小兴安岭采伐迹地天然更新白桦混交林建群种碳汇特征

崔崧 刘延滨 黄金龙 王承义

摘要：  以小兴安岭采伐迹地自然更新白桦混交林为研究对象，通过生物量模型、碳含量模型估算出建群种碳汇量，并对林分建群种碳汇特征进行了分析。结果表明，小兴安岭森林皆伐林地自然更新演替后形成的白桦林主要建群种中数量最多的是白桦，其碳汇贡献率也最高;落叶松的个体平均总生物量和树干生物量最大，但在整个林分中的总生物量水平较低，而单株生物量最小的白桦林分整体生物量最大;树干生物量与总体生物量比例最高的是白桦和落叶松;林分单位面积含碳量的排序为白桦、毛赤杨、落叶松;落叶松总体碳汇贡献率最低，但个体碳汇量及树干占比都很高，可以在保证整体结构近自然化的情况下，通过造林的方式提高落叶松的比例来增加林分的碳汇。

关键词：  采伐迹地;  白桦混交林;  碳汇特征

中图分类号：   S 728                  文献标识码：   A                  文章編号：1001 - 9499（2019）05 - 0018 - 03

以大小兴安岭为主的黑龙江重点国有林区天然林商业性采伐已被全面禁止，小兴安岭植被恢复及林分结构功能的优化将是未来林业工作的重点。随着碳汇交易全球化进程的推进，森林碳汇核算的精准化及增汇经营措施的高效化将为未来黑龙江省碳汇经济的增长贡献力量。林分自然状态下的更新演替规律是森林结构合理化、功能齐备化经营措施制定的基础依据。因此，本文以小兴安岭典型自然更新演替林分的初期阶段为研究对象，通过生物量模型、碳含量模型推算出建群种碳汇量，结合群落学分析得到小兴安岭自然更新演替初期林分碳汇特征。

1 研究方法及样地概况

1. 1 研究方法

本研究选取位于小兴安岭丰林自然保护区的丽林实验林场为试验地点，在林场东南方向选取白桦次生林为研究对象，在试验区内建立20 m×30 m的试验样地，在样地内设置24个5 m×5 m的样方，对样地内所有乔木树种进行调查，测定树高、胸径、冠幅等指标，通过生物量模型拟合计算出各乔木树种的生物量，同时结合碳含量方程计算出各个建群种的含碳量。

生物量模型的选择：

白桦[ 1 ]：总生物量方程W白总=0.039 2（D2H）0.971 1;

树干生物量方程W白干=0.056 2（D2H）0.875 7

毛赤杨[ 2 ]：总生物量方程W毛总=1.905 5e0.234 9D;

树干生物量方程W毛干=0.997 1e0.244 3D

落叶松[ 1 ]：总生物量方程W落总=0.054 4（D2H）0.924 6;

树干生物量方程W落干=0.038 3（D2H）0.916 3

有关森林碳储量的研究大多采用固定的数值作为森林的平均含碳率。例如，方精云等[ 3 ]采用 0.5的含碳率，也有采用0.45 作为平均含碳率估算碳储量[ 4 ]。本文采用不同树种不同部位的碳含量的研究结果作为计算依据：白桦采取平均含碳率为0.451 45，树干含碳率为0.434 31进行计算;[ 5 ]毛赤杨采取平均含碳率为0.5进行计算[ 4 ]。落叶松采取平均含碳率为0.454 35，树干含碳量为0.447 44进行计算[ 5 ]。

1. 2 样地概况

试验选取的白桦林为1993年皆伐后，经过25年自然生长形成的林分，未经过人为扰动，坡度4°，坡向南。丽林实验林场年平均气温-1 ℃左右，年降水量700～800 mm。样地内主要植物为白桦（Betula platyphylla）、毛赤杨（Alnus sibirica）、落叶松（Larix gmelinii）、大黄柳（Salix raddeana）、蓝靛果忍冬（Lonicera caerulea）、冷杉（Abies fabri）、山桃稠李（Padus maackii）、山杨（Populus davidiana）、绣线菊（Spiraea Salicifolia）、珍珠梅（Sorbaria sorbifolia）。

2 结果与分析

2. 1 主要树种的群落学特征

小兴安岭森林在经过皆伐之后，林地经过自然落种更新后往往形成以山杨和白桦为主的混交林。本研究选取的林分为典型经过皆伐后自然萌生演替的白桦混交林，主要乔木层树种有白桦、毛赤杨、落叶松、山杨、大黄柳、冷杉等，其中数量最多的是白桦（177）、毛赤杨（42）、落叶松（11），白桦为优势种。由表1可以看到，除冷杉外，主要树种的平均树高为7.86～9.5 m，最高的为落叶松（9.5 m），最矮的为山杨（7.86 m）;不同树种胸径差异较大，最大的为大黄柳（9.07 cm），最小的为山杨（4.86 cm）;不同树种平均投影面积差距也较大，最大的为毛赤杨（9.59 m2），最小的为山杨（3.35 m2）。通过对主要树种的特征分析可以看出，在该群落中处于建群优势地位的物种为白桦（177）、毛赤杨（42）、落叶松（11）、山杨（5），但可能是由于立地条件的原因，山杨无论从数量上、生长状态上及其生态位契合上都无法达到建群种的条件，因此白桦、毛赤杨、落叶松为该群落的建群种。

