陳金章

（泉州市林業(yè)局，福建 泉州 362000）

禿杉人工林植被碳庫和氮庫的分配格局

陳金章

（泉州市林業(yè)局，福建 泉州 362000）

對福建德化葛坑國有林場1996年種植的禿杉Taiwania flousiana人工林植被碳庫和氮庫分配格局進行調(diào)查。結果表明，禿杉人工林各器官碳含量在442.86～488.72 g·kg-1之間，而各器官氮含量在2.26～8.93 g·kg-1之間。20年生禿杉人工林單株碳庫和氮庫分別為96.10 kg和0.679 kg。各器官碳庫大小順序為樹干（64.56 kg） ＞樹根（16.11 kg） ＞ 樹葉（8.18 kg） ＞ 樹枝（7.25 kg）。各器官中氮庫大小順序為樹干（0.379 kg） ＞ 樹葉（0.157 kg） ＞ 樹根（0.085 kg） ＞ 樹枝（0.058 kg）。喬木層的碳庫和氮庫主要集中在樹干，分別占67.18%和55.82%。20年生禿杉人工林林分植被碳儲量和氮儲量分別為84.29 t·hm-2和0.60 t·hm-2。

禿杉；碳庫；氮庫；分配格局

國際上早已提出碳人工林（carbon plantation）的概念，即同時追求木材收獲和碳吸存雙重目標的新型人工林經(jīng)營模式［1—2］。南方集體林區(qū)是我國商品林以及用材林的重要基地，既能在供給木材的同時又能最大限度地發(fā)揮貯碳和貯氮能力。

杉木Cunninghamia lanceolata是南方重要的人工林用材樹種，在我國整個森林資源結構中占有重要地位。然而，隨著杉木林連續(xù)多代連栽，出現(xiàn)了人工林地力衰退以及木材產(chǎn)量下降等諸多問題。因此，研發(fā)和推廣其他既可速生豐產(chǎn)維持地力，又可作為杉木林二代更替的樹種成為南方林業(yè)發(fā)展面臨的重要課題。

禿杉Taiwania flousiana是珍稀的孑遺樹種［3］，分布于云南、湖北、四川和貴州等省，緬甸北部也有少量分布，生長在海拔500～2300 m山地溝谷林中。從80年代開始，經(jīng)過幾十年的引種栽培，禿杉已作為杉木采伐跡地更新替換的優(yōu)良樹種之一。目前有關禿杉人工林生物生產(chǎn)力、養(yǎng)分循環(huán)及涵養(yǎng)水源等功能的報道較多［4—9］，然而，有關禿杉人工林碳庫和氮庫大小及分配格局的相關報道較少［10］。本文研究禿杉人工林的碳氮貯量及其分配格局，并了解其碳庫和氮庫的空間分配特征，為我國南方集體人工林區(qū)開展“碳人工林”的經(jīng)營管理提供基礎數(shù)據(jù)。

1　試驗區(qū)概況

研究地位于福建省戴云山北麓德化葛坑國有林場龍塔工區(qū)，地理坐標118°08′10″E、25°51′53″N，林班號044大班號06小班號060，坡向東北坡，海拔450 m；土壤為山地紅壤、黃紅壤；年平均氣溫17 ℃（近兩年為20.3 ℃），最高氣溫34.8 ℃，最低氣溫-9 ℃；年降水量1800～2000 mm，屬中亞熱帶南緣低山氣候類型。林種為實驗林，于1996年造林，初植密度2505株·hm-2，混交造林，9禿1杉（杉木）。2004年第一次間伐，強度8%，平均胸徑11.2 cm，平均樹高7.5 m；2010年第二次間伐，強度19%，平均胸徑16.4 cm，平均樹高11.2 m。在第二次間伐時發(fā)現(xiàn)杉木普遍生長不好，被列為間伐對象。2014年樣地調(diào)查時，禿杉的保存密度為870株·hm-2，平均胸徑22.9 cm，平均樹高14.9 m。

2　研究方法

對20年生禿杉人工林進行林分踏查，根據(jù)典型選樣原則，在林分內(nèi)設置4個10 m × 20 m的樣地，進行每木檢尺，測定樣地內(nèi)所有活立木的樹高、胸徑、枝下高及冠幅等。根據(jù)調(diào)查結果選取禿杉人工林林分標準木2株進行樹干解析，2株標準木的胸徑分別為22.3和20.4 cm，樹高分別為15.1和15.0 m。用Monsi分層切割法測定地上部分各器官的生物量；采用全挖法測定根系生物量，根系分為根樁（＞100 mm）、粗根（21 mm～100 mm）、中根（2 mm～20 mm）和細根（＜2 mm）四個部分。在每個樣地內(nèi)分別設置3 個1 m × 1 m小樣方，采用樣方收獲法收集凋落物，對樣方內(nèi)的凋落物進行全部收集，稱重并測定其含水量。植株樣品經(jīng)烘干、粉碎，分別裝入樣品袋中備用。碳氮含量采用德國的Elemantar碳氮元素分析儀進行測定。

