閆東鋒，郭丹丹，吳桂藏，楊喜田

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河南 鄭州450002）

櫟類(lèi)天然次生林不同組分及土壤碳氮分布對(duì)森林撫育的響應(yīng)

閆東鋒，郭丹丹，吳桂藏，楊喜田

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河南 鄭州450002）

森林撫育作為重要的森林經(jīng)營(yíng)措施，深刻影響著森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及其分布。根據(jù)撫育前后中幼齡櫟類(lèi)Quercus天然次生林林分密度，分為輕度（21%），中度（35%），重度（54%）和對(duì)照（0%）等4個(gè)撫育處理水平，撫育2 a后進(jìn)行測(cè)樹(shù)學(xué)調(diào)查，研究喬木層各組分、林下植被、凋落物層和土壤碳儲(chǔ)量及碳氮分布特征。結(jié)果表明：基于16株樹(shù)干解析資料建立的櫟類(lèi)單株生物量估算模型，可以用來(lái)估算櫟類(lèi)各組分生物量；不同撫育強(qiáng)度櫟類(lèi)天然次生林喬木層干、皮、枝、葉和根組分中，葉的碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大；喬木層、林下植被和凋落物層碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨撫育強(qiáng)度增大而增加，碳氮比（C/N）均隨撫育強(qiáng)度增大有減小的趨勢(shì)；不同撫育強(qiáng)度喬木層各組分生物量和碳儲(chǔ)量大小順序?yàn)楦桑局Γ靖救~＞皮，輕度、中度、重度和對(duì)照的喬木層碳儲(chǔ)量分別為21.42，32.62，51.24，14.35 t·hm－2；林下植被、凋落物層生物量和碳儲(chǔ)量大小關(guān)系為對(duì)照＞輕度＞中度＞重度，各層碳儲(chǔ)量大小關(guān)系均為喬木層＞凋落物層＞林下植被層；重度撫育有利于提高土壤表層有機(jī)碳、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)及碳儲(chǔ)量，重度撫育時(shí)3個(gè)指標(biāo)值分別達(dá)到16.93 g·kg－1，3.88 g·kg－1和22.79 t·hm－2。森林撫育有利于櫟類(lèi)天然次生林喬木層、林下植被層生物量和碳儲(chǔ)量的提高，不利于凋落物層碳儲(chǔ)功能的發(fā)揮，而喬木層在櫟類(lèi)天然次生林中碳儲(chǔ)量最大，碳匯潛力也最大。圖1表5參36

