林建忠
(福州市林业局,福建 福州 350005)
毛竹与油茶人工林生态系统碳贮量及其分配特征
林建忠
(福州市林业局,福建 福州 350005)
对福州市主要经济林毛竹和油茶林生态系统各组分的生物量、含碳率和碳贮量进行比较研究,结果表明,毛竹林和油茶林乔木层生物量分别为277.18、35.76 t·hm-2,高于林下植被和凋落物生物量,其中,干的生物量最大,分别占乔木层生物量的68.80%和34.00%。毛竹林和油茶林地上部分含碳率分别在44.65%-48.84%、44.72%-49.78%之间,碳贮量分别为137.157、18.104 t·hm-2。林地土壤3个层次(60 cm)含碳率分别介于0.70%-3.02%、0.46%-2.46%之间,表层(0-20 cm)含碳率和碳贮量最高,毛竹和油茶林地土壤碳贮量为107.223、92.540 t·hm-2。毛竹林生态系统碳贮量为246.445 t·hm-2,油茶林为111.446 t·hm-2。
毛竹林;油茶林;碳贮量;碳分配;生态系统
经济林是森林资源的重要组成部分,集生态效益、经济效益和社会效益于一体,具有投产早、效益高、收益长等特点。随着林业产业结构的调整,经济林面积扩张迅速,产量提高较快,已经成为山区经济、环境和社会可持续发展的突破口,是改善生态环境、调整农业结构、促进林农增收的重要措施[1-2]。
森林生态系统储存了陆地生态系统有机碳地上部分的80%,地下部分的40%[3],因此,森林生态系统对气候变化与碳平衡具有重要意义。有关竹林的生产力及碳贮量前人已有研究[2-5],有关油茶(Camelliaoleosa)碳贮量问题尚少见报道。油茶、毛竹(Phyllostachypubescens)是福州市主要的经济林树种[6],近年来种植面积不断扩大。本文对福州市毛竹林、油茶林碳贮量进行初步探讨,以期为进一步研究其生态效益及生态系统服务功能提供依据。
福州市位于北纬25°15′-26°39′,东经118°08′-120°31′,属典型的亚热带季风气候,年平均气温20-25 ℃,年平均降水量900-2100 mm。福州市有林地面积625500 hm2,油茶和毛竹为主要经济林,其中油茶林面积16718 hm2,占林地面积的2.7%,毛竹林面积58573 hm2,占有林地面积的9.36%。油茶和毛竹的主产区分别为永泰县和晋安区,其中永泰县油茶林面积达8168 hm2,晋安区毛竹林为4520 hm2。
本研究油茶林和毛竹林的样地分别设在永泰县和晋安区。油茶样地位于永泰县梧桐镇埔埕村(118°81′E,25°76′N),1997年造林,现有密度1500株·hm-2,平均地径5 cm,平均树高2.5 m;毛竹样地位于晋安区寿山镇红寮村(119°25′E,26°24′N),2003年移栽造林,初植密度400株·hm-2,现有密度3100株·hm-2,平均胸径4.5 cm,平均竹高7.9 m。造林后均按常规方法抚育。分别设立25 m×25 m标准地3块,共建立标准地6块。
2.1 乔木层生物量测定
2013年11月,在毛竹林样地中进行每木检测,求出不同年龄毛竹的平均胸径,并分别伐倒不同年龄平均竹2株。把平均竹分成叶、枝、干、根(包括竹子所有的地下部分)。对油茶和毛竹的各组分别取样称重,测定各部分的生物量,计算出各株的生物量,根据林分密度计算出各类型林分的总生物量。同月,对油茶林样地内的林木进行每木测定,根据每木测定的地径和树高,选取平均木3株,并按分层切割法,分别测定每层的枝、干、叶、果等鲜重,根系生物量采用全根挖掘法。
2.2 林下植被生物量及现存凋落物量测定
在每个类型的样地内设置4个1 m×1 m的小样方。采用样方收获法测定林下植被生物量和凋落物现存量。收集样方内所有的灌木、草本,带回室内烘干测定。
2.3 毛竹、油茶人工林生态系统碳贮量测定
2.3.1 含碳率 所有采集植株样品在85-105 ℃下烘干至恒重,粉碎、过筛后用重铬酸钾加热法测定含碳率。在样地中按“S”形随机设定5个土壤取样点,每个取样点按0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm分层取样。土样在室内自然风干后过0.149 mm土壤筛,采用重铬酸钾加热法测定土壤含碳率;同时用环刀法测定土壤容重[7]。
2.3.2 碳贮量及总碳贮量 根据各组分生物量和含碳率,计算相应碳贮量。对土壤碳贮量的估算限定在土层60 cm深度范围内,不包括枯落物。
其中,Sd表示土壤表层d深度内单位面积土壤碳贮量/(t·hm-2);Di表示第i层的容重/(t·m-3);Ci表示第i层的含碳率/%;Hi表示第i土层的厚度/m。
3.1 毛竹、油茶人工林生态系统生物量
