內蒙古農牧交錯帶小葉楊人工林碳匯效應研究

郭月峰，祁偉， 2，姚云峰*，王娟，張美麗，劉思禹，韓兆敏. 內蒙古農業大學沙漠治理學院，內蒙古 呼和浩特 000；2. 內蒙古水利水電勘測設計院，內蒙古 呼和浩特 00020

內蒙古農牧交錯帶小葉楊人工林碳匯效應研究

郭月峰1，祁偉1， 2，姚云峰1*，王娟1，張美麗1，劉思禹1，韓兆敏1
1. 內蒙古農業大學沙漠治理學院，內蒙古 呼和浩特 010011；2. 內蒙古水利水電勘測設計院，內蒙古 呼和浩特 010020

造林工程已經對生態恢復起到重要作用，并將對全球碳素循環起到積極作用。以內蒙古農牧交錯帶小葉楊（Populus simonii）人工林為研究對象，并以天然草地為對照，分析了退牧還林對生態系統碳儲量和碳循環的影響。結果表明，造林活動使植被碳庫迅速增加，凋落物碳庫及生態系統碳庫基本上隨林齡的增加而緩慢增加，土壤碳庫則隨林齡增加出現先降低再增加的趨勢；小葉楊林木平均碳匯速率表現為：幼齡林＞中齡林＞近熟林＞成熟林；以成熟林（30 a）為參照，小葉楊林木固碳潛力為4 500 g·m-2，生態系統固碳潛力為5 141.79 g·m-2。研究結果表明，內蒙古農牧交錯區退牧還林后種植的小葉楊人工林在長時間尺度上是一個可觀的碳匯。

碳儲量；小葉楊；內蒙古農牧交錯帶

引用格式：郭月峰， 祁偉， 姚云峰， 王娟， 張美麗， 劉思禹， 韓兆敏. 內蒙古農牧交錯帶小葉楊人工林碳匯效應研究［J］. 生態環境學報， 2016， 25（6）: 920-926.

GUO Yuefeng， QI Wei， YAO Yunfeng， WANG Juan， ZHANG Meili， LIU Siyu， HAN Zhaomin. Carbon Sink Effect of Afforested Populus simonii Plantations in the Agro-pasture Zigzag Zone in Inner Mongolia ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016，25（6）: 920-926.

大規模的造林工程已經對生態恢復起到重要作用，并將對全球碳素循環起到積極作用。森林植被生物量占全球植被生物量的86%，而森林土壤中的碳占全球土壤碳的73%（Guo et al.，2014）。因此，森林生態系統在調節全球碳平衡，減緩大氣中CO2等溫室氣體濃度上升以及維護全球氣候等方面具有不可替代的作用（Banaitis et al.，2007；Paul et al.，2002；Guo et al.，2002；聶道平等，1997）。由于全球生態環境惡化日趨嚴重，這使得國內外研究人員對全球碳循環愈加關注（楊義波，1995；陶波等，2001；周玉榮等，2000；Wu et al.，2014）。因此，研究生態系統固碳功能的意義重大。目前相關學者對退耕、退牧造林工程對全球（Wu et al.，2014）和區域（吳建平等，2013；Enting et al.，2012；Shvidenko et al.，1997；Turner et al.，1995）碳循環的研究較多，而基于生態系統尺度上的碳匯能力的研究相對較少（陳先剛等，2008；魏書精等，2013；張東來等，2008），尤其是對于人工小葉楊林分碳儲量的研究報道甚少。在北方農牧交錯地帶進行退牧還林還草工程，除了恢復植被和水土保持效果外，其植被固碳功能也逐漸引起人們的關注。但基于造林工程起到的固碳能力的研究報道仍然較少，例如，退牧還林還草工程的碳匯評價方法以及固碳潛力等問題報道較少或不足（Zinn et al.，2002）

小葉楊（Populus simonii）為楊柳科楊屬喬木，為良好的防風、固沙、保土和綠化樹種，是我國主要鄉土樹種和栽培樹種。于20世紀80年代以后開始成為我國北方農牧交錯地帶的主要造林樹種，同時也是內蒙古農牧交錯帶人工林面積最大的樹種。

本文選擇內蒙古農牧交錯帶黃花甸子流域為研究地點，利用時空替代法研究退牧還林后生物量碳儲量、凋落物碳儲量和土壤碳儲量的變化規律，以期為進一步開展造林固碳政策的制定提供科學的指導，為政府參與國際有關全球氣候變化的談判提供良好的案例研究和科學根據。

