汕头地区优良造林树种幼龄林固碳潜力评价

纪燕玲，朱晓武，吴悦宏，肖泽鑫，柳泽鑫

(汕头市林业科学研究所，广东 汕头 515041)

森林在全球碳循环中承担着重要的角色，是陆地生态系统中最大的碳库。森林植被的碳库占全球植被碳库的77.1%[1]，森林碳汇主要有森林生物固碳、林地固碳、森林植物固碳三种形式[2]，森林植物固碳最明显的影响就是生物量的增加[3]，植物经同化作用吸收大气中的CO2，并以生物量的形式固定在植物体中，森林集中了全球的陆地生物量，在维护全球碳平衡中发挥着重要作用。自20世纪90年代以来，针对森林生态系统的碳储量、碳密度以及碳汇功能等方面已进行大量研究[4-7]，也取得了显著的进步。随着《京都议定书》的正式生效，全国各地也开始大力开展碳汇造林项目，幼龄林已成为碳汇的主体，而目前关于幼龄林的碳汇研究较少。汕头地区近些年也在积极开展碳汇造林，不同树种的碳汇潜力不同，目前，对森林碳储量的估算通常利用林木的生物量与碳含量的乘积推算得出[8]，因此，林木生物量及碳含量是评价林木固碳潜力的重要参数。国内外大多采用0.45或0.5作为森林的平均含碳率[9]，实际上不同植物及同一种植物不同器官的碳含量都有区别。本研究对汕头地区常用的造林树种生长初期的生物量变化及碳含量进行分析，初步筛选出固碳潜力较好的树种，旨在提高汕头地区的碳汇造林效率。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于汕头市潮南区陇田镇崎汀山，地处北回归线以南，属南亚热带海洋性气候，夏长冬短，无霜期长，日照充足，雨量充沛，四季常青。年均气温21.6 ℃，年均日照时间2191 h。年均降水量1700 mm左右，雨季多集中在4—9月。山地成土母岩主要为花岗岩和砂岩，自然土壤以赤红壤为主。土壤长期受热带风暴吹袭和雨水冲刷，有机质含量少，土层薄，石质含量高，土壤总体肥力状况差，属生态区位重要和生态环境脆弱地区。由于长期人为干扰和破坏，原始植被已不复存在，原始次生植被也少见。主要植被有鸭脚木(Scheffleraoctophylla)、岗茶(Euryachinensis)、桃金娘(Rhodomyrtustomentosa)、地稔(Melastomadodecandrum)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)，无乔木。

试验碳汇林于2017年5月种植，面积为13.3 hm2，种植苗木为2年生幼苗，树种为樟树(Cinnamomumcamphora)、台湾相思(Acaciaconfusa)、木麻黄(Casuarinaequisetifolia)、水翁(Cleistocalyxoperculatus)、山杜英(Elaeocarpussylvestris)、秋枫(Bischofiajavanica)、中华楠(Machiluschinensis)、红锥(Castanopsishystrix)、米老排(Mytilarialaosensis)。

1.2 生长量调查

于2017年5月(种植后)、2019年12月分别对试验林中各个树种随机抽样调查30株，记录树高、地径、冠幅。

1.3 样品采集与处理

根据树高、地径、冠幅的平均值，每个树种选择3株平均木，9个树种共27株，每个单株分别在主干、侧枝、树皮、树叶4个器官上随机取样品各20 g，带回实验室内烘干至恒重，称取5 g样品，烘干后用粉碎机打成粉末状，用于含碳量测定。

