舒洋，周梅,，趙鵬武,，曾楠，石亮，王梓璇，王鼎，葛鵬，張波

1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古賽罕烏拉森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測(cè)研究站，內(nèi)蒙古 赤峰 025150

大興安嶺南段華北落葉松人工林碳儲(chǔ)量及分配特征研究

舒洋1，周梅1,2*，趙鵬武1,2，曾楠1，石亮1，王梓璇1，王鼎1，葛鵬1，張波1

1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古賽罕烏拉森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測(cè)研究站，內(nèi)蒙古 赤峰 025150

以大興安嶺南段內(nèi)蒙古賽罕烏拉森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測(cè)研究站為研究區(qū)，以華北落葉松（Larix prinicipis）人工林為研究對(duì)象，采用野外樣地實(shí)測(cè)調(diào)查與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法對(duì)華北落葉松人工林碳儲(chǔ)量及分配特征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：不同林齡華北落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量表現(xiàn)為32 a（205.83 t?hm-2）＞28 a（186.38 t?hm-2）＞16 a（155.84 t?hm-2）；華北落葉松人工林植被層碳儲(chǔ)量為9.11～26.73 t?hm-2，占總碳儲(chǔ)量的5.85%～14.0%，隨著林齡的增加而先增加后減少；枯落物層碳儲(chǔ)量為0.29～0.40 t?hm-2，占總碳儲(chǔ)量的0.19%，隨著林齡的增加其所占比例趨于穩(wěn)定；土壤層碳儲(chǔ)量表現(xiàn)為為32 a（178.70 t?hm-2）＞28 a（159.92 t?hm-2）＞16 a（146.44 t?hm-2），占總碳儲(chǔ)量的比例為86.82%～93.96%，隨著林齡的增加其所占比例呈遞減趨勢(shì)；不同林齡階段碳儲(chǔ)量均表現(xiàn)為土壤層＞植被層＞枯落物層，地下＞地上；植被層碳儲(chǔ)量以喬木層最大（6.85～26.46 t?hm-2），占比為75.21%～98.99%，而喬木層碳儲(chǔ)量主要分布在樹干（2.53～14.98 t?hm-2），占喬木層碳儲(chǔ)量的比例為36.93%～56.61%，且隨林齡的增加而增加；土壤層碳儲(chǔ)量主要集中在0～30 cm土層，占土壤層總碳儲(chǔ)量的70.78%～78.82%。研究結(jié)果可為華北落葉松人工林經(jīng)營管理和高效培育提供理論依據(jù)。

大興安嶺南段；華北落葉松；人工林；碳儲(chǔ)量；分配特征

大氣中CO2濃度從工業(yè)革命前的280 μmol?L-1升至2011年的390 μmol?L-1（World Meteorological Organization，2011），氣候變暖及其影響引起科學(xué)界關(guān)注（Hu et al.，2013）。森林生態(tài)系統(tǒng)約占陸地植被總生物量的80%，是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫和重要的碳吸收匯（Watson et al.，2000），其在降低大氣CO2濃度（楊洪曉等，2005），減緩全球氣候變暖方面具有重要作用（牟長城等，2013）。其中，北半球中、高緯度地區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)在全球碳平衡中發(fā)揮著重要作用（Houghton，2005）。深入研究森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及分配特征是評(píng)價(jià)森林碳匯潛力、評(píng)估森林應(yīng)對(duì)氣候變化能力的關(guān)鍵。