3.1.1 乔木层 油茶、毛竹人工林现存生物量及其分布结构见表1。①毛竹林总生物量为277.18 t·hm-2,其中竹干的生物量最大(190.70 t·hm-2),占乔木层生物量的68.80%,竹叶生物量最小(9.28 t·hm-2),占乔木层生物量的3.35%,各器官的生物量大小依次为:干>根>枝>叶。②油茶林总生物量为35.76 t·hm-2,其中树干生物量最大(12.16 t·hm-2),占整个林分总量的34.00%,花生物量最小(0.07 t·hm-2),占整个林分总量的0.20%,各器官生物量大小依次为:干>枝>根>叶>果>花。
表1 毛竹、油茶主要器官生物量Table 1 Crop biomass in different organs of Moso bamboo and C.oleosa t·hm-2
表2 毛竹、油茶人工林林下植被及地表凋落物生物量Table 2 Crop biomass of understory and litter layer of Moso bamboo and C.oleosa plantation t·hm-2
3.1.2 林下植被及凋落物 由表2可知,毛竹林林下总生物量为11.99 t·hm-2,其中林下植被生物量占64.39%。油茶林林下总生物量为3.78 t·hm-2,其中林下植被生物量占56.61%。
3.2毛竹、油茶人工林生态系统各组分含碳率
3.2.1 乔木层 由表3可知,毛竹林和油茶林平均含碳率分别为48.45%和48.20%。毛竹林以叶的含碳率最高,为48.84%,根的含碳率最低,为48.00%。油茶林以果的含碳率最高,为49.78%,干的含碳率最低,为47.04%。
表3 毛竹、油茶主要器官含碳率Table 3 Carbon content in different organs of Moso bamboo and C.oleosa %
3.2.2 林下植被及凋落物 由表4可知,毛竹、油茶经济林均表现为地表凋落物含碳率大于林下植被含碳率。综合表3、4,两种类型的经济林含碳率大小表现为:乔木层>地表凋落物>林下植被。
3.2.3 土壤层 由表5可知,在0-60 cm土层深度上,毛竹林土壤含碳率大于油茶林。毛竹林和油茶林土壤含碳率在垂直分布上均表现为随土壤深度的增加逐渐降低。这与方运霆等[9]研究结果相一致。
表4 毛竹、油茶人工林林下植被及凋落物的含碳率Table 4 Carbon content of understory and litter layer in Moso bamboo and C.oleosa plantation %
表5 毛竹、油茶人工林土壤层含碳率Table 5 Carbon content in soil %
3.3 毛竹、油茶人工林生态系统的碳贮量及分配
不同类型经济林生态系统碳贮量主要由乔木层、林下植被层、凋落物层和土壤层4部分组成。根据不同层次的生物量及相应的含碳率,分别计算出油茶林和毛竹林不同组分的碳贮量。由表6可知,毛竹林和油茶林生态系统碳贮量分别为246.445、111.446 t·hm-2,除土壤层0-20 cm和20-40 cm外,各组分的碳贮量均表现为:毛竹林>油茶林。
表6 毛竹、油茶人工林生态系统的碳贮量及分配Table 6 Carbon storage and its distribution in Moso bamboo and C.oleosa plantation ecosystem
由表6还可知,毛竹林和油茶林土壤层碳贮量的比重分别为43.51%和83.04%,乔木层的比重分别为54.26%和15.38%,二者约占总贮量的98%。不同经济林生态系统中,土壤和乔木层均作为生态系统的主体在碳存贮中发挥了重要作用。以上表明,林下植被层和凋落物层碳作为土壤和乔木层的联结库,对土壤碳贮量具有较大的影响,进而对森林生态系统的碳循环具有重要作用。
本研究表明,毛竹各器官的含碳率在48.00%-48.84%之间,平均含碳率为48.45%,不同器官含碳率依次为:叶>枝>干>根;油茶各器官含碳率在47.04%-49.78%之间,平均含碳率为48.20%,不同器官含碳率依次为:果>叶>根>枝>花>干。毛竹林下植被和凋落物的含碳率分别为44.65%和48.35%,油茶林下植被和凋落物的含碳率分别为44.72%和48.13%。 毛竹林和油茶林植被层碳贮量分别为137.157、18.104 t·hm-2。我国森林植被的平均碳贮量为57.78 t·hm-2[10],与之相比,本研究中油茶林植被层碳贮量偏低。
毛竹和油茶林地土壤3个层次(60 cm)含碳率分别介于0.70%-3.02%和0.46%-2.46 %之间,各层次碳含量分布不均,表层(0-20 cm)含碳率和碳贮量最高,可见表层土可防止地表水土流失,有效保持土壤对碳的吸存能力。毛竹和油茶林地土壤碳贮量分别为107.223、92.540 t·hm-2,分别占整个林地生态系统碳贮量的43.51%和83.04%,说明林地碳贮量是一个极大的碳贮量库。但林地土壤中的有机碳贮量主要分布在土壤表层,而人类的各种经营活动也主要作用于土壤表层,尤其是油茶和毛竹林地每年进行的垦复往往决定了森林土壤中碳库的源/汇功能[11]。
