四川省老君山常绿阔叶林乔木碳储量及其分布特征

何云玲，郭宗锋，刘雪莲

1. 云南大学资源环境与地球科学学院，云南 昆明 650091；2. 四川宜宾学院生命科学与食品工程学院，四川 宜宾 644007

四川省老君山常绿阔叶林乔木碳储量及其分布特征

何云玲1，郭宗锋2，刘雪莲1

1. 云南大学资源环境与地球科学学院，云南 昆明 650091；2. 四川宜宾学院生命科学与食品工程学院，四川 宜宾 644007

森林生物碳储量作为森林生态系统碳库的重要组成部分，在全球碳循环中发挥着重要作用。以四川省老君山典型亚热带常绿阔叶林为研究对象，通过外业样地调查与室内实验分析相结合的方法，利用2012年和2015年的植被调查数据，对其乔木层生物量和碳储量进行了计量，分析了乔木层碳储量的空间分配格局，并对不同样地年固碳能力与碳汇潜力进行了探讨。结果表明：老君山亚热带常绿阔叶林在1 500 m处普查样地和1 700 m复查样地的森林乔木层碳储量（以C计）分别为142.95和139.67 t·hm-2，乔木年平均固碳增量分别为7.45和7.11 t·hm-2，年平均增长率分别为5.83%和5.68%。其中，普查样地的乔木层碳储量、年平均固碳增量、平均年增长率均大于复查样地，显示了老君山亚热带常绿阔叶林具有较强的固碳能力，而且海拔1 500 m处的乔木层在碳蓄积方面占主导优势。另外，海拔1 500 m处常绿阔叶林乔木层碳储量主要存储在树高h≥10 m（比例50.54%）和径级10 cm≤d<20 cm（比例40.08%）的乔木中，1 700 m处的常绿阔叶林乔木碳储量主要存储在树高5 m≤h<10 m（比例56.88%）和径级10 cm≤d<20 cm（比例48.82%）的乔木中。尤其是老君山常绿阔叶林目前中龄林所占的比重较大，具有较大的碳汇潜力。研究结果可为该地区森林经营管理及碳汇功能评价提供参考。

亚热带常绿阔叶林；生物量；碳储量；老君山

HE Yunling, GUO Zongfeng, LIU Xuelian. Carbon Storage of Tree Layer in Subtropical Evergreen Broadleaf Forests in Laojun Mountain of Sichuan [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(11): 1765-1770.

目前，大气中CO2的急剧增加及其对全球气候环境的影响已成为世界广泛关注的问题之一。森林生态系统是全球重要的碳库，在调节全球碳平衡、减缓大气中CO2等温室气体浓度上升以及维护全球气候平衡等方面具有重要作用；尤其森林乔木层碳储量作为森林生态系统碳库的基础，是森林生态系统碳储量的重要数据来源（Hardiman et al.，2011；刘艳等，2015）。近年来，各国学者围绕森林生态系统的碳储量、碳密度和碳汇功能做了大量的研究工作，取得了显著的成就（Liu et al.，2012；Tang et al.，2011；李斌等，2013；胡海清等，2015）。然而迄今为止，对于森林生态系统究竟是“碳汇”还是“碳源”及其对未来气候变化的响应等问题还没有明确的定论，而造成这种不确定性的最主要原因就在于对森林生态系统碳储量的估算还存在诸多不确定性（Keller et al.，2001；李海奎等，2011）。因此，为了正确评估森林在全球碳平衡中的作用，在国家（或地区）尺度上利用对森林的碳动态进行更为细致的研究也日益成为人们关注的重点。

我国对森林植被碳储量的研究起步相对较晚，且大尺度森林植被碳储量的研究较多（张明阳等，2013；张治等，2014；周丽等，2014；叶金盛等，2010），近年来对于区域范围内的小尺度森林碳储量的研究也开始逐渐增多（徐贵来等，2014；姜鹏等，2015；范佩佩等，2015），为我国各地区森林生态系统碳储量评估提供了数据支持。常绿阔叶林是亚热带地区典型的地带性植被，在我国亚热带及世界植被中，占有重要地位（黄从德等，2008）。然而，我国亚热带大部分森林资源的开发和破坏程度都非常严重，大部分森林林龄不高，且人工林占有相当比例，天然原始林非常有限。四川地区的森林植被是西南林区的主体，地处“世界第三极”——青藏高原东缘，是全球气候变化的敏感响应区（黄从德等，2008）。同时，该地区的森林绝大部分分布于长江的上游地区，具有重要的水源涵养的防护功能，是维系长江流域生态平衡的主要天然屏障。四川省老君山亚热带常绿阔叶林，是保存完好的中国西部典型山地常绿阔叶林。然而，目前对该森林植被的碳储量动态变化研究以及其在缓解大气CO2浓度等方面研究甚少，对云冷杉、柏木的生物量研究相对较多，其他树种的研究则较少，尤其是对阔叶树种的研究缺乏（赵庆霞等，2013）。

