood stick>stem>major root>medium root>coarse root>great branches>twigs>coarse root>leaf. The carbon
content in different organs in tree layer were significant different. The total storage of carbon distribution of the C. kawakamii plantation
ecosystems were in the order of soil layer>tree layer>shrub layer>herbal layer. The carbon density in the soil layer was decreasing by the
increase of soil deepness gradually, the carbon content was mainly concentrated in 0~40 cm of soil than other layers. The total carbon
storages of C. kawakamii plantation ecosystems was 206.96 t/hm2. And tree layer, shrub layer, field layer and litter layer took 39.61%,
2.53%, 0.14%, 0.54% of the total storage respectively, and the soil layer accounted for 57.18%. Stem accumulated the highest carbon
storage in vegetation layer, the amount was 43.24 t/hm2, comprised 20.89% of the carbon storage by the total storage. The annual net
productivity of 27-year-old Castanopsis kawakamii plantation was 21.51 t/hm2，and annual carbon fixation was up to 8.80 t/hm2, and net
carbon accumulation was 3.05 t/hm2. It has a high potential of carbon sequestration .
Key words: Castanopsis kawakamii Hayata; plantation; carbon storage; carbon density; distribution pattern
收稿日期：2013-04-13
基金项目：国家自然科学基金 （31260121；桂林科字 ［2009］第
22 号）
作者简介：李元强（1988-），男，在读硕士生，E-mail：261623136
@qq.com
通讯作者：吴庆标（1976-），男，博士，副教授，E-mail：wuqb2003
@yahoo.com.cn
全球碳循环（Carbon cycle）是碳素在地球的各个圈层
（大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈）之间迁移转化和
循环的过程[1]。 碳循环的主要途径是大气中的 CO2被陆地
和海洋中的植物吸收， 然后通过生物或地质过程以及人
类活动干预，又以 CO2的形式返回到大气中 [2]。 森林是陆
地生态系统的主体， 分别包含了陆地生态系统地上碳储
量的 80%和地下碳储量的 40%[3]。 近年来，人工林在我国
不断推广，我国已成为世界上人工林面积最大的国家，人
工林逐步取代了天然林的生态作用。 森林尤其是人工林
对气候的调节作用也越来越突出， 人工林对二氧化碳的
吸收固定和减缓大气变暖的作用越来越受到重视。 目前
已有的数据表明， 我国通过植树造林来增加碳汇是国际
温室气体减排最经济有效的措施之一， 极具开发潜力 [4]。
因此， 对森林的碳储量及分配格局进行研究具有重要意
义，尤其是对一些珍贵树种的研究可以更好的管理、发展、
保护和利用树种资源，实现社会、生态、经济三大效益。 青
钩栲（Castanopsis kawakamii Hayata）为壳斗科常绿乔木树
