杉木人工林各植物组分含碳率研究

王赛专， 康文星, 杨志敏

(1.中南林业科技大学生命科学与技术学院， 湖南 长沙 410004; 2.芷江侗族自治县林业局林调队， 湖南 芷江 419100)

杉木人工林各植物组分含碳率研究

王赛专1， 康文星1, 杨志敏2

(1.中南林业科技大学生命科学与技术学院， 湖南 长沙 410004; 2.芷江侗族自治县林业局林调队， 湖南 芷江 419100)

分别采集会同县广坪林区第2代杉木人工林的杉木树干(去皮)、树皮、枝、叶、根系样品和灌木的干、枝(叶)和根样品与草本植物的地上、地下部分样品以及林内的枝、叶、果和碎屑凋落物和枯死根，用干烧法测定其含碳率。结果表明：杉木各器官含碳率大小的顺序是：树皮>树叶>树根>树干>树枝。树皮、树叶、树干、树枝含碳率随着树木年龄的增大而增加，树根含碳率随着树木年龄增大出现波动。林冠下草本植物的平均碳含量比木本植物低，且草本植物间碳含量差异要比木本植物间大。林龄对凋落物同种组分碳含量影响不显著。不同凋落物的碳含量即使在同一龄级也存在较大差异。枯死根系的碳含量要低于地上凋落物各组分的碳含量，林木各器官活有机体内的碳含量均大于相应死有机体(凋落物)内的碳含量。

杉木人工林； 植物组分； 含碳率； 会同县

绿色植物通过光合作用吸收大气中的CO2和土壤中的水分，经过一系列生物化学反应，将CO2和水分构建成碳水化合物。植物组织主要由碳水化合物中的纤维素组成，也含有其他的碳水化合物、其他有机化合物、矿物质，因此不同植物的相同组织，其成分不同，含碳率也不同；同一植物不同器官的组织，其成分不一样，含碳率也不一样[1]。王秀云[2]测得长白落叶松各器官的含碳率差异性，除了33 和46年生的干、枝、叶差异不显著外，其他林龄时，各器官含碳率均在0.05水平下差异显著。杉木(Cunninghamialanceolata)是我国南方亚热带特有的优良速生乡土用材树种，在我国森林生态系统碳平衡中发挥着举足轻重的作用[3]。我们对会同县杉木人工林各植物组分含碳率进行了研究，以期为杉木人工林生态系统的固碳作用、碳汇功能和可持续经营提供参考。

1 试验区概况

1.1自然条件

试验林设在湖南省会同县。该区是我国著名的杉木中心产区，地理位置为109°45′—110°07′E、22°41′—22°53′N。深冲林场林地面积共3039hm2，绝大部分为杉木人工林。该地区地形较开阔，属于丘陵和低山山地，海拔270～500m，相对高度150m以下，山峦起伏，其中杉木人工林的阳坡和阴坡都较短，平均坡度在20°以上[4]。根据国家重点野外科学试验站、国家林业局中南林业科技大学杉木人工林生态系统定位站长期观测的数据，该地区年均气温为16.8℃，1月平均气温为4.4℃，7月平均气温为26.3℃，年相对湿度在80%以上，年降雨量为1100～1400mm[5]。

1.2试验林概况

本研究在国家重点野外台站和国家林业局重点森林生态系统定位观测站、国家林业局——中南林业科技大学会同森林生态系统定位研究站的试验基地进行。在试验基地的林地北坡设有7个相互平行且自然地理状况基本相似的小集水试验区。试验林位于第3小集水试验区，其面积为1.9483hm2，平均坡度为25°，北坡，海拔280～355m，原是荒山，经炼山和全垦挖穴后，于1966年营造杉木人工林，密度为3000株/hm2。1987年冬，该区的杉木人工林全部皆伐；1988年春，按照国家林业局提出的丰产林标准，营造了第2代杉木林，密度为2400株/hm2。造林后前3年春、秋2季各抚育1次，此后没有进行抚育和间伐管理，任其自然生长。到2007年底，第2代杉木林林龄为20年，密度为2310株/hm2，林分平均高度15.8m，平均胸径15.8cm，叶面积指数7.63，郁闭度0.9左右[2]。

2 材料与方法

2.1材料

在第2代杉木人工林内设立固定样地。每1块样地面积667m2，样地内的林木按克拉大特法分级(5个生长级)进行每木调查(测定胸径、树高、冠幅)。根据林木各生长级的平均测树因子，每1级林木各选标准木1株，加上平均木共6株树木，记载常规的调查因子后，全部伐倒(根系分土层挖出)。在现场用分层截取法(1m区分)测其枝、叶、干和根等各组分的鲜重。