森林生態(tài)系統(tǒng)在植被層、凋落物層、土壤層儲(chǔ)存著大量的碳，在全球碳庫中占有重要地位，約占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的50%～60%。其中，森林碳庫約占全球植被碳庫的86%以上，森林土壤碳庫約占全球土壤碳庫的73%，為全球碳循環(huán)做出了巨大的貢獻(xiàn)（Dixon et al.，1994；Xu et al.，2010）。森林作為一個(gè)動(dòng)態(tài)的碳庫，其儲(chǔ)存碳的能力與森林碳儲(chǔ)量密切相關(guān)。森林碳儲(chǔ)量分配受多種因素的影響，如氣候變化（Chen et al.，2010）、森林類型（Sharma et al.，2010；Zhang et al.，2013）、人為干擾（Powers et al.，2011；齊麟等，2013）、立地條件（Zhu et al.，2010）、林齡（Li et al.，201339；Cheng et al.，2014522）等。林齡是森林生態(tài)系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)的重要預(yù)測(cè)指標(biāo)，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和碳分配具有重要影響（Bradford et al.，2010）。隨著碳源匯問題研究的發(fā)展，碳儲(chǔ)量隨林齡的變化成為一個(gè)研究的熱點(diǎn)。

森林生長階段的差別不僅會(huì)影響林木的成活率，還會(huì)影響其植被碳庫的分配特征（Noh et al.，2010）。目前大部分研究表明森林生態(tài)系統(tǒng)的植被層及其喬木層碳儲(chǔ)量隨林齡增加而增大（田大倫等，2014；馬豐豐等，201694），而部分林型表現(xiàn)出相反特征，祁連山青海云杉（Picea crassifolia）林木植被層平均碳儲(chǔ)量由幼齡林到成熟林呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而從成熟林到過熟林則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)（彭守璋等，2011）；山西太岳25年生的油松（Pinus tabuliformis）人工林植被及喬木層碳儲(chǔ)量低于18年生人工林（Cheng et al.，2014）522。林下植被層（灌木、草本層）在植被碳庫中所占比例很?。╖hang et al.，2010；Wei et al.，2013），其隨林齡的變化表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，其中小興安嶺林區(qū)不同林齡（7～41 a）的長白落葉松（Larix olgensis）人工林林下植被層碳儲(chǔ)量隨林齡增加呈二次曲線增長（馬煒等，2010）；黃土丘陵區(qū)油松人工林林下植被層碳密度隨林齡增加呈先減小后增大的趨勢(shì)（楊玉嬌等，2014）2133；遼東山區(qū)典型森林生態(tài)系統(tǒng)中，灌木層碳儲(chǔ)量隨林齡增加而減小，草本層則無明顯規(guī)律（田杰等，2012）2723；大興安嶺南部溫帶山楊（Populus davidiana）天然次生林林下植被層碳儲(chǔ)量隨林齡呈線性增加（史山丹等，2012）431。

森林土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫，其碳密度約為森林植被碳庫密度的2～4倍（周玉榮等，2000518；Malhi et al.，2000）。有些研究表明，土壤碳庫在林齡序列上沒有明顯規(guī)律性（田杰等，20122726；Li et al.，201339；Wei et al.，2013），而大興安嶺林區(qū)不同林齡（10、15、26、61 a）土壤碳儲(chǔ)量隨林齡的增加呈穩(wěn)定增長（齊光等，2013）10；黃土丘陵區(qū)不同林齡（9、23、33 a）的油松人工林土壤碳儲(chǔ)量隨著林齡增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而33～47年生則隨著林齡增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)（楊玉嬌等，2014）2134。綜上可知，不同林型各組分的碳儲(chǔ)量在不同生長階段所表現(xiàn)出的特點(diǎn)不同。