种，又名格氏栲,其适应性强、生长迅速，而且树干通直、树
冠浓密，是南方林区优良的用材、景观绿化树种，也是化
工制品和制药的优质原料[5-7]。 由于人为破坏、自身生物学
特性及自然环境等综合因素作用， 青钩栲天然林资源现
已接近枯竭，仅零星分布于中亚热带区域 [8]。 不少学者已
对青钩栲进行了研究，如杨玉盛等 [9]研究了福建省青钩栲
人工林的碳吸存与碳平衡；刘金福等[10]研究了福建省青钩
栲天然林土壤的有机碳分布；郑燕明[11]对福建青钩栲人工
林的生物量及其分布进行了研究。 有关南亚热带区青钩
栲的研究较少，王献溥等[12]对广西青钩栲林的分类进行了
研究，但有关碳储量的相关研究却鲜见报道。
本研究在生物量调查的基础上，利用元素分析仪测定
技术， 对广西南宁良凤江森林公园 27年生青钩栲人工林
广东农业科学 2013 年第 10 期 181
DOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2013.10.054
生态系统进行碳储量和分配格局研究， 找出青钩栲人工
林碳储量、分配和碳汇潜力规律，有助于揭示南亚热带地
区引种青钩栲人工林分生态系统的碳储量及分配格局特
征以及与其他地区的异同， 为我国南亚热带地区进行青
钩栲碳汇人工林营造和抚育管理提供科学参考。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于广西南宁良凤江国家森林公园内， 地理
位置为 22°34′31″~22°46′51″N、108°15′14″~108°22′22″E，
属于南亚热带南缘季风气候，年平均气温 21.6℃，极端最
高温度 40℃，极端最低温度-1.5℃，≥10℃年积温 7 600℃
以上，年均降雨量 1 280 mm 以上，且多集中在 5~9 月，年
无霜期达 342 d，少有冰雪[13]。
1.2 林地概况
试验林地是 1985年营造的青钩栲人工林， 林分密度
为 542 株/hm2， 林分平均树高为 17.05 m， 平均胸径为
27.18 cm。 林 下 植 被 草 本 层 以 弓 果 黍 （Cyrtococcum
patens）、五节芒（Miscanthus floridulu）、金毛狗蕨（Cibotium
barometz）为优势；灌木层以潺槁树（Litsea glutinosa）、糙叶
榕（Ficus irisana）、阴香（Cinnamomum burmannii）为优势。
林下植被覆盖度约为 50%，枯落物层厚度约为 2~3 cm。
1.3 研究方法
1.3.1 试验地设置和林分调查 按照典型选样原则，在 27
年生的青钩栲人工林内选择立地条件相近、 面积为 400
m2（20 m×20 m）的 3 块临时标准地，分别对标准地内的林
木编号，然后进行每木检尺，测定其树高和胸径。
1.3.2 样品采集 （1）乔木层。 根据林分生长调查结果，
在标准地选择 6 株（表 1）标准径阶木，采用收获法测定标
准木的生物量，具体方法如下：树干和树皮采用 Monsic 分
层切割法，将平均木以 2 m 为一区分段进行鲜重全测，并
分别在树干的上、中、下部位锯取约 5 cm厚度的圆盘样品
带回实验室测定树干的含水率；枝条和叶子采用全测法，
样木伐倒后，在现场分别对活枝、枯枝、叶子称全重，并按
嫩叶和老叶的比例， 对活枝和枯枝单独取样， 获取 500~1
000 g的枝条、叶子的样品带回实验室待测定分析；根系采
用全根挖掘法，按细根（根直径 d<0.5 cm）、中根（根直径 d
为 0.5~2.0 cm）、粗根（根直径 d≥2.0 cm）、根兜等分别称
重，烘干，粉碎，过筛后装瓶待测[14]。
（2）灌草及凋落物。 林下植被生物量和现存凋落物生
物量调查： 在每个标准地内各设置 5 个面积为 1 m×1 m
的小样方，采用样方收获法，按灌木层、草本层和凋落物层
分别归类称鲜重， 然后选取一定量的样品在约 80 ℃恒温
下烘干至恒重，粉碎，过筛后装瓶待测。 另外，取样测定含
水率和干重，推算单位面积的生物量。
（3）土壤层。 在每个标准地内分别设置 6个代表性采
样点，按 0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm 分层采集
土壤样品， 把相同标准地同一层次的土壤按重量比例混
合，置于室内自然风干，粉碎，过筛后装瓶待测。 同时用环
刀（100 cm3）采集各层土壤的原状土，采用环刀法测定土
壤密度。