森林經(jīng)營(yíng)學(xué)；森林撫育；撫育強(qiáng)度；碳儲(chǔ)量；櫟類(lèi)天然次生林；碳分布

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在調(diào)節(jié)全球碳收支平衡、減少大氣二氧化碳等溫室氣體濃度上升［1－2］等方面發(fā)揮重要作用。森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量作為反映森林資源及生態(tài)環(huán)境效能的重要指標(biāo)［3－4］，對(duì)于正確認(rèn)識(shí)森林生物碳儲(chǔ)量對(duì)區(qū)域碳平衡及生態(tài)環(huán)境的影響具有重要意義［5］。土壤有機(jī)碳、氮是影響森林生長(zhǎng)及碳庫(kù)變化的重要組成元素［6－7］，土壤碳氮比是衡量植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要指示性指標(biāo)［8－9］。森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量問(wèn)題是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，對(duì)于特定的林分，不同的林分密度［10］、不同的生長(zhǎng)階段［11－13］森林碳儲(chǔ)量均存在一定差別。森林經(jīng)營(yíng)措施的不同會(huì)對(duì)林分不同組分碳儲(chǔ)量產(chǎn)生影響［14］。一般認(rèn)為，混交林碳儲(chǔ)量要高于純林［15］。森林撫育作為重要的改善林木生長(zhǎng)條件的經(jīng)營(yíng)措施，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)生物量和碳儲(chǔ)量有著重要的影響。撫育措施有利于提高馬尾松Pinus massoniana喬木層生物量和碳儲(chǔ)量，不利于林下地被物和凋落物生物量和碳的累積［16］，而對(duì)現(xiàn)有林分進(jìn)行撫育和管理，可以開(kāi)發(fā)植被碳匯潛力［5］。櫟類(lèi)Quercus天然次生林是河南山區(qū)典型的落葉闊葉林，分布廣泛，對(duì)保障河南生態(tài)安全、大徑級(jí)木材培育具有重要的生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。已有研究表明:森林撫育作為森林培育的重要經(jīng)營(yíng)措施，可以調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，降低林分密度，促進(jìn)林分生長(zhǎng)，改善林分生長(zhǎng)環(huán)境［17－18］，改變土壤元素循環(huán)過(guò)程，進(jìn)而影響森林系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及其分布。森林撫育如何影響林分和土壤碳分布格局，進(jìn)而影響生物量和碳儲(chǔ)量的報(bào)道主要集中在人工針葉林［19－21］，關(guān)于闊葉次生林的研究較少。本研究通過(guò)對(duì)櫟類(lèi)天然次生林進(jìn)行森林撫育實(shí)驗(yàn)，設(shè)置不同撫育強(qiáng)度，調(diào)查喬木層、林下植被層、凋落物層和土壤層的碳、氮分布，分析撫育對(duì)櫟類(lèi)天然次生林的不同組分、土壤碳氮分布及碳儲(chǔ)能力的影響，為開(kāi)展碳次生林培育、大徑級(jí)次生林培育、制定科學(xué)合理的森林撫育和可持續(xù)經(jīng)營(yíng)技術(shù)措施提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河南駐馬店馬道林場(chǎng)、三門(mén)峽甘山林場(chǎng)和濟(jì)源邵原林場(chǎng)，分別處于豫南、豫西和豫北山區(qū)，分屬桐柏山脈、伏牛山脈和太行山脈等櫟類(lèi)天然次生林在河南的主要分布區(qū)。該區(qū)屬暖溫帶-亞熱帶、濕潤(rùn)-半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。年平均氣溫為12.0～16.0℃，無(wú)霜期為180.0～240.0 d，年降水量為500.0～900.0 mm，多集中在7－8月。森林群落建群種有栓皮櫟Quercus variabilis，麻櫟Quercus acutissima，銳齒槲櫟Quercus alina var.acuteserrata，槲樹(shù)Quercus dentata，槲櫟Quercus aliena，油松Pinus tabulaeformis，馬尾松等喬木樹(shù)種。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與野外調(diào)查

選擇生長(zhǎng)條件基本一致的中幼齡櫟類(lèi)天然次生林，采用綜合撫育方法對(duì)櫟類(lèi)天然次生林進(jìn)行撫育，伐除對(duì)目標(biāo)樹(shù)生長(zhǎng)有影響的干擾樹(shù)和生長(zhǎng)不良的受壓木。根據(jù)撫育前后的林分密度，分為輕度（21%），中度（35%），重度（54%）和對(duì)照（0%）4個(gè)撫育處理，設(shè)置重復(fù)樣地4個(gè)·處理－1，面積為0.067 hm2。

森林撫育2 a后進(jìn)行樣地調(diào)查。進(jìn)行常規(guī)測(cè)樹(shù)學(xué)調(diào)查，每塊樣地依據(jù)平均胸徑確定平均木，進(jìn)行樹(shù)干解析和挖根（取樣深度100 cm），測(cè)定樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)葉、樹(shù)皮和樹(shù)根的鮮質(zhì)量并取樣，取樣200～500 g·組分－1，稱(chēng)鮮質(zhì)量后帶回實(shí)驗(yàn)室在85℃下烘干至恒量，用于各組分單株生物量推算和元素測(cè)定。林下植被及凋落物采用全部收獲法，在各個(gè)喬木樣地內(nèi)沿對(duì)角線設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的小樣方，將樣方內(nèi)的林下植被全部挖起，分地上、地下部分稱(chēng)其鮮質(zhì)量，并將3個(gè)樣方內(nèi)的地上、地下混合以及全部凋落物分別取樣200 g左右，稱(chēng)鮮質(zhì)量帶回實(shí)驗(yàn)室在85℃下烘干至恒量，用于生物量推算和元素測(cè)定。在各個(gè)樣地內(nèi)選取具有代表性的地段設(shè)置土壤剖面，按照0～10 cm，10～20 cm分層環(huán)刀取樣，同層土壤取混合樣，將土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室儀測(cè)定土壤碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。樣地概況如表1。