毛竹林生态系统碳贮量分别为246.445 t·hm-2,与我国森林生态系统的平均碳贮量258.83 t·hm-2接近,而油茶林生态系统碳贮量为111.446 t·hm-2,与全国平均量相比偏低。毛竹林和油茶林生态系统碳贮量空间分布格局不同,毛竹林乔木层碳贮量占54.26%,土壤层占43.51%,其次是林下植被层和凋落物层;油茶林生态系统土壤层碳贮量占83.035%,乔木层占15.38%,其次是林下植被层和凋落物层。两者乔木层碳贮量差别较大,种植密度不同是主要原因之一。毛竹林是油茶林碳贮量的2.21倍,说明毛竹林是固碳能力较强的树种,并且毛竹林通常采取择伐作业,不存在伐后水土流失严重的问题,因此,适度发展毛竹林对生态环境的保护有一定的意义。油茶林较低的碳贮量可能与经营方式有关,与毛竹林相比,其集约经营程度一般高于毛竹林,尤其是深层翻耕、去除林下植被与杂草、施用化肥等经营措施,导致土壤有机质矿化加剧,林地土壤养分归还量减少、地力衰退等现象。因此,对于提高油茶林生态系统碳贮量的合理经营措施还有待于进一步研究。
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(责任编辑:陈幼玉)
StudyoncarbonstorageandspatialdistributioninPhyllostachypubescensandCamelliaoleosaplantationecosystem
LIN Jian-zhong
(Fuzhou Forestry Bureau,Fuzhou,Fujian 350005,China)
The biomass,carbon content and carbon storage were studied inPhyllostachypubescensandCamelliaoleosaplantation ecosystem in Fuzhou. The results showed that the biomass of tree layer forP.pubescensandC.oleosawas 277.18 t·hm-2and 35.76 t·hm-2respectively. The biomass of trunk was higher than other organs and accounted for 68.80% and 34.00% of tree layer biomass. The carbon content of vegetation layer ranged from 44.65% to 48.4% and from 44.72% to 49.78% respectively. Carbon storage were 137.157 t·hm-2and 18.104 t·hm-2for non-timber product forestry ofP.pubescensandC.oleosaecosystem. The carbon concentration of soil to the depth of 60 cm ranged from 0.70% to 3.02% and from 0.46% to 2.46%,with higher carbon concentration and storage in the soil of 0-20 cm than in the other layer. The total carbon storage of non-timber product forestry ofP.pubescensandC.oleosaecosystem were 246.445 t·hm-2and 111.446 t·hm-2. Carbon storage of each composition forP.pubescensecosystem was higher thanC.oleosa,which was caused by different production and management mode.
Phyllostachypubescensplantation;Camelliaoleosaplantation;carbon storage;carbon distribution;ecosystem
2014-03-12
林建忠(1960-),男,工程师。研究方向:经济林。Email:fzlinjz@126.com。
S718.55
A
1673-0925(2014)03-0168-04