本研究以位于四川省老君山国家级自然保护区内的山地亚热带常绿阔叶林长期观测样地为研究对象，采用植被调查法，对其乔木碳储量及其分布特征进行分析研究。旨在探讨该地区保存最为完好、面积最大的亚热带常绿阔叶林的乔木碳储量特征，为区域森林碳储量及其固碳潜力的估算提供科学依据，同时为将来在本地区开展碳循环研究提供数据支持。

1 研究区概况

四川省老君山国家级自然保护区位于四川宜宾市屏山县，该区位于四川盆地南缘，地处小凉山支脉五指山边缘区，东部及东北部接川南丘陵，南部与滇东高原相连。地理位置为103°39′～104°05′E，28°31′～28°51′N，总面积约为35 km2。保护区最低海拔600 m，最高海拔2008.7 m，大部分地区海拔1100～2000 m。由于保护区为山地、丘陵、高原交汇地，加之金沙江横贯南沿，形成温暖、潮湿的亚热带湿润性气候。气候温和，四季分明，雨量充沛，水热同季，年平均气温12～14.7 ℃，无霜期280 d左右，年均降水量1500 mm以上，年均日照时数875 h，年均相对湿度大于85%。

该地区虽面积不大，但植物种类非常丰富，特别在海拨1500 m以上地区基本无人为破坏痕迹，常绿阔叶林的原始林相保持非常完整。伴随着海拔的上升，乔木平均高度、最高高度、胸径总断面积、平均胸径、最大胸径均呈现下降趋势。海拔1500 m左右的森林植被分布的主要物种是五爪槭（Acer palmatum Thunb f.）；由于气候较湿润，生境条件较好，坡度较大，又处于背风坡，人为干扰少，伴生树种较多和部分落叶树种渗入，该地物种丰富，物种多样性指数较高。海拔1700 m左右的森林植被主要物种为叶萼山矾（Symplocos phyllocalyx C. B. Clarke），坡度较小，但属于迎风坡，风速较大，冬季冰雪灾害较严重，乔木和灌木生长受到抑制（群落调查中发现几乎所有高度在3 m以上的乔木林冠都受到损伤，高度在8 m以上的林冠断裂），刺激了林下竹子的生长，该地多样性指数较低，优势种较突出。

2 研究方法

2012年采用植被调查方法，在老君山地区亚热带常绿阔叶林植被状况良好的地段布设了2个代表样地：普查样地（长期观测样地，中心地理坐标28°41′55″N，104°03′15″E，中心海拔1500 m，郁闭度70%，土壤类型为黄壤）、复查样地（长期观测样地，中心地理坐标28°41′57″N，104°01′35″E，中心海拔1700 m，郁闭度70%，土壤类型为黄壤），对样地内的全部挂牌乔木进行了调查。样地森林均为演替中期，属于中龄林（30～40 a），未受人类活动影响，同时也未见大型动物活动痕迹。

为方便调查，将每个 1000 m2的样地分为 10个10 m×10 m的样方，进行乔木层每木调查，记录树名、树高、胸径、冠幅和存活状态。选取1～2株平均木伐倒后采用分层切割法，直接测定各段干、枝、叶鲜重，地下根系采用随机1/4挖法，去土后测定鲜重，同时收集各器官样品。将样品带回实验室在80 ℃恒温下烘干至恒重，求出各器官含水率，推算出平均木各器官生物量。以标准的平均木生物量乘以株数计算单位面积生物量，整理各林分类型的生物量和蓄积量数据，采用换算因子连续函数法，对生物量进行多目标函数拟合，而后从模型参数的相关系数、残差平方和以及差异性检验（P<0.01）综合考虑，确定 W=a(D2H)b可较真实地反映出生物量（W）随胸径（D）及树高（H）的变化趋势，为最优模型（表 1），用以计量森林乔木层生物量。