華北落葉松是寒溫帶針葉林的建群樹種及高山地區(qū)人工造林的主要樹種，是我國重要的森林資源，對(duì)地區(qū)生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)具有重要作用。大興安嶺南段山地地處森林、草原、濕地、沙地多重生態(tài)過渡區(qū)，邊緣效應(yīng)明顯，該區(qū)域華北落葉松人工林碳儲(chǔ)量及分配特征具有重大研究意義。目前，對(duì)我國北方寒溫帶森林碳儲(chǔ)量的研究已積累了部分?jǐn)?shù)據(jù)，但仍缺少不同林型在不同林齡下的森林生態(tài)系統(tǒng)各組分碳密儲(chǔ)量時(shí)空分布特征的綜合性研究。本研究選擇大興安嶺南段賽罕烏拉森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測(cè)研究站（以下簡(jiǎn)稱賽罕烏拉森林生態(tài)國家站）的華北落葉松人工林為研究對(duì)象，試圖揭示其碳儲(chǔ)量及其分配特征，以期為經(jīng)營管理和高效培育提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于大興安嶺南段賽罕烏拉森林生態(tài)國家站內(nèi)（43°59′～44°27′N，118°18′～118°55′E）。該區(qū)屬于大興安嶺南部山地阿爾山支脈，地貌類型為中山山地，地勢(shì)從東北向西南逐漸傾斜。平均海拔高度1000 m，最高海拔1997 m。研究區(qū)屬溫帶半濕潤溫寒氣候區(qū)，最高氣溫29 ℃，最低氣溫-32 ℃，年平均氣溫2 ℃。年均降水量400 mm，年蒸發(fā)量2050 mm，濕潤度為0.5～0.8（哈琴等，2013）。區(qū)內(nèi)土壤以山地黑土、灰色森林土、棕壤土以及暗粟鈣土為主。主要森林類型為闊葉次生林，主要樹種有白樺（Betula platyphylla）、山楊（Populu sdavidianaDode）、蒙古櫟（Quercus mongolica）、黑樺（Betula dahurical）、大果榆（Ulmus macrocarpa），林下以虎榛子（Ostryopsis davidiana）、興安杜鵑（Rhododendron dahuricum）、照山白（Rhododendron micranthum）等（史山丹等，2012）429。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查方法

2015年7—8月，對(duì)試驗(yàn)區(qū)全面踏查后，在立地條件基本一致地段，根據(jù)典型性、代表性原則選取16年生華北落葉松人工幼齡林、28年生中齡林及32年生近熟林開展調(diào)查，在不同林齡的林分內(nèi)設(shè)置5塊標(biāo)準(zhǔn)地，面積均為30 m×30 m，共計(jì)15個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地，樣地林分生長信息見表1。

表1 樣地概況Table 1 Plot overview

2.1.1 喬木層生物量測(cè)定

在每木調(diào)查結(jié)果的基礎(chǔ)上，按平均胸徑、樹高選取標(biāo)準(zhǔn)木，其生長正常、不斷梢、無病蟲害，不選用邊緣木，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地選取1株標(biāo)準(zhǔn)木，共選取15株標(biāo)準(zhǔn)木。選取標(biāo)準(zhǔn)木并伐倒后，樹高（H）小于15.0 m者，在樹干1.3 m處分段，以后按1.0 m長度分段，直到樹梢不足1.0 m；樹高（H）大于15.0 m者，在樹干1.3 m處分段，以后按2.0 m長度分段，直到樹梢不足2.0 m，分別截取圓盤、標(biāo)記并帶回實(shí)驗(yàn)室計(jì)算樹干生物量，樹皮樣品從每個(gè)圓盤中獲取以計(jì)算樹皮生物量。將樹冠分為上、中、下3層，樹枝、樹葉分3層按比例取樣后帶回實(shí)驗(yàn)室以計(jì)算樹枝、樹葉生物量。具體調(diào)查與采樣方法參照《森林生態(tài)系統(tǒng)長期定位觀測(cè)方法》（國家林業(yè)局，2011）。

根系調(diào)查采取挖取全根的方法（根據(jù)立地條件及樹木生長判斷根的走勢(shì)），對(duì)15株標(biāo)準(zhǔn)木的根系進(jìn)行調(diào)查與取樣，挖出根系（＜1～2 mm的忽略不計(jì)），取樣帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定生物量及含碳率。

2.1.2 林下植被層生物量測(cè)定

樣地內(nèi)無灌木層。草本取樣在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)四角及中心設(shè)置1 m×1 m的草本樣方5個(gè)，采取收獲法分分別地上部和地下部進(jìn)行取樣，在60 ℃下烘至恒重，測(cè)定生物量。

