罗甸县麻疯树能源林的碳汇功能

詹 鹏 ，欧国腾 ，陈介南 ，江 赢 ，张 林

（1.国家林业局生物乙醇研究中心，湖南 长沙 410004；2.中南林业科技大学 生物环境科学与技术研究所，湖南 长沙 410004；3. 贵州省罗甸县林业局，贵州 罗甸 550100）

近年来，如何解决温室效应问题已成为世界范围内关注的热点。据有关研究资料，森林植物在其生长过程中可吸收大气中的CO2，并以生物量的形式将其固定在植物体内和土壤中，使森林成为陆地生态系统中最重要的碳汇，在缓解温室气体效应方面发挥着巨大的作用[1-2]。造林、再造林工程，作为一种人为的土地利用变化和陆地管理活动，影响到人工林的净碳积累，在一定程度上也必将会对陆地的碳储量产生重要的影响[3-4]。因此，进行能源林碳汇研究，不仅能准确评估人工林对碳的吸收量和吸收潜力，为全球陆地碳循环研究奠定科学基础；同时这也是林业生物质能源碳汇评价体系中的重要环节，能为能源林造林与再造林提供决策依据[5]。

麻疯树Jatropha curcasLinn是大戟科麻疯树属JatrophaL.植物，生长繁殖快，耐贫瘠干旱，是绿化荒山、水土保持的良好树种；其种仁含油率高达50%～60%，是世界范围内研制生物柴油的热门植物[6]。规模化种植麻疯树，不仅可以利用麻疯树通过光合作用吸收大气中的CO2，而且其根系生长又可以固定土壤中的碳，增加森林的碳汇量，降低大气中的CO2浓度，缓解温室效应。麻疯树果还可通过生物加工获得生物柴油，以替代化石燃料，减少燃烧排放的CO2。为了了解麻疯树能源林的碳汇功能，文中以贵州省罗甸县2年生麻疯树林地为研究对象，对原料林地土壤中的有机碳和植株的生物量进行了测试与分析，评价其碳汇功能并分析其经济效益，从而为生物能源林碳汇功能的研究提供分析方法和基础数据。

1 研究区域的自然概况

罗甸县位于贵州南部边缘，地处106°23′～107°03′E、25°04′～ 25°45′N，总面积 3 013 km2。境内属于亚热带季风气候，具有春早、夏长、秋迟、冬短的特点，日照时数为1 350～1 520 h，年平均温度达20 ℃，极端最高气温40.5 ℃，极端最低气温零下3.5 ℃，年均降雨量为1 335 mm，无霜期长达335 d左右，气候温和，雨量充沛，资源丰富，有“天然温室”之称。

2 材料与方法

2.1 样地设置

在罗甸县的纳翁村（N25°24′54.41″；海拔702 m；年均温度 18.3 ℃）、罗甸县林场（N25°23′58.42″；海拔545 m；年均温度20.1℃）、高里村（N25°15′51.89″；海拔 555 m；年均温度 20.5 ℃）和红水河镇（N25°9′40.42″；海拔 825 m；年均温度21.4 ℃）4个样地内各设1块（10 m×10 m＝100 m2）由种子繁殖的2年生麻疯树标准样地供研究，在各标准样地内又各设2个5 m×5 m＝25 m2的小样方供采样，共8个小样方。

2.2 样本采集

土壤样本的采集：采用直径为9 cm的土钻在每个小样方中心位置分层采集土样，分别取距表层0～25、25～50 cm深处的土样。将每块样地2个小样方内的分层样土混合作为该样地土样，共取8份土样。

植株样本的采集：在每个小样方内中取样本植株5株，每个标准样地10株，共40株，对其生物量进行测定。

2.3 分析与计算

采用重铬酸钾-浓硫酸氧化法测定土壤中的有机碳含量，采用环刀法[7]测定土壤容重。

有机碳密度的计算公式为：

式中：SOCD表示土壤有机碳密度（kg·m-2）；n表示土层数；T表示某一土层的厚度（cm）；θ表示该土层的土壤容重（g·m-3）；c表示该土层的有机碳含量（g·kg-1）；δ%表示石砾体积百分比。

采用伐倒按器官称重法测定各植株样本的生物量。将各样方内的标准木伐倒，称其鲜质量，取部分鲜质量样品带回实验室，置于80～105 ℃的烘箱中烘8 h，取出称其干质量，重复烘干直至绝干状态，再称重即得干生物量。

按照王宏等人[8]采用的重铬酸钾氧化-水合加热法测定植物的碳密度：在不另行加热的条件下，用H2SO4-K2Cr2O7溶液氧化有机碳，剩余的重铬酸钾则用标准硫酸亚铁滴定，根据有机碳被氧化前后所消耗的重铬酸钾量计算麻疯树的有机碳含量。

3 结果与分析

3.1 土壤中的有机碳含量

各样地0～50 cm土层中的土壤有机碳的分布情况如表1。由表1可知，罗甸县2年生麻疯树样地土壤有机碳含量和密度分别为42.64～49.54 g·kg-1和 139.80～ 114.75 t·hm-2。不同样地土壤中的有机碳含量和密度在垂直分布上均随土壤深度的增加而降低，且差异显著（0.01＜p＜0.05）；而不同样地同一土层中的有机碳含量和密度之间差异不显著（p＞0.05）。各样地的土壤有机碳含量从大到小依次为罗甸林场（49.54 g·kg-1）＞红水河镇（46.57 g·kg-1）＞高里村（46.13 g·kg-1）＞纳翁村（42.64 g·kg-1）；其有机碳密度从大到小依次为罗甸林场（139.80 t·hm-2）＞红水河镇（129.77 t·hm-2）＞高里村（129.77 t·hm-2）＞纳翁村。

