[ ]

收稿日期：2023-04-17

作者簡介：歐軍（1990—），男，廣西恭城人，本科，工程師，主要從事速生豐產(chǎn)林栽培研究。E-mail：46477113@qq.com。

歐軍，鄭偉，陳秀鳳，等.馬尾松+紅椎純林及混交林碳儲量分析[J].南方農(nóng)業(yè)，2023，17（21）：153-156.

摘 要 在廣西崇左市國有派陽山林場，利用樣地調(diào)查等方式，設(shè)置了M（馬尾松純林）、H（紅椎純林）和MH（馬尾松紅椎同齡株間混交林，株數(shù)比例1∶1）3種林分類型，分析3種林分處理下生態(tài)系統(tǒng)不同組分的碳儲量及分配情況。結(jié)果表明，3種處理的碳儲量存在顯著差異，人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量由高到低依次為混交林（235.48 t·hm-2）、馬尾松純林（196.49 t·hm-2）、紅椎純林（144.69 t·hm-2）；在造林方式上混交林優(yōu)于純林，在樹種選擇上馬尾松優(yōu)于紅椎；對于MH、M處理方式，喬木層的碳儲量比例均最高，地被物層最低；H處理方式下土壤層的碳儲量比例最高，地被物層最低。人工林生態(tài)系統(tǒng)中，碳儲量主要分配在喬木層、土壤層中，少量分配在地被物層。

關(guān)鍵詞 人工林；碳儲量；混交林；馬尾松林；紅椎林

中圖分類號：S718.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.21.039

森林生態(tài)系統(tǒng)可劃分為天然林生態(tài)系統(tǒng)和人工林生態(tài)系統(tǒng)兩大部分，是森林生物與環(huán)境之間、森林生物之間的相互作用，并產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)循環(huán)的統(tǒng)一體系，具有涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質(zhì)和凈化大氣層等重要作用。而森林生態(tài)系統(tǒng)對固存CO2的作用是不可替代的，對實現(xiàn)碳中和、碳達(dá)標(biāo)具有關(guān)鍵性作用。在當(dāng)前森林生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯工作中，我國通常將人工造林與改造低產(chǎn)林作為森林生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯的有效措施。在人工造林與低產(chǎn)林改造中，造林方式選擇與樹種類型決定著人工林固碳增匯的效果。為探究人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量提升方式，研究馬尾松和紅椎樹種純林及混交林造林方式的碳儲量，以期從人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量視角下，探明不同樹種造林方式所帶來的影響，為提高我國人工造林在森林生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯工作中的應(yīng)用提供參考。

1" 材料與方法

1.1" 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)域位于廣西崇左市國有派陽山林場，屬熱帶及南亞熱帶季風(fēng)氣候，日照較為充足，熱量充沛，年均氣溫22 ℃，≥10 ℃活動積溫7 730 ℃，夏季較長，冬季較短，無霜期可達(dá)360 d，降雨主要集中于5—8月，年均降水量1 300～1 650 mm，年均相對濕度83%。地貌地形多為丘陵、少數(shù)低山，土壤主要為赤紅壤，土層厚度60 cm以上，呈弱酸性，質(zhì)地較為疏松，有機質(zhì)含量4%左右。主要植被灌木為桃金娘、大沙葉等，喬木以馬尾松、八角為主，草本以五節(jié)芒、鐵芒箕為主。

1.2" 試驗設(shè)計

設(shè)置3種林分類型處理方式：M（馬尾松純林）、H（紅椎純林）和MH（馬尾松紅椎同齡株間混交林，株數(shù)比例1∶1），造林密度均為2 m×3 m，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積0.8 hm2， 3次重復(fù)。試驗林于2007年5月進(jìn)行造林，采用廣西林業(yè)科學(xué)研究院培育的馬尾松、雜交松和紅椎優(yōu)質(zhì)苗木，造林后3種林分經(jīng)管方式相同，人造林樹齡16年。

1.3" 試驗方法

1.3.1" 樣地調(diào)查及生物量測定

2023年2月在各小區(qū)中選擇樣地，共計9塊，每塊尺寸20 m×30 m。每木檢尺獲取胸徑及樹高，檢尺選擇胸徑5 cm以上樹木。對于林分中林木及喬木層有關(guān)生物量，參考明安剛等人建立生物量計算方程進(jìn)行估算[1]。對于各器官單位面積碳儲量，參考明安剛等人測定相關(guān)器官碳密度進(jìn)行計算[2]，均取均值。3種林分類型概況見表1。

1.3.2" 林下植被測定

在每個樣地設(shè)置5個測定樣方，樣方設(shè)置于樣地4角、中心，樣方尺寸2 m×2 m；在每個樣方中設(shè)置1個測定小樣方，小樣方設(shè)置于樣方中心，小樣方尺寸1 m×1 m；調(diào)查與記錄樣方中林下植被（灌木、草本）的種類、生物量（地上+地下部分，收獲法測定）。測定每小樣方中未分解凋落物重量、半分解凋落物重量；取200 g林下植被及凋落物的分析樣進(jìn)行含水量和碳密度的測定。

