不同马尾松群落类型的生物量及碳储量

陈模芳，丁贵杰，翟帅帅，高 祥

（1.贵州省森林资源与环境研究中心，贵州 贵阳 550025；2.遵义师范学院，贵州 遵义 563002）

不同马尾松群落类型的生物量及碳储量

陈模芳1,2，丁贵杰1，翟帅帅1，高 祥1

（1.贵州省森林资源与环境研究中心，贵州 贵阳 550025；2.遵义师范学院，贵州 遵义 563002）

以马尾松人工纯林（A）、马尾松天然次生纯林（B）、马尾松-油茶混交林（C）、马尾松-枫香混交林（D）、马尾松-白栎混交林（E）、马尾松-杉木混交林（F）6种群落类型为研究对象，通过样地实测生物量和采用重铬酸钾法测定植物地上部分各器官含碳率，对6种群落的生物量和碳储量进行研究，结果表明：各群落类型的地上部分总生物量按从大到小的排序为：群落F（153.293 t·hm-2）＞群落E（67.482 t·hm-2）＞群落D（58.581 t·hm-2）＞群落 B（51.995 t·hm-2）＞群落 C（35.405 t·hm-2）＞群落 A（33.387 t·hm-2）；其中，各群落类型中以乔木层的生物量最大，在25.968～146.015 t/hm2之间，灌木层次之，草本层最小；碳储量在18.312～70.549 t/hm2之间，年均固碳量从高到低的排序为群落F＞群落E＞群落D＞群落C＞群落A＞群落B。

马尾松；群落类型；生物量；碳储量

森林生物作量为森林生态系统最基本的数量特征，已成为度量森林结构和功能的重要指标。森林是陆地上面积最大的生态系统，其生物量是全球碳循环的重要组成部分[1-2]。我国在这方面的研究基本是从20世纪70年代后期开始的[3-5]，随后我国的森林生态系统的生物量和碳储量的研究进入全面发展阶段。近年来，CO2等温室气体的大力排放引起的全球气候变化问题已引起广泛的关注，森林固碳对生态环境的改善起着重要作用。

马尾松Pinus massoniana是我国亚热带地区特有的乡土树种，不耐庇荫，喜光、温，对立地条件的要求不高，是重要的用材树种、荒山造林树种、也是主要造林树种中分布最广泛的树种之一[6]。前人对其进行了大量的研究，包括生理特性、速生丰产林主要培育技术、生态学特征等[7-11]。近年来，我国也有许多关于马尾松生物量的研究，人工纯林、天然次生林[12-15]；马尾松-混交林[16-18]等，但这些基本都是就单一或少量的群落类型进行研究，没有系统的进行综合对比研究，本文主要对贵州省内选取具有代表性的6种不同马尾松群落类型进行实测调查，研究了各种群落类型的生物量及其分配规律和碳储量，为进一步探索马尾松林的碳储量、生产发展及生态系统经营提供科学依据。

1 研究方法

1.1 研究区概况

6种群落类型马尾松人工纯林（A），马尾松天然次生纯林（B），马尾松-油茶混交林（C），马尾松-枫香混交林（D），马尾松-白栎混交林（E），马尾松-杉木混交林（F）的样地分别位于贵州省都匀市、平塘县、松桃县和榕江县，各群落类型的样地基本概况如表1所示。都匀市位于贵州省黔南州，地理位置东经 107°25′44″～ 107°32′02″，北纬 26°5′16″～ 26°17′22″，海拔 852 ～ 988 m，属于中亚热带湿润季风气候，平均气温15.8 ℃，最低气温- 6.9℃，≥10℃积温平均值4 979，年平均降水量1 445 mm，5～10月降水量占全年降水量的80% 以上，年平均相对湿度79%，日照时数1 159 h，日照率26%，年平均太阳总辐射量360 075.04 J/m2，年平均无霜期288 d。平塘县位于贵州省南缘中部，所在经纬度为东经106°40′29″～107°26′19″，北纬 25°29′55″～ 26°06′41″之间，海拔1 015 m；地处中亚热带季风湿润气候区，无霜期长，年平均气温17 ℃。 松桃县位于黔东北，所在经纬度为东经 109°18′17″，北纬 27°54′43″，海拔696 m，年均降水量1 378.3 mm，年均降雨日数183 d，年均日照时数1 228.3 h。榕江县位于贵州省东南部，所在经纬度为东经108°34′53″，北纬26°12′02″，气候属于亚热带季风湿润气候，年极端最高温39.5 ℃，年极端最低温-5.8 ℃，年均温18.3 ℃，无霜期328 d，年均降水量1 100～1 600 mm，年平均日照时数1 214.3 h。