林下植被与凋落物调查，在标准样地内按S型设5个2m×2m的小样方，先调查小样方内林下植被类型(木本和草本)、种类、高度、多度等；凋落物层生物量分层获取，按其分解程度分为3层，即未分解、分解中和已分解层分别收集，测定其凋落物鲜重，用全部收获法将林下植物(连根系)收获测定其鲜重。

分别采集杉木的树干(去皮)、树皮、枝、叶、根系样品和灌木的干、枝(叶)和根样品与草本植物的地上、地下部分样品以及林内的枝、叶、果和碎屑凋落物和枯死根。考虑到分析样品时的实际用量较少，为保证取样全面以及混合均匀，本试验采用3次粉碎法制样，即初次粉碎时取样量较大，在初粉碎的基础上按四分法取其中的1/4进行第2次粉碎，然后同前方法进行第3次粉碎，经粉碎的样品过200目筛后装瓶备用。所有粉碎后的样品在分析前，再次放入80℃的恒温箱中烘24h。

2.2方法

测定样品含碳率采用干烧法，分别于第7、11、14、18、20年生时进行测定，共测定5次。用电子天平准确称取样品0.02～0.03g放入500mL三角瓶，加入1.0N重铬酸钾标准溶液10mL，摇匀，再加入20mL浓硫酸，轻轻摇动1min，使之与样品充分接触，放置30min后，用蒸馏水稀释至250mL，加入4滴邻罗啉指示剂，用0.5N硫酸亚铁溶液滴定，溶液由黄色经过绿色变到棕色即为终点，记录硫酸亚铁的用量。在测定样品的同时必须做2个空白试验，取其平均值。

计算公式为：

硫酸亚铁当量浓度(N)=

C%=(V0-V)N×0.03×1.33/样品重

3 结果与分析

3.1杉木不同器官含碳率

表1显示了7～14年生杉木各器官的含碳率，其含碳率大小的顺序是：树皮(491.20～499.40g/kg)>树叶(481.10～509.30g/kg)>树根(474.00～478.50g/kg)>树干(472.90～476.40g/kg)>树枝(452.90～458.00g/kg)。

表1 不同年龄杉木各器官含碳量Tab.1 CarboncontentofChinesefirorganswithdifferentages(g/kg)年龄(年)树叶树枝树干树皮树根10481.10452.90472.90491.20474.0011502.20454.00475.80492.50470.8014509.30458.00476.40499.40478.50

随着年龄的增长，杉木各器官的含碳率有所变化，原因可能是不同年龄阶段的杉木各器官组织的组成成分发生了变化，改变了其含碳率。从表1中看出，树皮、树叶、树干、树枝随着树木年龄的增大，含碳率也增加。10年生树叶含碳量481.10g/kg，14年时509.30g/kg，提高了5.86%；14年时树枝含碳量(458.00g/kg)，比10年生(452.90g/kg)提高5.10 g/kg，增加1.12%；树干含碳量从10年生的472.90g/kg，14年时上升到476.40g/kg，比10年生多3.50g/kg；14年时树皮含碳量在10年生491.20g/kg的基础上，提高到499.40g/kg，上升1.67%；树根含碳率随着的树木年龄增大出现波动，10年生树根含碳量474.00g/kg，11年生470.80g/kg，减少0.68%，14年生478.50g/kg，含碳量又提高1.67%。

3.2林冠下层植物含碳率

从会同杉木人工林林下植被木本植物和草本植物的平均碳含量来看，草本植物的平均碳含量比木本植物低，仅为木本植物的74.93%，而且草本植物间碳含量的差异要比木本植物间的大(见表2)。

表2 林下植物含碳率Tab.2 Thecarboncontentofundergrowth(g/kg)年龄(年)木本植物草本植物地上根系地上根系 7425.59439.27381.34352.6611426.70441.13394.53349.3514438.75447.28403.10357.0618449.52453.08412.17364.3320453.71459.23419.43367.50

3.3凋落与枯死物含碳率

森林凋落物使碳从地上生物库向地下土壤库转移，是森林生态系统土壤碳归还的主要来源。尽管一个林分的凋落物和根系枯死物的生物量所占分量不大，但是在森林生态系统碳循环中具有重要的作用。

从表3中看出： 同一种凋落物组分，林龄对其碳含量无显著影响；不同的凋落物，其碳含量即使在同一林级存在较大差异，具体表现为叶凋落物(461.23～468.76g/kg)>果凋落物(450.30～459.37g/kg)>枝凋落物(432.55～442.67g/kg)>碎屑凋落物(424.10～431.23g/kg)；地上凋落物各组分碳含量均大于地下枯死根系碳含量(399.27～412.28g/kg)，林木各器官活有机体内碳含量均大于相应的死有机体(凋落物)内碳含量。

