赣中马尾松天然林不同生长阶段生物量及碳储量研究

潘 鹏，吕 丹，欧阳勋志，王雄涛

(江西农业大学 园林与艺术学院，江西 南昌 330045)

森林是陆地生态系统的主体，森林固碳量占陆地固碳量的70%～80%［1］，对维护区域生态环境和全球碳平衡起着重要作用。相关研究表明，我国森林植被碳储量在3 720～13 340 Tg C［2－4］，其结果相差很大，这主要是由于数据来源及采用的方法不同所致。目前对区域森林碳储量的研究大多利用森林资源一类调查或二类调查资料，采用国际通用碳含率估算生物量和碳储量［5－7］，而对于同一树种不同器官、不同树种以及不同区域尺度上林木含碳率均有显著性差异。因此，更精确的估算应该是依据不同区域不同森林类型而采用不同的含碳率转换系数［8］。

马尾松(Pinus massoniana)广泛分布于长江流域及其以南各省区，在长江中上游防护林体系中起着举足轻重的作用。目前对马尾松林生物量和碳储量的研究，主要集中在人工林中［9－12］，而对天然林的研究不多［13－14］，其生物量及碳储量随林龄增长相关的研究鲜有报道。本文以江西省吉安市马尾松天然林为研究对象，探讨其生物量及碳储量的变化规律，对于掌握其生态系统的生物量及碳储量分布特征和分配规律，以及对于开展碳汇林业的科学经营管理等方面均有重要指导意义，为马尾松天然林生态效益评价提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于江西中部的吉安市，地理坐标为 113°46'～115°56'E，25°58'～27°57'N，属于亚热带季风气候区，为湿润气候。年平均气温为17.7℃，年均降水量1 553 mm，无霜期为279 d左右。境内主要植被类型有针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、竹林，其中针叶林以马尾松林和杉木林为主。马尾松天然林林下植被灌木以檵木(Loropetalum chinensis)、金樱子(Rosa laevigata)、黄栀子(Gardenia jasminoides)为主，草本以铁芒萁(Dicranopteris dichotoma)、露籽草(Ottochloa nodosa(Kunth)Dandy)、莎草(Cyperaceae)为主。土壤主要为红壤，其他还有黄壤、黄棕壤等。

1.2 研究方法

1.2.1 标准地设置与调查 根据国家林业局《森林资源规划设计调查主要技术规定》(2003)中龄组划分标准，分别5个龄组选择立地条件相近的马尾松天然林，每个龄组设置3个标准地，共设置15个;标准地大小为28.28 m×28.28 m(0.08 hm2)，在标准地内对胸径≥5 cm(幼龄林为胸径≥2 cm)的树木进行每木检尺，调查内容包括胸径、树高、郁闭度等;标准地内分别设置3个2 m×2 m的灌木样方、3个1 m×1 m的草本样方和3个1 m×1 m的凋落物样方，调查记录灌、草的种类、株(丛)数、平均高度和盖度等。标准地基本概况见表1。

表1 标准地基本概况Tab.1 The basic situation of sample plots

1.2.2 碳储量测定 乔木层根据每木检尺结果，采用植物相对生长模型求得单株树的生物量，本文采用张仕光等［15］模拟结果计算乔木层生物量，含碳率分别树干、树枝、树叶、树皮、树根取样测定;林下植被层(灌木、草本)和凋落物层均采用“收获法”直接测定:灌木分根、枝、叶，草本分地上、地下部分称取鲜质量，凋落物按分解程度不同划分为未分解和半分解收集并称取鲜质量。样品用烘箱在105℃下烘干至恒定质量，取样的鲜质量与烘干后的恒定质量之差即为含水量，进而算出干物质质量即生物量;采用重铬酸钾－加热法对样品的含碳率进行测定。

1.2.3 数据处理 数据的分析、统计处理采用Excel 2007、SPSS 17.0。

2 结果与分析

2.1 乔木层生物量及其分配

2.1.1 林木各器官生物量及其分配 从表2可以看出，不同龄组马尾松单株木生物量变化幅度较大，过熟林最大为222.58 kg，幼龄林最小为31.46 kg;单株木各器官生物量呈现一定规律，幼龄林和中龄林均为树干＞树根＞树枝＞树叶＞树皮，近熟林、成熟林和过熟林为树干＞树枝＞树根＞树皮＞树叶。从生物量分配来看，树枝生物量所占比例增加的趋势最为明显，由幼龄林的10.74%增加到过熟林的18.32%;树皮、树叶和树根生物量所占比例均随年龄的增加而降低，其中树皮和树叶降低的趋势最为明显，分别由7.42%和 8.56%下降到 4.07%和 3.80%，树根所占比例由 16.24%下降到 14.22%;树干所占比例较为稳定，保持在55%～60%，但随年龄的增加呈小幅度上升趋势。

表2 单株木各器官生物量及分配Tab.2 The single tree biomass and distributions at different organs kg·株－1，%

2.1.2 林分乔木层生物量及其分配 从表3可以看出，乔木层平均生物量为83.28 t/hm2，幼龄林生物量最低为38.88 t/hm2，过熟林生物量最高为166.21 t/hm2。从生物量分配比来看，地上生物量所占比例均在80%以上，其中树干所占比例最高;总体上看，树皮、树叶和树根所占比例均随年龄的增加而有不同程度下降，其中树叶所占比例下降趋势最为明显，由8.56%下降到3.80%;树干和树枝所占比例随着年龄的增加而上升，其中树枝所占比例上升趋势最为明显，由10.74%上升到18.32%。随着林龄增大林分密度总体呈下降趋势，但乔木层的生物量稳步增加。