1　材料和方法

1.1研究區概況

研究區位于內蒙古農牧交錯帶黃花甸子流域（42°23′～42°27′N，119°40′～119°49′E），面積32 km2，海拔440～906 m。年均降雨量為400～470 mm，年均蒸發量為2290～2400 mm。主要土壤類型為栗鈣土，土壤呈堿性或弱堿性。主要植被以人工植被小葉楊（Populus simonii）為主。研究區有比較完整的退牧還林（小葉楊）年限系列。同時，選擇未退牧的天然牧草地作為對照點。流域屬于半干旱森林草原植被類型區，由于人為破壞自然植被喪失殆盡，逐漸變為半風沙荒草地。為了地區生態恢復，于 20世紀80年代前后開始大規模種植人工林。

1.2小葉楊林林組的劃分

將小葉楊林齡劃分為幼齡林、中齡林、近熟林及成熟林4個齡組（那妞兒，2012），具體劃分見表1。

表1　小葉楊林齡組劃分Table1　Age groups division of Populus simonii

1.3樣品采集和測試

1.3.1樣點選擇和樣方布設

選擇5個不同林齡的小葉楊樣區，每個樣區均設置3個20 m×20 m的標準樣方；同時在每個樣方的四角及樣方對角線的中央設置草本樣方（共 5個），各草本樣方的面積均為1 m×1 m；再于每個草本樣方內設置3個0.25 m×0.25 m的枯落物樣方；同時，在各草本樣方內分別對0～10、10～20、20～40、40～60、60～100 cm土層進行土壤樣品采集，本文土壤分析數據取0～100 cm的平均值。

天然草地樣方（對照樣地）設置：選擇立地條件與小葉楊林分相一致的未退牧還林的天然草地樣區作為對照樣地。隨機選擇5個草地樣區，并在每個草地樣區隨機布設5個1 m×1 m的草本樣方，每個草本樣方內的植被、枯落物以及土壤的取樣方法同小葉楊樣方。

1.3.2樣品采集和測定

喬木層植被生物量測定：在每個小葉楊樣方內，伐倒標準木后稱其各器官的生物量，同時取一部分樣品帶回實驗室分析測量其含碳率。

草本生物量測定：將草本樣方地上、地下部分全部收獲并進行稱重，并將采集的樣品帶回實驗室進行烘干計算樣品的含水率，進而備測樣品的含碳率。

凋落物生物量測定：在每個凋落物樣方內收集全部枯枝落葉，取部分樣品備測碳含量。

不同喬木、草本植物、枯枝落葉的含碳率測定：植被不同器官及凋落物的含碳率用重鉻酸鉀硫酸法測定（田大倫，2004）。

土壤樣品的測定：土壤容重的測定方法采用環刀取土法，土壤有機碳含量的測定采用重鉻酸鉀滴定法（中華人民共和國林業行業標準，1999）。

1.4統計分析

1.4.1生物量計算

根據標準地樹木的株數，結合上述 1.3.2中小葉楊林分各級生物量的測定方法，經折算進而求出單位面積喬木層生物量以及草本和枯落物層單位面積生物量。

1.4.2植被及凋落物碳儲量計算

植被（或凋落物）碳儲量由植被生物量（或凋落物）干重乘以測得的含碳率得到：其中，SOC為單位面積植被不同器官或凋落物的碳儲量，g·m-2；

M 為單位面積植被不同器官或凋落物的生物量干重，g·m-2；

C為單位面積植被不同器官或凋落物的含碳率，g·kg-1。∑SOC為單位面積小葉楊林木碳儲量，g·m-2；SOC干為單位面積小葉楊林木樹干碳儲量，g·m-2；

SOC草為單位面積小葉楊林木枝條碳儲量，g·m-2；

SOC葉為單位面積小葉楊林木葉子碳儲量，g·m-2；

SOC根為單位面積小葉楊林木根系碳儲量，g·m-2；

1.4.3土壤碳儲量計算

土壤碳儲量計算參考程先富等（2004）的方法，略作修改：

其中，SOC為土壤有機碳密度，g·m-2；n是取土層數，本研究中取5；Di表示取樣中不同土層的厚度，cm；θi表示不同土層的土壤容重，g·cm-3；Ci表示不同土層的土壤有機含碳率，g·kg-1；δi為＞2 mm礫石含量（體積%）。由于研究區屬于黃土丘陵及黃土漫崗，土壤以黃土母質發育而成，礫石含量少；在處理土壤樣品時，將全部土樣磨碎，因此公式（3）中的δi為0。