2.1.3 枯落物層調(diào)查

在草本樣方內(nèi)，收集其樣方內(nèi)全部枯落物，在60 ℃下烘至恒重，測(cè)定生物量。

2.1.4 土壤調(diào)查

在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地選擇1個(gè)未受人為干擾、植被結(jié)構(gòu)和土壤具有代表性的地段挖取土壤剖面，共挖15個(gè)土壤剖面，分0～10、10～20、20～30、30～40、40～50……90～100 cm土層收集樣品，本研究區(qū)剖面挖取到50 cm時(shí)已到基巖，故采樣深度為0～50 cm。土壤每層取3個(gè)重復(fù)樣品混合帶回實(shí)驗(yàn)室用于土壤有機(jī)碳測(cè)定。同時(shí)用環(huán)刀自下而上分層取樣，每層3個(gè)重復(fù)，用于土壤容重測(cè)定。樣品采集中盡量剔除石礫、植物殘根等。

2.2 生物量及碳儲(chǔ)量計(jì)算

植被層各器官含碳率采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定（鮑士旦，2008），生物量及碳儲(chǔ)量計(jì)算方法見表2。

2.3 土壤有機(jī)碳含量測(cè)定及碳儲(chǔ)量計(jì)算

土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定（鮑士旦，2008），土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量采用下式計(jì)算：

式中，Csi第i層為土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量（kg?hm-2），Di為第i層土壤容重（g?cm-3）；Ci為第i層土壤有機(jī)碳含量（g?kg-1）；Hi為第i層土層厚度（cm）；Gi為第i層直徑大于2 mm的石礫所占的體積百分比（%）（梁?jiǎn)Ⅸi等，2011；陶玉華等，2011）。實(shí)際調(diào)查中，由于Gi值很小，可以忽略不計(jì)。

2.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Office 2010整理，SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Simplot 10.0進(jìn)行繪圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 植被層碳儲(chǔ)量及分配格局研究

3.1.1 喬木層碳儲(chǔ)量及分配

華北落葉松人工林喬木層碳儲(chǔ)量及各器官碳儲(chǔ)量均隨林齡的增加表現(xiàn)出不盡相同的變化趨勢(shì)（表3）。16、28、32 a落葉松林喬木層碳儲(chǔ)量分別為6.85、25.43、26.46 t?hm-2。16～28 a，喬木層及各器官碳儲(chǔ)量均隨林齡的增加而顯著增加（P＜0.05）；28～32 a，樹干生物量增勢(shì)趨緩（P＞0.05），枝、皮量緩慢下降（P＞0.05），葉量趨于穩(wěn)定（P＞0.05），根量明顯下降（P＜0.05）。僅樹干和喬木層碳儲(chǔ)量變化趨勢(shì)完全一致，表明樹干是決定喬木層碳儲(chǔ)量變化的主要因素。

華北落葉松人工林喬木層各器官碳儲(chǔ)量占比隨林齡的增加略有不同（表3）。16～32 a，樹干碳儲(chǔ)量占喬木層總碳儲(chǔ)量的比例呈遞增趨勢(shì)，樹枝、樹葉、樹根所占比例呈下降趨勢(shì)，樹皮所占比例先升高后降低。每個(gè)林齡階段均以樹干所占比例最大，占整個(gè)喬木層碳儲(chǔ)量的36.93%～56.61%。表明隨著華北落葉松人工林林齡的增長，樹干是碳儲(chǔ)量積累最多的器官，同時(shí)樹干隨著林齡的增加，表現(xiàn)出碳凈積累，而由于枝、葉、皮、根部分組織的衰老脫落，在碳積累過程中表現(xiàn)出比較強(qiáng)烈的碳循環(huán)。

表2 參數(shù)計(jì)算公式表Table 2 The formulas of parameters

表3 華北落葉松人工林喬木層碳儲(chǔ)量及分配Table 3 Carbon storage and allocation in the tree layer under Larix prinicipis plantation