2.2 林下生物量及其分配

由表4可知，林下植被层平均生物量为15.06 t/hm2。近熟林灌木层生物量最大，达到13.60 t/hm2，幼龄林最小，为 3.48 t/hm2;草本层生物量以幼龄林最大，为 15.12 t/hm2，近熟林最小，为 1.97 t/hm2;总体上，林下植被层的生物量并没有随林龄的增大而呈现一定变化规律。从分配比来看，除幼龄林外，其他各龄组均表现为灌木层高于草本层。凋落物层生物量以幼龄林最低，其次为中龄林，近熟林最大，为2.51 t/hm2，成熟林、过熟林则比近熟林有所减少。

表3 林分乔木层各组分生物量及分配Tab.3 The tree layer biomass and distributions at different organs t·hm－2，%

表4 林下植被层和凋落物层生物量及分配Tab.4 Biomass and distributions of shrub，herb and litter layers t·hm－2，%

2.3 群落碳储量及其分配

2.3.1 乔木层碳储量及其分配 通过对样品的测定，马尾松各器官含碳率为:树干38.93%、树皮41.28%、树枝 40.56%、树叶45.05%、树根40.57%;灌、草各器官含碳率为:灌枝36.71%、灌叶 43.33%、灌根37.89%，草本地上部分为37.10%、地下部分为23.16%;凋落物未分解层平均含碳率为39.34%，半分解层平均含碳率为35.17%。

根据生物量及相应的含碳率计算其碳储量，其中乔木层碳储量为乔木层各器官碳储量之和。由图1可以看出，幼龄林的碳储量最低，之后随林龄的增加而上升，过熟林达到最大，为66.14 t/hm2。幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林的碳储量分别为 15.58，22.54，28.27，33.87，66.14 t/hm2。从碳储量分配结构来看，乔木层各器官碳储量所占比例没有随龄组的变化而有大的波动，树干、树皮、树枝、树叶和树根的碳储量所占的平均比率分别为 57.33%、5.91%、14.49%、6.74%和15.53%。树干的碳储量分别为树皮、树枝、树叶和树根碳储量的 10.8、3.7、9.9 和 3.8 倍，占主导地位，直接反映了有机物质生产与积累的水平。

图1 乔木层各组分碳储量及分配Fig.1 The tree layer carbon storage and distributions at different organs

2.3.2 群落碳储量及其分配 由表5可知，幼龄林到过熟林期间，乔木层碳储量显著增加，过熟林时达到最大值66.14 t/hm2;林下植被层最大为6.66 t/hm2;凋落物层最大为0.90 t/hm2。群落总碳储量与林龄呈线性正相关(R2=0.929 3，P＜0.05)，平均为39.63 t/hm2。碳储量空间分布序列总体表现为:乔木层＞林下植被层＞凋落物层，其所占群落总碳储量的平均比率分别为80.92%、16.80%和2.28%。

表5 群落各组分碳储量及分配比Tab.5 The carbon storage and distributions of community structures t·hm－2，%

3 结论与讨论

马尾松天然林单株生物量随林龄的增加而增大，最大值在过熟林，为222.58 kg/株，中龄林单株生物量为幼龄林的1.5倍，近熟林为中龄林的2.7倍，成熟林为近熟林的1.2倍，过熟林为成熟林的1.4倍，表明中龄林至近熟林阶段生长速度最为迅速，各器官生物量均成倍增加，所以中龄林是林分碳管理的关键阶段。单株木各器官生物量分配，幼龄林和中龄林均为树干＞树根＞树枝＞树叶＞树皮，与漆良华等［16］研究结果相近;近熟林、成熟林和过熟林均为树干＞树枝＞树根＞树皮＞树叶，与张治军［17］和丁贵杰［18］等研究结果相同。树干所占比例较为稳定，维持在55%～60%。乔木层平均生物量为83.28 t/hm2，随着林龄增大林分密度减少，生物量却稳步增加，表明各器官生物量的变化主要是由林木生长过程中自身的生长发育和自然稀疏等影响所导致。

林下植被层平均总生物量为15.06 t/hm2，其中灌木层平均生物量为8.67 t/hm2，草本层平均生物量为6.39 t/hm2。总体上看，灌木层和草本层生物量并没表现出随林龄增大而上升的变化规律，与曹小玉等［19］研究的结果一致，究其原因可能是林下植被的生长及盖度受林木密度或林分郁闭度等因子的综合影响较大所致。

凋落物层生物量大小顺序为:近熟林＞过熟林＞成熟林＞中龄林＞幼龄林。幼龄林和中龄林凋落物生物量最低，由于幼龄林和中龄林处于速生阶段，凋落物较少;近熟林林间竞争较为剧烈，自然整枝强烈，凋落物相应的增多;成熟林和过熟林由于林分密度变小，林木生长减弱，竞争相应减小，所以此时凋落物生物量相比近熟林有所减少。

不同龄组乔木层碳储量分别为 15.58，22.54，28.27，33.87，66.14 t/hm2，平均为 33.28 t/hm2;其群落碳储量分别为 22.86，28.31，34.91，40.64，71.44 t/hm2，平均为 39.63 t/hm2，这与吴丹等［5］研究结果相近，但低于周玉荣等［2］采用国际通用的碳含率转换系数(0.45)得出我国森林植被的平均碳储量(57.07 t/hm2)，主要原因是本研究中实际测得的各部分碳含率转换系数除马尾松叶的含碳率外均小于0.45;另一方面其凋落物层碳储量仅为0.80 t/hm2，远小于报道的我国森林生态系统凋落物层平均碳储量(8.21 t/hm2)，可能是由于亚热带气候区温度较高，降雨量较大，凋落物易分解，以CO2形式释放到大气中的量较多。

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