南亚热带米老排成熟林碳库及其分布格局

周弘愿，庞赞松，何 斌，廖倩苑，李春宁，李远航，舒 凡，刘 俊

(1.广西国有派阳山林场，广西 宁明 532500； 2.广西大学林学院，广西 南宁 530004)

南亚热带米老排成熟林碳库及其分布格局

周弘愿1，庞赞松1，何 斌2，廖倩苑2，李春宁1，李远航2，舒 凡2，刘 俊2

(1.广西国有派阳山林场，广西 宁明 532500； 2.广西大学林学院，广西 南宁 530004)

以南亚热带地区广西宁明县米老排成熟林(34年生)为研究对象，采用标准样地法对其碳库及其分布格局进行研究。结果表明：①米老排不同器官碳素含量在472.6～509.3 g·kg-1之间，各器官碳素含量排序依次为树叶、干材、干皮、树枝、树根。灌木层、草本层、凋落物层碳素含量分别为480.4、469.1、483.2 g·kg-1。土壤(0～100 cm)土层中碳素含量为8.94 g·kg-1，随土层加深土壤中碳素含量逐渐减少。②米老排人工林生态系统碳库为272.80 t·hm-2，其中乔木层为143.47 t·hm-2，占52.59%；灌木层为0.44 t·hm-2，占0.18%；草本层为0.18 t·hm-2，占0.07%；凋落物层为5.07 t·hm-2，占1.86%；土壤层为123.64 t·hm-2，占45.32%。③米老排成熟林年净生产力为10.17 t·hm-2·a-1，碳素年净固定量为5.37 t·hm-2·a-1，折合成CO2的量为19.69 t·hm-2·a-1。

米老排；成熟林；碳库；碳分配

森林是地球陆地生物圈的主体，森林生态系统在调节全球气候、维持全球C平衡，减缓大气中CO2等温室气体浓度上升等方面具有重要的作用[1-3]。人工林作为森林的重要组成部分，科学地发展、利用和保护人工林，提高生产力，对促进区域经济的可持续发展，以及生态环境的保护都具有重要的意义。我国南方的中南亚热带常绿阔叶林带是我国适合开展CDM造林再造林碳汇项目的优先发展区域[4]。近年来，国内已有不少学者对在上述地区的人工林树种如马尾松(Pinusmassoniana)[5]、杉木(Cunninghamialanceolata)[6]、桉树(Eucalyptus)[7]、马占相思(Acaciamangium)[8]、厚荚相思(Acaciacrassicarpa)[9]、灰木莲(Magnoliaceaeglanca)[10]等人工林碳库及其分配格局进行研究，为正确评价森林尤其是人工林碳汇功能和生态效益提供参考。

米老排(Mytilarialaosensis)为金缕梅科常绿乔木，是我国南亚热带地区优良速生用材树种，天然分布于广东西部、广西西南部和云南南部，以及东南亚越南和老挝等地，具有生长迅速、干形通直、材质优良、用途广泛以及培肥土壤、保持水土和涵养水源等优点，具有重要的经济效益和生态效益，成为我国南亚热带地区重点发展的营造速生丰产林树种和珍贵及乡土树种之一，并取得了良好的经济效益和生态效益。我国于20世纪60年代就开始对米老排进行研究，但随后的20多年间研究内容主要集中在引种和栽培技术方面。近年来，有关学者对米老排的研究不断深入，研究内容涉及生长特性、育种、栽培、木材材性与利用开发以及碳贮量等方面[11-15]，但少见有关米老排人工林碳素积累及其分布特征的报道。本文以南亚热带地区广西宁明县国有派阳山林场米老排成熟林(34年生)为研究对象，拟通过对其碳库及其分布格局的研究，以揭示该区域米老排人工林的固碳特性，为准确评价该区域人工林生态系统碳库和固碳潜力提供基础数据。

1 试验地概况

研究区于广西宁明县国有派阳山林场鸿鸪分场。宁明县地处北纬21°51′—22°58′、东经106°38′—107°36′，属亚热带季风气候，光照充足，热量充沛。年平均气温21.9 ℃，年无霜期达350 d以上，年均降水量1500 mm，年均相对湿度82.5%。试验地土壤为砂页岩发育形成赤红壤，土层深厚，厚度100 cm以上，其中腐殖质层约15～20 cm以上。2014年5月调查时米老排人工林林龄34 a，郁闭度0.9，保留密度580 株·hm-2，平均胸径28.2 cm，平均树高24.7 m。由于林分郁闭度较大，林下植被较少，主要有鸭脚木(Alstoniaconstricta)、杜茎山(Maesajaponica)、金毛狗(Cibotiumbarometz)、东方乌毛蕨(Blechnumorientale)等，总盖度为20%，凋落物层厚度约3.5 cm。

