不同林龄兴安落叶松生物量、碳密度及其分布特征

王亚林

摘要

[目的]探讨不同发育阶段兴安落叶松人工林生物量和碳密度的变化规律。[方法]对辽宁东部山区13、23和32年兴安落叶松人工林生物量和各器官碳密度进行调查。[结果]兴安落叶松乔木层各器官生物量的分配序列均为：树干生物量>树根生物量>树枝生物量>树皮生物量>树叶生物量。32 年兴安落叶松人工林林木和各器官生物量高于13 年和23 年的兴安落叶松人工林，32 年兴安落叶松人工林仍有增加碳密度的潜力。[结论]该研究为兴安落叶松人工林群落碳汇功能与林分经营分析提供基础资料。

关键词 兴安落叶松；人工林；林龄；生物量；碳密度

中图分类号 S718.55+6 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）15-144-02

Biomass， Carbon Density and Distribution Characteristics in Different Age Larix gmelinii Plantations

WANG Yalin

（Liaoning Institute of Forest Inventory and Planning，Shenyang，Liaoning 110122）

Abstract [Objective]The paper discussed the change regularity of biomass and carbon density in different development stages of Larix gmelini plantation.[Method] The biomass and carbon density in each organ of 13a、23a and 32a Larix gmelini plantation were investigated in the Eastern Region of Liaoning Province.[Result] The results showed that the sequence distribution of biomass in different tree layer organs were： trunk biomass> root biomass > branch biomass> bark biomass> leaves biomass. The biomass of 32a was higher than 13 a and 23a， in addition， 32a Larix gmelini plantation had the potential for increasing carbon density. [Conclusion]It provided the basis for carbon sink function and forest management research of Larix gmelini plantation.

Key words Larix gmelini； Plantation；Stand age；Biomass；Carbon density

隨着退耕还林和防护林建设等林业工程的实施，我国人工林面积快速增加，人工林在生物量及二氧化碳吸收和固定等方面的作用越来越受到重视。该研究以东北地区兴安落叶松（Larix gmelinii）人工林为研究对象，探讨不同发育阶段下人工林碳储量及碳储量分布的规律，以期为兴安落叶松人工林群落碳汇功能与林分经营的研究及东北林区森林后备资源的培育提供基础数据和理论参考。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

研究试验区域位于辽宁省东部本溪县草河口林场，地理位置为123°51′～123°52′ E，40°53′～40°54′ N，海拔280 m，年均温6.1 ℃，无霜期126.7 d，年降水

量926.3 mm，年蒸发量1 072.5 mm。该区属长白植物区系，气

候属温带季风性气候，阔叶红松林是该地区的顶级群落，土壤类型是山地棕色森林土[1]。

1.2 研究方法

1.2.1

样地设置与调查。于2014年8月调查兴安落叶松林，选取样地为人工造林地，结合当地退耕植树造林记录和计数样芯年轮确定样地林龄。选择林龄为13、23和32年的林地，坡度13°～19°，采用3年生植树造林的苗木，林地株行距为1.5 m×2.0 m，造林后无抚育管护，成活率80%以上。在不同林龄兴安落叶松中分别设置3个标准样地（20 m ×30 m），共设置9个标准样地，各样地林分特征见表1。对标准样地内林分进行每木检尺，测定胸径，确定标准木，共选择9株标准木。

1.2.2

生物量测定。对标准样地内的乔木进行每木检尺，分别记录胸径、树高、枝下高、冠幅，统计株数。依据每木检尺的平均胸径确定标准木，分树枝、树叶、树干、树皮、树根 5 个器官取样，采用Monsic分层切割法，树干按每段1 m进行区分，分段测定其鲜重，树干在1.3 m处取样； 树根采用全挖法。每个器官取样500 g左右，称鲜重后带回实验室。采用重铬酸钾-水合加热法测定样品有机碳含量[2]。

1.2.3 碳密度和年净固碳量计算。根据乔木单位面积干物质（生物量）分别乘以各器官碳含量得到不同组分碳密度。

各部分的生物量通过各部分鲜重乘以对应的干重比求出，林分生物量通过林分调查和所建立的异速生长方程计算。结合实际调查，建立兴安落叶松各器官生物量与胸径、树高的生长方程，方程的形式为[3-5]：

W=a+b（D2H）

式中：W为各器官生物量（kg）；D为胸径（cm）；H为树高（m）；a、b为系数（表2）。

文章采用年平均净生产量作为生产力估测指标，兴安落叶松林分年净固碳量由各器官年平均生物量及相应的碳含量乘积计算得到。

1.3 数据处理

试验数据经过Excel软件处理后，用SPSS20.0软件进行统计分析，采用单因素方差分析（oneway ANOVA）和Duncans检验比较参数间差异（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同林龄兴安落叶松乔木层生物量及分配情况

