文偉，譚一凡，史正軍，彭友貴

(1．華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州510640;2．深圳市仙湖植物園，廣東 深圳518004)

經(jīng)濟林是以生產(chǎn)干鮮果品、食用油料、飲料、調(diào)香料、工業(yè)原料和藥材等為主要目的的林木，是森林資源的重要組成部分，主要分為油料林、特種經(jīng)濟林、果樹林和其他經(jīng)濟林等類型［1］。根據(jù)第8次全國森林資源清查結(jié)果，全國現(xiàn)有經(jīng)濟林面積2 056×104hm2，占全國森林總面積的10%。經(jīng)濟林除了為人類提供林木、林副產(chǎn)品等直接經(jīng)濟效益外，還具有涵養(yǎng)水源、固碳制氧、凈化環(huán)境等生態(tài)服務(wù)價值，在協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟、環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展中起重要作用。據(jù)研究估算，全國經(jīng)濟林固碳量為2 674．44×104t/a，占整個森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量的7．5%，其生態(tài)服務(wù)功能總價值每年達7 569．35×108元［2～3］。

經(jīng)濟林是深圳市的主要林分類型之一，占全市森林面積的30．34%，其生物量和碳儲量是深圳市森林生態(tài)系統(tǒng)生物量和碳儲量的重要組成。深圳市經(jīng)濟林以荔枝 (Litchi chinensis)林為主，荔枝林面積占全市經(jīng)濟林總面積的92．02%。關(guān)于荔枝林生物量和碳儲量，陳菁等［4］研究了3年生和9年生荔枝的單株生物量;陳步峰等［5］研究了廣州太和荔枝林100 cm深土壤的有機碳密度;李國良等［6～7］、孫娟等［8］分別從肥力角度研究了廣東、廣西、福建和海南中西部的荔枝林土壤有機質(zhì)含量。對荔枝林生態(tài)系統(tǒng)生物量和碳儲量的測算未見報道。本項研究主要通過對荔枝林生物量、含碳率以及土壤有機碳含量等進行調(diào)查，基于2013年度森林資源二類調(diào)查檔案更新數(shù)據(jù)，對深圳市經(jīng)濟林生物量、碳儲量及其空間分布進行測算，為評估深圳市森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能與固碳潛力、監(jiān)測碳匯動態(tài)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

深圳市位于廣東省南部沿海、北回歸線以南，東經(jīng) 113°45'44″～ 114°37'21″，北緯 22°26'59″～22°51'49″，陸地面積 194 963．5 hm2。屬于南亞熱帶海洋性氣候，光、熱和水資源充沛，年均氣溫和降雨量分別為22．8℃和1 984 mm。全市地勢東南高、西北低，地貌以低山丘陵為主，其次為平緩的臺地，西部沿海一帶為濱海平原。深圳市林地土壤類型主要有山地黃壤、山地紅壤、赤紅壤、濱海砂土和濱海鹽漬沼澤土等，其中以赤紅壤分布最廣。深圳市2013年林業(yè)用地面積77 438．2 hm2，其中有林地面積73 496．3 hm2，森林覆蓋率41．50%;經(jīng)濟林面積22 301．0 hm2，主要類型有果樹林、食用原料林和其他經(jīng)濟林，其中99．8%為果樹林，優(yōu)勢樹種為荔枝和龍眼 (Dimocarpus longan)等。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

經(jīng)濟林資源數(shù)據(jù)來源于深圳市2013年森林資源二類調(diào)查檔案更新數(shù)據(jù)，主要為全市分區(qū)的不同類型和優(yōu)勢樹種的經(jīng)濟林面積。

2.2 研究方法

森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫由植被碳儲量、枯落物碳儲量和土壤碳儲量等三大碳庫組成。本項研究分別對荔枝、龍眼、其他木本果樹、茶葉 (Camellia sinensis)和其他經(jīng)濟林估算生物量和各碳庫碳儲量。

