摘要：為了探究桂西北毛竹林碳匯功能，為其可持續(xù)經(jīng)營提供依據(jù)。采用標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析方法，研究了廣西南丹縣毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳素含量、碳儲(chǔ)量及分布特征。結(jié)果表明.毛竹各器官碳素含量介于436.4 ～501.2 g/kg 之間，其由大到小排列次序?yàn)橹裰?gt;竹稈>蔸根>竹蔸>竹葉。灌木層、草本層和凋落物層碳含量分別為449.8、392.5和424.7 g/kg。土壤（0～80 cm）平均碳含量為19.80 g/kg，各土層碳含量隨土層深度增加而減少。毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量為209.58 t/hm2，其中喬木層為33.05 t/hm2，占15.77%;灌草層為0.73 t/hm2，占0.34%;凋落物層為1.54 t/hm2，占0.73%;林地土壤為174.26 t/hm2，占83.15%。毛竹林喬木層年凈生產(chǎn)力為11.48 t/（hm2·a），有機(jī)碳年凈固定量為5.51 t/（hm2·a），年凈吸收CO2量為20.20 t/（hm2·a）。

關(guān)鍵詞：毛竹林;碳貯量;碳分配;桂西北

由于人類大量使用化石燃料以及毀林開荒等活動(dòng)而造成CO2等溫室氣體濃度的不斷上升，從而引發(fā)了全球性的氣候問題，并已威脅到全球生態(tài)環(huán)境和人類的生存與發(fā)展[1]。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體[2]，人工林作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在增加森林碳匯和碳吸存能力、改善生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著越來越重要的作用[2-4]。我國是世界人工林面積最大的國家，通過造林、再造林等活動(dòng)增加森林生態(tài)系統(tǒng)碳固定量，已成為推進(jìn)中國碳匯林業(yè)發(fā)展和實(shí)施碳減排計(jì)劃最主要的途徑。

毛竹（Phyllostachys heterocycla）是我國南方重要的森林資源，具有適應(yīng)性廣，生長更新迅速、自然成熟期短等優(yōu)點(diǎn)，一般5～6 a即可砍伐用材，是中國南方重要的森林資源。有研究表明，毛竹林的固碳能力極強(qiáng)，其年碳固定量可達(dá)到杉木等速生樹種的1.33～2.46倍。我國竹類資源豐富，竹子種類和竹林面積均約占全世界的三分之一，其中毛竹林面積約450萬hm2，約占全國竹林面積的3/4。因此，竹林生態(tài)系統(tǒng)在減少溫室氣體（減排）和森林碳匯中發(fā)揮積極作用。研究毛竹林生態(tài)系統(tǒng)固碳及增匯潛力對(duì)科學(xué)評(píng)價(jià)其生態(tài)功能及其效益有著重要的意義。近些年來，有關(guān)毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及其影響因素的研究已有較多報(bào)道。本研究以位于廣西西北部（桂西北）的南丹縣毛竹林為研究對(duì)象，通過探討其碳素含量、碳貯量、固碳能力及其分布特征，為進(jìn)一步評(píng)估毛竹林的固碳潛力和生態(tài)效益，促進(jìn)其可持續(xù)經(jīng)營提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1.研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于廣西西北部的南丹縣城關(guān)鎮(zhèn)（107°31′E，24°59′′N）。南丹縣屬中亞熱帶山地氣候類型，海拔多數(shù)在500～1000 m之間，年平均溫度16.9℃，年平均降雨量1498.2 mm。試驗(yàn)地設(shè)置在山口林場(chǎng)山口分場(chǎng)，海拔約850 m，土壤母巖為砂頁巖，土壤類型屬于山地紅壤、黃紅壤，平均厚度在80 cm以上。林下植物中灌木層主要有山烏桕（Sapium discolor）、油茶（Camellia oleifera）、杜莖山（Maesa japonica）等，草本植物主要有淡竹葉（Lophatherum gracile）、黃茅（Heteropogon contortus）等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置

由于毛竹4～10月生長活躍，11月后生長逐漸停止，因此本研究為了更準(zhǔn)確地測(cè)量毛竹的生長量和生物量，于2018年12月初在研究區(qū)中選擇毛竹林生長良好的地塊，隨機(jī)設(shè)置3塊樣地，面積均為400 m2（20 m×20 m）。調(diào)查測(cè)定樣地內(nèi)所有立竹的胸徑、樹高。毛竹林的基本情況如表1所示。

1.2.2生物量測(cè)定

根據(jù)平均胸徑和平均竹高選擇5株標(biāo)準(zhǔn)竹，砍伐后地上部分采用“分層切割法”按竹稈、 竹枝和竹葉分別稱其鮮質(zhì)量，地下部分采用挖掘法挖出竹蔸和所有根系，然后用水漂洗干凈，分別稱其鮮 重。采集毛竹將各組分約0.5～1.0 kg帶回實(shí)驗(yàn)室，放入烘箱中于80°C烘干至恒重，求算生物量。