1.4.4森林生態系統碳儲量計算

森林生態系統總碳儲量=植被碳儲量+凋落物碳儲量+土壤有機碳儲量

1.4.5生態系統固碳潛力計算

本研究中造林植被的生態系統固碳潛力是指受自然干擾和基于目前氣候狀態下，地域由天然草地轉化為人工森林后，在后續很長時間內的最大可能固碳量，其計算公式為：

其中，CSP為生態系統固碳潛力，g·m-2；CSr為是參考植被類型的最大碳儲量（Keith et al.，2009），g·m-2，本文參考植被類型的最大碳儲量為小葉楊林林分碳儲量達最大時的林分生態系統碳儲量。CS為初始植被類型的碳儲量，g·m-2，CS的數值采用的是未種植林木的天然草地生態系統碳儲量數值。

2　結果與分析

2.1不同碳庫碳儲量基線值

以天然草地碳庫為研究不同林齡小葉楊固碳潛力的基線值，以小葉楊成熟林碳庫為參考值，計算小葉楊的固碳潛力。其中，天然草地各碳庫碳儲量分別為：植被層為69.69 g·m-2，土壤層為6276.25 g·m-2，凋落物層為44.43 g·m-2，生態系統為6390.37 g·m-2。

2.2小葉楊林分植被層固碳效應

對于小葉楊純林而言，植被碳儲量包括喬木層和草本層的碳儲量。小葉楊林分喬木層碳儲量變幅為780.00～4500.00 g·m-2，平均為2410.86 g·m-2。從幼齡林—成熟林階段，林木碳匯過程符合對數曲線函數，擬合方程為y=2288.6lnx-3302.7，R2=0.9984（圖1）。林木在幼齡林階段固碳速率較快，隨著年齡的增長，速率在逐漸減緩。

從圖1和圖2還可看出，幼齡林的固碳速率為203.4 g·m-2·a-1，中齡林的固碳速率為196 g·m-2·a-1，近熟林的固碳速率為 174 g·m-2·a-1，成熟林的固碳速率為 150 g·m-2·a-1。可見對于小葉楊林木平均碳匯速率最大出現在幼齡林階段，而在林木逐漸進入中齡林直到成熟林的過程，碳匯速率是逐漸降低的，這一結果與高崗（2009）認為小葉楊在5～10 a生長最快的研究結果基本一致。此外，小葉楊植被固碳速率隨著林木生長年限的增加而下降，因為隨著林木不斷生長，樹木單株營養面積過小，在沒有及時疏株間伐的情況下，滿足不了林木正常生長的需求，致使小葉楊樹勢衰弱；加之林木不斷生長，不予以合理修枝，將削弱林木頂端優勢或使光合作用積累干物質減少，造成小葉楊林分植被碳儲量隨林齡增加逐漸降低（郭月峰等，2013）。

圖1　小葉楊林分喬木層固碳過程Fig. 1　Effects of forest carbon sequestration with Populus simonii stand

圖2　小葉楊林分喬木層平均碳匯速率Fig. 2　The average forest carbon sequestration process with Populus simonii stand

小葉楊林分林下草本層碳儲量很少，變幅為124.25～203.25 g·m-2，平均為154.42 g·m-2（圖3）。從植被碳儲量的組成來看，草本層碳儲量較少。隨著林木年限增長，草本層碳匯過程基本表現為先增加后減小的趨勢，擬合方程為：y=-0.2881x2+ 12.196x+57.994，R2=0.7225。原因是在幼齡林和中齡林階段，林分郁閉度較低，林下草本不僅可以得到充分的光照，而且還可以較好地利用林冠的遮蔭作用，從而為其生長提供了相對有利的條件；隨著林木不斷生長，林木逐漸達到郁閉，林分的透光性較差，林下形成陰暗環境，導致林下草本的光照資源受到限制，至少沒有幼樹階段充足，這使得林下草本出現減少的趨勢，故近熟林和成熟林階段草本層碳儲量呈下降的趨勢（郭月峰等，2013）。崔國發（1996）在研究中指出，人工林生態系統結構較簡單，尤其是純闊葉單層林，當林分達到一定郁閉度以后，培育樹種成為優勢樹種，使得林下植物難以生存，林下草本也很稀少，形成了所謂的“清膛林”現象。

