胡耀文++周光南++李林海++趙自穩(wěn)+++郭曉敏+++劉苑秋+++張文元

摘要：毛竹（Phyllostachys edulis）在我國南方分布廣泛，生長快速，具有廣泛的用途。對江西省崇義、靖安、資溪、井岡山4個(gè)地區(qū)毛竹樣地的立竹生長、林下植被、土壤以及環(huán)境狀況進(jìn)行了調(diào)查，研究樣地碳儲(chǔ)量的分配格局。結(jié)果表明，毛竹樣地的土壤層是固碳主體，其次是毛竹立竹，林下植被。毛竹立竹稈的碳儲(chǔ)量是立竹的固碳主體。崇義、靖安、資溪、井岡山4個(gè)研究區(qū)域單位面積平均碳儲(chǔ)量分別為189.096、215.336、198.838、239.723 t/hm2。

關(guān)鍵詞：毛竹（Phyllostachys edulis）； 碳儲(chǔ)量；分布 ；生態(tài)系統(tǒng)

中圖分類號： S795.01；S181.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0234-04

收稿日期：2015-11-30

基金項(xiàng)目：中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專題（編號：XDA05050205）；江西省自然科學(xué)基金（編號：20132BAB204026）；江西省教育廳科技項(xiàng)目（編號：GJJ13270）；江西省教育廳落地推廣項(xiàng)目（編號：2KJLD1304）。

作者簡介：胡耀文（1991—），男，江西撫州人，碩士研究生，主要從事森林培育研究。E-mail：hyw910729@163.com。

通信作者：張文元，博士，講師，主要從事森林培育理論和技術(shù)、竹林培育方面的研究。E-mail：zwy15@126.com。森林碳匯主要是指森林從空氣中吸收并儲(chǔ)存二氧化碳的多少，或者說是森林吸收并儲(chǔ)存二氧化碳的能力。對森林碳儲(chǔ)量研究是全球碳循環(huán)研究焦點(diǎn)之一[1-2]，森林植被吸收大氣中的二氧化碳并存儲(chǔ)在植被或土壤中，從而減少二氧化碳在大氣中的濃度。植物通過光合作用把吸收的二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘?、氧氣和有機(jī)物，是地球最基本的物質(zhì)和能量的來源。地球的森林面積雖然只占陸地總面積的1/3，但是森林在降低大氣中二氧化碳濃度、減緩全球氣候變暖中，發(fā)揮著重要的作用。森林植被部分碳庫占全球植被碳庫的76%[3]，森林土壤碳庫儲(chǔ)存了全球土壤碳儲(chǔ)量的40%左右[4-5]，森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫[6]。毛竹（Phyllostachys edulis） 系禾本科剛竹屬多年生散生竹[7]。毛竹稈籜厚革質(zhì)，密被糖毛及深褐色斑點(diǎn)、斑塊，籜環(huán)被有1圈脫落性毛，籜耳和繸毛發(fā)達(dá)，鋒舌發(fā)達(dá)，籜片呈三角形或披針形，外翻[8]。中國長江以南，生長著世界85%的毛竹，其分布面積為386.83萬hm2，占竹林總面積的71.89%[9]。長期以來，人們一直都只關(guān)注毛竹的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值[10]，但是近年來隨著生態(tài)理念日漸進(jìn)入人心，毛竹為生態(tài)環(huán)境帶來的效益功能也越來越受到學(xué)者和專家們的關(guān)注。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

本次研究試驗(yàn)樣地設(shè)在崇義、靖安、資溪、井岡山4個(gè)地區(qū)。崇義試驗(yàn)樣地地處中低緯度地區(qū)，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤區(qū)，氣候差異顯著，歷年平均氣溫17.8 ℃，年降雨量 1 615.2 mm。靖安試驗(yàn)樣地屬于北亞熱帶濕潤氣候 歷年平均氣溫17.0 ℃，少數(shù)高山區(qū)年平均氣溫在15.0 ℃左右，要比平原低3 ℃以上，主要土壤類型有紅壤、山地黃壤、山地黃棕壤等。資溪地區(qū)試驗(yàn)樣地屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，氣候溫和，年平均氣溫16.9 ℃，年平均降雨量1 929.9 mm。井岡山樣地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.2 ℃，年平均降雨量 1 856.3 mm。

