马尾松成熟人工林分乔木层碳含量分析

卢娜

（广西环江毛南族自治县华山林场，广西 环江 547100）

森林是陆地生态系统中最大的碳库，是研究碳储量及碳循环的核心和热点[1]。近年来，人工林在我国不断推广，人工林保存面积达0.53 亿hm2，居世界首位[2-3]。因此，对人工林的碳储量及分配格局进行研究具有重要意义。20 世纪90年代以来，科学家从不同尺度上就森林生态系统对碳循环的作用及不同森林生态系统碳储量及其分配格局都进行了研究，而在对人工林系统碳储量及其分配格局的研究方面主要是在相思、马尾松、巨尾桉、楠木及杉木等人工林生态系统上。方运霆等研究了鼎湖山马尾松、荷木混交林生态系统碳素积累和分配特征，认为马尾松对碳的吸存力具有很好的前景[4]；叶绍明等研究了不同更新模式尾巨桉人工林碳贮量及其分配格局，认为适当增加桉树萌芽林的密度有利于人工林整个生态系统的碳吸收[5]；何斌等对厚荚相思人工林碳素贮量及其空间分布进行了研究[6]；方晰等研究了第2 代杉木中幼林生态系统碳动态与平衡等[7]。但就目前来看，对马尾松成熟人工林林分碳储量及分配格局规律的研究少有报道，特别是针对桂西北喀斯特石山区马尾松成熟人工林乔木层的碳储量研究未见报道。笔者以30年生马尾松人工林为研究对象，对其乔木层碳储量和分配格局进行研究，了解马尾松的碳汇量及其植株碳的分布格局，为其碳汇潜力分析和评价提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验林位于广西环江毛南族自治县华山林场（25°6′9" N、108°15′40" E），属亚热带气候区，年平均气温为21.7℃，极端最高温度为40℃，极端最低温度-1.5℃，≥10℃的年积温在6 600℃以上，年均降雨量在1 330 mm以上，且多集中在5—9月，年无霜期达322 d。试验林地海拔315~410 m，平均坡度约30°，地层以第三系、泥盆系的地层为主，土壤则由该地层中的不同母岩和母质发育而成，以赤红壤为主，土层平均厚度在80 cm 以上。

所设标准地为30年生马尾松（Pinus massoniana）人工纯林，调查时林分保存密度为615 株/hm2，林分郁闭度为0.8。试验调查时林下植被较为丰富，其中灌木层以越南悬钩子（Rubus cochinchinensis）、九节（Psychotria rubra）为优势种，草本层以金毛狗（Cibotium baromerz）、半边旗（Pteris semipinnata）、东方乌毛蕨（Blechnum oriental）为优势种，林下植被覆盖度为20%~50%，枯落物层厚度为2~3 cm。

1.2 试验方法

在30年生的马尾松人工林中设置3 个400 m2的临时标准样地，分别对标准样地内的每株树木进行编号及测定树高和胸径。根据林分生长调查结果，在标准样地选择6 株标准径阶木，采集其中的4 株标准木样品进行碳元素分析。乔木层不同器官（树叶、活枝、干材、干皮、根蔸、粗根、中根和细根）带回实验室进行处理，经切碎、烘干、粉碎、过筛后装瓶待测。采用收获法测定标准木的生物量[8]。

标准木样品的碳素含量采用中国科学院生态环境研究中心的元素分析仪（Vario EL Ⅲ，德国）测定，每个样品均做3 次重复试验。原始数据分析采用Excel 2007 软件，同时采用SPSS 19 软件对数据进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 马尾松人工林分乔木层碳元素含量

由表1 可知，马尾松成熟人工林中同一植株不同部位其含碳量有所不同，不同植株相同部位含碳量也存在不同程度的差异。马尾松不同器官平均碳素含量较高，介于463.9~493.5 g/kg。其中，干皮是马尾松各部位中含碳量（463.9 g/kg）最低的部位，细根则是碳含量（493.5 g/kg）最高的部位，各个不同器官含碳量介于二者之间。这是由于树木不同器官生理特性和生长规律的差异所引起的，如细根为生命代谢最为旺盛的器官，是吸收养分和水分的部位，需要充足的有机物质提高能量，故其含碳量相应偏高，而干皮含碳量最少，这是因为干皮大多为死细胞，纤维素较丰富，木质化程度低。马尾松完整植株各器官平均含碳量顺序依次为细根＞干材＞树叶＞根蔸＞中根＞粗根＞树枝＞干皮。

表1 马尾松人工林乔木层碳元素含量 g/kg

2.2 马尾松人工林分乔木层干皮及干材不同部位碳含量方差分析

对马尾松干皮不同部位（上、中、下部）碳含量的单因素方差分析结果（表2）显示，F 统计量的观测值为1.462，对应的概率P 值为0.282，采取显著性水平为0.05，由于概率P 值大于显著性水平，故认为干皮上、中、下部不同位置碳含量无显著性差异（P＞0.05）。

表2 马尾松干皮上、中、下部碳含量单因素方差分析

对马尾松干材不同部位（上、中、下部）碳含量的单因素方差分析结果（表3）显示，F 统计量的观测值为4.277，对应的概率P 值为0.049，采取显著性水平为0.05，由于概率P 值小于显著性水平，故认为干材上、中、下部不同位置的碳含量有显著性差异（P＜0.05）。

表3 马尾松干材上、中、下部碳含量单因素方差分析

3 结论与讨论

研究表明，在马尾松人工林生态系统乔木层中测得各个器官碳素含量依次为细根＞干材＞树叶＞根蔸＞中根＞粗根＞树枝＞干皮。究其原因可能与其树干高大通直有关。其乔木层各个器官碳素含量分配规律与杉木[9]及尾叶桉[10]等常见人工林树种各器官碳素含量排序不尽相同，表明不同树种间碳分配格局不同，树种本身对植物碳含量的分配影响极大。对样木上、中、下部干皮和干材碳素含量的差异显著性分析表明，上、中、下部干皮的碳素含量没有显著性差异（P=0.282＞0.05），而干材的3 个不同部位碳素含量则存在显著差异（P=0.049＜0.05），测得4 株样树中三者碳平均含量为下部＞中部＞上部。乔木层中地上部分干材的含碳量最高，与尉海东等[11]对马尾松的研究结果一致，可见植物层中碳素含量与植物木质化程度有关，一般木质化程度越高其碳素含量也越高。碳素含量是否与干材上、中、下部年龄积累有关，影响干材碳素含量布局的因素还有待于进一步研究。