（4）碳素测定方法和碳储量估算方法。 样品碳素含量
测定： 植物和土壤样品的碳素含量均采用元素分析仪
（Vario EL Ⅲ，德国）测定，每个样品均做两次重复试验。采
用 Excel 2003 软件对原始试验数据进行分析整理， 采用
SPSS 11.5软件对所测得的数据进行显著性差异分析。
生态系统碳储量计算：植物和地表现存凋落物碳储量
以其生物量或现存量乘以其碳素含量计算得到， 土壤碳
储量则是土壤有机碳含量、 土壤容重和土壤厚度三者的
乘积[15]。
2 结果与分析
2.1 青钩栲人工林各层次的碳素含量
2.1.1 乔木层各器官的碳素含量 由图 1 可知， 青钩栲人
工林不同植物器官的平均碳素含量为 459.6~491.9 g/kg，
不同植物器官组分的碳素含量存在一定的差异（P<0.05），
但不同样木相同器官间的差异不显著。 各器官的平均碳
素含量依次为枯枝>干>根兜>中根>粗根>大枝>细枝>细
根>叶。 其中，枯枝和干的碳素含量较高，叶的碳素含量显
著低于其他植物器官。 各器官之间的碳素含量的差异可
能与其生长与老化程度有关， 如树干和枯枝的碳化程度
高，故含碳率高。
2.1.2 林下地被层的碳素含量 由图 2 可知， 青钩栲人工
林林下灌、草、凋落物的碳素含量为 412.2~469.2 g/kg，由
高到低依次为凋落物>灌木地上>灌木地下>草本层。 其
中，林下灌木层地上部分的碳素含量略高于地下部分，与
乔木层碳素含量的分配规律一致， 且灌木层地上部分和
地下部分的碳素含量都明显大于草本层， 表现出随着个
表 1 标准径阶木
径阶 胸径（cm）
22
24
26
28
30
32
22.4
23.6
25.6
28.7
30.1
32.7
树高（m）
15.3
16.1
16.7
17.3
17.9
19.0
图 1 青钩栲人工林乔木层各器官的碳素含量
碳
素
含
量
（ g
/k
g）
182
碳
素
含
量
（ g
/k
g）
体组织木质化程度的增加， 其碳素含量也相应增加的趋
势。枯落物层的含碳率为 46.92%，与火力楠纯林凋落物层
的平均最大含碳率 45.55%相近[16]。
2.1.3 土壤碳素含量 由图 3 可知， 青钩栲人工林土壤碳
素含量在垂直分布上存在明显差异， 碳素含量随着土壤
深度的增加而明显下降。 0~20 cm 土壤层的碳素含量较
高、达 30.55 g/kg；20~40 cm 土壤层的碳素含量只有 17.85
g/kg；40~60、60~80、80~100 cm土壤层的碳素含量则更少；
40~100 cm 土壤层的总碳素含量仅为 26.66 g/kg。 原因是
0~40 cm 土壤层的生物归还量大，属于腐殖质层，故碳含
量较多积累在该土层。 而 40~60、60~80、80~100 cm 土壤
层中的碳素含量相对较低，且较为相近，此时的土壤层的
碳素密度已趋于稳定。
2.2 青钩栲人工林碳储量分配格局
2.2.1 乔木层各径阶的碳储量 选取了 6 个不同径阶的标
准木，1 hm2内径阶为 22、24、26、28、30、32 的乔木株数分
别是 63、13、50、100、88株。 由表 2可知，32径阶的生物量
最大， 而 26径阶的生物量最小。 因为人工林的主要生物
量集中在平均胸径附近，小径阶和大径阶的株树不多，所
以小径阶和大径阶的生物量比重低。
由图 4可知，不同径阶的乔木的碳储量之间存在着极
显著差异。 其中， 径阶为 32 的标准木的含碳量最大，达
322.49 kg；而径阶为 22的标准木的含碳量仅为 122.34 kg；
乔木的碳储量随着径阶的增加而逐渐增大。
2.2.2 青钩栲人工林生态系统生物量和碳储量分配格局
27 年生青钩栲人工林生态系统的总生物量约为 220.71
t/hm2，其中乔木层为 205.72 t/hm2，乔木层作为森林生态系
统的重要组成部分，占生态系统总生物量的 93.21%，乔木
层地上和地下部分的生物量分别为 181.57、24.15 t/hm2，
分别占生态系统总生物量的 82.27%和 10.94%，地上部分
生物量几乎是地下部分生物量的 8倍。 在林下地被层中，
灌木层的总生物量为 11.90 t/hm2， 凋落物的总生物量为
2.38 t/hm2，草本层的总生物量为 0.71 t/hm2。林下植被和凋
落物只占生态系统总生物量的 6.79%。
27 年生青钩栲人工林生态系统的碳储量为 206.96
t/hm2， 植被层的碳储量占生态系统碳储量的 42.82%
（88.62 t/hm2）， 土壤层的碳储量占生态系统碳储量的