1.4 含碳量测定方法

植物碳的测定采用湿烧法[10](重铬酸钾硫酸氧化法)，每个样品重复测定3次，取均值为样品含碳量。

1.5 数据分析

采用Excel和SPSS软件进行统计分析。

1.6 评价方法

利用yaahp软件，采用层次分析法和模糊综合评价法相结合，评价各树种固碳潜力。

2 结果与分析

2.1 不同树种生长情况

由表1可知，各树种树高大小排序为：木麻黄>台湾相思>米老排>水翁>山杜英>红锥>中华楠>秋枫>樟树，地径大小排序为：木麻黄>台湾相思>水翁>山杜英>中华楠>秋枫>红锥>米老排>樟树，平均冠幅大小排序为：木麻黄>台湾相思>山杜英>水翁>红锥>中华楠>米老排>秋枫>樟树。

表1 树种生长量变化

从方差分析结果可看出，种植后的第一次本底测量，各树种间苗高除木麻黄、秋枫外，其它树种间差异不显著；地径除樟树外，其它树种间差异不显著；冠幅各树种间差异均不显著。经过2.5 a的生长，各树种的生长情况不同，表现较好的树种有木麻黄、台湾相思、水翁、山杜英。

2.2 不同树种含碳量变化

由表2可知，各树种含碳量的变化范围为416.45～565.40 g·kg-1，地上部分平均含碳量大小排序为：中华楠>台湾相思>樟树>米老排>木麻黄>红锥>秋枫>山杜英>水翁。其中中华楠、台湾相思的地上部分含量最高，分别为520.00、517.74 g·kg-1；含碳量较低的秋枫、山杜英、水翁分别为472.14、472.12、467.85 g·kg-1，变异系数也较大，分别为6.82%、5.14%、6.53%。

表2 不同树种、不同器官含碳量

同一树种不同器官的碳含量也不尽相同，从各器官含碳量的总体均值来看：枝(504.7 g·kg-1)>叶(497.9 g·kg-1)>干(497.3 g·kg-1)>皮(473.0 g·kg-1)，变异系数分别为2.57%、8.68%、1.12%、6.19%。表明不同树种的叶片、树皮含碳量有一定的差异。

从方差分析结果来看，不同树种之间及不同器官之间的碳含量有一定差异(P<0.05)，说明不同树种生长早期在碳含量方面具有较大的选择潜力，为选择优良固碳树种提供了条件。地上部分平均含碳量在460～480 g·kg-1的树种有水翁、秋枫、山杜英，在480～500 g·kg-1的树种有红锥、米老排、木麻黄，在500～520 g·kg-1的树种有樟树、台湾相思、中华楠。

2.3 树种固碳潜力评价

2.3.1 树种固碳潜力评价指标构建 植物长期进行光合作用将大气中CO2转化为有机碳储存在植物体内，这部分有机碳就是森林碳储量。目前，森林碳汇估算最常用的就是生物量法，即通过林木的生物量和碳含量来计算固碳量，最后估算森林碳汇量。因此，进行树种生长初期固碳潜力的评价应该包括生物量(即生长量)和碳含量2类指标，林木生长量主要由树高、地径、冠幅等因素决定，碳含量是林木各器官每单位干物质所含碳元素的质量，包括树叶、树干、侧枝、树根、树皮。本次评价只分析地上部分(叶、干、枝、皮)生长量和碳含量2类指标对树种的固碳潜力的影响，参照林玮等[11]对优良碳汇树种的评选方法，构建树种固碳潜力的评价指标和评分标准，见表3。

表3 树种固碳潜力评分标准

2.3.2 综合评价线性模型 利用层次分析法及辅助分析软件yaahp计算得到指标权重，建立树种生长初期固碳潜力的综合评价线性模型：A=0.7684B+0.2316C=0.3971B1+0.1459B2+0.2254B3+0.0695C1+0.0990C2+0.0390C3+0.0241C4。

2.3.3 树种固碳潜力综合评分 根据线性模型计算各树种的综合评分，结果见表4。得分大小排序为：木麻黄>台湾相思>中华楠>米老排>红锥=水翁>山杜英>秋枫>樟树。大于2.5分树种有木麻黄、台湾相思，2～2.5分的树种有中华楠、米老排、红锥、水翁、山杜英，小于2分的树种有秋枫、樟树。