表1 四川省老君山亚热带常绿阔叶林乔木生物量回归模型Table 1 Regression models for biomass of evergreen broadleaf forest in Laojun Mountain

2015年又对全部挂牌乔木进行了调查。利用植被调查数据，使用上述模型计算得出老君山亚热带常绿阔叶林林区主要森林类型每木生物量，再将每块样地中所有树的生物量相加就得到各森林类型乔木层的总生物量。

通常植物生物量转化为碳量是按照植物干有机物中碳所占的比重。不同植被树种组成、林龄和种群结构不同，含碳率也不同，国际上常用的含碳率为0.45和0.5（张鹏超等，2010）。赵庆霞等（2013）的研究结果表明，四川地区林分平均含碳率值均大于0.45，所以用0.5作为含碳率要优于0.45。因此，在用生物量计算碳储量时采用含碳率 0.5，计算公式如下所示：

年平均固碳增量计算方法为：

碳储量的平均年增长率计算方法为：

式（1）～（3）中Ct为森林乔木层碳储量（t·hm-2），M为森林乔木层生物量（t·hm-2），ΔCt为年森林乔木层平均固碳增量（t·hm-2），Ct2015和Ct2012分别为森林调查样地 2015年和 2012年的碳储量（t·hm-2），Δf为森林乔木层碳储量的年平均增长率（%）。本文中森林的碳储量仅指林木的活生物量，并未包括森林生态系统中的枯死木、下木层、草本层、枯枝落叶层以及森林土壤层等的碳库。

3 结果与分析

3.1各样地乔木层的固碳总量和年平均固碳增量

由图1老君山亚热带常绿阔叶林不同海拔上的乔木层碳储量可以看出，2012年1500 m处普查样地的和1700 m的复查样地内森林乔木层碳储量分别为120.60、118.33 t·hm-2；2015年则分别为142.95、139.67 t·hm-2。总的来说，老君山乔木层固碳总量较大，显示了其较强的固碳能力；从不同样地来看，海拔较高处的森林乔木层固碳能力稍低于海拔较低处。

图1 2012年和2015年乔木层碳储量Fig. 1 Carbon storage between 2012 and 2015 in each plot

再利用2012年和2015年的数据计算得到老君山亚热带常绿阔叶林1500 m处普查样地的和1700 m的复查样地森林乔木年平均固碳增量均为正值，分别为7.45和7.11 t·hm-2，普查样地乔木层年平均固碳增量大于复查样地。而且老君山亚热带常绿阔叶林普查样地和复查样地乔木层碳储量的平均年增长率分别为5.83%和5.68%（图2），仍然表现为普查样地乔木层固碳平均增长率大于复查样地，表明老君山亚热带森林具有较强的碳汇潜力。

3.2各样地主要树种的碳储量

表2 老君山亚热带常绿阔叶林区不同样地主要树种的碳储量Table 2 Carbon storage of main tree species in evergreen broadleaf forest of Laojun Mountain t·hm-2

老君山亚热带常绿阔叶林区不同海拔样地乔木层中主要树种碳储量见表2所示。在1500m处的普查样地乔木层中，碳储量最大的是柳杉（Cryptomeria fortunei Hooibr. ex Otto & Dietrich），2012年为56.18 t·hm-2，2015年为58.37 t·hm-2；其次是五爪槭，碳储量2012年为21.99 t·hm-2，2015年为27.95 t·hm-2；这2个树种的碳储量总和占整个普查样地乔木层碳储量的 64.81%（2012年）和60.38%（2015年）。而在1700 m处的复查样地乔木层中，碳储量最大的是叶萼山矾，2012年为50.32 t·hm-2，2015年为59.31 t·hm-2；其次是五爪槭，碳储量2012年为40.64 t·hm-2，2015年为43.71 t·hm-2；这2个树种的碳储量总和占整个普查样地乔木层碳储量的76.87%（2012年）和73.76%（2015年）。进一步比较2012和2015年的碳储量可以发现，各样地优势树种的碳储量所占比率均有所增加，表明优势树种碳储量对森林碳储量具有较大贡献。