3.2 各样地麻疯树的生物量模型

罗甸县2年生麻疯树的干生物量如表2所示。各样地麻疯树的干生物量具有相同的变化规律，都是茎＞根＞叶，且三者之间差异显著（0.01＜P＜0.05）。就不同样地麻疯树的干生物总量而言，罗甸林场（13.230 g）＞高里村（12.114 g）＞红水河镇（11.385 g）＞纳翁村（7.366 g）。罗甸县2年生麻疯树的树高、地径、主根长、茎、根、叶和总生物量的平均值分别为54.5 cm、21.6 cm、25.7 cm、7.772 g、2.119 g、1.132 g和 11.024 g。

表1 各样地0～50 cm土层中土壤有机碳的分布情况Table 1 Distribution of organic carbon in 0-50 cm depth soil layer at the sample sites

表2 各样地麻疯树的干生物量Table 2 Dry biomass of Jatropha curcas trees at different sample sites

根据Huxley[9]提出的相对生长定律，分别取罗甸林场、高里村、红水河镇和纳翁村样地的麻疯树样株的茎、根、叶和总质量的平均值，以其分别代表罗甸县麻疯树的茎、根、叶和总生物量（干质量），建立了麻疯树的相对生长模型。应用Origin7.5软件，以地径为自变量，以其根、茎、叶及总生物量（干质量）为因变量进行数据拟合，得到了如表3的罗甸县2年生麻疯树根、茎、叶及林分生物量与其地径的相对生长关系模型。

表3 麻疯树根、茎、叶及林分生物量与地径相对生长关系模型†Table 3 Relative growth model of ground diameter with root, stem, leaf and biomass in Jatropha curcas

3.3 麻疯树的碳含量

各样地麻疯树各器官的含碳量见表4。由表4可知，罗甸县2年生麻疯树样树的根、茎、叶中的含碳量和单株的总含碳量分别为462.1～486.5、448.5～473.1、439.6～475.2和1 350.2～1 434.8 g·kg-1，其平均值分别为471.3、463.0、456.8和1 393.5 g·kg-1。各样地麻疯树样树的根与茎的含碳量间的差异不显著（P＞0.05），而叶片含碳量的差异却显著0.01＜P＜0.05）。不同样地麻疯树单株的含碳量从大到小依次为：罗甸林场（1 434.8 g·kg-1）＞红水河镇（1 420.5 g·kg-1）＞高里村（1 420.5 g·kg-1）＞纳翁村（1 350.2 g·kg-1）。根据各样地麻疯树的种植密度及单株质量可得出如表4的罗甸县麻疯树林分的碳密度。由表4 可知，罗甸林场的林分碳密度最大（30.4 t·hm-2）。

表4 各样地麻疯树各器官的含碳量Table 4 Carbon content in different organs of Jatropha curcas at different sample sites

3.4 各样地碳汇的经济价值

参照我国森林碳汇的最优价格（即10.11～15.17 美元·t-1，也即65.72～98.61元·t-1，1美元＝6.5人民币）[10]，可计算得出如表5的罗甸县2年生麻疯树林地碳汇的最优效益。

表5 各样地的碳汇效益Table 5 Economic benefits of carbon sink at different sample sites

4 结 论

贵州省罗甸县2年生麻疯树林地0～50 cm土层中的有机碳含量和有机碳密度分别为46.22 g·kg-1和127.84 t·hm-2，不同麻疯树样地其土壤中的有机碳含量及密度有差异，其中罗甸林场麻疯树林地的土壤有机碳含量（49.54 g·kg-1）及密度（139.80 t·hm-2）均最大。

罗甸县2年生麻疯树的树高、地径、主根长、茎、根、叶和单株总生物量的平均值分别为54.5 cm、21.6 cm、25.7 cm、7.772 g、2.119 g、1.132 g和11.024 g，不同样地的麻疯树其生物量之间存在差异，其中罗甸林场麻疯树的长势最优，其各组织器官的生物量均高于其他样地的麻疯树。

罗甸县2年生麻疯树根、茎、叶中的含碳量和单株含碳量的平均值分别471.3、463.0、456.8和1 393.5 g·kg-1，其中罗甸林场麻疯树的碳含量(1 434.8 g·kg-1)及林分碳密度(30.4 t·hm-2)均最大。

罗甸县2年生麻疯树能源林的总固碳量为152.44 t·hm-2，其碳汇的最优经济效益值为1.0×105～ 1.5×105元·hm-2。

综上所述，贵州省罗甸县的罗甸林场麻疯树林的碳汇功能最强。

参考文献：

[1]陈遐林.华北主要森林类型的碳汇功能研究[D].北京:北京林业大学,2003.

[2]Bashkin M A, Binkley D. Changes in soil carbon following afforestation in Hawaii [J]. Ecology,1998,79(3):828－833.

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[4]史 军,刘纪远,高志强,等.造林对土壤碳储量影响的研究[J].生态学杂志,2005, 24(4):410－416.

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[9]Huxley J S, Teussuer G. Terminology of relative growth [J].Nature,1936,137:780－781.

[10]张 颖,吴丽莉,苏 帆,等.我国森林碳汇核算的计量模型研究[J].北京林业大学学报,2010,32(2):194－200.