表4 華北落葉松人工林草本層和枯落物層碳儲(chǔ)量及分配Table 4 Carbon storage and allocation in the herb layer and litter layer under Larix prinicipis plantation

表5 華北落葉松人工林土壤碳儲(chǔ)量Table 5 Carbon storage in the soil layer under Larix prinicipis plantation

3.1.2 林下植被層和枯落物層碳儲(chǔ)量及分配

華北落葉松人工林草本層碳儲(chǔ)量隨林齡的增加呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)（表4），草本層碳儲(chǔ)量為0.27～2.26 t?hm-2，其中地上碳儲(chǔ)量為0.15～1.54 t?hm-2，地下碳儲(chǔ)量為0.12～0.71 t?hm-2，不同林齡草本地上碳儲(chǔ)量均大于地下碳儲(chǔ)量。隨著林齡增加，草本地上、地下碳儲(chǔ)量均呈遞減趨勢(shì)（P＜0.05）?？萋湮飳犹純?chǔ)量隨林齡的增加呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)（P＜0.05），為0.29～0.40 t?hm-2。隨著林齡的增加，華北落葉松人工林草本地上碳儲(chǔ)量占草本層總碳儲(chǔ)量的比例呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，而草本地下碳儲(chǔ)量所占比例呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。

3.2 土壤層碳儲(chǔ)量及分配

由表5可知，華北落葉松16、28、32 a人工林土壤總碳儲(chǔ)量均隨林齡的增加呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)（P＜0.05），分別為146.44、159.92、178.70 t?hm-2。不同林齡各土層碳儲(chǔ)量為13.09～51.50 t?hm-2，除0～20 cm土層外，其他土層碳儲(chǔ)量均隨土壤深度增加而顯著減小（P＜0.05）。同一林齡、不同土層碳儲(chǔ)量多重比較結(jié)果顯示，僅16 a 人工林0～10 cm和10～20 cm無顯著差異（P＞0.05），28、32 a人工林土層碳儲(chǔ)量均隨著土層加深呈現(xiàn)顯著遞減趨勢(shì)（P＜0.05）。

由圖1可知，華北落葉松16、28、32 a人工林土壤0～30 cm土層的碳儲(chǔ)量分別占土壤總碳儲(chǔ)量的78.82%、73.11%和70.78%，表明土壤碳儲(chǔ)量主要集中在0～30 cm土層，呈現(xiàn)表層聚集現(xiàn)象，各層所占比例為8.93%～30.40%。除16 a外，其他林齡林分各土層碳儲(chǔ)量所占比例均隨著土層加深呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。同一土層不同林齡碳儲(chǔ)量均隨林齡增加表現(xiàn)出不盡相同的變化趨勢(shì)，0～10、20～30 cm土壤碳儲(chǔ)量所占比例均隨林齡增加而先增加后降低，10～20 cm隨林齡增加而降低，30～40、40～50 cm隨林齡增加而增加。一方面反映出土壤有機(jī)碳集中分布在養(yǎng)分循環(huán)比較活躍的區(qū)域，另一方面體現(xiàn)出隨林齡增加，有機(jī)碳逐漸向下層土壤轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。

圖1 華北落葉松人工林土壤碳儲(chǔ)量分配Fig.1 Carbon storage allocation in the soil layer under Larix prinicipis plantation