在各樣地內(nèi)按對(duì)角線分別設(shè)置小樣方3個(gè)，面積均為2 m ×2 m，對(duì)樣方內(nèi)灌木、草本的種類、個(gè)體數(shù)、高度和覆蓋度等進(jìn)行調(diào)查，然后采用“樣方收獲法”測(cè)定灌木層、草本層和凋落物層鮮質(zhì)量。采集喬木層各器官、灌木層、草本層和凋落物層樣品各約500g，帶回實(shí)驗(yàn)室放入烘箱內(nèi)于80 ℃烘至恒質(zhì)量，測(cè)定各樣品的含水率和干質(zhì)量，估算各組分生物量。

1.2.3 土壤樣品的采集

在各樣地內(nèi)桉對(duì)角線設(shè)置方法挖掘3個(gè)土壤剖面，按0～20、20～40、40～60、60～80 cm共4個(gè)層次各采集約1 kg土壤，同一樣地內(nèi)相同土層樣品混合后按四分法取約1 kg裝入布袋內(nèi)，于室內(nèi)自然風(fēng)干后研磨過0.149 mm篩，裝入自封袋，與待測(cè)植物樣品均采用K2CrO7容量法測(cè)定有機(jī)碳含量。

1.2.4 樣品含碳量測(cè)定

土壤和植物樣品中碳含量測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱法。

12.5 生態(tài)系統(tǒng)碳貯量和喬木層年凈固碳量的計(jì)算

毛竹生態(tài)系統(tǒng)碳貯量為喬木層、灌木層、草本層、枯落物層和土壤層碳貯量之和。由于毛竹林為異齡林，一直處于生長的動(dòng)態(tài)平衡中，經(jīng)營過程中采取的是擇伐作業(yè)，通常隔年伐去3度以上毛竹。每次采伐毛竹的生物量約為其現(xiàn)存生物量的1/3。因此，本研究參照周國模等[14]采用現(xiàn)存喬木層生物量的1/3進(jìn)行其年生長量（或碳固定量）的計(jì)算。

1.2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

利用Excel2013軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 22.0軟件對(duì)毛竹林生態(tài)系統(tǒng)中喬木層、灌木層、草本層、凋落物層和土壤層碳含量、碳貯量及喬木層不同器官年碳固定量間差異性等進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA）。

2 結(jié)構(gòu)與分析

2.1 毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳含量

2.1.1毛竹各器官碳含量

毛竹各器官碳含量介于462.36～488.0 g/kg之間，全樹平均碳含量為480.2 g/kg，，其大小為竹桿（488.02 g/kg）>竹枝（472.84 g/kg）>竹兜（471.50 g/kg）>竹根（467.54 g/kg）>竹葉（462.36 g/kg），各器官碳含量間的差異均不顯著（P>0.05）（表2）。

2.1.2 林下植被層、凋落物層和土壤層碳含量

從表3可知，毛竹林林下植被層和凋落物層碳含量大小表現(xiàn)為灌木層（442.7 g/kg）>凋落物（407.3 g/kg）>草本層（387.5 g/kg），均遠(yuǎn)高于各土層碳含量（7.15～43.70 g/kg）。受地表腐殖化作用所形成有機(jī)物質(zhì)聚集效應(yīng)的影響，不同土層有機(jī)碳含量呈現(xiàn)隨土壤深度增加而顯著下降（P<0.05）的變化趨勢(shì)，其中0～20 cm土層有機(jī)碳含量（43.70 g/kg）分別是20～40、40～60和60～80 cm土層的174、3.49和6.11倍。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及其分配

2.2.1 植被層碳儲(chǔ)量

毛竹林生態(tài)系統(tǒng)的植物層包括喬木層、灌木層、草本層和凋落物層。從表4可知，毛竹林植物層生物量和碳儲(chǔ)量分為68.83和33.05 t/hm2，其不同層次生物量及碳儲(chǔ)量間差異均顯著（P<0.05），其中，喬木層碳儲(chǔ)量（33.05 t/hm2）占植被層碳儲(chǔ)量（35.32 t/hm2）的92.48%。喬木層不同器官碳儲(chǔ)量由大到小排列順序?yàn)椋褐駰U（19.53 t/hm2）、竹蔸（4.07 t/hm2）、竹枝（3.77 t/hm2）、竹根（3.58 t/hm2）、竹葉（2.10 t/hm2），其所占喬木層碳儲(chǔ)量比例分別為59.09%、12.31%、11.41%、10.83%、6.35%，與其生物量所占比例的排序相一致。

受毛竹生物學(xué)特性及其林分結(jié)構(gòu)等影響，其林分郁閉度較大，林下植被發(fā)育較差，覆蓋度較?。ū?），因此林下植被組成中的灌木層、草本層生物量也都較少，分別為0.50和1.32 t/hm2，碳儲(chǔ)量依次為0.22和0.51 t/hm2，僅分別占植被層碳儲(chǔ)量的0.62%和1.44%。凋落物層相對(duì)較豐富，其生物量和碳儲(chǔ)量分別為3.78和1.54 t/hm2，分別占植被層生物量和碳儲(chǔ)量的5.08%和4.36%。