1.3.3" 土樣測定

在樣地中挖掘土壤剖面，每隔20 cm為1層，共3層60 cm深，每層采樣400 g用于土壤碳密度測定；每層鋁盒采樣20 g用于土壤含水量測定；每層環(huán)刀采樣100 cm3用于土壤容重測定。

1.3.4" 碳密度、碳儲量的測定與計算

對于林分、土壤的碳密度，采用重鉻酸鉀-水合加熱法進(jìn)行測定；對于喬木層、灌木層、草層、凋落層的碳儲量計算，取其各組成部分（干、皮、枝、葉、根，地上、地下部分）碳密度與生物量乘積之和的1/1 000[3]；對于土壤碳儲量的計算，取每層碳密度與容重乘積之和的2倍[4]。其中，喬木層、灌木層、草層和凋落層的碳儲量計算公式分別為式（1）、（2）、（3）和（4）。

[Ct=[（Dst×Mst）+（Dba×Mba）+（Dbr×Mbr）+（Dle×Mle）+（Dro×Mro）]÷103] （1）

該式中Ct表示喬木層碳儲存量，Dst與Mst表示干的碳密度生物量，Dba與Mba表示皮的碳密度與生物量，Dbr與Mbr表示枝的碳密度與生物量，Dle與Mle表示葉的碳密度與生物量，Dro與Mro表示枝的碳密度與生物量。

[Cs=[（Dsa×Msa）+（Dsu×Msu）÷103]" "（2）

該式中Cs表示灌木層碳儲量，Dsa與Msa表示灌木層地上碳密度與生物量，Dsu與Msu表示灌木層地下碳密度與生物量。

[Cc=[（Dca×Mca）+（Dcu×Mcu）÷103] （3）

該式中Cc表示草層碳儲量，Dca與Mca表示草層地上碳密度與生物量，Dcu與Mcu表示草層地下碳密度與生物量。

[Ct=[（Dt?×Mt?）+（Dtn×Mtn）÷103] （4）

該式中Ct表示凋落層碳儲量，Dth與Dtn表示凋落層未分解的凋落物碳密度與現(xiàn)存量，Mth與Mtn表示已分解的凋落物碳密度與現(xiàn)存量。

所有數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007軟件，方差分析及顯著性檢驗采用SPSS 17.0軟件。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 生態(tài)系統(tǒng)不同組分碳儲量及分配情況

2.1.1" 喬木層

3種處理方式下喬木層碳儲量在各器官中的分配量及其占比如表2所示，可以看出，喬木層碳儲量情況：MH（126.50 t·hm-2）＞M（106.25 t·hm-2）＞H（47.84 t·hm-2），3種處理之間差異顯著。表明在提高林分喬木層碳儲量時，混交林方式要優(yōu)于純林，純林情況下不同樹種馬尾松優(yōu)于紅椎。根據(jù)各器官碳儲量分配量可知，對于同處理不同器官、同器官不同處理，碳儲量均存在顯著差異。3種處理下喬木層各器官碳儲量分配中樹干碳儲量分配比例最高，葉碳儲量分配比例最低；各器官中碳儲量分配最高的處理分別為干（H）、皮（M）、枝（MH）、葉（MH）、根（M）。通過對比同器官不同處理的碳儲量分配比例可知，除葉器官的MH、M處理的差異不顯著，其余均存在顯著差異；3種處理下， M、H處理的各器官碳儲量分配比例由高到低依次為干、根、枝、皮、葉，而MH處理中則是枝分配比例高于根小于干，表明混交林的方式會降低根、提高枝的碳儲量分配比例。

2.1.2" 林下地被物

3種處理的林下地被物碳儲量如表3所示，可以看出，不同處理方式的林下地被物碳儲量為1.98～4.04 t·hm-2，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于喬木層，地被物碳儲量最高的處理是M，最低的是H，M與H、MH與H處理間存在顯著差異，M與MH處理間不存在顯著差異；不同處理的林下各層次碳儲量分配量最大的均為凋落物層，最低的均為草本層，不同層次間存在顯著差異；不同層次碳儲量最高的處理方式均為M，MH次之，H最低。