表1 樣地概況Table 1 Plot description of oak forests

2.2 指標(biāo)測(cè)定和計(jì)算

對(duì)采集的植物和土壤樣品中的有機(jī)碳、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別采用重鉻酸鉀硫酸氧化法、半微量開(kāi)氏法進(jìn)行測(cè)定［22］。喬木層各組分全林生物量模型：

式（1）中：W為生物量（t·hm－2）；D為胸徑（cm）；H為樹(shù)高（m）；a，b為常數(shù)。植物碳儲(chǔ)量（SC）采用單位面積各組分生物量（W）與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wC）的乘積估算：

土壤碳儲(chǔ)量計(jì)算公式：

式（3）中：SOC為土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量（t·hm－2）；wOC為土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（g·kg－1）；ρ為土壤容重；h為土壤采樣深度（cm）。

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 19.0進(jìn)行。

3 結(jié)果與分析

3.1 櫟類(lèi)單株生物量估算模型

利用16株樹(shù)干解析和單株各組分生物量測(cè)定數(shù)據(jù)，采用式（1）建立單株各組分生物量與胸徑和樹(shù)高的估算方程，用來(lái)估算全林分生物量。方程各參數(shù)及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果表明：?jiǎn)沃旮?、皮、枝、葉、根與胸徑和樹(shù)高的回歸方程相關(guān)系數(shù)都在0.972以上，方程顯著性檢驗(yàn)結(jié)果（P＜0.05）表明，擬合方程能夠很好描述櫟類(lèi)單株胸徑、樹(shù)高與各組分生物量的關(guān)系，可以用來(lái)估算單株各組分生物量，進(jìn)而可以估算林分生物量。

表2 喬木層各組分生物量估算方程Table 2 Biomass allometric equation of various component in the tree layer

3.2 不同撫育強(qiáng)度喬木層、林下植被和凋落物碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由櫟類(lèi)天然次生林輕度、中度、重度3種撫育強(qiáng)度和對(duì)照的喬木層、林下植被和凋落物碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)（表3）可知：不同撫育強(qiáng)度喬木層各組分碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨著撫育強(qiáng)度的增大而增加，其中喬木層干、皮、枝、葉和根的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)區(qū)間分別為 431.41～453.39，433.54～454.66，428.88～438.15，482.17～495.72和401.75～411.53 g·kg－1；氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.79～3.26，9.11～9.97，3.67～4.99，13.99～15.20和3.83～4.84 g·kg－1。重度撫育櫟類(lèi)天然次生林喬木層各組分碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于其他3種處理，且碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在喬木層不同組分之間分布規(guī)律為葉＞皮＞干＞枝＞根；氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在各組分之間分布規(guī)律為葉＞皮＞根＞枝＞干。

表3 不同撫育強(qiáng)度櫟類(lèi)天然次生林碳、氮分布Table 3 Carbon content of tree layer,forest vegetation and litters

林下植被地上部分和地下部分碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布區(qū)間為421.01～428.75和259.18～339.39 g·kg－1，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布區(qū)間為4.01～6.86和3.04～4.63 g·kg－1。4種撫育強(qiáng)度櫟類(lèi)天然次生林地上部分碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于地下部分，且隨著撫育強(qiáng)度的增大而增加。重度撫育櫟類(lèi)天然次生林地下部分碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，分別為339.39和4.63 g·kg－1，碳呈現(xiàn)出隨著撫育強(qiáng)度的增大先降低后增加，氮隨著撫育強(qiáng)度的增大而增加。不同撫育強(qiáng)度林分凋落物碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布區(qū)間為298.00～321.70和8.37～10.79 g· kg－1，其中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)出隨著撫育強(qiáng)度增大而降低，氮含量則呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)。