表4 树种固碳潜力综合评分表

3 讨论与结论

造林地土壤长期受热带风暴吹袭和雨水冲刷，有机质含量少，土层薄，石质含量高，土壤总体肥力状况差，生态环境脆弱，由于长期人为干扰和破坏，原始植被已不复存在，原始次生植被也少见。木麻黄和台湾相思对土壤条件要求不高，极耐干旱和瘠薄，所以生长情况好，而生长一般的樟树和秋枫，对生长地环境要求相对较高。

树种的碳含量是由树种与环境之间共同作用的结果[12]，本次研究各树种地上部分平均碳含量变化范围为467.85～520.00 g·kg-1，同一树种不同器官的含碳量变化范围为416.45～565.40 g·kg-1，变异系数为1.12%～8.68%，与大多数研究基本一致[11-14]，但本研究中除水翁的各器官含碳量变化与徐期瑚等[9，11-12，15-16]研究的结果一致，即含碳量排序为：干>叶>枝>皮，其余8个树种各器官的含碳量规律则不一致。从总体表现来看，红锥、米老排、秋枫、山杜英、樟树等5个树种枝的含碳量最高，干的含碳量次之；而综合评分最高的木麻黄、台湾相思、中华楠则是叶片的含碳量最高，枝次之。不同树种具有不同的生长特点，诸如光合作用强度及木质化能力水平，并且树种间的碳含量也可能受到立地条件、林分特征(如年龄)等的影响而表现不同[17]。试验林的林龄低，林木在快速生长阶段，因此需要大量养分供应，植物主要依靠叶片的光合作用进行养分积累，红锥、米老排、秋枫、山杜英、樟树等5个树种表现为枝的含碳量最高，可能是由于此阶段养分主要用于供应枝的生长来扩大光合作用面积[18]。而木麻黄、台湾相思、中华楠等3个树种适应性强，光合能力较强，生长较快，表现为叶片碳积累较高。本研究中，山杜英、米老排、秋枫、樟树的地上部分平均碳含量分别为：472.12、499.32、472.14、502.60 g·kg-1，均高于林玮等[11]研究中相应树种的碳含量，也与徐期瑚等[15]研究中的樟树含碳率中龄林高于幼龄林的表现不一致。这也说明种间和种内树种的碳含量受到立地条件、林分特征(种群优势度、林龄等)及管理措施等影响而表现不同。

本研究结果表明，优良碳汇树种有豆科的台湾相思、木麻黄科的木麻黄、樟科的中华楠，中等碳汇树种有金缕梅科的米老排、壳斗科的红锥、桃金娘科的水翁、杜英科的山杜英，这与林玮等[11]的研究表现基本一致；而樟科的樟树则在本研究中表现较差，与荣建涛等[19]的研究结果不一致，也与本研究的同属樟科的中华楠表现不一致。这也进一步说明立地条件的不同也会导致种间的生长机理的变化，最终表现不同的碳汇潜力。

由于近些年大力开展植树造林活动，幼龄林占据很大的比例，因此评价林木生长初期的碳汇能力，对于估算森林碳储量具有重要意义。根据植物的生长量及碳含量的变化情况，可以评价植物的生长初期碳汇能力。9个树种中综合评分前3名的分别是：木麻黄、台湾相思、中华楠，说明生长初期的固碳潜力较好，尤其是针对立地条件较差的林地进行碳汇造林，这3个树种可以在汕头地区广泛应用，表现较好的米老排、红锥、水翁、山杜英则可以在保持生物多样性角度或是立地条件较好的林地选择应用。碳汇造林是一个长期的过程，应在本研究的基础上，进一步扩大树种范围以及进行长期的跟踪观察，同时应当针对不同立地条件和林分特征对林木碳汇能力的影响机制开展研究，为提高粤东地区的碳汇造林效率及准确估算森林碳储量提供更多的选择依据。