3.3 生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量及分配特征研究

華北落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量主要包括喬木層、林下植被層、枯落物層、土壤層的碳儲(chǔ)量，16、28、32 a人工林總碳儲(chǔ)量分別為155.84、186.38、205.83 t?hm-2，隨著林齡增加，總碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)（P＜0.05）。林齡對(duì)華北落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的組成和分配具有顯著影響（表6、7），植被層、枯落物層、土壤層，地上、地下碳儲(chǔ)量均隨林齡的增加呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。華北落葉松16、28、32 a人工林碳儲(chǔ)量均表現(xiàn)為土壤層＞植被層＞枯落物層，地下＞地上。由表7可知，華北落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量以土壤層碳儲(chǔ)量所占比例最大，為86.82%～93.96%，但隨著林齡的增加其所占比例逐漸降低。植被層碳儲(chǔ)量占總生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的比例為5.85%～14.0%，隨著林齡增加而先增加后降低，植被層碳儲(chǔ)量以喬木層所占比例最大，為75.21%～98.99%?？萋湮飳犹純?chǔ)量所占比例均為0.19%，隨著林齡增加處于較穩(wěn)定的狀態(tài)?？傮w上，生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量以土壤層碳儲(chǔ)量占主導(dǎo)地位。

表6 華北落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量Table 6 Carbon storage under Larix prinicipis plantation ecosystem t?hm-2

表7 華北落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量分配Table 7 Carbon storage allocation under Larix prinicipis plantation ecosystem %

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

4.1.1 林齡對(duì)華北落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及分配的影響

森林組成、年齡結(jié)構(gòu)、密度、林分起源以及森林經(jīng)營活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量有明顯影響（Schulp et al.，2008），植被和土壤碳儲(chǔ)量是評(píng)價(jià)人工林生態(tài)系統(tǒng)吸收和固定CO2功能的重要指標(biāo)（吳鵬飛等，2008）。森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量主要由植被層、枯落物層、土壤層組成，本研究中華北落葉松16、28、32 a人工林碳儲(chǔ)量均表現(xiàn)為土壤＞植被層＞枯落物層，地下＞地上，這與前人的研究結(jié)果相一致（邢瑋等，2014；馬豐豐等，2016100；徐慧芳等，2016）；華北落葉松16、28、32 a人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量分別為155.84、186.38、205.83 t?hm-2，隨林齡增加而增加（P＜0.05），平均值為182.68 t?hm-2，低于我國森林生態(tài)系統(tǒng)平均碳儲(chǔ)量（258.83 t?hm-2）、落葉松林碳儲(chǔ)量（246.80 t?hm-2）（周玉榮等，2000）520，這主要是由于本研究華北落葉松人工林尚處于幼中齡林階段，而研究區(qū)地處半干旱半濕潤區(qū)過渡帶，樹木在旱年或旱季常受缺水脅迫，同時(shí)海拔較高，溫度較低，生長期變短，導(dǎo)致植被層和土壤層碳儲(chǔ)量較??；另外，撫育不足導(dǎo)致樹冠重疊和分化嚴(yán)重，林下植被單一，多樣性較低，也是導(dǎo)致碳儲(chǔ)量較低的原因之一（王云霓等，2015）14。

4.1.2 林齡對(duì)華北落葉松人工林植被層碳儲(chǔ)量及分配的影響

華北落葉松16、28、32 a人工林植被層碳儲(chǔ)量分別為9.11、26.11、26.73 t?hm-2，隨林齡增加呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，平均值為20.65 t?hm-2，研究結(jié)果比張?zhí)锾锏龋?012）33（71.22 t?hm-2）、王云霓等（2015）10（30.96 t?hm-2）偏低，碳儲(chǔ)量平均值也明顯低于全國落葉松林（60.2 t?hm-2）（周玉榮等，2000）520。主要是由于本研究林分均處于幼中齡林階段，喬木層碳儲(chǔ)量較小，導(dǎo)致植被層碳儲(chǔ)量及其占生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量比例均較小。隨著林齡增加，植被層碳儲(chǔ)量所占比例逐漸增大，而土壤層碳儲(chǔ)量所占比例逐漸減小，枯落物層無明顯變化規(guī)律，表明林齡對(duì)華北落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)各組分碳儲(chǔ)量分配存在不同的影響（明安剛等，2014）944。隨林齡增加，土壤碳儲(chǔ)量所占生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量比例逐漸降低，喬木層則逐漸增加。華北落葉松人工林植被層碳儲(chǔ)量以喬木層所占比例最大，為75.21%～98.99%，這與前人研究結(jié)果相一致（張?zhí)锾锏龋?01233；Cheng et al.，2014521）。喬木層碳儲(chǔ)量主要分布在樹干（36.93%～56.61%），其中樹干、樹枝、樹葉碳儲(chǔ)量隨林齡增加而增大，樹皮、樹根隨林齡增加而先增加后減少。隨著林齡的增加，喬木層碳儲(chǔ)量越來越大，表現(xiàn)為碳凈積累的過程，其中干材的碳凈積累效應(yīng)更明顯；枝、葉碳儲(chǔ)量在積累的同時(shí)因部分組織衰老脫落而具有比較強(qiáng)烈的碳循環(huán)過程。林下草本層、枯落物層對(duì)碳儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)小于喬木層，尤其是在生長后期。但這些植被層不僅是森林植物群落的重要組成部分，而且在森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程中發(fā)揮著重要作用，尤其是枯落物層和根的分解是土壤有機(jī)質(zhì)最主要的來源，直接決定了碳素的周轉(zhuǎn)速率（高陽等，2014）645。以往的研究多集中于喬木層，忽略了其他層次的貢獻(xiàn)，在一定程度上低估了植被層的碳儲(chǔ)量（黃從德，2008）。