2.2.2 土壤層碳儲(chǔ)量

毛竹林土壤層（0～80 cm）碳儲(chǔ)量為174.26 t/hm2，各土層碳儲(chǔ)量在垂直分布上表現(xiàn)出與其碳含量相同的變化趨勢(shì)，即隨土層加深而減少，且各土層間差異顯著（P<0.05）（表5）。在各土層碳儲(chǔ)量的分配中，0～20 cm土層所占比例（42.63%），遠(yuǎn)高于20～40、40～60和60～80 cm土層碳儲(chǔ)量分別所占比例（27.82%、15.78%和9.92%）。

2.2.3 生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及其分配

從表6可見，禿杉林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量為209.58 t/hm2，其中喬木層（33.05 t/hm2）占15.77%，灌木層、草本層和凋落物層（0.22、0.51和1.54 t/hm2）分別占0.10%、0.24%和0.73%;土壤層（174.26 t/hm2），占83.15%?？梢?，土壤層是毛竹林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的主體。

2.3 喬木層年凈固定碳量

根據(jù)估算（表7），毛竹林喬木層年凈生產(chǎn)力為11.48 t/（hm2·a），年凈固定碳量為5.51 t/（hm2·a），相當(dāng)于年CO2量20.20 t/（hm2·a）。喬木層不同組分年凈固定碳量以竹竿最大，為3.26 t/（hm2·a），占喬木層年凈固定碳量的59.17%;其次是竹蔸、竹枝和竹根，分別為0.68、0.63和0.60 t/（hm2·a），分別占12.34%＼11.43%和10.89%;竹葉最少，為0.35 t/（hm2·a），僅占6.35%。

3 結(jié)論與討論

研究表明，桂西北毛竹林各器官碳含量在436.4 ～501.2 g/kg 之間，與相同區(qū)域杉木不同器官碳含量介于464.5～508.9 g/kg、馬尾松不同器官碳含量介于463.4～511.2 g/kg以及禿杉不同器官碳含量介于425.3～507 g/kg相似。毛竹平均碳含量（480.2 g/kg）也介于目前國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行森林碳儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)采用的轉(zhuǎn)換系數(shù)450 g/kg～500 g/kg之間。毛竹不同器官碳含量大小為竹枝>竹稈>蔸根>竹蔸>竹葉，與周國模等（竹根 >竹稈 >竹蔸 >竹枝 >竹鞭 >竹葉）和王兵等（竹枝>竹稈>蔸根>竹蔸>竹葉）的研究結(jié)果相似，但與相同地區(qū)杉木、禿杉和馬尾松人工林的研究結(jié)果存在差異，說明毛竹各器官碳含量的變化規(guī)律與上述林木存在差異，這可能與毛竹生物學(xué)特性等有關(guān)

毛竹林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量為209.58 t/hm2，其中喬木層碳儲(chǔ)量為33.05 t/hm2，占生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的15.77%，占植被層碳儲(chǔ)量（35.32 t/hm2）的92.48%，表明喬木層碳儲(chǔ)量是毛竹林整個(gè)植被層碳儲(chǔ)量的主體。據(jù)報(bào)道，中國森林喬木層平均碳儲(chǔ)量為57.07 t/hm2，中國熱帶、亞熱帶針葉林碳儲(chǔ)量為63.17 t/hm2，相同區(qū)域12年生西南樺人工林、26年生馬尾松人工林的喬木層碳儲(chǔ)量分別為喬木層碳儲(chǔ)量為57.13和 92.67t/hm2，浙江省臨安市毛竹林喬木層碳儲(chǔ)量為30.58 t/hm2，說明本研究毛竹林喬木層碳儲(chǔ)量雖然比一些人工用材林相對(duì)較低，但在毛竹林中處于較高水平，其原因可能與毛竹林的結(jié)構(gòu)和經(jīng)營方式的特殊性有關(guān)。本研究中毛竹林土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量為174.26 t/hm2，高于我國人工林土壤平均碳儲(chǔ)量（107.10 t/hm2），這也是研究區(qū)毛竹林生長良好并具有較高生物量和碳儲(chǔ)量積累能力的重要原因。

毛竹林喬木層年凈固定碳量為5.51 t/（hm2·a），相當(dāng)于年吸收CO2 量為20.20 t/（hm2·a），分別高于相同區(qū)域12年生西南樺人工林（4.77 t/（hm2·a））、26年生馬尾松人工林（5.41 t/（hm2·a）），也高于浙江省臨安市毛竹林（5.10 t/（hm2·a））和湖南省桃江縣5年生毛竹林（4.70 t/（hm2·a）），因此，本研究區(qū)毛竹林具有較強(qiáng)的碳匯功能，合理經(jīng)營和發(fā)展毛竹人工林將是當(dāng)?shù)匾环N兼具木材收獲和碳匯雙重效益或功能的重要經(jīng)營模式。

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基金項(xiàng)目：廣西創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目（桂科AA17204087-11）;國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31760201，31560206）。

作者簡(jiǎn)介：劉凡勝（1965?），男，工程師，廣西南丹縣人，工程師，從事人工林培育技術(shù)研究。