3.3 不同撫育強(qiáng)度喬木層、林下植被和凋落物碳氮比（C/N）分布

由不同撫育強(qiáng)度櫟類(lèi)天然次生林碳氮比分布（圖1）可知：除樹(shù)皮外，干、枝、葉、根碳氮比在對(duì)照、輕度、中度撫育時(shí)沒(méi)有顯著差異（P＞0.05），而重度撫育碳氮比顯著最小（P＜0.05），分別為139.2，87.8，32.6，85.0。不同撫育強(qiáng)度林下植被碳氮比分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律，即地上部分對(duì)照、輕度撫育碳氮比顯著大于中度和重度撫育（P＜0.05），重度撫育時(shí)碳氮比值最小，其值為62.5；地下部分對(duì)照碳氮比值顯著大于輕度、中度、重度撫育（P＜0.05）。不同撫育強(qiáng)度凋落物碳氮比大小順序?yàn)椋簩?duì)照＞輕度＞中度＞重度，分別為34.6，32.9，27.6，38.4，重度撫育時(shí)碳氮比值顯著最?。≒＜0.05），為27.6。由此可見(jiàn)，通過(guò)森林撫育后，林分不同組分之間的碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有一定的增加，但是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加幅度小于氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加幅度。這說(shuō)明與對(duì)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響相比，森林撫育對(duì)于氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響更大。

圖1 不同撫育強(qiáng)度櫟類(lèi)天然次生林碳氮比分布Figure 1 Carbon and nitrogen ratio of tree layer,forest vegetation and litters

3.4 不同撫育強(qiáng)度櫟類(lèi)天然次生林林分生物量、碳儲(chǔ)量及分布特征

從表4可以看出：不同撫育強(qiáng)度櫟類(lèi)天然次生林喬木層、林下植被層和凋落物層生物量和碳儲(chǔ)量的分布規(guī)律為：?jiǎn)棠緦樱镜蚵湮飳樱玖窒轮脖粚?。輕度、中度、重度、對(duì)照4種撫育強(qiáng)度下，櫟類(lèi)天然次生林喬木層生物量分別為 48.86，74.20，114.93和 33.31 t·hm－2，碳儲(chǔ)量分別為21.42，32.62，51.24，14.35 t·hm－2，生物量和碳儲(chǔ)量均隨撫育強(qiáng)度的增大而增加。輕度、中度和重度撫育強(qiáng)度櫟類(lèi)天然次生林喬木層各組分生物量和碳儲(chǔ)量均高于對(duì)照，大小順序?yàn)橹囟龋局卸龋据p度＞對(duì)照?？梢?jiàn)森林撫育措施通過(guò)改善林分生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)了林木快速生長(zhǎng)，增加了林分生長(zhǎng)量，有利于碳儲(chǔ)能力的提高。

不同撫育強(qiáng)度櫟類(lèi)天然次生林喬木層各組分碳儲(chǔ)量大小關(guān)系均為：干＞枝＞根＞葉＞皮，其中樹(shù)干的碳儲(chǔ)量最大，在輕度、中度、重度和對(duì)照4個(gè)撫育強(qiáng)度林分中，分別占喬木層碳儲(chǔ)量比例為47.67%，47.88%，48.00%和46.62%；樹(shù)枝碳儲(chǔ)量在4個(gè)撫育強(qiáng)度林分中所占喬木層碳儲(chǔ)量比例為18.00%～21.00%；樹(shù)皮碳儲(chǔ)量占喬木層碳儲(chǔ)量比例最小，低于7.00%。

表4 不同撫育強(qiáng)度櫟類(lèi)天然次生林林分生物量、碳儲(chǔ)量及分布特征Table 4 Biomass,carbon storage and distribution characteristics of tree layer,forest vegetation and litters

不同撫育強(qiáng)度櫟類(lèi)天然次生林林下植被地上部分生物量和碳儲(chǔ)量均小于地下部分，因此，林下植被地下部分碳儲(chǔ)可被看做是森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的重要組成部分。輕度、中度、重度、對(duì)照等4種撫育強(qiáng)度林下植被的生物量分別為1.51，4.27，4.25和1.32 t·hm－2，碳儲(chǔ)量分別為0.48，1.36，1.59，0.42 t·hm－2，其中中度和重度撫育林分林下植被生物量無(wú)顯著差異，因此重度撫育時(shí)林下植被生物量和碳儲(chǔ)量最高。

