不同类型油松林生物量碳密度的研究

张志明，常 帅，张亚珍

(1.山西省吕梁山国有林管理局，山西 临汾 041000;2.介休市园林局，山西 介休 032000;3.孝义市社会保险事业中心，山西 孝义 032300)

不同类型油松林生物量碳密度的研究

张志明1，常 帅2，张亚珍3

(1.山西省吕梁山国有林管理局，山西 临汾 041000;2.介休市园林局，山西 介休 032000;3.孝义市社会保险事业中心，山西 孝义 032300)

综合分析了油松林生物量碳密度的估算方法，对油松人工林与天然林、纯林与混交林碳密度进行比较，结果显示:油松天然林乔木层的碳密度(63.34 t/hm2)是人工林(42.14 t/hm2)的1.5倍，且其变化幅度大于人工林;油松天然林生态系统的碳密度(154.98 t/hm2)大于人工林(103.46 t/hm2)，其变化幅度也较人工林大。油松纯林乔木层碳密度(42.60 t/hm2)大于混交林(28.31 t/hm2)，而生态系统碳密度(95.89 t/hm2)小于混交林(109.26 t/hm2)。

油松生物量;碳密度;人工林;天然林;混交林;纯林

森林生态系统是最大的碳库之一(1 146 GtC)，约占地球陆地碳库的46%，在调节全球碳平衡、维护全球气候等方面具有不可替代的作用。油松林是中国暖温带落叶林区域重要的森林类型，其分布范围横跨辽宁省、内蒙古自治区、河北省、北京市、天津市、山西省、陕西省、宁夏回族自治区、甘肃省、青海省、四川省、河南省、山东省、湖北省14个省市;地理范围为东经 103°20'～ 124°45'，北纬 31°13'～43°33';垂直分布范围为海拔400 m～1 000 m．油松天然林多为单层纯林，混交林较少，常见混交树种有蒙古栎、辽东栎、槲栎、槭、椴、山杨、白桦等。笔者搜集不同研究地区油松标准地调查数据，包括郁闭度、单位面积乔木层生物量、土壤容重、土壤中有机质含量等。以油松天然林和人工林、油松纯林和混交林为研究对象，对不同类型油松林生物量碳密度进行比较分析，为油松林人工抚育提供理论基础。

1 资料来源

笔者搜集到的文献资料中提供了北京八达岭、太岳地区、老顶山、岷江上游、秦岭火池塘、黄陵县双龙林场、甘肃武都等研究区的油松林生物量估测模型，见第12页表1．同时还收集山西省晋中市林业局、山西省吕梁山国有林管理局和北京市西山等地的样地资料来补充数据库，共400组有代表性的生物量数据。所搜集的油松样地资料涵盖了我国油松 的主要分布区，具有一定的代表性。

表1 研究区油松生物量估测模型

2 研究方法

2.1 植被生物量的估算

将油松生物量分为乔木层和林下植被层(包括灌木和草本)两个层次进行估算。

2.1.1 乔木层生物量的估算

乔木层植被生物量采用材积源生物量法进行估算。根据具体文献内容进行不同的处理，未提及乔木层生物量的资料，将根据样地所在县或林场的地理位置，从文献给出的乔木生物量估测模型中选择其所在地区的乔木生物量估测模型来估算其单位面积各组分的生物量;内蒙古、辽宁、四川地区可根据文献“中国油松生物量的研究”中该地区的生物量估测模型进行估算。由于有些地区只提供了树干(带树皮)的生物量估测模型，而有些地区提供了树干、树皮的生物量估测模型。所以，笔者将两者合并为1组数据进行处理。一些文献只提供了部分生物量，笔者将根据其它文献提供的该地区各部分生物量之间的比例求得平均值。

2.1.2 林下植被层生物量的估算

综合林下植被(包括灌木和草本)层的生物量数据，采用Systat 10.0软件将其林下植被层的生物量与林分郁闭度建立回归方程，得到回归方程如下:

式中:W——林下植被层的生物量，单位为t/hm2;

B——样地的郁闭度。

2.2 枯落物现存生物量的估算

将收集到的各样地有关枯落物现存储量的平均值作为该油松林分布区的枯落物现存储量，见表2．采用吴刚等提供的内蒙古赤峰的数据0.08 t/hm2作为内蒙古油松林分布区的枯落物现存量，山东省泰山的数据4.82 t/hm2作为山东省油松林分布区的枯落物现存量。收集到的混交林数据共7组，取其平均值12.45 t/hm2作为各研究地区混交林下枯落物的现存量。

表2 各油松林分布区枯落物的现存量 t/hm2

2.3 油松林碳密度的估算

森林生态系统的碳库由植被、枯枝落叶和土壤三部分组成。

2.3.1 乔木层碳密度的估算

乔木层碳密度根据最新的研究成果，油松纯林采用0.503 0的比例系数计算其乔木层的碳密度;混交林视其混交比例而定，根据油松0.503 0，侧柏0.505 3，白桦0.500 8的比例系数来计算混交林的乔木层碳密度;油松与刺槐的混交林中，刺槐的含碳量暂用国际上通用的估算森林含碳率的比例系数0.5进行估算。计算公式如下:

式中:C——乔木层的碳密度(t/hm2);

W——1 hm2乔木层的生物量(t/hm2);

Ti——i树种的碳含量比例系数。

2.3.2 林下植被层碳密度的估算

林下植被层碳密度的计算公式为:

式中:C——林下植被层的碳密度(t/hm2);

W——1 hm2林下植被层的生物量(t/hm2)。

2.3.3 枯落物碳密度的估算

林下枯落物碳密度的计算公式为:

式中:C——枯落物层的碳密度(t/hm2);

W——1 hm2枯落物的现存量(t/hm2)。

2.3.4 土壤碳密度的估算

文献中对土壤碳密度的研究集中在0 cm～60 cm土层，笔者将油松人工林与天然林、纯林与混交林分别估算，用其平均值代替该林分类型的土壤碳密度。根据调查结果可分别计算出各种林分类型单位面积土壤层0 cm～60 cm的碳密度，油松人工纯林为5.288 t/hm2，油松天然纯林为4.859 t/hm2，混交林为6.9 t/hm2．

3 结果与分析

3.1 油松天然纯林和人工纯林碳密度对比

油松纯林按起源分为天然林和人工林。将油松人工林龄组划分为:幼龄林Ⅰ0 a～20 a，中龄林Ⅱ21 a～30 a，近熟林Ⅲ31 a～40 a，成熟林Ⅳ41 a～60 a;天然林龄组划分为:幼龄林Ⅰ0 a～30 a，中龄林Ⅱ31 a～50 a，近熟林Ⅲ51 a～60 a，成熟林Ⅳ61 a～80 a．油松人工林、天然林乔木层碳密度比较见图1．

图1 油松人工林与天然林乔木层碳密度的比较

从图1可以看出，随着林龄的增长，油松人工林乔木层碳密度逐渐增大;天然林乔木层碳密度先增大，到成熟林时期又降低。天然成熟林乔木层碳密度小于天然近熟林和天然中龄林。文献资料所调查的天然成熟林分布在海拔1 500 m～1 700 m，林分密度比较小，可能是因为人为活动频繁、干扰严重，故其乔木层生物量小，储存的碳素低于近熟林和中龄林。不同林龄天然林乔木层碳密度均高于人工林，说明，现有的油松人工林需要进行人工抚育，使其碳密度接近天然林分，储存更多的碳，推进“近自然林业”的发展。

经计算得出，油松人工林乔木层碳密度为42.14 t/hm2，生态系统碳密度为103.46 t/hm2;天然林乔木层碳密度为63.34 t/hm2，生态系统的碳密度为154.98 t/hm2，变化幅度较人工林大。