3.3各样地乔木层不同树高碳储量的比较

利用 2015年的观测资料分析老君山亚热带常绿阔叶林区不同海拔样地乔木层中主要树种不同树高的碳储量分布特征（图3a），并计算其相应的碳储量百分比（图3b）。可见，对于海拔1500 m处普查样地内森林随着树高的增加，乔木碳储量也随之增加；而海拔1700 m的复查样地内森林高度大于10 m的乔木很少，导致乔木碳储量在树高大于10 m时也最小。因此，从各树高的碳储量占乔木层总碳储量的百分比也可得出，海拔1500 m处普查样地内树高大于10 m的乔木的碳储量占乔木层总碳储量百分比超过了一半（50.54%），其次为树高在5 m≤h<10 m之间的乔木碳储量占乔木层总碳储量百分比为41.90%，树高h<5 m的乔木碳储量所占百分比最小（7.56%）。但对于海拔1700 m处的复查样地，树高在5 m≤h<10 m之间的乔木碳储量占乔木层总碳储量百分比最大（56.88%），其次是树高 h<5 m 的乔木碳储量所占百分比较大（43.12%），树高大于10 m乔木的碳储量占乔木层总碳储量百分比最小（0.75%）。

图3 乔木层各树高的碳储量分布及其占总碳储量的百分比Fig. 3 Carbon storage and percentage of different height class in each plot

3.4各样地乔木层不同径级碳储量的比较

利用 2015年的观测资料分析老君山亚热带常绿阔叶林区不同森林样地乔木层中主要树种不同径级的碳储量（图4a），并计算其相应的碳储量百分比（图4b）。可见，对于海拔1500 m处普查样地和1700 m的复查样地乔木层不同径级的碳储量分布特征具有一致性，具体表现为两样地内均是以径级10 cm≤d<20 cm的碳储量最高，分别占各自森林乔木碳储量的40.08%和48.82%，随着乔木的生长，这些中径级的乔木在森林碳储存方面将发挥越来越大的作用。其次是以径级d≥30 cm碳储量较高，分别占各自森林乔木碳储量的35.08%和20.08%，这种较大径级的乔木大树寿命比较长，可视为长期的碳库。径级在20 cm≤d<30 cm之间的乔木碳储量最低，分别占各自森林乔木碳储量的 8.62%和13.06%。

4 讨论与结论

4.1讨论

（1）老君山常绿阔叶林是我国西南部典型的亚热带常绿阔叶林分布区，该区植被储存的碳量，在区域碳循环与碳平衡中发挥着重要作用。研究发现老君山常绿阔叶林林区典型样地乔木层固碳量在118.33 ～142.95 t·hm-2之间，虽然低于我国森林生态系统的平均单位面积碳储量（258.183 t·hm-2），但大于全国植被的平均碳储量 57.07 t·hm-2（周玉荣等，2000；张国斌等，2012）。四川地区森林植被碳储量主要分布在天然林中，天然林是该地区森林植被碳汇功能的主要贡献者（赵庆霞等，2013）。老君山常绿阔叶林乔木层在四川地区森林固碳方面发挥了很大的作用。本研究计算的森林植被碳储量是指乔木层碳储量，如果进一步考虑灌木和草本植物，老君山的亚热带常绿阔叶林的碳储量及其固碳增量将会更高。

图4 乔木层的各径级碳储量分布及其占总碳储量的百分比Fig. 4 Carbon storage and percentage of different diameter class in each plot

（2）研究也表明老君山亚热带常绿阔叶乔木层碳储量平均年增长率高于我国森林的平均年增长率1.6%（吴庆标等，2008；赵敏等，2004）。尤其是老君山目前林分中中龄林所占的比重较大，随着乔木的生长，该地区中径级的乔木在森林碳储存方面将发挥越来越大的作用。若能对现有林分加以更好地抚育和管理，该区森林植被仍具有较大的碳汇潜力，碳汇功能可望进一步增强。近年来伴随着国家级自然保护区的建立，该区森林蓄积和森林面积得到有效管理和保护，森林蓄积稳步增加，森林生物碳汇容量呈现绝对增长。

（3）研究还表明老君山优势树种柳杉、五爪槭、叶萼山矾的碳储量所占比率随时间变化均有所增加，表现在优势树种碳储量对森林碳储量具有较大贡献。同时，老君山位于1500 m处的典型常绿阔叶林具有较高的多样性，物种分布比较均匀，具有巨大的碳储量优势及固碳能力。1700 m处的常绿阔叶林分由于地形原因，冬季冰雪灾害较严重，乔木和灌木生长受到抑制，影响其碳储量的分布。所以对该地区而言，随着气候变化的进一步加剧，应加强对保存完好的现有原生常绿阔叶林进行科学合理的管理，以保护和维持森林碳储量，禁止乱砍滥伐，减少因为采伐导致的森林碳储量的减少和碳汇潜力降低，这对于区域甚至国家制定碳减排战略、应对国际碳谈判等具有重要的意义，并可为国家实施减排做出贡献。

