不同林齡桉樹人工林固碳釋氧與土壤碳氮含量關系

何利榮 覃文娟

摘 要：桉樹是中國南方的重要用材樹種，研究桉樹人工林固碳釋氧和土壤碳氮含量關系為其可持續經營提供理論支撐。本研究以不同林齡桉樹為研究對象，探討其固碳釋氧變化和土壤碳氮含量關系，結果表明，桉樹的樹高、胸徑和單株生物量均隨著林齡增加逐漸提高，但后期增長幅度較小，二代林優于一代林。其固碳釋氧能力和生長因子變化趨勢一致，但土壤碳氮變化有所差異，一代林與二代林均以1年生、4年生和5年生含量較高，與植株生長速度變化一致。土壤有機碳含量是調控地上植株固碳釋氧的重要因素，全氮含量對地上植株固碳釋氧量的調控較弱。

關鍵詞：不同林齡;桉樹人工林;固碳釋氧;土壤碳氮含量

固碳釋氧是森林生態系統最重要的生態服務功能之一，是指森林生態系統通過森林植被、土壤動物和微生物固定碳素、釋放氧氣的功能，減少環境污染。森林組成、種植密度以及人類經營活動等均對森林生態系統碳儲量有較大影響。速生樹種這幾年的大力發展，全國大面積栽培，研究速生樹種固碳釋氧對林業系統具有重要指導意義。

桉樹是中國的主要速生樹種之一，南方大面積栽培以滿足木材需求。桉樹不僅具有較高的經濟價值，對其生態價值的研究也尤為重要。關于桉樹人工林的固碳釋氧研究也日益突出，梁宏溫等研究表明桉樹人工林是巨大碳庫，土壤層和喬木層均具有較強的固碳功能。夏新豐也研究了桉樹人工林固碳釋氧功能，認為其具有較強的固碳釋氧價值。陶玉華等對馬尾松、杉木與桉樹人工林碳儲量變化研究得出桉樹林碳儲量明顯低于其他兩種林分，但桉樹林下植被碳儲量卻表現較高。由此可見，桉樹人工林具有較強的固碳釋氧功能，但在不同時期、不同區域推算有所差異，關于桉樹人工林固碳釋氧功能仍值得探討。

一、試驗方法

選取維都林場維都分場不同林齡（1a、2a、3a、4a、5a）的一代植苗桉樹林與二代萌芽桉樹林為研究對象，不同林齡桉樹人工林均選取3塊不同小樣地（20×20m2）為重復處理，所選樣地盡量保證其立地條件與土壤質地一致，分上中下三個坡度。于2018年4月進行林分因子調查，即對林分進行每木調查，并選取標準木約5～8株，按分層切割法測定標準木的生物量。土壤采樣按照“S”型選取具有代表性的5個樣點，每個樣地重復3次，將采集樣品做好標記并帶回實驗室測定土壤有機碳和全氮含量。評估不同林種起源（一代植苗、二代萌芽）及林齡桉樹人工林樣地中桉樹固碳釋氧量。其中，利用桉樹生物量與胸徑、樹高（D2H）回歸模型計算出喬木層生物量，進而通過生物量推算不同林齡桉樹CO2吸收量、固碳量以及釋氧量。

采用Excel2010整理統計數據，運用SPSS19.0進行方差分析、多重比較（Ducan）與相關性分析等數據處理，采用sigmaplot13.0軟件制圖。

二、結果分析

（一）不同林齡林木因子差異

樹高、胸徑、單位蓄積以及單位面積生物量均隨著林齡增加而增加。且二代林林木因子指標均高于一代林，但增長幅度較小。對比不同林齡桉樹生長狀況，1a生與2a生之間增長幅度最大，是速生期。一代、二代樹高分別增加63.09%、74.46%，后期增長率逐漸減小，4～5a之間增長率僅為13.12%，24.05%，不同代次桉樹樹高均以5a生顯著高于1～4a生，胸徑與樹高變化趨勢基本一致，均以1～2a生長率最大，后期逐漸減小，但胸徑4a、5a生無顯著差異。單位蓄積以及生物量與胸徑變化趨勢也基本一致，其中4a生、5a生顯著高于1～3a生，一代林1a、2a生單位蓄積與單位生物量無顯著差異，二代林2a生桉樹林單位蓄積與生物量顯著高于1a生（表1）。