2.1.3" 土壤

3種處理方式下土壤碳儲量如表4所示，可以看出，不同處理土壤碳儲量為MH（105.53 t·hm-2）＞H（94.87 t·hm-2）＞M（86.20 t·hm-2），處理間差異不顯著；在各處理下土壤碳儲量均隨著土層深度增加而下降，土層0～20 cm與土層20～40 cm、土層40～60 cm差異顯著，土層20～40 cm與土層40～60 cm比較僅有M處理存在顯著差異。在同一土層情況下，H、M、MH處理的碳儲量差異不顯著；不同土層碳儲量，MH最高、H次之、M最低，表明土壤碳儲量混交林要優(yōu)于純林，純林情況下樹種紅椎優(yōu)于馬尾松。根據(jù)不同處理下各土層碳儲量可知，土層0～20 cm的碳儲量約占土壤碳儲量的54.96%～56.56%，土層20～40 cm的碳儲量約占土壤碳儲量26.33%～27.57%，土層40～60 cm的碳儲量約占土壤碳儲量的16.20%～17.47%，各土層碳儲量占比上下限較為接近，變幅不大，表明無論是混交林還是純林，對于相同土層的土壤碳儲量分配比例相近。

2.2" 生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量及其分配情況

3種處理方式下生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量如表5所示。可以看出，人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量情況為MH（235.48 t·hm-2）＞M（196.49 t·hm-2）＞H（144.69 t·hm-2），處理間存在顯著差異。表明選用混交林造林方式、馬尾松樹種可有效提供人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量，MH處理方式下，人工林生態(tài)系統(tǒng)中喬木層、地被物層、土壤層碳儲量分配比例，在不同處理方式下MH分別為53.72%、1.47%、44.81%，M分別為54.07%、2.06%、43.87%，H分別為33.06%、1.37%、65.57%，可知喬木層碳儲量分配比例范圍為33.06%～54.07%，上下限變幅較大且最大，同理地被物最小，土壤層居中。

3" 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，對于純林和混交林兩種造林方式的碳儲量存在顯著差異，馬尾松和紅椎混交林碳儲量要優(yōu)于任何單一樹種的純林，主要原因可能是混交林造林方式可為不同林分生長提供更好的土壤、溫度、光照條件，更加有利于不同林木生長[5]；不同樹種的碳儲量存在顯著差異，馬尾松純林碳儲量要優(yōu)于紅椎純林，主要原因可能與樹種的生長習(xí)性有關(guān)[6]，馬尾松耐旱、耐貧瘠，抗逆性強，而紅椎喜濕、喜肥水，適應(yīng)性相對較差，生長情況存在差異，致使碳儲量存在差異，這在生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量及喬木層中均有所體現(xiàn)。

關(guān)于灌木和草木層的碳儲量，馬尾松純林最高、混交林居中、紅椎純林最低，這可能與樹種類型及郁閉度有關(guān)[7]，馬尾松為針葉、紅椎為闊葉，則馬尾松下灌木、草木數(shù)量較多，而紅椎則較少，導(dǎo)致碳儲量占比不高。關(guān)于凋落物層的碳儲量，混交林最高，紅椎純林居中，馬尾松純林最低，這可能與林分凋落物量與分解速度有關(guān)，混交林凋落物量最高、存量居中，分解速度居中，紅椎純林凋落物量居中、存量最少，分解最快，馬尾松純林凋落物量最少，但存量最多，分解最慢，進(jìn)而導(dǎo)致碳儲量存在差異。對于土壤層碳儲量，主要集中在表土層0～20 cm，且不同樹種、造林方式表土層的占比均達(dá)到50%以上，而表土層的碳儲量主要來自凋落物，此情況與凋落物層相近，各處理方法差異不顯著。綜上所述，在人工林營建時，應(yīng)盡量選擇混交造林方式，以提高系統(tǒng)的碳儲量；若選擇純林造林方式時，則應(yīng)盡量選擇適用性高、抗逆性強、速生的樹種。

參考文獻(xiàn)：

[1] 明安剛，劉世榮，莫慧華，等.南亞熱帶紅錐、杉木純林與混交林碳貯量比較[J].生態(tài)學(xué)報，2016，36（1）：244-251.

[2] 明安剛，張治軍，諶紅輝，等.撫育間伐對馬尾松人工林生物量與碳貯量的影響[J].林業(yè)科學(xué)，2013，49（10）：1-6.

[3] 周靜，呂曉琪.北京大興區(qū)森林植被碳儲量計算及價值分析[J].綠色科技，2022，24（16）：49-52

[4] 蕭軍，雷蕾，曾立雄，等.不同經(jīng)營模式對華北油松人工林碳儲量的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2022，31（11）：2134-2142

[5] 張艷，袁亞玲，李勛，等.馬尾松與3種闊葉樹混合凋落葉分解過程中碳循環(huán)相關(guān)酶活性的變化特征[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報，2022，31（1）：29-41.

[6] 王睿涵.林分特征和氣候?qū)︸R尾松林碳儲量及其分配的影響[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2021.

[7] 黃智軍.長汀紅壤侵蝕區(qū)不同郁閉度馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)特征研究[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2018.

（責(zé)任編輯：易" 婧）