1.2 研究方法

1.2.1 生物量的测定

根据巣氏样方法确定样地面积并通过罗盘仪固定样地之后，对标准样地内的样木逐株进行坐标定位，通过测定胸径、树高等绘制胸径树高曲线计算平均木和优势木。采用平均标准木法选取1～3株标准木伐倒，所选的标准木应有完整的树冠，树杆无分叉、无倾斜，分别按干、枝、皮、叶4种器官实测标准木各组分的生物量，然后再推算各种群落类型地上乔木层生物量。

在每块样地内再根据“品”字型设置3个4 m×4 m的灌木小样方，按对角线设置5个1 m× 1 m草本的小样方，采用“样方收获法”将灌木层和草本层地上部分进行全部收获，通过换算得出林下植被的生物量。

表1 不同群落类型样地基本情况Table 1 Basic conditions of sampling sites of different community types

1.2.2 碳储量的测定

将乔木层和灌木层各器官的样品经烘干、粉碎、过筛后用重铬酸钾加热法测定其含碳率，林下草本取混合样测定其含碳率，再通过生物量与含碳率推算出碳储量。

1.2.3 数据统计与分析

用Excel 2007和SPSS17.0软件对数据进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同群落类型生物量水平分布特征

从表2可以看出，在6种群落类型中，以F（马尾松-杉木林）的乔木层生物量最大，为146.015 t/hm2，总体呈群落F＞群落E＞群落D＞群落B＞群落A＞群落C的分布趋势。不同群落类型乔木层各器官的生物量分配存在一定的差异，各个群落类型中均以树干所占比例最大，在48.753%～77.873%之间，其中马尾松天然次生纯林和马尾松-杉木林递变趋势一致，均是树干＞树枝＞树皮＞树叶；其余4种群落类型则呈树干＞树枝＞树叶＞树皮的趋势。

2.2 不同群落类型生物量垂直分布特征

从图1可以看出，几种群落类型的地上部分生物量分布都以乔木层占绝对优势，呈典型的乔木层＞灌木层＞草本层的分布格局，各群落类型的地上部分总生物量分布与乔木层有一定的区别，按从高到低的排序为：群落F＞群落E＞群落D＞群落B＞群落C＞群落A，乔木层占地上部分总生物量比例最大的是F（马尾松-杉木林），高达95.25%，最小的是C（马尾松-油茶混交林），为73.345%。灌木层生物量所占总生物量比例的排序为：群落C＞群落E＞群落D＞群落B＞群落A＞群落F。草本层所占比例最小，其中以E（马尾松-白栎）群落草本层所占比例最大，为6.794%。

表2 不同群落类型乔木层各器官生物量分配及比例†Table 2 Biomass of each component and percentage in arbor layer of different community types

图1 不同群落类型地上生物量比较Fig.1 Comparison of aboveground biomass in different community types

2.3 群落固碳功能比较

森林植被的碳储量估算是以森林植被生物量为基础的，因此首先必须对森林植被各部分生物量进行计算。本文从不同群落马尾松群落类型地上部分生物量分布、不同群落类型碳储量分配规律以及不同群落类型固碳能力的比较等几个方面分别进行了探讨。