崇義試驗(yàn)樣地的土壤類型主要是紅壤，植被類型為毛竹林，群落以毛竹、檵木、芒萁、柃木、淡竹葉、檵木為優(yōu)勢樹種，郁閉度為80%，群落高度在12～13 m之間。靖安的試驗(yàn)樣地土壤類型也為紅壤，林齡為6、7年，植被類型為毛竹純林，植被群落優(yōu)勢樹種為毛竹、檵木、百合科、油茶、絡(luò)石、薔薇科、蕨類、禾本科。林分郁閉度在90%～100%之間。資溪地區(qū)試驗(yàn)樣地土壤類型為紅壤和黃壤，群落層優(yōu)勢樹種為毛竹、杜荊山、淡竹葉、蕨，林分郁閉度60%～80%之間。井岡山地區(qū)試驗(yàn)樣地土壤主要類型為紅壤、棕壤、山地黃棕壤，植被類型為毛竹林，植被群落優(yōu)勢樹種為毛竹、鈴木、烏藥、狗脊蕨、新木姜、莎草，林分郁閉度60%～80%，群落高度14～15 m。

1.2樣地設(shè)置

按要求樣地水平投影大小為800 m2。以樣地的西南角為起點(diǎn)，順時(shí)針方向用羅盤儀測角（確保樣地4個(gè)角成直角）和坡度，皮尺量距離。按樣地垂直投影面積計(jì)算森林生物量、碳儲(chǔ)量和土壤碳儲(chǔ)量對樣地進(jìn)行樣地面積校正。樣地設(shè)置好以后，應(yīng)標(biāo)記其所處的地點(diǎn)，記錄樣地的GPS 定位坐標(biāo)、坡向、坡度、坡位、海拔、方位及在林分中的相對位置，并將樣地設(shè)置的大小、形狀在樣地調(diào)查表上按比例繪制略圖；保存GPS 設(shè)備中的樣地和途徑路線定位數(shù)據(jù)，以便復(fù)查、核查。對能夠反映樣地在地理和植被典型特征的視覺景象進(jìn)行拍照，現(xiàn)場記錄相片編號，對照片按樣地編號進(jìn)行重新命名保存。

1.3取樣方法

每個(gè)樣地根據(jù)毛竹林每木檢尺結(jié)果得出其年齡結(jié)構(gòu)、平均胸徑、竹高指標(biāo)，據(jù)此計(jì)算出每度竹的平均立竹作為標(biāo)準(zhǔn)竹， 分別砍伐Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹的標(biāo)準(zhǔn)竹各1根。地上部分別測定竹稈、竹枝和竹葉，地上部分生物量測定以1m為區(qū)分段，表1樣地概況及立竹生長狀況地下部分調(diào)查，根據(jù)所取的標(biāo)準(zhǔn)竹，分別以毛竹基部竹稈為中心，在其周圍挖取1 m×2 m的小樣方，從土壤開始，每 20 cm 向下挖取所有的土壤和根系，直到無竹根為止。用清水沖洗干凈，進(jìn)行毛竹根結(jié)構(gòu)觀察。

灌木（胸徑<5 cm，高度>50 cm，若對于高度小于50 cm 的小灌木，歸為草本層）的調(diào)查，在樣地的主對角線上隨機(jī)設(shè)置（結(jié)合樣地實(shí)際情況挑選有代表性的樣方）3個(gè)2 m×2 m的樣方；草本和凋落物在另外一條主對角線上選擇3個(gè) 1 m×1 m 的樣方。記錄主要種類及其蓋度后，將樣方內(nèi)所有植物全部收獲后，灌木分葉、枝干、根稱質(zhì)量；草本分地上、地下部分；凋落物凋落葉片、枝條、草本和木炭等，加上難以辨別的有機(jī)物分解碎片，直徑<5 cm 的枯死木也包括在枯落物層中，一并進(jìn)行測定，同時(shí)區(qū)分未分解的凋落物和已經(jīng)開始分解的凋落物組分（根據(jù)肉眼判斷：新鮮剛凋落的枯枝落葉為未分解，已經(jīng)凋落一定時(shí)間，并且葉、枝等開始腐爛統(tǒng)一定義為半分解）。以上分別稱鮮質(zhì)量后，取300 g代表性樣本帶回試驗(yàn)。