3　結果與分析

3.1禿杉人工林單株各部位碳庫和氮庫的分配格局

通過不同組分碳（氮）庫之和分別求得地上或地下部分的碳（氮）庫，利用地上/地下部分碳（氮）庫除以地上/地下部分生物量獲得地上/地下部分的碳（氮）含量。從表1可見，禿杉人工林各部位碳含量在442.86～488.72 g·kg-1之間，其大小順序為樹枝＞ 樹干＞ 樹葉＞ 樹根；而各部位氮含量在2.26～8.93 g·kg-1之間，其大小順序為樹葉＞ 樹枝＞ 樹干＞ 樹根。禿杉人工林單株碳庫和氮庫分別為96.10 kg和0.679 kg。其中地上部分碳庫和氮庫分別為 79.99 kg和0.594 kg；地下部分碳庫和氮庫分別為16.11、0.085 kg。各部位碳庫依次為樹干（64.56 kg） ＞樹根（16.11 kg）＞樹葉（8.18 kg） ＞樹枝（7.25 kg）。其中禿杉地下部分的碳庫主要集中在根樁，占地下部分的80.58%。各器官中氮庫大小順序為樹干（0.379 kg） ＞ 樹葉（0.157 kg） ＞ 樹根（0.085 kg） ＞ 樹枝（0.058 kg）。

表1　禿杉單株不同部位的碳庫和氮庫Table 1　Carbon and nitrogen pool of different parts ineach tree of Taiwania flousiana

3.2禿杉人工林喬木層地上部分碳庫和氮庫分配特征

由表2可以看出，禿杉不同部位的碳庫分配特征存在差異，樹干的碳庫主要集中在0～5.6 m處，占73.08%；樹枝的碳庫主要集中在3.6～11.6 m處，占80.36%；樹葉的碳庫主要集中在7.6～13.6 m處，占80.05%。禿杉氮庫不同器官的分配特征亦存在差異，樹干的氮庫主要集中在0～5.6 m處，占73.21%；樹枝的氮庫主要集中在5.6～13.6 m處，占77.19%；樹葉的氮庫主要集中在 7.6～13.6 m處，占80.25%。如上所述，樹干的碳庫和氮庫主要集中在0～5.6 m處，這主要與樹型結構相關， 隨著樹高的增加，樹干生物量逐漸下降；樹葉的碳氮庫則主要集中在 7.6～13.6 m處，這主要是由于林木需要靠樹葉進行光合作用來維持正常生長，在林木較高處的樹葉接受陽光照射多，故生長茂盛，而林木底端由于光線較弱，樹葉量較少甚至出現(xiàn)林木自我整枝的現(xiàn)象［10］，故禿杉的碳庫和氮庫主要分布在其較高處。樹葉的存在相應需要樹枝這一載體，故樹枝的分布與樹葉大體一致。

3.3禿杉人工林林分碳庫和氮庫分配格局從表3可見，20年生禿杉人工林林分總碳儲量和總氮儲量分別為84.29 t·hm-2和0.60t·hm-2；喬木層的碳儲量和氮儲量都遠大于植被層，占林分總碳儲量和總氮儲量的 99.19%和98.33%。喬木層地上部分的碳儲量和氮儲量都遠大于地下部分，占喬木層總碳儲量和總氮儲量的83.23%和88.14%，占林分總碳儲量和總氮儲量的82.56%和86.67%，其中地上部分的碳儲量和氮儲量主要集中在樹干，分別達到56.17 t·hm-2和0.33 t·hm-2，占喬木層地上部分的80.72%和63.46%，其次是樹葉。禿杉人工林凋落物層碳氮儲量較小，不利于土壤肥力的恢復、維持與改善，應采取適合的造林措施，例如增加林下生物多樣性以及促進林下凋落物的分解等，加快養(yǎng)分循環(huán)速率，以提高禿杉林地生產(chǎn)力，實現(xiàn)禿杉人工林可持續(xù)經(jīng)營的目的。

表2　禿杉不同高度各器官碳庫和氮庫Table 2　Carbon and nitrogen pool of different organs at different height of Taiwania flousiana

表3　林分碳儲量和氮儲量分布格局Table 3　Distribution pattern of carbon and nitrogen storage in Taiwania flousiana plantation