圖3　小葉楊林分草本層固碳過程Fig. 3　Herbaceous layer of carbon sequestration effect with Populus simonii stand

2.3小葉楊林分凋落物層固碳效應

雖然有研究認為植物通過根系脫落輸入到土壤中的碳遠遠超過了地上凋落物的碳輸入量，例如，隨著植物根系碳分配比例的提高，根系的生理活動進一步增強，根系呼吸、周轉和根際分泌等過程的碳流量提高，最終土壤碳含量提高（吳伊波等，2009）。但也有學者認為土壤碳儲量的增加主要來源于凋落物的分解，調落物是土壤碳變化的先驅，凋落物的性質和分解速率影響土壤碳庫的變化（Liski et al.，2002）。從圖4可以看出，隨著林齡的增長，小葉楊林地凋落物層碳儲量不斷增加。其變化趨勢可用二次多項式描述，擬合曲線為y=-0.092x2+10.764x-46.763，R2=0.8974。6、8、9、10、15、20及30 a小葉楊林地凋落物層碳儲量分別為 32.07、30.28、32.63、49.61、63、168.34及185.54 g·m-2。凋落物主要來源于林木的枯枝落葉和雜草，林木生長為每年凋落物的積累作一定貢獻，在造林初期，由于幼樹比較小，凋落物的歸還量較少，之后，隨著林木不斷長大，地上生物量的積累使得凋落物回還量增加。此外，因凋落物沉積于林下，受人為擾動相對較輕，每年的分解量有限，所以其碳儲量隨著林齡增大呈不斷增加趨勢。凋落物碳儲量在整個生態系統中所占比例雖少，但也是一個不容忽略的碳庫，減緩凋落物的分解速度對于生態系統的碳截留也起到一定的作用。

圖4　小葉楊林分凋落物層碳匯過程Fig. 4　Litter carbon sequestration process with Populus simonii stand

2.4小葉楊林分土壤固碳效應

土壤碳庫大小主要由兩部分決定：一是植物枯枝落葉的輸入量，二是枯枝落葉的分解率。如前面所述，凋落物是土壤碳的先驅，凋落物的性質及分解速率影響著土壤碳庫的變化，而且土壤碳儲量70%～80%增量來源于凋落物的分解（Liski et al.，2002）。人工造林后，土壤碳庫的變化速度較地上生物量碳庫的變化速度慢，主要是因為土壤中碳儲量變化存在緩沖作用。不同林齡的小葉楊林地土壤碳匯過程見圖5。從圖5可知，土壤碳儲量隨林齡增加呈增加趨勢，其變化可用二次多項式來描述，擬合方程為y=0.9091x2-10.424x+6162，R2=0.9634。說明不同林齡的林木對土壤碳增匯的影響不同，不同林齡的林木在林中所處的地位各異。

圖5　小葉楊林分土壤碳匯過程Fig. 5　Soil carbon sequestration process with Populus simonii stand

土壤有機碳隨林齡增加的變幅為 6083.97～6679.21 g·m-2，具體表現為6、8、9、10、15、20 及 30 a小葉楊林地土壤碳儲量分別為 6083.97、6122.27、6188.34、6197.41、6203.35、6279.36 及6679.21 g·m-2。土壤碳儲量基本呈現出在造林初期，測定值比基線值有所下降，之后隨林齡增加而緩慢增加，當小葉楊林達20 a時，土壤碳儲量恢復到基線值。當林齡為30 a時，小葉楊林土壤碳儲量出現凈累積。整個過程可以解釋為：當林木種植以后，土壤中碳存變化有個緩沖作用。造林初期，土壤碳儲量低于基線值水平，因擾動改善了土壤結構，增加了土壤通氣性，提高了土壤微生物活性，加速了土壤有機碳的釋放；同時，土壤有機碳積累依賴于凋落物的供給與分解，在造林初期，凋落物量雖有所增加，但凋落物的分解程度不深，從而使土壤有機碳的固定小于釋放（崔國發，1996）；也有人認為，在造林初期，林木吸收了土壤中的速效養分，在養分歸還土壤的過程中，有相當長時間處于難利用狀態，營養元素生物循環受到了阻滯（崔國發，1996）；小葉楊林木在幼齡林和中齡林階段生長較快，大量消耗土壤養分。之后隨林齡增大，植被生長與土壤養分的耦合效應使土壤條件得到改善，土壤質量提高，使得土壤碳儲量開始增加，并最終出現凈累積現象。