57.18%（118.34 t/hm2）。 在植被层中， 乔木层的碳储量为
81.97 t/hm2，占整个植被层碳储量的 92.496%，乔木层碳储
量主要分布在树干、根蔸以及枝条（图 5）。 林下植被的碳
储量主要集中在灌木 （图 6）。 0~100 cm土壤层的碳储量
为118.34 t/hm2，土壤层的碳储量高于植被层。 其中，0~40
cm 土壤层的碳储量为 73.31 t/hm2， 是土壤碳储量的主要
分布层（图 7）。 植被层中，碳储量在各组分中的分配基本
图 2 林下灌、草及凋落物的碳素含量
图 3 青钩栲人工林土壤层碳素含量
表 2 青钩栲人工林各径阶生物量分布
径阶
单株生物量
（kg）
株数
（株/hm2）
生物量
（t/hm2）
22
24
26
28
30
32
合计
251.72
315.08
356.50
517.79
625.52
664.13
2730.74
138
63
13
50
100
88
452
占比
（%）
34.73
19.82
4.63
25.88
62.54
58.12
205.72
16.88
9.63
2.25
12.58
30.40
28.26
100.00
图 4 青钩栲人工林各径阶乔木的总碳量
图 5 乔木层各器官的生物量及碳储量
碳
素
含
量
（ g
/k
g）
总
碳
量
（ k
g）
生
物
量
/碳
储
量
（ t
/h
m
2 ）
183
与各组分的生物量成正比，且无论是灌木层还是乔木层，
其生物量和碳储量都是地上部分明显大于地下部分。 青
钩栲人工林生态系统的分配格局为土壤层>乔木层>灌木
层>凋落物层>草本层。 说明青钩栲人工林林分碳的回归
量很大，同时也说明土壤是碳的一个极重要的贮存库。
2.3 青钩栲人工林乔木层的净固碳量
固碳是森林生态系统的一个重要功能， 同时以凋落
物和枯死根形式向土壤中归还有机碳。 由表 3可知，青钩
栲人工林每年的净生产力和净固碳量分别为 21.51、8.80
t/hm2。 其中，大枝每年的净固碳量最大（4.30 t/hm2），占总
净固碳量的 48.86%，是森林生态系统净固碳量的主体；根
的净固碳量最小，只占总净固碳量的 0.76%。 总净碳素积
累量为 3.05 t/hm2，其中，树干的净碳素积累量最大（1.60 t/
hm2），占总净碳素积累量的 52.46%。
3 结论与讨论
3.1 青钩栲人工林乔木层各器官的碳素含量为 459.6~
491.9 g/kg，含碳率为 45%~50%，与国内外估算的森林乔
木层的含碳率基本一致 [17-18]。 在青钩栲乔木层中，各个器
官碳素含量的平均值为 48.19%。 赵凯[16]研究表明，火力楠
和福建柏单株林木的平均含碳率分别为 49.13%和
50.20%；速生阶段杉木人工林的平均含碳率为 47.66%[19]，
青钩栲的含碳率与其他树种相比处于中间位置， 符合
45%~50%的转换率 [20]。 另外 ， 凋落物层的含碳率为
46.92%， 草本层的含碳率为 41.22%， 灌木层的含碳率为
43.87%，稍低于转换系数 45%；本研究中青钩栲的平均碳
素含量略低于杨玉盛等 [21]研究的青钩栲的平均碳素含量
（51.54%）。
青钩栲人工林乔木层各器官的碳素含量由高到低依
次为枯枝>干>根兜>中根>粗根>大枝>细枝>细根>叶，其
分配规律与杨玉盛等[21]的研究结果不尽相同。不同器官之
间的碳素含量存在显著差异， 不同径阶树相同器官内的
碳素含量无显著差异。 不同器官之间的碳素含量差异可
能与器官的生长与老化程度有关。 本研究中乔木层各个
器官碳素含量的分配规律与秃杉[22]、杉木[20]、马尾松[23]及尾
叶桉 [24]等常见人工林树种各器官碳素含量的排序不尽相
同，表明树种本身对植物碳含量的分配存在影响。 青钩栲
人工林林下植被层的平均碳素含量为 439.70 g/kg，且灌木
地上层的碳素含量高于灌木地下层， 林下植被各组分的
碳素密度明显低于乔木层相对应的各器官的碳素密度。
青钩栲人工林植被层的碳素含量依次为乔木层>凋落物
层>灌木地上层>灌木地下层>草本层。 此顺序与同科的锐
齿栎植被层的碳素含量排序不尽相同[25]，说明同科不同属
种植物也对碳素含量存在影响。
3.2 林分土壤各层次的碳素密度分布不一， 垂直分布上
存在明显差异，表层土壤的碳素含量明显高于内层土壤，
碳素含量主要集中在 0~40 cm土壤层，大于 40 cm土壤层
的碳素含量趋于稳定。 由于土壤的碳含量主要取决于凋
落物的归还量和枯枝落叶的分解量， 表层土壤的温度相