4.1.3 林齡對(duì)華北落葉松人工林土壤層碳儲(chǔ)量及分配的影響

森林土壤是生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，我國森林土壤的平均碳儲(chǔ)量為193.55 t?hm-2（周玉榮等，2000）520，生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量以土壤層為主（王寧，2014；孫虎等，2016）。華北落葉松16、28、32 a人工林土壤層碳儲(chǔ)量分別為146.44、159.92、178.70 t?hm-2，隨林齡的增加而增大，平均值為161.69 t?hm-2，低于我國森林碳儲(chǔ)量的平均值。這主要是因?yàn)檠芯繀^(qū)華北落葉松人工林位于大興安嶺南段干旱半干旱區(qū)域，地理位置較特殊，樹種的不同引起了林分地上、地下部分凋落物的輸入組分有所不同，進(jìn)而影響了土壤的碳固持，導(dǎo)致土壤碳積累較少，且以往有些研究采樣深度可取到100 cm（明安剛，2014）945，而本研究只取到50 cm，最終導(dǎo)致土壤碳儲(chǔ)量較低。16、28、32 a林分0～30 cm土層的碳儲(chǔ)量分別占土壤碳儲(chǔ)量的78.8%、73.1%和70.7%，表明土壤碳儲(chǔ)量主要集中在0～30 cm土層，呈現(xiàn)表層聚集現(xiàn)象，這與前人的研究結(jié)果相一致（Yang et al.，2007；齊光等，201313；孫海靜等，2014）。森林土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量可反映以植物殘?bào)w進(jìn)入為主的有機(jī)質(zhì)輸入與以微生物分解作用為主的有機(jī)質(zhì)輸出之間的動(dòng)態(tài)平衡（劉姝媛等，2010），一方面反映土壤有機(jī)碳集中分布在養(yǎng)分循環(huán)比較活躍的區(qū)域，另一方面體現(xiàn)出隨林齡增加，有機(jī)碳逐漸向下層土壤轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。

4.2 結(jié)論

華北落葉松16、28、32 a人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量分別為155.84、186.38、205.83 t?hm-2，隨林齡增加呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，不同林齡階段碳儲(chǔ)量均表現(xiàn)為土壤＞植被層＞枯落物層，地下＞地上。隨著林齡增加，植被層碳儲(chǔ)量所占比例逐漸增加，而土壤層碳儲(chǔ)量所占比例逐漸降低，枯落物層無明顯變化規(guī)律。16、28、32 a人工林植被層碳儲(chǔ)量分別為9.11、26.11、26.73 t?hm-2，隨林齡增加呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，并主要集中在喬木層（75.21%～98.99%）。16、28、32 a人工林土壤層碳儲(chǔ)量分別為146.44、159.92、178.70 t?hm-2，隨林齡的增加而增大，0～30 cm的碳儲(chǔ)量分別占土壤碳儲(chǔ)量的78.8%、73.1%和70.7%，表明土壤碳儲(chǔ)量主要集中在0～30 cm土層，呈現(xiàn)表層聚集現(xiàn)象。

