馬尾松+紅椎純林及混交林碳儲量分析

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收稿日期：2023-04-17

作者簡介：歐軍（1990—），男，廣西恭城人，本科，工程師，主要從事速生豐產林栽培研究。E-mail：46477113@qq.com。

歐軍，鄭偉，陳秀鳳，等.馬尾松+紅椎純林及混交林碳儲量分析[J].南方農業，2023，17（21）：153-156.

摘 要 在廣西崇左市國有派陽山林場，利用樣地調查等方式，設置了M（馬尾松純林）、H（紅椎純林）和MH（馬尾松紅椎同齡株間混交林，株數比例1∶1）3種林分類型，分析3種林分處理下生態系統不同組分的碳儲量及分配情況。結果表明，3種處理的碳儲量存在顯著差異，人工林生態系統碳儲量由高到低依次為混交林（235.48 t·hm-2）、馬尾松純林（196.49 t·hm-2）、紅椎純林（144.69 t·hm-2）；在造林方式上混交林優于純林，在樹種選擇上馬尾松優于紅椎；對于MH、M處理方式，喬木層的碳儲量比例均最高，地被物層最低；H處理方式下土壤層的碳儲量比例最高，地被物層最低。人工林生態系統中，碳儲量主要分配在喬木層、土壤層中，少量分配在地被物層。

關鍵詞 人工林；碳儲量；混交林；馬尾松林；紅椎林

中圖分類號：S718.5 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.21.039

森林生態系統可劃分為天然林生態系統和人工林生態系統兩大部分，是森林生物與環境之間、森林生物之間的相互作用，并產生能量轉換和物質循環的統一體系，具有涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養物質和凈化大氣層等重要作用。而森林生態系統對固存CO2的作用是不可替代的，對實現碳中和、碳達標具有關鍵性作用。在當前森林生態系統固碳增匯工作中，我國通常將人工造林與改造低產林作為森林生態系統固碳增匯的有效措施。在人工造林與低產林改造中，造林方式選擇與樹種類型決定著人工林固碳增匯的效果。為探究人工林生態系統碳儲量提升方式，研究馬尾松和紅椎樹種純林及混交林造林方式的碳儲量，以期從人工林生態系統碳儲量視角下，探明不同樹種造林方式所帶來的影響，為提高我國人工造林在森林生態系統固碳增匯工作中的應用提供參考。

1" 材料與方法

1.1" 試驗區概況

試驗區域位于廣西崇左市國有派陽山林場，屬熱帶及南亞熱帶季風氣候，日照較為充足，熱量充沛，年均氣溫22 ℃，≥10 ℃活動積溫7 730 ℃，夏季較長，冬季較短，無霜期可達360 d，降雨主要集中于5—8月，年均降水量1 300～1 650 mm，年均相對濕度83%。地貌地形多為丘陵、少數低山，土壤主要為赤紅壤，土層厚度60 cm以上，呈弱酸性，質地較為疏松，有機質含量4%左右。主要植被灌木為桃金娘、大沙葉等，喬木以馬尾松、八角為主，草本以五節芒、鐵芒箕為主。

1.2" 試驗設計

設置3種林分類型處理方式：M（馬尾松純林）、H（紅椎純林）和MH（馬尾松紅椎同齡株間混交林，株數比例1∶1），造林密度均為2 m×3 m，隨機區組排列，小區面積0.8 hm2， 3次重復。試驗林于2007年5月進行造林，采用廣西林業科學研究院培育的馬尾松、雜交松和紅椎優質苗木，造林后3種林分經管方式相同，人造林樹齡16年。

1.3" 試驗方法

1.3.1" 樣地調查及生物量測定

2023年2月在各小區中選擇樣地，共計9塊，每塊尺寸20 m×30 m。每木檢尺獲取胸徑及樹高，檢尺選擇胸徑5 cm以上樹木。對于林分中林木及喬木層有關生物量，參考明安剛等人建立生物量計算方程進行估算[1]。對于各器官單位面積碳儲量，參考明安剛等人測定相關器官碳密度進行計算[2]，均取均值。3種林分類型概況見表1。