3.2 油松纯林与混交林的对比分析

油松混交林与纯林乔木层碳密度的比较见图2．

图2 油松混交林与纯林乔木层碳密度的比较

由图2可以看出，油松纯林的乔木层碳密度(42.60 t/hm2)大于混交林(28.31 t/hm2)。因为混交林均是人工林，林龄小。纯林中有一部分是天然林，林龄大，积累的碳量多。通过分析发现，油松与侧柏的混交林乔木层碳密度最大，而油松与白桦混交林的碳密度最小。可见，选择适宜的混交树种，安排恰当的混交比例是提高混交林碳密度的最好办法。

收集到的混交林其树龄均为25 a左右，计算得出油松混交林乔木层碳密度为28.31 t/hm2，生态系统总碳密度为109.26 t/hm2，与纯林(21 a～30 a)乔木层碳密度(37.07 t/hm2)及生态系统总碳密度(95.89 t/hm2)相比，混交林乔木层碳密度偏小，而生态系统总碳密度较大。原因是油松混交林的枯落物、土壤碳密度大于纯林，虽然其乔木层生物量小于纯林，但混交林在改良土壤方面的作用大于纯林，使其下土壤能储存更多的碳素。说明油松混交林的碳汇功能大于纯林，且其碳汇功能主要表现在林下枯落物层和土壤方面。

4 结论

1)油松天然林乔木层碳密度(63.34 t/hm2)是人工林(42.14 t/hm2)的1.5倍，变化幅度大于人工林;油松天然林生态系统的碳密度(154.98 t/hm2)大于人工林(103.46 t/hm2)，变化幅度也较人工林大。2)油松纯林乔木层碳密度(42.60 t/hm2)大于混交林(28.31t/hm2)，而生态系统碳密度(95.89 t/hm2)小于混交林(109.26 t/hm2)。

［1］刘国华，傅伯杰，方精云．中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献［J］．生态学报，2000，20(5):733-740.

［2］马钦彦，谢征鸣．中国油松林储碳量基本估计［J］．北京林业大学学报，1996，18(3):31-34.

［3］吴 刚，冯宗炜．中国油松林群落特征及生物量的研究［J］．生态学报，1994，14(4):415-422.

［4］马钦彦，陈遐林，王 娟，等．华北主要森林类型建群种的含碳率分析［J］．北京林业大学学报，2002(Z1):100-104.

Research on Biomass Carbon Density of Different Kinds of Pinus tabulaeformis Forests

Zhang Zhiming1，Chang Shuai2，Zhang Yazhen3
(1.National Forestry Management Bureau of Lvliang Mountain in Shanxi，041000 Linfen，China;2.Jiexiu Garden Bureau，032000 Jiexiu，China;3.Xiaoyi Social Insurance Business Center，032000 Xiaoyi，China)

Carbon densities of P．tabulaeformis planted forest and natural forest，pure forest and mixed forest were compared respectively by P．tabulaeformis forest biomass carbon density estimation method．The results showed that carbon density of tree layer(63.34 t/hm2)of P．tabulaeformis natural forest was 1.5 times than the planted(42.14 t/hm2)，and the variance was larger than the planted forest．Ecosystem carbon density of P．tabulaeformis natural forest(154.98 t/hm2)was more than the planted forest(103.46 t/hm2)，and the variance was larger than the planted forest．Carbon density of tree layer of P．tabulaeformis pure forest(42.60 t/hm2)was more than mixed forest(28.31 t/hm2)，while ecosystem carbon density of P．tabulaeformis natural forest(95.89 t/hm2)was less than mixed forest(109.26 t/hm2)．

Biomass of P．tabulaeformis;carbon density;planted forest;natural forest;mixed forest;pure forest

S791.254

A

1007-726X(2012)03-0011-04

2012-05-17

张志明(1976— )，男，山西祁县人，2000年毕业于山西农业大学，助理工程师。