范佩佩，韋新良，郭如意

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 臨安311300；2.浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安311300）

森林碳儲(chǔ)量是反映森林資源及其生態(tài)環(huán)境效能的重要指標(biāo)，越來越受到各國政府部門的重視，許多學(xué)者也對此進(jìn)行了大量的研究［1］。準(zhǔn)確估計(jì)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量，評價(jià)森林的碳匯功能意義重大［2-3］。碳儲(chǔ)量的測定如生物量模型的建立，碳密度的估算等方面有較多的研究，為探討針闊混交林碳儲(chǔ)量的分布提供了相應(yīng)的方法。碳儲(chǔ)量分布的規(guī)律研究為我們了解森林生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡，改善和維護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的功能提供科學(xué)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)［4-7］。我國對森林碳儲(chǔ)量的研究起步較晚，也是以森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量測定為開端。對森林植被生物量進(jìn)行估算是當(dāng)前生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容，也是研究陸地生態(tài)系統(tǒng)碳動(dòng)態(tài)及碳循環(huán)的基礎(chǔ)［8-9］。胸徑與樹高是反映林木狀況的最基本因子，有關(guān)胸徑與樹高的生長模型很多［10-12］，可以反映林分的平均狀態(tài)，也是檢驗(yàn)森林經(jīng)營效果、對林分提出合理經(jīng)營措施的主要依據(jù)［13］。樹冠是樹木進(jìn)行光合作用的重要場所，它決定樹木的生活力和生產(chǎn)力，冠幅是可視化的重要參數(shù)［14］。

本研究的目的在于對天目山針闊混交林林分的碳儲(chǔ)量樹種分布特性進(jìn)行研究，以便掌握針闊混交林林分樹種碳儲(chǔ)量隨直徑、樹高和冠幅分布的形態(tài)和構(gòu)成比例，為檢驗(yàn)森林經(jīng)營效果、制定合理的經(jīng)營措施提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

天目山位于浙江省西北部，其主體分別由東天目和西天目組成。地理坐標(biāo)為191°24′11″-119°28′21″E、30°18′30″-30°24′55″N。區(qū)域內(nèi)年平均氣溫為14.8～8.8℃，年均降水量可達(dá)1 390～1 870 mm，形成浙江省西北部的多雨中心［15］。天目山地處中亞熱帶氣候帶北緣，具有中亞熱帶向北亞熱帶氣候、丘陵向平原氣候過渡的特征。區(qū)域內(nèi)氣候溫和、地質(zhì)古老、生物資源極其豐富。這些獨(dú)特的環(huán)境條件構(gòu)成了天目山植物區(qū)系的古老性，復(fù)雜性和種類豐富性，共計(jì)有苔類植物70種、蘚類植物240種、蕨類植物110種、種子植物1 570種。其中國家重點(diǎn)保護(hù)植物25種，以天目山命名的植物24種，珍稀孑遺植物銀杏的野生種也分布于此，具有重要的科研價(jià)值［16］。

2 材料與方法

2.1 材料

2011年，在天目山區(qū)選擇沒有人為干擾且具有典型性和代表性、樹種類型多樣的天然針闊混交林林地，設(shè)置15個(gè)30m×30m的樣地，對木本植物個(gè)體進(jìn)行種類識(shí)別、掛牌等。在樣地設(shè)置時(shí)，踏查了全林分，了解林分界線和特點(diǎn)。采用全面調(diào)查法，調(diào)查樣地內(nèi)所有胸徑≥5cm的林木特征值，包括樹種、胸徑、樹高、枝下高、冠幅等，同時(shí)用全站儀測定并記錄每棵林木的具體坐標(biāo)。樣地中主要樹種有：馬尾松（Pinus massoniana）、杉木（Cunninghamia lanceolata）、楓香（Liquidambar formosana）、短柄枹（Quercus glandulifera var.brevipetiolata）、白櫟（Quercus fabri）、苦櫧（Castanopsis sclerophylla）、山 礬 （Symplocos caudata）、錐 栗 （Castanea henryi）、麻櫟（Quercus acutissima）、化香（Platycarya strobilacea）、木 荷 （Schima superba）、青 岡（Cyclobalanopsis glauca）、檵 木 （Loropetalum chinense）、山合歡（Albizia kalkora）等。