凋落物層在輕度、中度、重度撫育和對(duì)照林分的生物量分別為25.50，20.62，17.05，29.69 t·hm－2，碳儲(chǔ)量分別為7.95，6.37，5.08，9.55 t·hm－2?？梢钥闯觯航?jīng)過(guò)森林撫育的凋落物生物量和碳儲(chǔ)量均小于對(duì)照，且輕度＞中度＞重度，這說(shuō)明森林撫育措施主要是促進(jìn)了林木生長(zhǎng)和林下植被生物量的增加，但是卻降低了凋落物產(chǎn)生，導(dǎo)致凋落物總的現(xiàn)存量減少。

3.5 不同撫育強(qiáng)度下櫟類(lèi)天然次生林土壤碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)及碳儲(chǔ)量的分布

表5為不同撫育強(qiáng)度不同土層厚度櫟類(lèi)天然次生林土壤有機(jī)碳、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)及有機(jī)碳碳儲(chǔ)量。由表5可以看出：土壤有機(jī)碳、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)及有機(jī)碳碳儲(chǔ)量具有明顯的垂直分布特征，土壤表層（0～10 cm）有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和有機(jī)碳儲(chǔ)量均顯著高于10～20 cm土層（P＜0.05）。

不同撫育強(qiáng)度下土壤0～10 cm層的土壤有機(jī)碳、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為14.32～16.93和2.27～3.88 g·kg－1，10～20 cm層土壤有機(jī)碳、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為8.26～9.01和0.81～0.86 g·kg－1。0～10 cm層，重度和中度撫育土壤有機(jī)碳、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和有機(jī)碳儲(chǔ)量顯著大于對(duì)照林分（P＜0.05）；10～20 cm層，重度和中度撫育土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和有機(jī)碳儲(chǔ)量顯著大于對(duì)照林分，而土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)各處理之間差異不顯著（P＞0.05）。可見(jiàn)森林撫育后減少了林分密度，疏開(kāi)了林分，使得陽(yáng)光可以直射地面，加快了土壤有機(jī)元素周轉(zhuǎn)速率，有效增加了表層土壤有機(jī)碳、全氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，促進(jìn)了土壤對(duì)碳、氮的固持能力。

表5 不同撫育強(qiáng)度土壤碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)及碳儲(chǔ)量Table 5 Soil organic carbon/nitrogen content and carbon/nitrogen storage of different thinning density

4 討論

4.1 櫟類(lèi)天然次生林各組分碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)森林撫育的響應(yīng)

在輕度（21%），中度（35%），重度（54%）撫育和對(duì)照（0%）的撫育管理下，櫟類(lèi)天然次生林喬木層各組分、林下植被地上部分、凋落物層的碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨著撫育強(qiáng)度的增大而增加，但是碳氮比（C/ N）值卻是重度撫育（54%）時(shí)最小，說(shuō)明森林撫育使喬木層各組分、林下植被地上部分的碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，但是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加速率比氮增加的速率小。與子午嶺遼東櫟Quercus wutaishanica林的研究結(jié)果一樣［23］。櫟類(lèi)天然次生林碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在喬木層各組分之間和林下植被地上、地下部分碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異比較大。有的研究認(rèn)為：?jiǎn)棠緦痈髌鞴僦g碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著，但是有些研究卻發(fā)現(xiàn)各器官之間差異顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01），例如尾巨桉樹(shù)Eucalyptus urophylla×E.grandis葉的碳含量較高［24］，側(cè)柏Platycladus orientalis除了果實(shí)外葉的碳含量最高［25］，不同林齡格木Erythrophleum fordii和栓皮櫟Quercus variabilis干碳含量較高［26－27］，各器官之間差異均顯著（P＜0.05）。本研究中櫟類(lèi)天然次生林的葉碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著最高，這可能是植被各組分功能和生理特點(diǎn)具有自身差異性［28］，仍需要我們進(jìn)一步研究。表層土壤碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于深層土壤，這可能是撫育加速了凋落物分解并使養(yǎng)分歸還到土壤表層，使得土壤有機(jī)質(zhì)增加的原因。

4.2 喬木層生物量和碳儲(chǔ)量對(duì)森林撫育的響應(yīng)