由图1可以看出，13、23、32年兴安落叶松乔木层生物量依次为79.92、122.09、166.27 t/hm2。随着林龄的增加，兴安落叶松乔木层的生物量逐渐增加，不同器官的生物量也随着林龄的增加呈现增大的趋势。随着林龄的增加，树干生物量所占乔木层的比例显著增大，由41.57%增加至54.56%。树枝、树叶、树皮所占乔木层的比例基本稳定，而树根所占比例逐渐下降，由36.41%减小至27.15%。3个林龄阶段的兴安落叶松中，乔木层各器官生物量的分配序列均为：树干生物量>树根生物量>树枝生物量>树皮生物量>树叶生物量。

图1 不同林龄兴安落叶松乔木层各器官生物量及分配情况

2.2 不同林龄兴安落叶松碳含量

通过对不同林龄兴安落叶松各器官碳含量分析，不同林龄各器官碳含量在50.13%～56.27%，林龄对树干、树叶、树枝、树根存在显著影响，对树皮影响不显著，不同器官碳含量存在显著差异（表3）。各器官按平均碳含量高低排列顺序为树干碳含量（54.64%）>树叶碳含量（53.86%）> 树枝碳含量（5261%）>树皮碳含量（51.27%）>树根碳含量（50.32%）。

2.3 不同林龄兴安落叶松碳密度及分配情况

由图2可以看出，13、23和32年兴安落叶松人工林乔木层总碳密度分别为41.87、65.89和86.92 t/hm2。随着林龄的增加，各器官碳密度呈现增大的趋势。其中，12，23，32年兴安落叶松树干碳密度分别占整个乔木层的43.13%、54.54%和55.61%，树根碳密度分别占整个乔木层的35.05%、26.98%和26.03%，地上部分各器官（树干、树皮、树叶、树枝）碳密度分别占整个乔木层的64.94%、73.01%和73.97%。

上述结果表明，地上部分是兴安落叶松人工林主要的碳库。13、23和32年兴安落叶松人工林碳库的分配比例基本一致，均为树干碳库分配比例>树根碳库分配比例>树枝碳库分配比例>树皮碳库分配比例>树叶碳库分配比例，与各器官生物量的分配序列相同。林龄对兴安落叶松人工林碳密度具有显著影响，且不同器官间也存在显著差异，因此林龄和器官对兴安落叶松人工林碳密度分配具有显著影响。

2.4 兴安落叶松年净固碳量的初步估算

根据各器官净生产力和相对器官的碳含量计算出兴安落叶松年净固碳量。由表4可以看出，13、23和32年兴安落叶松人工林年净生产力分别为6.15、5.31和5.20 t/（hm2·a），年净固碳量分别为322、2.86和2.72 t/（hm2·a）。年净生产力与年净固碳量的变化规律基本一致，均以13年相对最高，在32年时仍维持较高的固碳能力。

3 结论与讨论

（1）该研究中，13、23和32年兴安落叶松人工林乔木层各器官碳含量在50.13%～56.27%，林龄对树干、树叶、树枝、树根存在显著影响，对树皮影响不显著，不同器官碳含量存在显著差异。兴安落叶松乔木層各器官生物量的分配序

列均为：树干生物量>树根生物量>树枝生物量>树皮生物量>树叶生物量。兴安落叶松为喜阳植被，生长过程中吸收和转换的光合能量分配给树干最大，从而促进其高度生长，以获得更多光照[6-7]。

（2）随着林龄的增加，兴安落叶松人工林乔木层碳密度增大。13、23和32年兴安落叶松人工林乔木层总碳密度分别为41.87、65.89和86.92 t/hm2，均高于油松碳密度[8]及杉木碳密度[9]，这与林龄、密度等有很大的关系。13年兴安落叶松人工林仍低于我国森林碳密度平均水平（57.07 t/hm2）[10]，23年和32年则高于该水平，说明该地区兴安落叶松人工林在23年后生物量积累较快，碳密度积累较高。东北地区长白落叶松和日本落叶松人工林在25年年均碳累积量分别为 1.90和3.10 t/hm2[11]，该研究中兴安落叶松13年年均固碳量为3.22 t/hm2，到32年时仍达2.72 t/hm2，固碳能力接近日本落叶松水平。

（3）综合分析13、23和32年兴安落叶松人工林不同层次的碳含量、碳密度及分配特征后发现，兴安落叶松人工林碳密度分配格局均以地上部分最大，其中树干占的比重最高，与Finér等[12-14]研究结果基本一致。不同林龄中，以32年兴安落叶松碳密度最大，高于13和23年碳密度，如采取合适的经营管理措施，32年兴安落叶松人工林仍有增加碳密度的潜力。

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