4.2结论

（1）老君山亚热带常绿阔叶林在1500 m处普查样地和 1700 m复查样地的森林乔木层碳储量（以C计）分别为142.95和139.67 t·hm-2，乔木年平均固碳增量分别为7.45和7.11 t·hm-2，平均年增长率分别为5.83%和5.68%。其中，普查样地的乔木层碳储量、年平均固碳增量、年平均增长率均大于复查样地，表明老君山亚热带常绿阔叶林具有较强的固碳能力，而且海拔1500 m处的乔木层在碳蓄积方面占主导优势。

（2）在1500 m处的普查样地乔木层中，碳储量最大的是柳杉和五爪槭，2个树种碳储量总和占乔木层碳储量的64.81%（2012年）和60.38%（2015年）。在1700 m处的复查样地乔木层中，碳储量最大的是叶萼山矾和五爪槭，2个树种的碳储量总和占乔木层碳储量的76.87%（2012年）和73.76%（2015年）。各样地优势树种的碳储量所占比率均有所增加，表明优势树种碳储量对森林碳储量具有较大贡献。

（3）1500 m常绿阔叶林乔木碳储量主要存储在树高h≥10 m（50.54%）和径级10 cm≤d<20 cm（40.08%）的乔木中，1700 m常绿阔叶林乔木碳储量主要存储在树高5 m≤h<10 m（56.88%）和径级10 cm≤d<20 cm（48.82%）的乔木中。

致谢：四川省宜宾学院胥丽霞、颜钰梅、谢影、李浩然在野外植被调查中给予大力帮助，作者在此表示感谢。

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Carbon Storage of Tree Layer in Subtropical Evergreen Broadleaf Forests in Laojun Mountain of Sichuan

HE Yunling1, GUO Zongfeng2, LIU Xuelian1
1. College of Resources Environment & Earth Science, Yunnan University, Kunming 650091, China; 2. College of life and food engineering, Yibin University, Sichuan 644007, China

As an importance component in carbon pool and sink in terrestrial ecosystems, forest plays fundamental roles in the process of global carbon cycle and balance. To better understand the significance of carbon sink in the process of future carbon management, this study assessed the carbon capacity in a typical subtropical evergreen broadleaf forest in Laojun Mountain, Sichuan Province. The carbon storage and annual carbon gains in trees were measured in the field, and data acquired from two separate field surveys (in 2012 and 2015) were analyzed with allometric equations. The results showed that for two study plots located at elevation 1 500 m and 1 700 m, the tree layer carbon storage were 142.95 and 138.67 t·hm-2, the mean annual increment of tree layer carbon sequestration were 7.45 and 7.11 t·hm-2, and the mean annual growth rate of tree layer carbon was 5.83% and 5.68%, respectively. The tree layer carbon storage and mean annual carbon increment in in plot (1 500 m) urveyed this year was larger than the previously investigated plot (1 700 m), suggesting that the tree layer of 1 500 m evergreen broadleaf forest played an important role in the carbon storage in Laojun Mountain. Furthermore, the tree layer carbon storage of 1 500m evergreen broadleaf forest was mainly contributed by the trees with height ≥10 m (50.54%) and 10 cm ≤ DBH<20 cm (40.08%), while that of 1 700 m forests was mainly contributed by the trees with 5 m ≤ height < 10 m (56.88%) and 10 cm ≤ DBH < 20 cm (48.82%). Since most growth in the forest types occurs in the middle-aged forest stands, these age groupes are considered to have a greater potential to increase the biomass carbon capacity. This significant carbon sink will be further enhanced in the Laojun Mountains with the development and restoration designed to provide specific ecological services

subtropical evergreen broadleaf forest; biomass; carbon storage; Laojun Mountain

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.11.002

S71815

A

1674-5906（2015）11-1765-06

国家自然科学基金项目（C030501）；云南大学资环学院科研项目（2013CG009）

何云玲（1978生），女，副教授，博士，主要从事生态环境变化及其影响研究。E-mail: hyl610@126.com

2015-08-05

引用格式：何云玲, 郭宗锋, 刘雪莲. 四川省老君山常绿阔叶林乔木碳储量及其分布特征[J]. 生态环境学报, 2015, 24(11): 1765-1770.