2.3.1 主要乔木树种含碳率分析

对几种群落类型中乔木层的主要树种做了不同器官的含碳率的计算分析，由表3可知，同一树种的不同器官之间含碳率存在差异，不同树种的同一器官之间也存在着差异，6种群落类型的主要乔木树种各器官含碳率主要集中在 37.673%～49.768%之间，杉木的各器官含碳率整体较其他树种偏大，黄檀的相对偏小。

表3 不同群落类型主要树种各器官含碳率Table 3 Carbon rate of each organ in main species in different community types

2.3.2 不同群落类型碳储量分布规律

（1）乔木层碳储量分布

从表4可以看出，除了马尾松天然次生纯林的树叶和树皮有些微变化外，不同群落类型乔木层各器官碳储量和生物量的分布规律基本一致，均呈树干＞树枝＞树叶＞树皮的分布格局，其中马尾松天然次生纯林的树干碳储量占乔木层的比例最高，高达77.128%，而马尾松人工纯林的最低，仅为45.922%，其他4种群落类型的均超过50%。

表4 不同群落类型乔木层各器官碳储量分配及比例Table4 Carbon storage distribution and percentage of arbor layer in different community types

（2）总体碳储量分布

从表5可以看出，在6种不同的群落类型中，乔木层的碳储量在13.967～67.408 t/hm2之间，都占据主导地位，其中以马尾松-杉木群落最为明显，占总碳储量的95.548%；其次是灌木层，碳储量在1.087～5.415 t/hm2之间，以马尾松-油茶群落所占比例最高，达20.366%，所占比例最高的是马尾松-白栎群落，仅为6.377%，而比例最小的是马尾松-杉木群落，仅占1.030%。

表5 不同群落类型碳储量分配及比例Table 5 Carbon storage distribution and percentage in different community types /(t·hm-2)

2.3.3 不同群落类型固碳能力的比较

本文所涉及的6种森林类型虽都属于中龄林或者偏近熟林，但林龄略有不同，仅通过6种群落类型的碳储量来对比各个群落类型的固碳能力不够准确客观。因此，根据6种森林群落的平均林龄，换算出6种群落类型在中林时期的年均固碳量，并加以比较。

从表6可以看出，各群落类型的乔木层的年均固碳量明显高于灌木层和草本层， 灌木层以马尾松-油茶群落的年均固碳量最高；草本层最小，且各群落类型间差异不大。6种不同的群落类型的年均固碳量在1.073～2.613 t/hm2之间，从高到低的排序为：群落F＞群落E＞群落C＞群落D＞群落A＞群落B，这说明混交的群落类型在固碳能力方面优于纯林，人工纯林由于密度比天然次生纯林大，其固碳能力较天然次生纯林稍强。

表6 不同群落类型年均固碳量Table 6 Annual carbon sequestration capacity in different community types /(t ·hm-2 a-1)

3 结论与讨论

在6种群落类型中，以F（马尾松-杉木）林的乔木层生物量最大，为146.015 t/hm2，总体呈群落F＞群落E＞群落D＞群落B＞群落A＞群落C的分布趋势，其中马尾松人工纯林和马尾松-油茶林的林龄均比其他群落低，这也可能其是造成乔木层生物量偏低的重要原因。不同群落类型乔木层各器官的生物量分配存在一定的差异，均以树干所占比例最大，在48.753%～77.873%之间，马尾松天然次生纯林和马尾松-杉木林递变趋势一致，均是树干＞树枝＞树皮＞树叶；其余4种群落类型则呈树干＞树枝＞树叶＞树皮的分布趋势，这可能是由于前两种群落的优势树种都是针叶树种并且林龄偏大导致其树皮比重超过树叶，而后4种除了林龄影响外，再加上阔叶树种的影响，造成了树叶比重超过树皮。