4　討論

本研究禿杉人工林各部位碳含量在442.86～488.72 g·kg-1之間，其大小順序為樹枝＞ 樹干＞ 樹葉＞樹根，這與何斌等［4］研究廣西11年生禿杉人工林的結論相似，但與格氏栲Castanopsis kawakamii［1］、杉木［1］、福建柏Fokienia hodginsii［11］和馬尾松Pinus massoniana［12］等樹種各器官碳含量的大小順序并不完全一致，表明樹種的差異可能是影響不同器官碳含量的重要因素。本研究的禿杉人工林各部位氮含量在2.26～8.93 g·kg-1之間，樹葉氮含量最高，與王衛(wèi)霞等［12］的研究結果類似，他們認為氮的含量與樹木器官、年齡及其生理特性關系較為明顯。

禿杉人工林單株碳庫和氮庫分別為96.1 kg和0.679 kg，各器官碳庫大小依次為樹干 ＞ 樹根 ＞ 樹葉＞ 樹枝；各器官氮庫大小依次為樹干 ＞ 樹葉 ＞ 樹根 ＞ 樹枝。采伐后林地剩余物的處理方法以及造林前選擇的整地方式對生態(tài)系統(tǒng)尤其是對土壤的碳庫和氮庫將產(chǎn)生比較大影響。

本研究禿杉人工林喬木層生物量為 176.23 t·hm-2，略低于湖南會同 20年生第 1代杉木人工林（209.5 t·hm-2）［13］和福建福州20～23年生杉木人工林（194.21 t·hm-2）［14］的喬木層生物量，而高于廣西北部的23年生杉木人工林（131.245 t·hm-2）［15］和侯振宏等［16］總結的國內(nèi)20～25年杉木人工林（141.698 t·hm-2）的喬木層生物量，表明禿杉人工林的生物量并不差于同林齡的杉木。

杉木人工林經(jīng)過多代連栽，會出現(xiàn)地力衰退及生產(chǎn)力下降等現(xiàn)象［17］，禿杉是杉木采伐跡地進行更新的優(yōu)良樹種。與杉木人工林相比，禿杉人工林成熟期較晚（一般需要40年以上），除了能快速積累生物量和碳素，同時具有積累時間長且衰退時間晚等特點，更有利于碳氮貯存。另外，禿杉凋落物組成中樹葉比重較大且碳素含量較低，分解速度快，有利于土壤有機碳的積累，促進土壤肥力的快速恢復、維持和提高，避免地力衰退［4，6］。因此，合理科學經(jīng)營禿杉人工林，加強對禿杉人工林研究，對目前因長期連續(xù)栽培杉木而導致地力衰退，以及增強人工林的碳匯功能，調(diào)節(jié)大氣 CO2，維護生態(tài)環(huán)境，提高林農(nóng)經(jīng)濟效益，實現(xiàn)珍稀樹種的永續(xù)保存和高效利用等都具有重要作用。

致謝：泉州市林業(yè)局黃金玲，福建省林業(yè)科學研究院丁珌、肖祥希、黃石德、高楠和何文廣，福建省德化葛坑國有林場林賢山、連勇機等同志參與試驗，在此一并致謝。

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Distribution Patterns of Vegetation Carbon and Nitrogen Pool in Taiwania flousiana Plantations

CHEN Jin-zhang
（Quanzhou Bureau of Forestry， Quanzhou 362000， Fujian China）

The distribution patterns of vegetation carbon and nitrogen pool of Taiwania flousiana plantations planted in 1996 at the Dehua Gekeng National Forest Farm were studied. The results showed that carbon contents of different organs were ranged from 442.86 to 488.72 g·kg-1， and nitrogen contents of different organs were ranged from 2.26 to 8.93 g·kg-1. The carbon and nitrogen pool per tree was 96.10 and 0.679 kg in the 20 a T. flousiana plantation， respectively. The carbon pool of different organs followed an order as trunk （64.56 kg） ＞root （16.11 kg） ＞leaf （8.18 kg） ＞branch （7.25 kg）， while the nitrogen pool followed as trunk （0.379 kg） ＞leaf （0.157 kg） ＞root （0.085 kg）＞branch （0.058 kg）. The vegetation carbon and nitrogen pool of tree layer mainly distributed in trunk，which occupied 67.18% and 55.82%， respectively. The carbon and nitrogen storages of 20 a T. flousiana plantations were 84.29 t·hm-2and 0.60 t·hm-2， respectively.

Taiwania flousiana； carbon pool； nitrogen pool； distribution pattern

10.3969/j.issn.1009-7791.2015.03.011

Q948

A

1009-7791（2015）03-0231-04

2015-06-17

泉州市科技計劃項目（2013N15）

陳金章，高級工程師，從事森林培育研究。E-mail： qzlykj@163.com