2.2 單株林木碳儲(chǔ)量測算

2.2.1 林木生物量測算 測算林木碳儲(chǔ)量的方法有許多種，以生物量法較為常見。依據(jù)樣地調(diào)查所得數(shù)據(jù)，選取適合浙江省各類樹種的單株生物量模型計(jì)算出各類林木的單株生物量。鑒于樣地內(nèi)樹種繁多，根據(jù)資料將樣地內(nèi)所有樹種分為松類、杉木、Ⅰ類硬闊、Ⅱ類硬闊、軟闊類等五大類樹種進(jìn)行生物量估算。其中，松類主要包括馬尾松、金錢松；杉木類主要是杉木；Ⅰ類硬闊的樹干木材密度一般＜0.7 g／cm3，主要包括香樟、木荷、華東楠等樹種；Ⅱ類硬闊的樹干木材密度一般＞0.7g／cm3，主要包括冬青、櫟類、苦櫧等樹種；軟闊類樹種主要包括楓香、楓楊、檫木等樹種。計(jì)算單株林木生物量模型公式為［17-18］：

式中：W 為單株林木生物量，W1為樹干部分生物量，W2為樹冠部分生物量，W3為樹根部分生物量（表1）。

表1 樹種單株生物量模型Table 1 Single plant biomass model of tree species

2.2.2 林木碳儲(chǔ)量測算 計(jì)算出各類樹種單株生物量后，根據(jù)公式計(jì)算出單株林木的碳儲(chǔ)量。具體公式如下：某一森林類型（樹種）碳儲(chǔ)量=某一森林類型（樹種）生物量×森林類型（樹種）含碳系數(shù)

本文所采用的含碳系數(shù)［19］見表2。

2.3 分樹種林木碳儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)

計(jì)算出各樹種單株林木的碳儲(chǔ)量之后，將各樣地所有林木按不同樹種進(jìn)行碳儲(chǔ)量求和，并且分樹種求出碳儲(chǔ)量的平均值。即可得出各樹種的總碳儲(chǔ) 量及平均碳儲(chǔ)量。

表2 樹種含碳系數(shù)Table 2 Carbon coefficient of species

3 結(jié)果與分析

3.1 林木碳儲(chǔ)量的樹種結(jié)構(gòu)特性

采用重要值法計(jì)算，按照重要值大小排列得出13種優(yōu)勢樹種分別為馬尾松、杉木、楓香、短柄枹、白櫟、苦櫧、山礬、錐栗、麻櫟、黃連木、木荷、化香、山合歡［20］。計(jì)算各優(yōu)勢樹種碳儲(chǔ)量得到圖1，可以看出馬尾松碳儲(chǔ)量最高，約占林分碳儲(chǔ)量的3／5，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他樹種。杉木、白櫟、楓香、短柄枹碳儲(chǔ)量相對較高。由圖2可以看出，林木平均單株碳儲(chǔ)量中黃連木最高，其次是馬尾松和白櫟，且其平均單株碳儲(chǔ)量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他樹種，其余樹種單株碳儲(chǔ)量差別不大。由此可知，馬尾松、白櫟是天目山針闊混交林林分中主要的固碳樹種，針葉樹種的碳匯效應(yīng)優(yōu)于闊葉樹種。

圖1 各優(yōu)勢樹種總碳儲(chǔ)量Fig.1 Total carbon storage of every dominant species

3.2 主要樹種林木碳儲(chǔ)量的直徑結(jié)構(gòu)特性

生物量在林木各徑級(jí)中的分配比例是群落演替過程中的重要參數(shù)之一，是反映森林生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的標(biāo)志，碳儲(chǔ)量隨徑階分布主要受個(gè)體數(shù)量和胸徑大小2個(gè)因素影響［21］。以4cm劃分徑級(jí)，整體上看針闊混交林碳儲(chǔ)量的徑級(jí)分布呈“中間大兩頭小”的規(guī)律（圖3），即各優(yōu)勢樹種碳儲(chǔ)量在小徑級(jí)和大徑階內(nèi)出現(xiàn)最小值，中等徑階出現(xiàn)最大值。馬尾松碳儲(chǔ)量在32～40cm出現(xiàn)高峰值，錐栗、山合歡、木荷、苦櫧、化香、短柄枹和山礬的碳儲(chǔ)量在6～14cm出現(xiàn)高峰值，這7種闊葉樹種都是在較小徑階內(nèi)達(dá)到碳儲(chǔ)量的高峰值，說明錐栗、山合歡、木荷、苦櫧、化香、短柄枹和山礬株數(shù)在小徑階內(nèi)占有非常大的比例。杉木、麻櫟、黃連木、楓香、和白櫟都存在多峰現(xiàn)象，均在較大、較小徑階處出現(xiàn)碳儲(chǔ)量的高峰值。從總體來看，小徑級(jí)和中徑級(jí)株數(shù)占林分的絕大部分，48cm徑階以上的較大林木株數(shù)較少。

圖2 各優(yōu)勢樹種平均碳儲(chǔ)量Fig.2 Average carbon storage of every dominant species

圖3 各優(yōu)勢樹種碳儲(chǔ)量徑級(jí)分布Fig.3 Carbon storage allocations in each DBH class of dominant species