本研究中，經(jīng)過(guò)撫育的櫟類(lèi)天然次生林喬木層各組分的生物量和碳儲(chǔ)量均大于對(duì)照，這與間伐措施對(duì)馬尾松［16］、杉木Cunninghamia lanceolata［29］等樹(shù)種生物量和碳儲(chǔ)量的影響研究結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，喬木層各組分的生物量和碳儲(chǔ)量隨著撫育強(qiáng)度的增大而增加，差異達(dá)到了顯著水平，這是因?yàn)殡S著撫育強(qiáng)度的增加，林分密度減少，改善了林木生長(zhǎng)條件，減少了樹(shù)木之間的競(jìng)爭(zhēng)，提高了林木生長(zhǎng)量和生物量，因此，采用適當(dāng)?shù)膿嵊胧﹣?lái)調(diào)節(jié)林分密度，提高林木的生長(zhǎng)量，是天然次生林增匯技術(shù)的一種有效途徑。相關(guān)研究表明：輕度撫育對(duì)馬尾松［16］，中度撫育對(duì)油松Pinus tabulaeformis［30］最有利于喬木層生物量和碳儲(chǔ)量的提高。本研究發(fā)現(xiàn)重度撫育最有利于喬木層生物量和碳儲(chǔ)量的提高，這可能與次生林自身特點(diǎn)有關(guān)。次生林生長(zhǎng)分化嚴(yán)重，撫育后保留木胸徑、冠幅面積較大，而伐除木普遍為受壓木和小徑級(jí)林木，且撫育之后保留木樹(shù)冠快速?gòu)堥_(kāi)，生物量快速增加。

4.3 林下植被和凋落物層生物量和碳儲(chǔ)量對(duì)森林撫育的響應(yīng)

林下植被是森林碳儲(chǔ)的重要組成部分。森林撫育可以增加林下植物的多樣性，但對(duì)生物量和碳儲(chǔ)量的影響結(jié)論不一。油松林隨撫育強(qiáng)度的增加，林下植物總生物量也增加，強(qiáng)度撫育后第6年林下植物總生物量增加了70.9%［31］，而中度間伐馬尾松林林下植被層生物量和碳儲(chǔ)量均低于對(duì)照區(qū)［16］。本研究發(fā)現(xiàn)：櫟類(lèi)天然次生林林下植被地上和地下部分碳儲(chǔ)量均隨著撫育強(qiáng)度的增大而增加，這主要是因?yàn)閾嵊栝_(kāi)了林冠層，為林下提供溫度和光照條件，豐富了次生林林下植被的種類(lèi)和數(shù)量［31］；林下凋落物層生物量和碳儲(chǔ)量均隨著撫育強(qiáng)度的增加而降低，這與對(duì)華北落葉松Larix principis-rupprechtii幼齡林［32］的研究結(jié)論一致，這可能是撫育措施減小了林冠層的郁閉度，使得地面溫度升高，加快了枯枝落葉層的分解，將養(yǎng)分快速歸還到土壤層。

4.4 土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分布對(duì)森林撫育的響應(yīng)

森林撫育可以通過(guò)疏開(kāi)林冠層，增強(qiáng)土壤生物活性、加速土壤養(yǎng)分循環(huán)［33］，也可以通過(guò)提高林地土壤溫度，促進(jìn)死地被物分解［34］，進(jìn)而改善和提高土壤肥力［35］。這與本研究關(guān)于土壤碳儲(chǔ)量通過(guò)一定強(qiáng)度的撫育顯著增加的結(jié)論是一致的。

櫟類(lèi)天然次生林林下植被、凋落物層和土壤層之間的生物量和碳儲(chǔ)量之間相互影響，相互作用［36］?？茖W(xué)合理的森林撫育措施可以增加喬木層的生物量和碳儲(chǔ)量，增加土壤表層的有機(jī)碳、氮含量，從而促進(jìn)林分林木的生長(zhǎng)，改善林分的生長(zhǎng)環(huán)境。林分碳儲(chǔ)量研究是一個(gè)長(zhǎng)期而漫長(zhǎng)的觀測(cè)過(guò)程，不同的林分類(lèi)型、環(huán)境條件、生長(zhǎng)階段對(duì)森林撫育的敏感性均會(huì)存在差異。這需要長(zhǎng)期定位觀測(cè)研究，才能更加有效地評(píng)估森林撫育對(duì)林分碳儲(chǔ)的整體影響效果。