2．2．1 植被生物量與碳儲量測算

植被生物量和碳儲量僅指經(jīng)濟林木的生物量與碳儲量，由于深圳市經(jīng)濟林林下植被不斷被清理，分布稀少，其生物量和碳儲量忽略不計。

(1)荔枝林生物量與碳儲量

荔枝林生物量測算采用平均生物量法。根據(jù)深圳市荔枝林分布特點，在主要分布區(qū)隨機設(shè)置25．82 m×25．82 m的調(diào)查樣地25個，其中寶安區(qū)和龍崗區(qū)各7個，南山區(qū)5個，福田區(qū)3個，羅湖區(qū)2個，鹽田區(qū)1個，對樣地內(nèi)林木進行每木調(diào)查，調(diào)查因子包括胸徑、樹高、枝下高和冠幅。依據(jù)調(diào)查結(jié)果選取5株平均木 (平均樹齡22年)伐倒后，采用分層切割法，以2 m分段測定樹干、樹枝和樹葉的鮮質(zhì)量;地下根系挖掘采用四分法［9］，去土后測定鮮質(zhì)量;收集各組分樣品300～500 g，帶回實驗室測定含水率;計算平均木各組分生物量，荔枝林單位面積生物量=平均木整株生物量×林分密度。取上述烘干樣品30～50 g粉碎，采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定各組分有機碳含量，以各組分生物量為權(quán)重計算全株平均有機碳含量。荔枝林單位面積碳儲量=單位面積生物量×平均有機碳含量。

(2)龍眼林生物量與碳儲量

龍眼與荔枝屬同科植物，樹形相似，通過樣地調(diào)查，龍眼林的平均胸徑、樹高和冠幅與荔枝林相近，龍眼單位面積生物量參照荔枝林計算，取樣實測有機碳含量。

(3)茶葉林生物量與碳儲量

深圳市茶葉林面積小，為近成熟林。有研究表明茶葉林生物量與碳密度的地區(qū)差異性不顯著［10～12］。本研究茶葉林的植被生物量和碳儲量分別以李延升等［11］研究的均值52．3 t/hm2(地上部34．70 t/hm2，地下部17．60 t/hm2)和22．73 t/hm2(地上部16．08 t/hm2，地下部6．65 t/hm2)計算。

(4)其他木本果樹和其他經(jīng)濟林的生物量與碳儲量

其他木本果樹和其他經(jīng)濟林的生物量取值35．21 t/hm2，其中地上部分 28．01 t/hm2，地下部分7．20 t/hm2［13］，碳儲量采用 《全國林業(yè)碳匯計量監(jiān)測技術(shù)指南 (附件)》推薦的經(jīng)濟林含碳率0．47 計算。

2．2．2 枯落物生物量與碳儲量測算

(1)荔枝林、龍眼林枯落物生物量與碳儲量

在調(diào)查樣地的東南西北方向隨機選擇3個方向分別設(shè)置面積為1 m2的小樣方進行枯落物收集，稱重后混合均勻取樣300～500 g，帶回實驗室測定含水率，計算枯落物單位面積生物量。取烘干樣品30～50 g粉碎，采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定有機碳含量。單位面積枯落物碳儲量=單位面積枯落物生物量 ×枯落物含碳率%。

(2)茶葉林枯落物生物量與碳儲量

茶葉林枯落物生物量與碳儲量分別取值6．81 t/hm2［14］和 4．91 t/hm2［12］，枯落物包括茶樹采摘新梢、落葉量和修剪物生物量。

(3)其他木本果樹和其他經(jīng)濟林枯落物碳儲量

參照荔枝林枯落物生物量與有機碳含量計算。

2．2．3 土壤碳儲量測算

土壤碳儲量采用經(jīng)濟林土壤平均有機碳密度計算。某種類經(jīng)濟林的土壤碳儲量等于該經(jīng)濟林面積乘以經(jīng)濟林土壤平均有機碳密度。