2.5小葉楊林分生態系統固碳效應

不同林齡的小葉楊系統碳匯過程及平均碳匯速率，見圖6和圖7。從圖6可知，系統碳儲量隨林齡增加呈增加趨勢，其變化趨勢可用對數式來描述，擬合方程為y=2662.7lnx+2240.9，R2=0.9901。系統碳儲量在幼齡林階段增長較快，之后變化緩慢。系統平均碳匯速率與林齡的關系呈負相關關系，擬合方程為y=4250.4x-0.709 2，R2=0.9997（圖7）。小葉楊林地系統碳匯過程具體表現為6、8、9、10、15、20及 30 a小葉楊林的系統碳儲量分別為7139.67、7833.04、8034.49、8346.76、9290.22、10042.96及 11532.16 g·m-2；固碳速率分別為1189.95、979.13 g·m-2、892.72、834.78、619.35、502.15及384.41 g·m-2·a-1。

2.6小葉楊林分生態系統固碳潛力

通過公式（4）計算可知，在研究區種植小葉楊林之后，其幼齡林、中齡林、近熟林及成熟林的系統固碳潛力分別為 1956.39、2899.85、3652.59 及5141.79 g·m-2（圖8）；30 a內的生態系統固碳潛力為5141.79 g·m-2，其中植被碳庫、土壤碳庫及凋落物碳庫的固碳潛力分別為 4597.72、402.96及141.11 g·m-2（圖9）。研究表明，在研究區種植小葉楊林后，生態系統在長時間尺度上是一個可觀的碳匯，尤其以植被碳庫增匯最明顯。

圖6　小葉楊林分生態系統碳匯過程Fig. 6　Ecosystem carbon sequestration process with Populus simonii stand

圖7　小葉楊林分生態系統平均碳匯速率Fig. 7　Ecosystem carbon sink rate with Populus simonii stand

圖8　小葉楊林分不同齡組生態系統固碳潛力Fig. 8　Different age groups forest carbon sequestration potential with Populus simonii stand

3　討論

造林后生態系統碳儲量及各組成碳庫碳儲量隨林齡的變化與已有概念理論和研究結果相似（Goulden et al.，2011），植被碳儲量基本呈現逐年增加，而土壤碳庫基本呈現先降低后增加的趨勢。在沒有人為干擾的情況下，生態系統碳儲量增加量主要以植被增加的碳儲量為主。

從不同林齡的植被固碳速率來看，小葉楊林在22 a后由近熟林轉為成熟林（張連翔等，2001），應該予以必要的撫育管理，如間伐或全部皆伐，清除原有植株后重新栽植適宜于當地生長的碳匯林樹種或重新栽植原種。或者改純林為混交林，使林木更好利用林地資源，向健康的方向發展。因此，在我國人工林面積已經非常大的情況下，除造林之外，還應該對已有人工林加強管理，提高生態系統固碳增匯效果。

從天然草地到森林的土地利用方式的改變意味著碳循環周期的改變。改變后的生態系統，會產生更多的生物量。生物量碳作為生態系統中積累的植物有機物總量，是整個生態系統運行的能量基礎和營養物質來源，因此分析不同生態系統類型下的植被碳儲量具有重要意義。退牧還林后，生物量碳儲量明顯增加。

土壤碳庫變化的速度比在生物量中慢得多，因為土壤中碳儲存的變化有個緩沖作用。土壤碳含量主要由兩部分決定：一是植物枯枝落葉的輸入量，二是枯枝落葉的分解率。當天然草地被轉化為森林的時候，天然草地生態系統的碳輸入和輸出平衡被打破，造林形成新的生態系統的循環機制還不健全，處于一種無序狀態。人工林的林木吸收了土壤中的速效養分，在養分歸還土壤的過程中，有相當長時間處于難利用狀態，營養元素生物循環受到了阻滯（崔國發，1996）。在退牧還林初期，由于幼樹比較小，凋落物的歸還就較少。因此，退牧還林后土壤碳密度降低，隨著地上生物量的積累和凋落物回歸的增加，人工林生態系統逐漸形成新的循環機制。在一個穩定的森林生態系統中，根據森林里凋落物的輸入和分解率，土壤碳積累將會達到一個新的動態平衡，這時年度變化就不明顯。本文研究發現從草地到人工林的土地利用變化過程中，小葉楊林土壤有機碳儲量分別比未退牧之前的草地減少8.2%和8.5%。與Guo et al.（2002）的研究有一定的相似性。