5 結(jié)論

建立了櫟類(lèi)單株生物量估算模型，可以用來(lái)估算櫟類(lèi)各組分生物量；碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在喬木層不同組分之間分布規(guī)律為葉＞皮＞干＞枝＞根；喬木層、林下植被和凋落物層碳、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨撫育強(qiáng)度的增大而增加。

櫟類(lèi)天然次生林喬木層、林下植被層和凋落物層生物量和碳儲(chǔ)量均隨撫育強(qiáng)度的增大而增加，各層大小關(guān)系均為喬木層＞凋落物層＞林下植被層；重度（54%）撫育最有利于櫟類(lèi)天然次生林喬木層生物量和碳儲(chǔ)量的提高。中度和重度（54%）撫育有利于提高櫟類(lèi)天然次生林林下植被和土壤碳儲(chǔ)量，凋落物層生物量和碳儲(chǔ)量均隨撫育強(qiáng)度的增加而降低。

森林撫育有利于櫟類(lèi)天然次生林喬木層、林下植被層生物量和碳儲(chǔ)量的提高，不利于凋落物層碳儲(chǔ)功能的發(fā)揮，而喬木層在櫟類(lèi)天然次生林中碳儲(chǔ)量最大，碳匯潛力也最大，研究結(jié)果可以為次生林碳匯功能評(píng)價(jià)和制定科學(xué)合理的森林撫育經(jīng)營(yíng)措施提供依據(jù)。在森林經(jīng)營(yíng)與管理中，撫育起著十分重要的影響，確定合理的撫育強(qiáng)度對(duì)培育大徑級(jí)木材，保障生態(tài)安全發(fā)揮著重要的作用。本研究中重度（54%）撫育的效果明顯。

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Carbon and nitrogen distribution with forest tending in a natural secondary oak forest

YAN Dongfeng,GUO Dandan,WU Guicang,YANG Xitian
（Forestry College,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,Henan,China）

Forest tending is a crucial practice in the forest ecosystem management,which has a profound impact on forest ecosystem carbon（C）and nitrogen（N）storage and its distribution.However,a great deal of uncertainty remains concerning how plant carbon and nitrogen distribution may be affected by forest tending.In this study,a natural Quercus（oak）secondary forest under different tending intensity treatments（21%,35%,and 54%）with a control（nontending）was investigated in west mountains area of Henan Province.The characteristics of plant carbon storage as well as the distribution of plant carbon and nitrogen in four stand types with forest tending were studied.Trees under different tending intensity treatments were surveyed after two years of forest tending.Our results show that forest tending operations had a significant influence on plant carbon and nitrogen distribution.Prior to estimate the stand biomass,an estimation model of a single plant biomass was established based on the data of sixteen trees.The plant carbon content and nitrogen content of stem was higher than that of bark,branch,leaf,and root of Quercus in different forest tending treatments.Biomass and carbon storage for all tending intensities in the tree population followed the order of stem＞branch＞root＞leaf＞bark.Plant carbon storage for light intensity was 21.42 t·hm－2,for moderate intensity was 32.62 t·hm－2,forheavy intensity was 51.24 t·hm－2,and for the control was 14.35 t·hm－2.The biomass and plant carbon storage of understory vegetation and litter in different forest tending treatments followed the order of control＞light＞moderate＞ heavy.The plant carbon storage in different vegetation layers followed the order of overstory＞litter＞ understory.Results showed that heavy intensity tending was more beneficial than other treatments to improve soil organic carbon content,soil total nitrogen content,and the accumulation of soil carbon.This study showed that forest tending was beneficial and could provide a basis for forest carbon sink evaluation to assist in scientific and reasonable forest tending management.［Ch,1 fig.5 tab.36 ref.］

forest management;forest tending;tending intensity;carbon storage;oak secondary forest;carbon distribution

S753

A

2095-0756（2017）02-0215-10

10.11833/j.issn.2095-0756.2017.02.003

2016-04-23;

2016-05-25

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31170580）；河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（142102110081）；河南省林業(yè)廳技術(shù)招標(biāo)項(xiàng)目；河南省高等學(xué)校青年骨干教師資助計(jì)劃項(xiàng)目（2014GGJS-036）

閆東鋒，副教授，博士，從事森林資源經(jīng)營(yíng)與管理和數(shù)量生態(tài)學(xué)研究。E-mail:ydflx@henau.edu.cn