土壤有機碳密度通過土壤取樣分析求得。在樣地調(diào)查時按照《森林下層植被和土壤碳庫調(diào)查技術(shù)規(guī)范 (試行)》(國家林業(yè)局林業(yè)碳匯計量監(jiān)測中心，2012)設(shè)置土壤調(diào)查剖面與取樣，每個剖面按I層 (0～10 cm)、II層 (10～30 cm)和III層 (30～100 cm)劃分土層，土層厚度不到100 cm，按實際厚度分層取樣，超過100 cm按100 cm分層取樣。每個土層采用環(huán)刀取樣測定土壤的含水率和容重，每層另取土樣經(jīng)風(fēng)干、研磨等預(yù)處理后采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定土壤有機質(zhì)含量。

土壤有機碳密度(SOCi，kg/m2)SOCi=0．58·，式中:i為土層代號，C為ii層土壤有機質(zhì)含量(g/kg)，Di為土壤容重(g/cm3)，Ei為土壤厚度 (cm)，Gi為直徑≥2 mm的石礫所占體積百分比 (%)。

3 結(jié)果與分析

3.1 植被生物量與碳儲量

3．1．1 荔枝林單位面積生物量與含碳率

深圳市荔枝林主要為近、成熟林分，林齡15～30年，每公頃300～350棵，每棵1．3 m以下分叉3～5株 (枝)，樹高5．5～6．5 m，胸徑10～13 cm，郁閉度0．8～0．9。平均木單株生物量128．98 kg(見表1)，樹干生物量占的比例最大，達50．15%，其余依次為樹枝、樹根和樹葉生物量。單位面積生物量為42．95 t/hm2。荔枝各器官有機碳含量以樹葉最高，其余依次為樹枝、樹根和樹干，全株平均含碳率為48．63%。

表1 荔枝各器官的生物量與含碳率Tab．1 Biomass and carbon content of different organs of Litchi chinensis

3．1．2 龍眼含碳率

龍眼各器官含碳率見表2。有機碳在龍眼各器官中的分布特征與荔枝相似，含碳率為樹葉＞樹枝＞樹根＞樹干，全株含碳率48．27%。

表2 龍眼各器官的含碳率Tab．2 Carbon content rate of different organs of Dimocarpus longan %

3．1．3 各種類經(jīng)濟林植被生物量與碳儲量

各種類經(jīng)濟林的植被生物量與碳儲量見表3。經(jīng)濟林植被總生物量與總碳儲量分別為94．74×104t和45．98×104t，其中荔枝林所占比例最大，分別達93．03%和93．23%，其次為其他木本果樹。深圳市經(jīng)濟林單位面積植被生物量42．48 t/hm2，生物量有機碳密度20．62 t/hm2。

表3 深圳市不同種類經(jīng)濟林植被的生物量與碳儲量Tab．3 Biomass and carbon storage of different type of economic forest in Shenzhen

3.2 枯落物生物量與碳儲量

荔枝林單位面積枯落物生物量為3．99 t/hm2，有機碳含量50．91%;龍眼林單位面積枯落物生物量為3．36 t/hm2，有機碳含量48．08%。

深圳市經(jīng)濟林枯落物生物量和碳儲量見表4。荔枝林占的比例最大，分別為91．91%和91．87%;經(jīng)濟林枯落物平均碳密度為2．03 t/hm2。

表4 深圳市經(jīng)濟林枯落物生物量與碳儲量Tab．4 Litter biomass and carbon storage of economic forest in Shenzhen

3.3 土壤碳儲量

深圳市經(jīng)濟林土壤有機碳含量見表5。由表5可知，土壤有機碳含量由表層往下逐漸降低，I層土壤有機碳含量為II層土壤的2．65倍，是III層土壤的5．67倍。按土壤厚度100 cm計算，土壤有機碳密度平均為 81．52 t/hm2，土壤有機碳儲量181．79×104t，其中表層10 cm土壤的碳儲量占31．64%。

表5 深圳市經(jīng)濟林土壤的有機碳含量Tab．5 Organic carbon content of soil layers of economic forest in Shenzhen

3.4 經(jīng)濟林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量與碳密度

深圳市經(jīng)濟林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量為232．31×104t(見表6)，其中土壤碳儲量占總碳儲量的78．25%，植被碳儲量占19．79%，枯落物碳儲量占 1．96%。