土壤的測定是在調(diào)查樣地內(nèi)選擇1個(gè)未受人為干擾、植被結(jié)構(gòu)和土壤具代表性的地段，挖掘1個(gè)土壤剖面，深至 100 cm，不夠100 cm 至基巖為止。對土壤剖面進(jìn)行拍照并將照片編號，現(xiàn)場記錄。拍照時(shí)將米尺（或卷尺）立于向陽剖面，調(diào)好位置和焦距，保證包含剖面1 m 內(nèi)所有土層。數(shù)碼照片的像素不低于800萬像素。在剖面按照自然發(fā)生層取O層（有機(jī)質(zhì)層）、A層（淋溶層）、B層（淀積層）樣品。沿剖面按0～10、10～20、20～30、30～50、50～100 cm 分層，用環(huán)刀采集各層土壤，每層打2～3個(gè)環(huán)刀，帶回試驗(yàn)室測定土壤容重。每層再隨機(jī)鉆取3 鉆土，混合成一個(gè)混合樣。同一樣地3 個(gè)灌木樣方的同層次土樣組成該層次混合樣品。需注意的是，取樣時(shí)盡量保持每個(gè)小土體的完整性，盡早進(jìn)行風(fēng)干處理。

1.4樣品測定方法

將采集回來的毛竹各器官、林下植被及土壤樣品，稱質(zhì)量后置于65 ℃恒溫箱中，烘干后再稱質(zhì)量，并計(jì)算植被層生物量，土壤容重等。立竹各器官、林下植被含碳率使用重鉻酸鉀氧化容量法測定，土壤有機(jī)碳使用濃硫酸消煮重鉻酸鉀氧化容量法測定[11]。

2結(jié)果與分析

2.1立竹各器官碳儲(chǔ)量現(xiàn)狀

從表2可以看出，井岡山地區(qū)立竹總平均碳儲(chǔ)量最大，為17.67 t/hm2。立竹各器官中，碳儲(chǔ)量最大的器官是竹稈，但是井岡山樣地與其他3個(gè)樣地不同，立竹各器官碳儲(chǔ)量中枝的平均碳儲(chǔ)量值最大，略高于竹稈的碳儲(chǔ)量，其他3個(gè)試驗(yàn)樣地稈的平均碳儲(chǔ)量明顯大于其他器官的平均碳儲(chǔ)量，崇義地區(qū)立竹稈的平均碳儲(chǔ)量是4個(gè)地區(qū)中最大的，為 10.295 t/hm2。劉玉霞對不同海拔高度對壽寧縣毛竹生長影響的研究發(fā)現(xiàn)，海拔高度在800 m 以下，毛竹林的竹稈平均胸徑較大，產(chǎn)量較高[13] 。井岡山地區(qū)樣地平均海拔在 1 074.00 m，大于800 m，其他3個(gè)樣地平均海拔低于800 m，井岡山樣地中立竹的平均株高和胸徑也均低于其他3個(gè)樣地，此現(xiàn)象與劉玉霞的研究結(jié)果相同。高海拔是造成井岡山地區(qū)樣地毛竹稈的碳儲(chǔ)量和生物量水平異于其他樣地的原因之一。

方差分析顯示崇義地區(qū)毛竹立竹各器官的碳儲(chǔ)量差異顯著，靖安和資溪毛竹稈與枝、葉、根的碳儲(chǔ)量之間的差異顯著，而枝、葉、根內(nèi)部之間的碳儲(chǔ)量差異不顯著，井岡山地區(qū)毛竹各器官碳儲(chǔ)量之間都不存在顯著性差異。