華北落葉松人工林樹干碳儲(chǔ)量是喬木層碳儲(chǔ)量的主體，因此應(yīng)充分利用其生長特性，加強(qiáng)對(duì)該地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)管理，尤其是對(duì)中幼齡期喬木碳庫的管理，以最大限度地增加樹干碳儲(chǔ)量，從而增加人工林植被層碳儲(chǔ)量。土壤碳儲(chǔ)量是華北落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的主體，通過采用合理的措施，維持和增加土壤碳儲(chǔ)量也是提高華北落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的有效途徑之一。表層土壤的穩(wěn)定性較差，易受各種人類活動(dòng)的影響，因此，減少各種人類活動(dòng)對(duì)表層土壤的破壞，加強(qiáng)森林喬木、林下灌木、草本和凋落物對(duì)表層土壤的保護(hù)，對(duì)擴(kuò)增和維持土壤碳庫以及緩解大氣CO2濃度上升具有重要意義。

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Carbon Storage and Its Distribution Characteristics in the Planted Forest of Larix prinicipis in Southern Daxinganling

SHU Yang1, ZHOU Mei1,2*, ZHAO Pengwu1,2, ZENG Nan1, SHI Liang1, WANG Zixuan1, WANG Ding1, GE Peng1, ZHANG Bo1
1.Inner Mongolia Agricultural University, College of Grassland, Resources and Environment, Huhhot 010020, China; 2.Saihanwula Forest Ecosystem National Research Station, Chifeng 025150, China

This study was conducted in Saihanwula forest ecosystem national research station in southern Daxinganling.Our main subjects were to determinate carbon storage and distribution characteristics of carbon storage in the planted forest of Larix prinicipis, by using the method of combination of plot-level survey and laboratory analysis.The results showed that the total carbon storage of Larix prinicipis plantation ecosystem was in the order of 32 a (205.83 t?hm-2)＞28 a (186.38 t?hm-2)＞16 a (155.84 t?hm-2); Carbon storage of the vegetation layer was 9.11～26.73 t?hm-2, contributing 5.85%～14.0% to the total carbon storage of the ecosystems, as it grew and then decreased with age; The carbon storage of litter layer was 0.29～0.40 t?hm-2, which contributed 0.19% to the total carbon storage of the ecosystems, with the increase of forest age tends to be stable; The order of carbon storage of soil layer was 32 a (178.70 t?hm-2)＞28 a (159.92 t?hm-2)＞16 a (146.44 t?hm-2), contributing 86.82%～93.96% to the total carbon storage of the ecosystems, as it decreased with age; The carbon storage of Larix prinicipis plantation stage characterized by soil layer＞vegetation layer＞litter layer, underground＞aboveground; The biggest carbon storage of the vegetation layer was the tree layer (6.85～26.46 t?hm-2), about 75.21%～98.99%, in which the trunk dominants (2.53～14.98 t?hm-2) of 36.93%～56.61%, and the carbon storage increased with the forest age.The carbon storage in the soil layer mainly concentrated in 0～30 cm soil layer, which contributed 70.78%～78.82% to the total soil carbon storage.The results can provide theoretical basis for Larix prinicipis plantation management and efficient cultivation.

the Southern Daxinganling; Larix prinicipis plantation; carbon storage; distribution characteristics

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國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41530747）；內(nèi)蒙古自治區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目（20110527）

舒洋（1988年生），男，博士研究生，主要從事森林生態(tài)學(xué)研究。E-mail: shuyang_happy@126.com *通信作者：周梅，教授，主要從事森林生態(tài)學(xué)研究。E-mail: dxal528@aliyun.com

2016-08-10