2 研究方法

2.1 试验地设置和林分生物量测定

在34年生米老排人工林内设置3个面积为 20 m×20 m的代表性标准样地，对标准地内林木进行每木检尺，测定树高、胸径、冠幅等因子。在每块标准地内选取平均木1株，伐倒树木后采用Monsic分层切割法分别测定树干、树皮、树枝和树叶等地上部分鲜重；采用全根挖掘法，按根桩、粗根(根系直径≥2.0 cm ) 、中根(0.5～2 cm)、细根(< 0.5 cm )分级测定地下部分(根系)鲜重；分别采集林木各组分混合，带回实验室内测定含水率和干重，估算各组分生物量。同时分别在每个标准样地内设置3个1 m×1 m的小样方，采用样方收获法测定灌木层、草本层的地上和地下生物量以及凋落物层(包括未分解和半分解凋落物) 的现存量，计算各层次植物样品的生物量。

2.2 样品采集处理与碳素含量的测定

分别采集乔木层和林下植被层不同组分样品，于80 ℃烘干，经粉碎、过筛后测定碳素含量。同时在各样地中随机设置3个代表性土壤采样点，沿土壤剖面按0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土层采集各层土壤样品，把相同样地同一土层样品按质量比例混合，带回实验室于室内自然风干，粉碎过筛后测定土壤有机碳含量，同时用不锈钢环刀(100 cm3)采集原状土测定土壤容重。上述植物和土壤有机碳含量均用重铬酸钾氧化-外加热法测定[16]。

2.3 米老排人工林碳库和乔木层碳素年净固定量的计算

根据乔木层和林下植被层不同组分生物量与其碳含量的乘积即为其相应的碳库，土壤有机碳库则是土壤有机碳含量、土壤容重及土壤厚度三者的乘积，乔木层、灌木层、草本层、枯落物层和土壤层碳库之和为米老排人工林总碳库。林分碳素年净固定量为乔木层各组分年平均生物量(净生产力)与其相应碳素含量计算而得，其中树叶按其在树枝上着生的时间2 a计算平均净生产量。

3 结果与分析

3.1 米老排人工林不同结构层次碳素含量

从表1可以看出，米老排人工林各器官碳素含量存在一定差异，其范围在472.6～509.3 g·kg-1之间，变动系数为2.38%～3.57%，平均含量为489.0 g·kg-1。按各器官碳素含量由大到小排序为：树叶、干材、干皮、树枝、树根，但不同器官碳素含量的差异不显著(P>0.05)。

米老排人工林灌木层、草本层和凋落物层的碳素含量分别为480.4、469.1、483.2 g·kg-1。就林分不同结构层次碳素含量的变化趋势而言，表现出随植物个体高度或组织木质化程度的降低而下降的趋势，即乔木层碳素含量最高，其次是灌木层，最低是草本层。

米老排人工林0～100 cm土壤有机碳平均含量为8.94 g·kg-1，表现出随土层加深而明显下降的趋势。由于米老排人工林凋落物较丰富，且主要以容易分解的树叶为主，凋落物和植物根系分解所形成的有机碳主要聚集在表层土壤，因而造成0～20 cm土层有机碳含量明显高于土壤其他土层，分别是其他土层的1.81～5.92倍，而随着土壤深度的增加，相邻土层间有机碳含量的差异逐渐减少。

3.2 米老排人工林碳库及其分配

从表2可以看出，米老排人工林总碳库为272.80 t·hm-2，林分不同结构层次碳库以乔木层最大，为143.47 t·hm-2，占总碳库的52.59%；灌木层、草本层和凋落物层分别为0.44、0.18、5.07 t·hm-2，依次占总碳库的0.18%、0.07%、1.86%；林地土壤(0～100 cm)层为123.64 t·hm-2，占总碳库的45.32%。乔木层作为森林生态系统重要组成部分，其碳库在不同器官的分配，与各器官的生物量成正比关系(表2)，主体部分(树干)的生物量最大，相应的碳库(91.70 t·hm-2)也最大，占乔木层碳库的63.92%；其次是树根(29.76 t·hm-2)、树枝(13.73 t·hm-2)、干皮(5.85 t·hm-2)，依次占乔木层碳库的20.75%、9.67%、4.08%；树叶最少(2.43 t·hm-2)，仅占乔木层碳库的1.69 %。林地土壤作为森林生态系统极为重要的碳贮存库，在平衡大气的CO2有着重要作用。米老排人工林不同土层碳库随土层加深而急剧减少，其中0～20 cm土层碳库(52.25 t·hm-2) 占土壤层碳库的42.26%，0～20 cm和20～40 cm土层碳库则占土壤层总碳库的67.81%。