几种群落类型的地上部分生物量差异比较明显，都以乔木层占绝对优势，呈典型的乔木层＞灌木层＞草本层的分布格局，由于林下灌草层的物种组成及数量的影响，各群落类型的地上部分总生物量分布与乔木层有一定的区别，最大的是群落F，为153.293 t/hm2，最小的是群落A,为33.387 t/hm2，按从大到小的排序为：群落F＞群落E＞群落D＞群落B＞群落C＞群落A，这与叶龙华[19]等的研究结果有一定的区别，其原因可能是马尾松纯林的样地林龄较其他群落偏低的缘故。乔木层占地上部分总生物量比例最大的是马尾松-杉木林，高达95.25%，最小的是马尾松-油茶混交林，为73.345%，这可能跟马尾松-油茶群落中乔木层里马尾松数量有一定关系。灌木层生物量所占地上部分总生物量比例的排序为：群落C＞群落E＞群落D＞群落B＞群落A＞群落F。草本层所占比例最小，其中以马尾松-白栎群落草本层所占比例最大，为6.794%；造成灌草层生物量这种排序的原因跟各群落林下物种的分布有一定的关系。

6种不同的群落类型的碳储量分布以F（马尾松-杉木群落最大），为70.549 t/hm2，C（马尾松-油茶）群落最小，为18.312 t/hm2；年均固碳量在1.073～2.613 t/hm2之间，其排序与碳储量分布略有不同，从高到低的排序为：群落F＞群落E＞群落C＞群落D＞群落A＞群落B，这说明马尾松混交林的群落类型在固碳能力方面优于纯林，这与李默然[20]的研究结果一致。人工纯林由于密度比天然次生纯林大，其固碳能力较天然次生纯林稍强。各群落类型的乔木层的年均固碳量明显高于灌木层和草本层， 灌木层以马尾松-油茶群落的年均固碳量最高，草本层最小，且各群落类型间差异不大。

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Study on biomass and carbon storage of different community types ofPinus massoniana

CHEN Mo-fang1,2, DING Gui-jie1, ZHAI Shuai-shuai1, GAO Xiang1
（1.Research Center for Forest Resources and Environment of Guizhou, Guiyang 550025, Guizhou, China;2.Zunyi Normal College, Zunyi 563002, Guizhou, China）

A(artificial pure forest ofPinus massoniana), B(natural secondary pure forest ofPinus massoniana), C(mixed forest ofPinus massonianaandCamellia oleifera), D(mixed forest ofPinus massonianaandLiquidambar formosana), E(mixed forest ofPinus massonianaandQuercus fabri) and F(mixed forest ofPinus massonianaandCunninghamia lanceolata) were studyed based on the biomass data collected from fi eld surveys and the carbon contents of each tree organ with potassium dichromate method.The results showed that the aboveground biomass in different communities ranked in the decreasing order of F(153.293 t·hm-2), E(67.482 t·hm-2),D(58.581 t ·hm-2), B(51.995 t ·hm-2), C(35.405 t ·hm-2), A (33.387 t ·hm-2).The biomass of arbor layer in different community types was the largest, with the value from 25.986 to 146.015 t/hm2, the next was shrub layer while the herb layer was the minimum.Besides, the carbon storages of the 6 community types were from 18.312 to 70.549 t·hm-2.The order of average annual average carbon sequestration was community F＞community E＞community D＞community C＞community A＞community B.

Pinus massoniana; community types; community; biomass; carbon storage

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.07.014

http: //qks.csuft.edu.cn

S781.248

A

1673-923X(2016)07-0076-05

2015-03-16

贵州省重大专项课题（黔科合重大专项字[2012]6001号）；贵州林业重点课题（黔林科合[2010]重大03号）；（黔林科合[2011]重大01号）

陈模芳，硕士研究生

丁贵杰，教授，博士生导师；E-mail：

陈模芳，丁贵杰，翟帅帅，等.不同马尾松群落类型的生物量及碳储量[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(7): 76-80.

[本文编校：吴 毅]