（二）固碳釋氧變化

二代萌芽桉樹林蓄積與生物量均高于一代林，故其固碳釋氧量也顯著高于一代林。二代林1～5a生固碳釋氧量分別比一代提高5.31%、3.01%、5.10%、4.37%、1.48%。隨著林齡的增長，桉樹的固碳釋氧能力逐漸增強，且3a生桉樹顯著高于1a、2a生桉樹，不同林齡桉樹人工林單位面積固碳釋氧量的增長率則呈先增后減變化趨勢。兩者均以桉樹蓄積為基礎進行計算，其變化趨勢完全一致。一代林每相鄰年間增長率分別為38.97%、87.24%、38.90%、7.80%，二代林逐年增長35.68%、91.34%、37.84%、4.64%，接近輪伐期后其固碳釋氧增長率急劇下降，變化較為平緩（圖1）。

（三）土壤有機碳和全氮含量變化

由表2可知，1～3a生二代林有機碳和全氮含量分別比一代林提高10.95%～31.16%和0.77%～7.06%，但4a、5a生以二代林含量低于一代林，降低幅度較小，在2.36%～19.28%之間。不同林齡對土壤有機碳和土壤全氮含量的影響也有所差異，一代林1a、5a生表現較高水平，顯著高于其他林齡（p<0.05）。二代林不同林齡之間土壤有機碳含量表現有所差異，以1a生最高，顯著高于2～5a生，全氮含量則以5a生顯著高于1～4a生桉樹林。不同代次土壤有機碳含量受林齡影響規律不一致

（四）相關性分析

由圖2可知，土壤有機碳含量和植株固碳釋氧量呈指數關系，相關系數R=0.45，土壤有機碳含量顯著影響植株固碳釋氧量。土壤全氮含量與植株固碳釋氧量相關性微弱于土壤有機碳，R=0.43，兩者相關性系數接近。

三、討論與結論

林木因子是反映林分生產力的關鍵因素，林木生長狀況也間接決定著土壤質量變化。本文研究發現，隨著林齡增長，桉樹樹高、胸徑均呈遞增趨勢變化，前期增長速度較快，4～5a期間增長速度極慢，一代、二代樹高僅增長13.12%和24.05%，胸徑增長了7.52%和5.92%（表1）。由于后期樹高胸徑增長較慢，進而使得其生物量、固碳釋氧量增長幅度也逐漸減小，這可能是因為后期土壤環境變化引起。在本研究中，一代林的全氮含量高于二代林，4a、5a生桉樹林土壤有機碳含量也以一代林高于二代林（表2），說明桉樹一代林前期對養分的消耗大，也是樹高、胸徑快速生長對養分含量的響應。值得說明的是，不同代次桉樹人工林在第5a土壤有機碳和全氮含量均有小幅度提高，這可能是由于凋落物的腐解釋放養分，增強了土壤微生物活動，促使養分回歸。

二代林的樹高、胸徑、單位蓄積、生物量以及固碳釋氧量等因子均略高于一代林，可能是因為二代萌芽，其根系已存在土壤中，根系生長能攝取更深層土壤中的營養養分，促進桉樹地上部分生長。不同林齡對桉樹各生長因子影響也有所不同，一代與二代5a生桉樹樹高均顯著高于1～4a生，但4a、5a生胸徑、單位蓄積以及生物量固碳釋氧量等因子變化無顯著差異，然而均顯著高于1～3a生，說明胸徑的差異對桉樹林生物量和固碳釋氧起到決定性作用，這與不同齡級刺槐固碳釋氧結果相似。其次，土壤有機碳含量顯著影響桉樹固碳釋氧量，但全氮含量對其調控較弱。因此，桉樹固碳釋氧量的變化仍取決于植株自身生物量累積，值得強調的，桉樹植株生產力是由土壤養分含量的驅動，也間接表明土壤養分含量是調控桉樹固碳釋氧量的主要因素，即土壤碳氮含量會間接影響地上部分植株固碳釋氧量。本文研究結果表明，桉樹的固氮釋氧功能較強，對生態系統有一定貢獻能力。

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