甘肃省黄土丘陵区侧柏人工幼林碳密度及分配特征分析

巩金萍

[摘 要] 随着“绿水青山就是金山银山”生态建设理念的提出，国家高度重视人工林的栽植与培育工作，希望各區域能因地制宜提升植被覆盖率。在此背景下，甘肃省黄土丘陵区侧柏人工幼林培育工作已经提上日程。因此，相关部门和人员应顺应生态文明建设号召，意识到植树造林对于调节气候、发挥森林碳汇功能的重要意义，开展人工林碳效益研究。基于此，本文以甘肃省黄土丘陵区侧柏人工幼林为研究对象，探究该林域的碳密度和分配特征。结果表明，侧柏人工林的乔木层和土壤层是最主要的碳库，不同树龄的侧柏人工林的碳含量有着明显区别，同时不同器官的碳含量也有所不同。

[关键词] 侧柏;人工林;碳密度;分配特征

[中图分类号] S791.38 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2020）12-61-2

随着国家对生态建设重视程度的不断提升，森林的碳汇效益受到各方人员的高度关注。黄土丘陵区侧柏人工幼林培育工作包含在我国重大生态造林工程内，不仅发挥了保护水土、涵养水源的本质功能，而且对区域生态环境的改善发挥了重要作用。近年来，各领域的研究人员开展了大量有关人工林碳密度的研究工作，但是鲜少有人涉足人工林生态系统碳密度与林龄之间内在联系的研究，对其碳密度和分配格局的分析也不够全面。

1 研究区概况

本次调查研究的对象是甘肃省黄土丘陵区的侧柏人工幼林，这部分区域属于典型的黄土丘陵沟壑区，海拔高度在1 000～1 500 m，气候比较干燥，年降水量不超过600 mm[1]。当地属于比较有代表性的温带半干旱大陆性季风气候，而且林区土壤大多为黄棉土。植树造林之前，该区域为坡耕地，坡度约为20°[2]。

2 研究方法

2.1 设置样地与研究调查

设置样地时，要严格遵循林地立地条件相似的总体原则，注意控制坡位和林相的相似性，最终选择七年生、十年生、十二年生及十四年生侧柏人工林各3块。每块样地的面积约为400 m2，尽可能降低其他因素对人工林样地造成的差异性干扰。关于样地林龄的确定，要求相关研究人员参考当地的造林记录和年轮样芯，调查树高、冠服及胸径等基础指标，保证研究的科学性和可靠性。

2.2 测定人工林生物量

2.2.1 乔木层。结合样地设置阶段每木检尺的结果，研究人员应分别在12块样地中各自选择1棵平均木，也就是分别选取每个年龄段的3棵树木作为标准木。伐下12株标准木，使用Monsic分层切割法对树木的各方面系数进行测定。具体来说，对标准木的测定应分为地上部分、地下部分。地上部分以测定树干、树皮及树枝各器官的鲜质量为主，以直径1 cm为界限将树枝分为细枝和粗枝，分别计算粗枝和细枝的枝叶鲜质量。地下部分则可以根茎为依据对根系进行划分：根茎小于0.20 cm的为细根，大于0.20 cm但小于0.50 cm的为小根，大于0.25 cm且小于1.00 cm的属于中根，小于2.00 cm的属于大根，而大于2.00 cm的则为粗根。加上根桩整体来说，将地下部分根系划分为6类，随后采用全挖法对地下部分进行质量实测[3]。

2.2.2 林下植被。在计算林下植被生物量的过程中，相关人员应在每一块人工林样地进行分别取样，具体来说可以在每一块人工林样地各选取3个25 m2左右的灌木样方和5个1 m2左右的草本样方。依旧使用全挖法对地上部分、地下部分的生物量进行分别测量。具体测定灌木的枝、叶、根3个主体组成，对地上部分、地下部分的鲜质量进行精准记录。鲜质量计算结束后，研究人员分别对灌木的枝叶和草本植物的各个器官进行取样。与此同时，需要提取枯落物的样方，这也就要求研究人员至少要在每一块样地选取1 m2左右的枯落物进行研究。

2.3 土壤样品采集

在每一块样地内分别设置同等面积的土壤采样点，分别对地下0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm，30～50 cm及50～100 cm的土层进行取样[4]，调查研究人员可以结合实际情况混合同一样地相同土层的样本，通过实验室的仪器设备测定土壤样品的有机碳含量，并测定土壤密度。

2.4 测定有机碳含量

借助元素分析仪来分别对植物样品和土壤样品中的有机碳含量进行测定。

2.5 人工林碳密度

经过对样品数据的具体分析，用各组分年生物量和相应有机碳含量的乘积来表示人工林的碳密度，建立起乔木层各参数的关系模型。具体来说，各组分的生物量等于树木胸径的平方与树高的乘积加上系数。根据对所研究侧柏人工林建立各种生物量模型，分别计算单位面积内组分生物量，最终推算出单位面积林分生物量。