表6 深圳市經(jīng)濟林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量Tab．6 Carbon storage of economic forest ecosystem in Shenzhen

在各種類經(jīng)濟林中，荔枝林碳儲量最大，在經(jīng)濟林碳庫中的貢獻達92．26%;其次為其他木本果和龍眼;茶葉和其他經(jīng)濟林占的比例很小，只有0．21%。

經(jīng)濟林生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度為104．17 t/hm2，各種類經(jīng)濟林的碳密度差異不顯著。

3.5 經(jīng)濟林生物量與碳儲量空間分布

深圳市經(jīng)濟林生物量與碳儲量在各行政區(qū)的分布見表7。由于深圳市各行政區(qū)的經(jīng)濟林分布極不均衡，經(jīng)濟林生物量與碳儲量在各行政區(qū)的分布相差較大，其中生物量的變動幅度為0．94×104～41．54 ×104t，碳儲量的變動幅度為1．99× 104～94．07×104t。寶安區(qū) (含光明新區(qū)和龍華新區(qū))的經(jīng)濟林生物量和碳儲量在全市總量中占的比例最大，分別為40．08%和40．49%;其次為龍崗區(qū)(含坪山新區(qū)和大鵬新區(qū))，經(jīng)濟林生物量占全市經(jīng)濟林總生物量的39．69%，碳儲量占39．46%;鹽田區(qū)經(jīng)濟林最少，其生物量和碳儲量分別僅占全市總量的0．90%和0．86%。

表7 深圳市各區(qū)經(jīng)濟林生物量與碳儲量Tab．7 Biomass and carbon storage of economic forest of each district in Shenzhen

從不同種類經(jīng)濟林來看，荔枝在各個行政區(qū)均有分布，其碳儲量變動幅度在1．57×104～89．03×104t之間，其中龍崗區(qū)所占比例最大，為41．54%，最少的是鹽田區(qū)，僅占0．73%;其他木本果的碳儲量有92．26%分布在寶安區(qū)，余下少量分布在龍崗區(qū);龍眼、茶葉和其他經(jīng)濟林的碳儲量比例小，僅分布在龍崗區(qū)、寶安區(qū)、羅湖區(qū)和鹽田區(qū)。

4 結(jié)論與討論

(1)近成熟荔枝林單株生物量可達128．98 kg，樹干、樹枝、樹葉、樹根生物量分別占50．15%、23．79%、10．51%和 15．55%。與陳菁等［4］的研究結(jié)果比較，是3年生單株生物量的22．65倍、9年生單株生物量的3．05倍。隨著林齡的增長，荔枝各器官生物量所占比例顯著變化，樹葉和樹枝的生物量占全株生物量的比例隨樹齡的增長而降低，3年、9年和22年生植株的樹葉生物量占全株生物量的比例分別為37．81%、20．40%和10．37%，樹枝生物量占全株生物量的比例分別為35．37%、32．18%和23．58%;樹干生物量占全株生物量的比例隨樹齡的增長而增加，3年、9年和22年生植株的樹干生物量占全株生物量的比例分別為9．08%、26．96%和50．33%。這主要是由于荔枝幼齡時期基部的部分分枝長成樹干，加之產(chǎn)果以后定期的修剪枝條，使樹枝、樹葉生物量比例下降，樹干生物量比例增加。

(2)荔枝林生物量和碳儲量是深圳市經(jīng)濟林生物量和碳儲量的主體。全市經(jīng)濟林總生物量103．66 ×104t，總碳儲量 232．31 ×104t，其中荔枝林生物量和碳儲量分別占92．93%和92．26%，其余碳儲量大小依次為其他木本果 (5．97%)＞龍眼 (1．57%) ＞ 茶葉 (0．18%) ＞ 其他經(jīng)濟林(0．03%)。