表1 米老排不同组分碳素含量

*：*为各组分生物量或各土层重量加权平均。

表2 米老排人工林碳库及其分配

3.3 米老排人工林碳素年净固定量的估算

由于本研究中乔木层生物量及其碳库所占整个米老排人工林的比例大，林下植被层的生物量及其碳库所占整个米老排人工林比例均较少，因此，本文仅以乔木层碳素年净固定量作为生态系统同化CO2能力的估算。从表3可以看出，34年生米老排人工林乔木层年净生产力为10.17 t·hm-2·a-1，碳素年净固定量为5.37 t·hm-2·a-1，折合成CO2固定量为19.69 t·hm-2·a-1。在林木各器官的碳素年净固定量的分配中，以干材最大，占总碳素年净固定量的50.28%，其次为树叶、树根，分别占22.70%、16.40%；干皮最小，仅占3.17%。

表3 米老排人工林乔木层碳素年净固定量 t·hm-2·a-1

4 结论与讨论

米老排各器官中碳素含量范围在472.6～509.3 g·kg-1之间，平均含量为489.0 g·kg-1，略低于马尾松[5]、杉木[6]、灰木莲[10]、秃杉(Taiwania flousiana)[17]等树种平均碳素含量，介于目前进行森林生态系统碳库估算而计算植被碳库时干物质按450 g·kg-1[18]与500 g·kg-1[19]转换率之间。米老排不同器官碳素含量由高到低排序为：干材、树枝、树叶、树根、干皮，与马尾松[5]、杉木[6]、秃杉[10]等树种不同器官碳素含量的排列顺序基本一致。

34年生米老排人工林碳库为272.80 t·hm-2，其中植被层碳库为144.09 t·hm-2，明显高于周玉荣等[20]对我国落叶阔叶林碳库平均水平53.60 t·hm-2(碳素含量均以45 %计)的估算，以及王绍强等[21]对我国热带亚热带针叶林植被部分平均碳库水平51.73 t·hm-2和亚热带常绿阔叶林碳库平均水平61.05 t·hm-2的估算，也高于相近区域广西南宁市46年生灰木莲碳库124.69 t·hm-2[10]。其原因在于34年生米老排人工林植被层生物量积累(305.38 t·hm-2)较高，均明显高于上述森林类型。

本研究区米老排人工林土壤较深厚，土壤(0～100 cm)碳库为123.64 t·hm-2，明显低于相同土壤深度的我国落叶松等多数森林类型土壤碳库，以及我国森林土壤平均碳库( 193.55 t·hm-2)和世界土壤平均碳库(189.00 t·hm-2)[20]，略高于我国热带林土壤平均碳库(116.49 t·hm-2)[20]，其主要原因在于研究区所处热带区域高温多雨，土壤有机碳形成较快，但分解也快，因而不利于有机碳积累而导致土壤碳库较低。与其他热带树种人工林相似，米老排人工林0～20 cm土层有机碳库明显高于其它土层，占整个土壤层(0～100 cm)有机碳库的42.26%，占整个生态系统碳库19.15 %，可见其在整个人工林生态系统碳库中贡献较大，由于米老排主要适生于低山和高丘，一般坡度较大，土壤较脆弱，任何引起水土流失的活动如炼山、整地等都很容易导致林地尤其是山地土壤碳素损失。

34年生米老排人工林乔木层净生产力为10.17 t·hm-2·a-1，年碳素净固定量为5.37 t·hm-2·a-1，折合成CO2为19.69 t·hm-2·a-1。据报道，中国森林年碳素净固定量平均值为5.54 t·hm-2·a-1[20]，而与本研究相近区域的广西南宁市27年生观光木(Micheliaodora)乔木层碳素年净固定量分别为3.07 t·hm-2·a-1[22]，广西南丹县28年生秃杉人工林乔木层碳素年净固定量为5.17 t·hm-2·a-1[17]。由此可见，米老排人工林具有较强的碳吸存能力，由于其兼具涵养水源、维持地力等功能。因此，米老排不仅是热带、南亚热带地区优良速生用材树种，同时也是碳汇功能高效的生态公益林树种。

[1]方精云，陈安平.中国森林植被碳库的动态变化及其意义[J].植物学报，2001，43(9)：967-973.

[2]Houghton R A.Aboveground forest biomass and the global carbon balance[J].Global Change Biology，2005，17(2)：279-296.

[3]沈彩霞.米槠天然林与人促更新林乔木碳贮量及分布特征[J].福建林业科技，2014，41(1)：85-87.

[4]李怒云，徐泽鸿，王春峰，等.中国造林再造林碳汇项目的优先发展区域选择与评价[J].林业科学，2007，43(7)：5-9.

[5]方运霆，莫江明.鼎湖山马尾松林生态系统碳素分配和积累的研究[J].广西植物，2002，22(4)：305-310.