圖9　小葉楊林分不同碳庫固碳潛力Fig. 9　Carbon sequestration potential of different libraries with Populus simonii stand

4　結論

退牧還林后生態系統的植被碳儲量、凋落物碳儲量和土壤碳儲量都隨退牧還林年限延長而發生變化。造林活動使植被碳庫迅速增加，凋落物碳庫及系統碳庫基本上隨林齡的增加而緩慢增加，土壤碳庫則隨林齡增加出現先降低再增加的趨勢；小葉楊林木平均碳匯速率為：幼齡林＞中齡林＞近熟林＞成熟林；以成熟林（30 a）為參照，小葉楊林木固碳潛力為 4500 g·m-2，系統固碳潛力為 5141.79 g·m-2，其中植被碳庫、土壤碳庫及凋落物碳庫的固碳潛力分別為4430.31，402.96及141.11 g·m-2。以上結果表明，燕山北部低山丘陵區退牧還林后，人工林生態系統在長時間尺度上是一個可觀的碳匯。

BANAITIS M R， LANGLEY-TURNBAUGH S J， ABOUEISSA A A. 2007. Variations of soil organic carbon in three urban parks: A Maine Case Study ［J］. International Journal of Applied Environmental Sciences， 2: 119-128.

ENTING G， RAYNERL P J， CIAIS P. 2012. Carbon Cycle Uncertainty in regional Carbon Cycle Assessment and Processes （RECCAP）［J］. Biogeosciences， （9）: 2889-2904.

GOULDEN M L， MCMILLAN A M S， WINSTON G C， et al. 2011. Patterns of NPP， GPP， respiration， and NEP during boreal forest succession ［J］. Global Change Biology， 17（2）: 855-871.

GUO L B， GIFFORD R M. 2002. Soil carbon stocks and land use change: a meta analysis ［J］. Global Change Biology， （8）: 345-360.

GUO Y F， YAO Y F， QIN F C. 2014. Effects of land use changes on soil organic carbon and soil microbial biomass carbon in low hills of north Yanshan Mountains ［J］. Range Management and Agroforestry， 35（1）: 15-21.

KEITH H，MACKEY B G， LINDENMAYER D B. 2009. Re-evaluation of forest biomass carbon stocks and lessons from the world's most carbon-dense forests ［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 106（28）: 11635-11640.

LISKI J， PERRUCHOUD D， KARJALAINEN T. 2002. Increasing carbon stocks in the forest soils of western Europe ［J］. Forest Ecology and Management， 169（1-2）: 159-175.

PAUL K I， POLGLASE P J， NYAKUENGAMA J G， et al. 2002. Change in soil carbon following afforestation ［J］. Forest Ecology and Management， 168（1-3）: 241-257.

SHVIDENKO A， NILSSON S， ROSHKOV V. 1997. Possibilities for increased carbon sequestration through the implementation of rational forest management in Russia ［J］. Water， Air， Soil Pollution， 94（1）: 137-162.

TURNER D P， KOERPER G J， HARMON M E， et al. 1995. Carbon sequestration by forests of the United States-current status and projections to the year 2040 ［J］. Tellus Series B-chemical & Physical Meteorology， 47（1-2）: 232-239.

WU J， LIU Z， HUANG G， et al. 2014. Response of soil respiration and ecosystem carbon budget to vegetation removal in Eucalyptus plantations with contrasting ages ［J］. Scientific Reports， 4: 6262.

ZINN Y L， RESCK D V S， SILVA J E D. 2002. Soil organic carbon as affected by afforestation with Eucalyptus and Pinus in the Cerrado region of Brazil ［J］. Forest Ecology and Management， 166（1-3）: 285-294.

陳先剛， 張一平， 詹卉. 2008. 云南退耕還林工程林木生物質碳匯潛力［J］. 林業科學， 44（5）: 24-30.

程先富， 史學正， 于東升， 等. 2004. 興國縣森林土壤有機碳庫及其與環境因子的關系［J］. 地理研究， 23（2）: 211-217.