1.3.2" 林下植被測定

在每個樣地設置5個測定樣方，樣方設置于樣地4角、中心，樣方尺寸2 m×2 m；在每個樣方中設置1個測定小樣方，小樣方設置于樣方中心，小樣方尺寸1 m×1 m；調查與記錄樣方中林下植被（灌木、草本）的種類、生物量（地上+地下部分，收獲法測定）。測定每小樣方中未分解凋落物重量、半分解凋落物重量；取200 g林下植被及凋落物的分析樣進行含水量和碳密度的測定。

1.3.3" 土樣測定

在樣地中挖掘土壤剖面，每隔20 cm為1層，共3層60 cm深，每層采樣400 g用于土壤碳密度測定；每層鋁盒采樣20 g用于土壤含水量測定；每層環刀采樣100 cm3用于土壤容重測定。

1.3.4" 碳密度、碳儲量的測定與計算

對于林分、土壤的碳密度，采用重鉻酸鉀-水合加熱法進行測定；對于喬木層、灌木層、草層、凋落層的碳儲量計算，取其各組成部分（干、皮、枝、葉、根，地上、地下部分）碳密度與生物量乘積之和的1/1 000[3]；對于土壤碳儲量的計算，取每層碳密度與容重乘積之和的2倍[4]。其中，喬木層、灌木層、草層和凋落層的碳儲量計算公式分別為式（1）、（2）、（3）和（4）。

[Ct=[（Dst×Mst）+（Dba×Mba）+（Dbr×Mbr）+（Dle×Mle）+（Dro×Mro）]÷103] （1）

該式中Ct表示喬木層碳儲存量，Dst與Mst表示干的碳密度生物量，Dba與Mba表示皮的碳密度與生物量，Dbr與Mbr表示枝的碳密度與生物量，Dle與Mle表示葉的碳密度與生物量，Dro與Mro表示枝的碳密度與生物量。

[Cs=[（Dsa×Msa）+（Dsu×Msu）÷103]" "（2）

該式中Cs表示灌木層碳儲量，Dsa與Msa表示灌木層地上碳密度與生物量，Dsu與Msu表示灌木層地下碳密度與生物量。

[Cc=[（Dca×Mca）+（Dcu×Mcu）÷103] （3）

該式中Cc表示草層碳儲量，Dca與Mca表示草層地上碳密度與生物量，Dcu與Mcu表示草層地下碳密度與生物量。

[Ct=[（Dt?×Mt?）+（Dtn×Mtn）÷103] （4）

該式中Ct表示凋落層碳儲量，Dth與Dtn表示凋落層未分解的凋落物碳密度與現存量，Mth與Mtn表示已分解的凋落物碳密度與現存量。

所有數據處理采用Excel 2007軟件，方差分析及顯著性檢驗采用SPSS 17.0軟件。

2" 結果與分析

2.1" 生態系統不同組分碳儲量及分配情況

2.1.1" 喬木層

3種處理方式下喬木層碳儲量在各器官中的分配量及其占比如表2所示，可以看出，喬木層碳儲量情況：MH（126.50 t·hm-2）＞M（106.25 t·hm-2）＞H（47.84 t·hm-2），3種處理之間差異顯著。表明在提高林分喬木層碳儲量時，混交林方式要優于純林，純林情況下不同樹種馬尾松優于紅椎。根據各器官碳儲量分配量可知，對于同處理不同器官、同器官不同處理，碳儲量均存在顯著差異。3種處理下喬木層各器官碳儲量分配中樹干碳儲量分配比例最高，葉碳儲量分配比例最低；各器官中碳儲量分配最高的處理分別為干（H）、皮（M）、枝（MH）、葉（MH）、根（M）。通過對比同器官不同處理的碳儲量分配比例可知，除葉器官的MH、M處理的差異不顯著，其余均存在顯著差異；3種處理下， M、H處理的各器官碳儲量分配比例由高到低依次為干、根、枝、皮、葉，而MH處理中則是枝分配比例高于根小于干，表明混交林的方式會降低根、提高枝的碳儲量分配比例。