[6]张胜利，项文化，邓湘雯.湖南省2009年杉木林碳贮存量及未来固碳潜力分析[J].中南林业科技大学学报，2014，28(2)：94-101.

[7]郭乐东，周毅，钟锡均，等.西江流域桉树生态系统碳贮量与碳汇功能经济价值评价[J].广东林业科技，2009，25(6)：8-12.

[8]何斌，刘运华，余浩光，等.马占相思人工林生态系统碳素密度与贮量[J].林业科学，2009，45(2)：6-11.

[9]何斌，余春和，王安武，等.厚荚相思人工林碳素贮量及其空间分布[J].南京林业大学学报：自然科学版，2009，33(3)：46-50.

[10]覃祚玉，何斌，韦录，等.灰木莲人工林碳贮量及其分配特征[J].林业科技开发，2013，27(5)：33-36.

[11]林捷，叶功富，沈德炎，等.灰木莲和子京在闽南山地的引种表现[J].林业科技开发，2004，18(1)：18-20.

[12]陈志云.坡位对杉木米老排混交林生长的影响[J].福建林业科技，2014，41(3)：44-47.

[13]郭文福，蔡道雄，贾宏炎，等.米老排人工林生长规律的研究[J].林业科学研究，2006，19(5)：585-589.

[14]梁善庆，罗建举.人工林米老排木材化学成分及其在树干高度上的变异[J].中南林学院学报，2004，24(5)：28-31.

[15]黄正暾，王顺峰，姜仪民，等.米老排的研究进展及其开发利用前景[J].广西农业科学，2009，40(9)：1220-1223.

[16]鲁如坤.土壤农业化学常规分析方法[M].北京：科学出版社，1983：272-273.

[17]何斌，黄寿先，招礼军，等.秃杉人工林生态系统碳素积累的动态特征[J].林业科学，2009，45(9)：151-157.

[18]王效科，冯宗炜.中国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力[J].生态学杂志，2000，19(4)：72-74.

[19]刘国华，傅伯杰，方精云.中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献[J].生态学报，2000，20(5)：733-740.

[20]周玉荣，于振良，赵士洞.我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡[J].植物生态学报，2000，24(5)：518-522.

[21]王绍强，周成虎，罗承文.中国陆地自然植被碳量空间分布特征探讨[J].地理科学进展，1999，18(3)：238-244.

[22]黄松殿，吴庆标，廖克波，等.观光木人工林生态系统碳储量及其分布格局[J].生态学杂志，2011，30(11)：2400-2444.

Carbon Stock and Distribution of MatureMytilarialaosensisPlantation in South Sub-tropical Area

ZHOU Hong-yuan1，PANG Zan-song1，HE Bin2，LIAO Qian-yuan2，LI Chun-ning1，LI Yuan-hang2，SHU Fan2，LIU Jun2

(1.PaiyangshanForestryFarmofGuangxi，Ningming532500，Guangxi，China； 2.ForestryCollegeofGuangxiUniversity，Nanning530004，Guangxi，China)

The standard plot method was used to study the carbon stock and distribution of matureM.laosensisplantation(34-year-old) in Ningming County of Guangxi，China. The results showed that carbon content in different organs ofM.laosensisranged from 472.6 g·kg-1to 509.3 g·kg-1and was in the order as：leaf>stem>bark>branch>root. The carbon content in shrub layer，herb layer and litter floor were 480.4 g·kg-1，469.1 g·kg-1and 483.2 g·kg-1respectively. Carbon content in the soil(0～100 cm)was 8.94 g·kg-1and declined with soil depth. The total carbon stock inM.laosensisplantation ecosystems amounted to 272.80 t·hm-2，of which over-storey ofM.laosensisstored 143.47 t·hm-2and accounted for 52.59%，the shrub layer stored 0.44 t·hm-2and accounted for 0.18%， the herb layer stored 0.18 t·hm-2and accounted for 0.07%, the litter floor Stored 5.07 t·hm-2and accounted for 1.86%, and the soil stored 123.64 t·hm-2and accounted for 45.32%．The annual net productivity ofM.laosensistrees was 10.17 t·hm-2·a-1，and annual net carbon fixation was up to 5.37 t·hm-2·a-1，amounted CO2to 19.69 t·hm-2·a-1.

Mytilarialaosensis；mature plantation；carbon stock；carbon distribution

2014-10-27；

2014-11-27

广西“十一五”林业科技项目(桂林科字2009[08])；国家自然科学基金项目(31160152)

周弘愿(1979—)男，广西凤山人，广西国有派阳山林场工程师，从事林业科技管理与研究工作。E-mail：zhy881230@sina.com。

何斌(1962—)，男，广西大学研究员，从事森林生态和森林培育研究。E-mail：hebin8812@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.03.009

S718.55

A

1002-7351(2015)03-0045-05