3.3 主要樹種林木碳儲(chǔ)量的樹高結(jié)構(gòu)特性

以4m劃分樹高級(jí)，伴隨著樹高高度的增加各優(yōu)勢樹種碳儲(chǔ)量都存在著明顯的變化趨勢（圖4），大致表現(xiàn)為碳儲(chǔ)量的分布沿樹高級(jí)的增加而增長，至1個(gè)峰值后，又隨高度的增加而下降，整個(gè)變化趨勢呈現(xiàn)1個(gè)近似正態(tài)的峰狀曲線。大多數(shù)優(yōu)勢樹種均在6～10m處達(dá)到碳儲(chǔ)量高峰。在碳儲(chǔ)量達(dá)到高峰后，碳儲(chǔ)量曲線伴隨高度增加而呈現(xiàn)的下降趨勢，主要是因?yàn)殡S高度增加樹種株數(shù)減少的緣故。白櫟碳儲(chǔ)量隨樹高增加而增加，尚未出現(xiàn)遞減趨勢，雖然它受株數(shù)隨樹高等級(jí)增加而隨之減小的影響，但因其有較大的胸徑，致使出現(xiàn)此結(jié)果。預(yù)計(jì)在未來數(shù)年內(nèi)，它仍將出現(xiàn)同其他優(yōu)勢樹種一樣的分布。

圖4 各優(yōu)勢樹種碳儲(chǔ)量樹高級(jí)分布Fig.4 Carbon storage allocations in each tree height class of dominant species

3.4 主要樹種林木碳儲(chǔ)量的冠幅結(jié)構(gòu)特性

以2m劃分冠幅級(jí)，伴隨著冠幅的增加各優(yōu)勢樹種碳儲(chǔ)量變化趨勢表現(xiàn)為碳儲(chǔ)量的分布沿冠幅級(jí)的增加而增長（圖5），至1個(gè)峰值后，又隨高度的增加而下降，整個(gè)變化趨勢呈現(xiàn)1個(gè)近似正態(tài)的峰狀曲線，與樹高級(jí)分布相似。大多數(shù)優(yōu)勢樹種均在2～6m處達(dá)到碳儲(chǔ)量高峰。碳儲(chǔ)量曲線伴隨冠幅增加而呈現(xiàn)的下降趨勢，主要是因?yàn)殡S冠幅增加樹種株數(shù)減少的緣故。

圖5 各優(yōu)勢樹種碳儲(chǔ)量冠幅級(jí)分布Fig.5 Carbon storage allocations in each crown width class of dominant species

4 結(jié)論

天目山針闊混交林林分中主要的固碳樹種為馬尾松和白櫟，針葉樹種的碳匯效應(yīng)優(yōu)于闊葉樹種。林分中各樹種碳儲(chǔ)量的徑級(jí)分布總體呈“中間大兩頭小”的特征，錐栗、山合歡、木荷、苦櫧、化香、短柄枹和山礬等樹種的株數(shù)在小徑階處占有較大比例。從總體來看，小徑級(jí)和中徑級(jí)株數(shù)占林分的絕大部分，48cm徑階以上的較大林木株數(shù)較少。各樹種的碳儲(chǔ)量在不同樹高級(jí)和冠幅級(jí)處變化較為相似，均為各優(yōu)勢樹種碳儲(chǔ)量的分布隨著度量級(jí)的增加而增長，至1個(gè)峰值后，又隨度量級(jí)的增加而下降，整個(gè)變化趨勢呈現(xiàn)近似正態(tài)的峰狀曲線。各樹種碳儲(chǔ)量在達(dá)到高峰值后，碳儲(chǔ)量曲線伴隨高度和冠幅增加而呈現(xiàn)的下降趨勢，主要是因?yàn)殡S高度和冠幅增加樹種株數(shù)減少的緣故。

針闊混交林是浙江省重要的森林類型，充分發(fā)揮針闊混交林的碳匯功能，對改善浙江的生態(tài)環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。天目山針闊混交林林木碳儲(chǔ)量的樹種分布及其隨徑級(jí)、樹高級(jí)、冠幅級(jí)變化的特性研究結(jié)果表明，林分中碳儲(chǔ)量分布總體處于比較合理的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，碳匯效應(yīng)較高。在針闊混交林，樹種種類雖然較多，但只要進(jìn)行合理的空間和時(shí)間秩序配置，各樹種均能處于比較良好的生長狀態(tài)，各自形成良好的徑級(jí)、樹高級(jí)、冠幅級(jí)結(jié)構(gòu)，并有良好的生長發(fā)育態(tài)勢。營造針闊混交林應(yīng)該可以成為碳匯林建設(shè)的主要森林類型之一。

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