2. 2 主要建群种的生物量特征

生物量是森林生态系统固碳作用最直接的表现，树干生物量是植物个体生物量的最主要部分。从个体（表2）来看，落叶松的平均总生物量最大（19.69 kg），其次是毛赤杨（17.79 kg）和白桦（13.56 kg）;树干生物量的情况与平均总生物量类似。虽然落叶松个体生物量最大，但由于更新数量较小，其在整个林分中的总生物量较低，只有166.78 kg，而单株生物量最小的白桦由于更新数量最大，其林分整体生物量的数量最大，为2 400.37 kg。树干生物量的情况与总生物量类似，树干生物量作为植物的主干，其存在的周期是各组分中最长的，因此较高的树干与总生物量的比例对于碳汇的贡献是有利的。三种建群种中比例最高的是白桦（77.77%），其次是落叶松（66.74%），最小的是毛赤杨（57.71%）。

2. 3 主要建群种的碳汇特征

将得到的生物量数据进行碳含量转换，得到主要建群种的碳汇特征（表3），碳汇量的特征与生物量类似，落叶松的平均总碳汇量最大（8.94 kg），其次是毛赤杨（8.89 kg）和白桦（6.12 kg）。各树种样地内总碳含量、树干总碳含量的排序情况与样地内总生物量、树干生物量的情况一致。林分单位面积含碳量的排序为白桦（18 060.77 kg/hm2）、毛赤杨（6 228.61 kg/hm2）、落叶松（1 640.07 kg/hm2）。

3 结 论

3. 1 小兴安岭森林皆伐林地自然更新演替后形成的白桦林主要建群种有白桦、毛赤杨、落叶松，其中数量最多的是白桦， 这也是白桦是该种群碳汇贡献率最高的物种的原因。

3. 2 该种群落叶松的个体平均总生物量（19.69 kg）和树干生物量（13.14 kg）最大，但由于更新数量较小，其在整个林分中的总生物量较低（166.78 kg），而单株生物量最小的白桦由于更新数量最大，其林分整体生物量最大（2 400.37 kg）。三种建群种中树干生物量与总体比例最高的是白樺（77.77%）和落叶松（66.74%）。

3. 3 该种群物种碳汇量的特征与生物量类似，个体落叶松的平均总碳汇量及树干碳汇量最大，分别为8.94、6.12 kg。林分单位面积含碳量的排序为白桦（18 060.77 kg/hm2）、毛赤杨（6 228.61 kg/hm2）、落叶松（1 640.07 kg/hm2）。

3. 4 落叶松在该种群中虽然总体碳汇贡献率最低，但其个体碳汇量及树干占比都很高，因此此类种群可以在保证整体结构近自然化的情况下，通过造林的方式提高落叶松的比例来增加林分的碳汇。

参考文献

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[4] Zhou Y-R，Yu Z-L，Zhao S - D.Carbon storage and budget of major Chineseforest types[J].Acta Phytoecologica Sinica，2000， 24（5）： 518 - 522 .

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[6] 王琴香，  沈海龙，  和春庭，  等.  红松人工林和相邻次生林林下红松天然更新种群格局分析[J].  森林工程，  2018，  34（2）：  16 - 20.

第1作者简介：  崔崧（1981-），  男，  植物学硕士，  副研究员，  研究方向为森林生态。

通讯作者：  王承义（1962-），  男，  研究员，  研究方向为森林生态方向。

收稿日期： 2019 - 07 - 20

（责任编辑：   张亚楠）

The Characteristics of Betula Mixed Forest with Natural Regeneration on Cutting-Blank

CUI Song

（Forestry Scientific Institute of Heilongjiang Province，  Harbin 150081）

Abstract The carbon sink characteristics of betula mixed forest with natural regeneration on cutting-blank are studied with biomass model and carbon content rates. Conclusions： The most constructive species of betula bixed forest with natural regeneration on cutting-blank is Betula， its carbon contribution is also the most. The average biomass and stem biomass of larch are most， but the whole biomass is very small， the largest whole biomass is birch. The largest stem biomass/whole biomass are birch and larch. The biomass in unit area were sorted as follow birch， alnus sibirica， larch . The larch with the lowest whole biomass have the highest biomass/whole， the carbon sink can increased through larch afforestation.

Key words Cutting-Blank;  Betula Mixed Forest;  Characteristics