崔國發. 1996. 人工林地力衰退機理及其防止對策［J］. 世界林業研究，（5）: 61-69.

高崗. 2009. 以水源涵養為目標的底功能人工林更新技術研究［D］. 呼和浩特: 內蒙古農業大學.

郭月峰， 姚云峰， 秦富倉， 等. 2013. 燕山典型流域兩種造林樹種生態系統碳儲量及固碳潛力研究［J］. 生態環境學報， 22（10）: 1665-1670.

那妞兒. 2012. 林齡的劃分［EB/OL］. 2014-03-17. http://blog.sina.com.cn/ s/blog_8733be4b0101lmxf.html.

聶道平， 徐德應， 王兵. 1997. 全球碳循環與森林關系的研究——問題與進展［J］. 世界林業研究， 10（5）: 34-40.

陶波， 葛全勝， 李克讓. 2001. 陸地生態系統碳循環研究進展［J］. 地理研究， 20（5）: 564-575.

田大倫. 2004. 杉木林生態系統定位研究方法［M］. 北京: 科學出版社: 81-87.

魏書精， 羅碧珍， 孫龍， 等. 2013. 森林生態系統土壤呼吸時空異質性及影響因子研究進展［J］. 生態環境學報， 22（4）: 689-704.

吳建平， 劉占鋒. 2013. 森林凈生態系統生產力及其生物影響因子研究進展［J］. 生態環境學報， 22（3）: 535-540.

吳伊波， 崔驍勇. 2009. 草地植物根系碳儲量和碳流轉對 CO2濃度升高的響應［J］. 生態學報， 29（1）: 378-388.

楊義波. 1995. 長白落葉松（Larix olgensis）幼樹生物量的初步研究［J］. 吉林林學院學報， 11（2）: 22-25.

張東來， 毛子軍， 朱勝英， 等. 2008. 黑龍江省帽兒山林區6種主要林分類型凋落物研究［J］. 植物研究， 28（1）: 104-108.

張連翔， 梅秀艷， 姜鎮榮. 2001. 小葉楊生長規律的研究［J］. 防護林科技，47（2）: 10-12.

中華人民共和國林業行業標準. 1999. 森林土壤分析方法［M］. 中國標準出版社: LY/T 1210-1275.

周玉榮， 于振良， 趙士洞. 2000. 我國主要森林生態系統碳貯量和碳平衡［J］. 植物生態學報， 24（5）: 518-522.

Carbon Sink Effect of Afforested Populus simonii Plantations in the Agro-pasture Zigzag Zone in Inner Mongolia

GUO Yuefeng1， QI Wei1， 2， YAO Yunfeng1*， WANG Juan1， ZHANG Meili1， LIU Siyu1， HAN Zhaomin1
1. Desert Science and Engineering College， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot， China；
2. Department of Forestry， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot， China

Afforestation projects play an important role in ecosystem restoration and will contribute to global carbon cycles. The study target was the Populus simonii man-made forests in the agro-pasture zigzag zone of Inner Mongolia， with natural grasslands as a control. We summarized and analyzed how the "conversion from grazing land into forest" affected the ecosystem carbon stocks and carbon cycles.The afforestation activities led to rapid increase of vegetation carbon stocks， since with the prolonging of forest age，the litter carbon stocks and ecosystem carbon stocks slowly increased， but soil carbon stocks first dropped and then rose. The average carbon sink rates change with forest age as follows: young forest ＞ medium age forest ＞ near-mature forest ＞ mature forest.With mature forest （30 a） as reference， the P. simonii forest carbon sequestration potential （CSP） is 4 500 g·m-2， while the P. simonii ecosystem CSP is 5 141.79 g·m-2. These results indicate that after conversion from grazing land into forest in the study area， the P. simonii ecosystem is a considerable carbon sink in the long term.

carbon stock； Populus simonii； agro-pasture zigzag zone in Inner Mongolia

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.06.002

X173； Q148

A

1674-5906（2016）06-0920-07

國家自然科學基金項目（31500584）；內蒙古應用研究與開發計劃項目（20110732）；高等學校科學研究項目（NJZZ16055）；內蒙古自然科學基金項目（2016MS0407）

郭月峰（1982年生），女，講師，博士，主要從事水土保持與荒漠化防治研究。E-mail: guoyuefeng0525@126.com

姚云峰，教授，博士，主要從事水土保持研究。E-mail: 18904718855@163.com

2016-01-08