(3)地下部分碳儲量占經(jīng)濟林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的比重大。地下部分碳儲量包括根系碳儲量和土壤碳儲量，計189．12×104t，占總碳儲量的81．41%;地上部分碳儲量包括地上植被碳儲量和枯落物碳儲量，計43．20 × 104t，占總碳儲量的18．59%。從三大碳庫來看，土壤碳儲量占總碳儲量的78．25%，植被碳儲量占19．79%，枯落物碳儲量占1．96%，3部分碳儲量的比約為40︰10︰1，與東莞市［15］和全國平均水平［16］相近，而珠江三角洲三大碳庫中植被碳庫所占比例相對高一些［17］，總的分布規(guī)律為土壤碳庫 ＞植被碳庫 ＞凋落物碳庫。但也有研究顯示，鼎湖山［18～20］和尖峰嶺［21～22］三大碳庫中的植被碳庫貢獻最大，植被碳儲量與土壤碳儲量的比值為1．7～2．25，可能是由于鼎湖山的土層較淺 (平均為47～76 cm)，以及不同的研究方法得出的結(jié)果存在差異。

(4)深圳市經(jīng)濟林碳儲量的空間分布不均衡。寶安區(qū)和龍崗區(qū)是經(jīng)濟林的主要分布區(qū)，其碳儲量分別為94．07 ×104t和 91．68 ×104t，分別占全市經(jīng)濟林總碳儲量的40．49%和39．46%，南山區(qū)占15．80%，羅湖區(qū)、福田區(qū)和鹽田區(qū)合計只占4．25%。南山區(qū)、羅湖區(qū)、福田區(qū)和鹽田區(qū)屬深圳市原經(jīng)濟特區(qū)，城市化程度高，大量土地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，加之轄區(qū)面積較小，經(jīng)濟林碳儲量少。按行政區(qū)面積計算經(jīng)濟林碳密度，南山區(qū)最高，每公頃達21．88 t，是全市平均水平的1．84倍，其余依次為寶安區(qū)13．22 t/hm2、龍崗區(qū)10．85 t/hm2、羅湖區(qū) 5．48 t/hm2、福田區(qū) 4．35 t/hm2和鹽田區(qū)3．08 t/hm2。南山區(qū)的森林資源主要為經(jīng)濟林，經(jīng)濟林面積占有林地面積的73．05%，因而單位行政區(qū)面積的碳密度高。

(5)深圳市經(jīng)濟林生態(tài)系統(tǒng)的碳密度低，固碳潛力大。深圳市經(jīng)濟林平均碳密度為104．17 t/hm2，低于深圳市喬木林生態(tài)系統(tǒng)碳密度126．87 t/hm2［23］、珠三角森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度136．35 t/hm2［17］和東莞市森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度 179．73 t/hm2［15，23］。其中植被、枯落物和土壤碳密度分別為 20．62 t/hm2、2．03 t/hm2和 81．52 t/hm2，均低于深圳市喬木林生態(tài)系統(tǒng)和東莞市森林生態(tài)系統(tǒng)的相應(yīng)碳密度，土壤有機碳密度低于我國森林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機碳密度的平均水平107．8 t/hm2［24］。有研究表明，天然林土壤碳儲量一般高于天然次生林和人工林［25～27］，主要原因在于人工林受到人為的經(jīng)營和干擾致使生物量的大量輸出。深圳市經(jīng)濟林主要為荔枝和龍眼等木本果樹，均為人工種植和管理，需要進行定期的疏林和修剪，林下植被和凋落物也常清理，這些活動降低了枯落物層的生物量積累和碳儲量。深圳市經(jīng)濟林占全市森林總面積的30．34%，其中近三分之一的經(jīng)濟林已劃為生態(tài)公益林，隨著人為干擾活動的降低，經(jīng)濟林生態(tài)系統(tǒng)碳密度將不斷提高。同時，深圳是快速發(fā)展的城市，需要大量的建設(shè)用地，林業(yè)用地面積不斷減少，其中經(jīng)濟林面積由2005年的25 007．5 hm2減少到2013年的22 301．0 hm2。為充分發(fā)揮經(jīng)濟林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能，提高其固碳潛力，有必要將更多的經(jīng)濟林劃為生態(tài)公益林，通過采取混交補植等改造措施，以及減少其他人為活動干擾，形成多層次群落結(jié)構(gòu)、高固碳效率的經(jīng)濟林生態(tài)系統(tǒng)。

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