從圖1立竹各器官碳儲(chǔ)量百分比的分布可以看出，崇義、靖安、資溪3個(gè)樣地立竹稈的含碳量均占總碳儲(chǔ)量的60%以上，其中資溪地區(qū)樣地最大，占72.45%。立竹各器官中，所占碳儲(chǔ)量百分比最小的器官是竹葉，其中崇義地區(qū)立竹葉器官碳儲(chǔ)量百分比只占總碳儲(chǔ)量的4.84%，是4個(gè)樣地之中最小的。

2.2林下植被狀況

4個(gè)樣地林下植被碳儲(chǔ)量和百分比見表3和圖2，在4個(gè)試驗(yàn)樣地中，資溪地區(qū)和崇義地區(qū)的林下主要以草本為主，林下草本碳儲(chǔ)量分別占林下總碳儲(chǔ)量的64.12%和54.12%，崇義地區(qū)樣地草本碳儲(chǔ)量在4個(gè)樣地中是最大的，為 0.860 t/hm2。井岡山地區(qū)和靖安試驗(yàn)樣地林下植被以灌木為主，其中井岡山地區(qū)的林下灌木碳儲(chǔ)量為3.021 t/hm2，占樣地林下碳儲(chǔ)量的83.11%，是4個(gè)試驗(yàn)樣地中灌木生物量和百分比最大的，林下植被碳儲(chǔ)量總量3.635 t/hm2，在所有樣地中也是最大的，造成這種現(xiàn)象的原因與井岡山樣地的較高海拔環(huán)境有關(guān)，人為干擾較少，破壞較少，林下灌木自然生長，灌木的量就相對其他3個(gè)地區(qū)的樣地來說生長旺盛。

表3毛竹林下植被碳儲(chǔ)量

樣地碳儲(chǔ)量（t/hm2）灌木草本總計(jì)崇義0.729±0.20A0.860±0.01A1.589靖安0.385±0.10A0.283±0.05A0.668資溪0.221±0.05A0.395±0.07A0.616井岡山3.021±1.12A0.614±0.17A3.635

2.3土壤碳儲(chǔ)量

土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫中最大的貯庫，而且是其中非?；钴S的部分[14]。即使在森林類型相同的生態(tài)系統(tǒng)中，其碳儲(chǔ)量也會(huì)隨土壤類型不同而不同[15]。不同土壤類型的營養(yǎng)狀況和營養(yǎng)元素的流動(dòng)不同都可能影響到碳在土壤中積累的相對量和絕對量[16]。表4為4個(gè)試驗(yàn)樣地各土壤層碳

儲(chǔ)量分配格局，崇義地區(qū)樣地碳儲(chǔ)量最高的是0～10 cm土壤層，碳儲(chǔ)量達(dá)38.559 t/hm2，最低的土壤層為30～50 cm，為27.966 t/hm2，方差顯示崇義地區(qū)樣地各土層之間的碳儲(chǔ)量不存在顯著差異。4個(gè)樣地中同樣不存在顯著性差異的樣地是井岡山地區(qū)樣地，井岡山地區(qū)樣地土壤碳儲(chǔ)量最高的是 50～100 cm 土壤層，達(dá)44.894 t/hm2，最低的土壤層是20～30 cm，為29.479 t/hm2。靖安和資溪土壤含碳量最高的土層為500～100 cm層，最低的在20～30 cm層。方差顯示50～100 cm層的土壤碳儲(chǔ)量與其他4個(gè)土層的碳儲(chǔ)量存在顯著差異性。

從圖3可以看出，土壤的碳儲(chǔ)量隨土壤深度變化而呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，4個(gè)試驗(yàn)樣地土壤層深度在0～10、10～20 cm 層土壤碳儲(chǔ)量均呈現(xiàn)下降的趨勢，土壤深度50～100 cm 層的土壤碳儲(chǔ)量均呈現(xiàn)上升趨勢。造成這種現(xiàn)象的原因之一是由于土壤的淋溶作用，土壤受到雨水的沖刷使上層的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)下滲，積聚在下方土層，所以使得土壤隨著土壤層深度加深碳儲(chǔ)量出現(xiàn)一個(gè)先下降后上升的趨勢。