表3 凋落物含碳量Tab.3 Thecarboncontentoffallingobjects(g/kg)树龄(年)凋落物枯死根枝凋落物叶凋落物果凋落物碎屑凋落物7435.34461.23450.30429.82399.2711432.55468.76458.22424.10401.1314441.20466.32456.60427.38412.2818442.67461.33455.75431.23405.0820439.25464.22459.37427.54409.23

4 结论与讨论

(1) 已有研究[6]表明，植物组织含碳率的高低直接受植物体内脂肪、蛋白质和碳水化合物的影响。从植物解剖学和植物生理学角度看，叶是植物体生理活动最活跃的器官，植物进行光合作用的场所，含有较多的高能化合物如蛋白质和脂肪等物质；繁殖体花、果实、种子、胚轴等含有大量高能的粗脂肪和蛋白质；干、枝和皮是植物体的支持或营养运输器官，组分以纤维素和木质素为主，纤维素和木质素的热值相对蛋白质和脂肪高；而根部则残留了大量从土壤中吸收的矿物质和氧化物，碳含量相对较低。因此，多数植物的叶、繁殖体的碳含量较高，干、枝、皮的碳含量其次，根最低。但也有一些植物表现出叶的碳含量低于枝、皮或根。

(2) 杉木各器官含碳率大小的顺序是：树皮>树叶>树根>树干>树枝。树皮、树叶、树干、树枝含碳率随着树木年龄的增大而增加，树根含碳率随着的树木年龄增大出现波动。

(3) 草本植物的平均碳含量比木本植物低，且草本植物间碳含量的差异要比木本植物间的大。

(4) 同一种凋落物组分，林龄对其碳含量影响不显著；不同凋落物的碳含量即使在同一龄级也存在较大差异，顺序表现为：叶凋落物>果凋落物>枝凋落物>碎屑凋落物。枯死根系的碳含量要低于地上凋落物各组分的碳含量，林木各器官活有机体内的碳含量均大于相应死有机体(凋落物)内的碳含量。

[1] 潘维俦,田大伦.森林生态系统第一性生产量的测定技术与方法[J].湖南林业科技,1981(2):l-12.

[2] 王秀云.不同年龄长白落叶松人工林碳储量分布特征[D].北京：北京林业大学,2011.

[3] 方晰,田大伦,项文化.速生阶段杉木人工林碳素密度、贮量和分布[J].林业科学,2002,38(3):14-19.

[4] 方晰,田大伦,项文化,等.第二代杉木中幼林生态系统碳动态与平衡[J].中南林学院学报,2002,22(1):1-6.

[5] 田大伦,盘宏华,康文星,等.第二代杉木人工林生物量的研究[J].中南林学院学报,1998,18(3):11-16.

[6] Zhang L, Luo T X, Deng K M. Biomass and net primary productivity of secondary evergreen broad leaved forest in Huangm ian ForestFarm, Guangxi. Chinese Journal of Applied Ecology, 2004, 15 ( 11): 2029-2033.

(文字编校：唐效蓉，龚玉子)

ThecarboncontentofplantcomponentsofChineseFirplantation

WANG Saizhuan1, KANG Wenxing1, YANG Zhimin2

(1.School of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology，Changsha，410004, China; 2.Forestry Investigation Team, Forestry Bureau of Dong Nationality Autonomous County, Zhijiang 419100, China)

Through large sums of survey outdoor, the content of the 2ndgeneration Chinese fir plantation in Huitong County were studied in the paper. Using the dry method to test the carbon content with the testing material of the following: the trunks (peeled), bark, branches, leaves, root samples of Chinese fir, and the branches (leaves) and root samples of shrubs, and the on the ground and underground part of herbaceous plants, and the branches, leaves, fruit litter and dead roots in the forest.The results are as followed: the rank of carbon content: bark > leaf > root > root > trunk > branch. The carbon content of each component grows as the age of forest except root. Within undergrowth the carbon content of woody plants is higher than herbaceous plants and there is huge diversity among the same sort of plants. The same components of die things influenced little by growing age, but different those even in the same age stage differ from each other. The carbon content of die roots is lower than die things on the ground, and those in live organism is more than those in dead one .

planted forest of Chinese fir; plant components; carbon content; Huitong County

2012-05-04

2012-05-29

科技部公益性研究项目(2007-4-15)和湖南省教育厅重点项目(2011A135)资助。

王赛专(1977-)，女，湖南省桃江县人，硕士研究生，主要从事森林生态学研究。

S 791.27

A

1003-5710(2012)03-0058-03

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2012. 03. 015