对高且通气条件相对好，所以有机物的分解速度比较慢，
故碳储存量较多；同时，表层土壤为淋溶层，腐殖质多，加
上植物归还到表层土壤的份量多， 故表层土壤的碳含量
较高。 本研究中，青钩栲土壤的平均含碳量为 15.01 g/kg，
稍高于杨玉盛等 [21] 关于青钩栲土壤平均含碳量（10.5±0.7
g/kg）的研究结果，这可能与土壤有机碳含量空间变异性、
海拔、气候等因素有关。 本研究中，青钩栲土壤的碳储量
为 118.34 t/hm2， 均低于我国森林土壤的平均碳储量
（193．55 t/hm2）和世界土壤的平均碳储量（189.00 t/hm2），
仅与中纬度美国大陆土壤的碳储量（108.00 t/hm2）相近 [3]。
土壤层的碳储量占总林分碳储量的 57.18%， 其碳储量大
于热带森林（50%）而小于温带森林（69.2%）[26]。
3.3 青钩栲人工林中， 不同径阶的乔木的碳储量之间存
在着极显著差异， 乔木的碳储量随着径阶的增加而逐渐
图 6 林下灌、草及凋落物的生物量及碳储量
图 7 青钩栲人工林各层土壤的碳储量
表 3 青钩栲人工林乔木层的净固碳量
不同器官
净生产力
（t/hm）
净固碳量
（t/hm）
树干
大枝
细枝
叶
枯枝
根兜
根
合计
4.31
11.10*
2.67*
1.32*
1.22*
0.75
0.14
21.51
1.600
4.300*
1.250*
0.560*
0.650*
0.370
0.067
8.800
净碳素积累量
（t/hm）
1.600
0.640**
0.190**
0.083**
0.096**
0.370
0.067
3.050
注：树干、根兜和根的净生产力、净固定碳量、净碳素积累量按
27年计；“*”表示大枝、细枝、枯枝和叶的净生产力、净固定碳量按 4
年计；“**”表示大枝、细枝、枯枝和叶的净碳素积累量按 27年计。
生
物
量
/碳
储
量
（ t
/h
m
2 ）
碳
储
量
（ t
/h
m
2 ）
184
增大。其中，径阶为 32的标准木的含碳量最大。 青钩栲人
工林生态系统的生物量为 220.71 t/hm2， 明显比同科的锐
齿栎的生物量（84.05 t/hm2）高[25]，也明显比 29年生的拉氏
栲的生物量（148.59 t/hm2）高 [27]，但比福建 33 年生的青钩
栲的生物量（421.74 t/hm2）低 [28]，这可能与年龄、环境等因
素有关。
3.4 青钩栲不同器官的碳储量与各器官的生物量成正相
关。 其中， 树干生物量占林分总生物量的比例最大，为
52.73%； 其碳储量占林分总碳储量的比例也最高 ，为
43.24%；而分布在枝、叶、皮、枯枝及根等器官中的碳储量
很少。乔木层的碳储量为 107.32 t/hm2，比相近年龄的楠木
（61.7 t/hm2）和杉木（72.7 t/hm2）的碳储量大[29]。土壤层的碳
储量为 118.34 t/hm2， 低于我国森林生态系统的平均土壤
碳储量 201.76 t/hm2[30]，土壤层的碳储量占总林分碳储量
的 57.18%，是植被层碳储量的 1.103 倍，比火力楠人工林
（111.19~116.55 t/hm2）[16]、楠木人工林（98.79~112.31 t/hm2）[23]、
速生阶段杉木人工林（91.997 t/hm2）[19]土壤层的碳储量高。
青钩栲人工林碳储量的空间分布序列依次为土壤层>植
被层>灌木地上层>灌木地下层>凋落物层>草本层， 森林
土壤的碳库贡献起到极大的作用，其次是乔木层。 青钩栲
生态系统的碳储量为 206.96 t/hm2， 远高于同类的锐齿栎[25]
的碳储量，但比福建 33年生青钩栲的碳储量（325.9 t/hm2）[28]
低，这可能是由不同树龄和不同环境造成的。
（5）27 年生青钩栲人工林的净生产力为 21.51 t/hm2，
高于我国热带林（14.55 t/hm2）和常绿阔叶林（12.29 t/hm2）
的平均水平；净碳素积累量为 3.05 t/hm2，高于 11 年生杉
木林（3.49 t/hm2)[19]和成熟杉木人工林（3.748 t/hm2）[31]的平
均水平；净固碳量为 8.80 t/hm2，低于厚荚相思（9.86 t/hm2）
[32]和湿地松（平均 10.699 t/hm2）[33]的平均水平。其在广西常
见种植树种中处于中等水平， 青钩栲人工林生态系统具
有比较好的固碳能力。
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