2.4毛竹林碳儲(chǔ)量分配格局

4個(gè)試驗(yàn)樣地的碳儲(chǔ)量分配格局見表5，土壤層所占比例最大，表明土壤是毛竹生態(tài)林中碳儲(chǔ)量最大的碳庫，這是因?yàn)樯滞寥捞紟鞄齑媪看?，而且土壤碳周轉(zhuǎn)速率比較緩慢，所以能維持較長時(shí)間的碳儲(chǔ)存[17]。毛竹林土壤碳儲(chǔ)量世界平均值為189.00 t/hm2[18]，本研究中靖安、資溪、井岡山3個(gè)地區(qū)試驗(yàn)樣地土壤碳儲(chǔ)量均高于世界平均值。我國森林土壤平均碳貯量為193.55 t/hm2[19]，本次研究中的靖安地區(qū)樣地為 202798 t/hm2，井岡山地區(qū)樣地為218.417 t/hm2，均高于國家森林平均碳儲(chǔ)量。表5樣地碳儲(chǔ)量與分配格局

部位崇義靖安資溪井岡山碳儲(chǔ)量（t/hm2）占比（%）碳儲(chǔ)量（t/hm2）占比（%）碳儲(chǔ)量（t/hm2）占比（%）碳儲(chǔ)量（t/hm2）占比（%）喬木15.1808.0311.8705.5110.5515.3117.6717.37林下1.5890.840.6680.310.6160.313.6351.52土壤172.32791.13202.79894.18187.67194.38218.41791.11總計(jì)189.096215.336198.838239.723

3結(jié)論

綜合4個(gè)地區(qū)的試驗(yàn)樣地可知，毛竹林生態(tài)系統(tǒng)各層次碳儲(chǔ)量大小排序?yàn)橥寥缹?gt;喬木層>林下植被。在喬木層中，毛竹稈所含碳儲(chǔ)量是最大的，葉所含的碳儲(chǔ)量最小。而在井岡山地區(qū)樣地，毛竹立竹枝的碳儲(chǔ)量是最大的，這與樣地的海拔有關(guān)，大于800 m的海拔使毛竹稈的生長受到影響。林下植被碳儲(chǔ)量的分布則與當(dāng)?shù)氐闹脖簧L狀況有關(guān)，靖安和井岡山2地林下灌木碳儲(chǔ)量大于林下草本碳儲(chǔ)量，而崇義和資溪2地林下灌木碳儲(chǔ)量小于草本碳儲(chǔ)量。

4個(gè)樣地土壤層碳儲(chǔ)量之中有3個(gè)高于世界土壤碳儲(chǔ)量平均值，4個(gè)樣地碳儲(chǔ)量百分比均占樣地總儲(chǔ)量的90%以上，其中井岡山地區(qū)土壤碳儲(chǔ)量最高，為218.417 t/hm2，井岡山樣地平均海拔最高，為1 074.00 m，通過樣地海拔對比和樣地碳儲(chǔ)量的對比可以看出，樣地土壤有機(jī)碳和碳儲(chǔ)量隨著海拔的上升也表現(xiàn)為上升的趨勢。資溪樣地土壤碳儲(chǔ)量所占百分比為94.38%，是4個(gè)樣地中最大的，而資溪樣地的林下植被碳儲(chǔ)量含量及占比在所有樣地中都是最小的。

土壤各層的碳儲(chǔ)量分布也不是均勻的，在本試驗(yàn)設(shè)置的5個(gè)土壤層中，50～100 cm層的土壤碳儲(chǔ)量最大，碳儲(chǔ)量最小的為20～30 cm土壤層。隨著土壤層的加深，土壤碳儲(chǔ)量也呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢。凋落物的分解是土壤表層重要的碳源，隨著土壤土層的增加，土壤碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)減少的趨勢。樣地中的毛竹受到人為干擾少，毛竹枯萎死亡后其根系在土壤中被微生物分解不完全，所以造成土壤碳儲(chǔ)量在50～100 cm 的土層呈現(xiàn)出反常的增加趨勢。

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