2.6 数据处理

采用专业的数据处理软件统计分析数据，运用单因素方差分析对不同林龄侧柏生态系统的碳含量和碳密度进行计算。

3 结果与分析

3.1 人工侧柏林碳含量

3.1.1 乔木林。研究数据表明，侧柏人工幼林中乔木的各器官碳含量与林龄呈正比例关系，所有器官的平均碳含量约在480 g/kg，而且不同林龄间乔木的同一种器官不存在明显的碳含量差距，但是不同器官之间的碳含量差距相对来说比较明显。比如，果实中的碳含量明显高于树叶中的碳含量，粗枝中的碳含量明显高于细枝中的碳含量，大根中的碳含量高于小根中的碳含量。总的来说，侧柏果实碳含量最高，小根碳含量最低。

3.1.2 林下植被。通过对数据参数的分析发现，灌木层不同植物器官的碳含量存在比较显著的差异。碳含量最高的是灌木的茎，几乎能达到430 g/kg;而碳含量最低的是灌木的根，为380 g/kg。草本植物的含碳量总体来说是地上部分高于地下部分，未分解的枯落物层碳含量为430 g/kg左右，远远高出半分解层的370 g/kg左右。与此同时，研究人员发现树龄对于各个结构的碳含量影响并不明显，但是也不能否认不同层次之间的碳含量是存在明显区别的。

3.1.3 土壤层碳含量。通过对土壤层碳含量数据的分析发现，在所有取样的侧柏人工林中，土壤层平均碳含量最低为23 g/kg，最高为96 g/kg。对数据的分析得出影响侧柏人工林土壤碳含量的主要因素是林龄和土壤深度。具体来说，土壤层的碳含量和土层深度呈反比例关系，土壤深度越深，土壤层的碳含量越少。比如，50～100 cm土层深度的碳含量远远低于0～10 cm土层的碳含量。而土层碳含量与林龄则呈正比例关系，林龄越大，各层土壤中的碳含量就越高。

3.2 侧柏人工林碳密度和分配规律

3.2.1 乔木层碳密度。通过对不同林龄侧柏人工林地样本的系统性分析，乔木层的各部分器官碳密度的差异十分显著。经检测，七年生、十年生、十二年生、十四年生侧柏的树干碳密度分别是0.54、1.33、2.26、2.98 t/hm2，占地上部分整体碳密度的33%、31%、34%、35%，占整个乔木层地上地下部分总和的21%、25%、27%、28%。而七年生、十年生、十二年生、十四年生侧柏根桩碳密度分别是0.44、0.52、0.93、1.24 t/hm2，占地上部分整体碳密度的49%、47%、60%、68%，占整个乔木层地上地下部分总和的18%、10%、12%、11%。由此可見，侧柏人工林中树木的各个器官碳密度会随着树龄的增加而有所变化。

3.2.2 林下植被碳密度。本次研究对不同林龄的侧柏人工林各器官碳密度绘制了数据统计图，最终发现侧柏人工林中灌木丛、草本层及枯落物层存在显而易见的碳密度差异。在林下植被灌木中，碳密度最高的部位是茎，七年生、十年生、十二年生、十四年生侧柏灌木茎的碳密度分别是0.02、0.04、0.05、0.07 t/hm2，整体来说地上部分的草本层碳密度远高于地下部分的草本层碳密度，七年生、十年生、十二年生、十四年生侧柏地上部分的碳密度分别占整体密度的53%、57%、56%、58%。

3.2.3 碳密度分配特征。在侧柏人工林生态系统中，乔木层和土壤层是最主要的碳库，是碳密度分配区域。七年生、十年生、十二年生、十四年生侧柏林土壤层碳密度分别为34.44、38.38、41.69、44.70 t/hm2，占生态系统碳密度的92%、85%、82%、80%;乔木层碳密度分别为2、5、8、10 t/hm2，分别占生态系统碳密度的5%、11%、14%、17%;而其他部位的碳密度所占比例则整体偏小。

4 结论

经过对甘肃省黄土丘陵区侧柏人工幼林进行取样与检测，发现侧柏人工林的乔木层和土壤层是最主要的碳库，树龄不一样的侧柏人工林的碳含量有着明显区别，同时不同器官的碳含量也有所不同。但整体来说，人工林碳密度随树龄增长而变大。

参考文献

[1]王斐，邢世岩，吴德军，等.人工补水促进侧柏林地的种子萌发及天然更新[J].灌溉排水学报，2019（s1）：61-67.

[2]李鹏.抚育对不同立地条件下侧柏幼龄林生长的影响[J].防护林科技，2017（4）：32-34.

[3]马宝川.论侧柏栽培技术及抚育管理[J].农民致富之友，2016（24）：121-122.

[4]马士友，杨华，张恒，等.侧柏人工幼龄林单木生长的竞争效应模型[J].东北林业大学学报，2016（9）：9-13.