2.1.2" 林下地被物

3種處理的林下地被物碳儲量如表3所示，可以看出，不同處理方式的林下地被物碳儲量為1.98～4.04 t·hm-2，要遠遠小于喬木層，地被物碳儲量最高的處理是M，最低的是H，M與H、MH與H處理間存在顯著差異，M與MH處理間不存在顯著差異；不同處理的林下各層次碳儲量分配量最大的均為凋落物層，最低的均為草本層，不同層次間存在顯著差異；不同層次碳儲量最高的處理方式均為M，MH次之，H最低。

2.1.3" 土壤

3種處理方式下土壤碳儲量如表4所示，可以看出，不同處理土壤碳儲量為MH（105.53 t·hm-2）＞H（94.87 t·hm-2）＞M（86.20 t·hm-2），處理間差異不顯著；在各處理下土壤碳儲量均隨著土層深度增加而下降，土層0～20 cm與土層20～40 cm、土層40～60 cm差異顯著，土層20～40 cm與土層40～60 cm比較僅有M處理存在顯著差異。在同一土層情況下，H、M、MH處理的碳儲量差異不顯著；不同土層碳儲量，MH最高、H次之、M最低，表明土壤碳儲量混交林要優于純林，純林情況下樹種紅椎優于馬尾松。根據不同處理下各土層碳儲量可知，土層0～20 cm的碳儲量約占土壤碳儲量的54.96%～56.56%，土層20～40 cm的碳儲量約占土壤碳儲量26.33%～27.57%，土層40～60 cm的碳儲量約占土壤碳儲量的16.20%～17.47%，各土層碳儲量占比上下限較為接近，變幅不大，表明無論是混交林還是純林，對于相同土層的土壤碳儲量分配比例相近。

2.2" 生態系統總碳儲量及其分配情況

3種處理方式下生態系統總碳儲量如表5所示。可以看出，人工林生態系統碳儲量情況為MH（235.48 t·hm-2）＞M（196.49 t·hm-2）＞H（144.69 t·hm-2），處理間存在顯著差異。表明選用混交林造林方式、馬尾松樹種可有效提供人工林生態系統碳儲量，MH處理方式下，人工林生態系統中喬木層、地被物層、土壤層碳儲量分配比例，在不同處理方式下MH分別為53.72%、1.47%、44.81%，M分別為54.07%、2.06%、43.87%，H分別為33.06%、1.37%、65.57%，可知喬木層碳儲量分配比例范圍為33.06%～54.07%，上下限變幅較大且最大，同理地被物最小，土壤層居中。

3" 結論與討論

研究結果表明，對于純林和混交林兩種造林方式的碳儲量存在顯著差異，馬尾松和紅椎混交林碳儲量要優于任何單一樹種的純林，主要原因可能是混交林造林方式可為不同林分生長提供更好的土壤、溫度、光照條件，更加有利于不同林木生長[5]；不同樹種的碳儲量存在顯著差異，馬尾松純林碳儲量要優于紅椎純林，主要原因可能與樹種的生長習性有關[6]，馬尾松耐旱、耐貧瘠，抗逆性強，而紅椎喜濕、喜肥水，適應性相對較差，生長情況存在差異，致使碳儲量存在差異，這在生態系統總碳儲量及喬木層中均有所體現。

關于灌木和草木層的碳儲量，馬尾松純林最高、混交林居中、紅椎純林最低，這可能與樹種類型及郁閉度有關[7]，馬尾松為針葉、紅椎為闊葉，則馬尾松下灌木、草木數量較多，而紅椎則較少，導致碳儲量占比不高。關于凋落物層的碳儲量，混交林最高，紅椎純林居中，馬尾松純林最低，這可能與林分凋落物量與分解速度有關，混交林凋落物量最高、存量居中，分解速度居中，紅椎純林凋落物量居中、存量最少，分解最快，馬尾松純林凋落物量最少，但存量最多，分解最慢，進而導致碳儲量存在差異。對于土壤層碳儲量，主要集中在表土層0～20 cm，且不同樹種、造林方式表土層的占比均達到50%以上，而表土層的碳儲量主要來自凋落物，此情況與凋落物層相近，各處理方法差異不顯著。綜上所述，在人工林營建時，應盡量選擇混交造林方式，以提高系統的碳儲量；若選擇純林造林方式時，則應盡量選擇適用性高、抗逆性強、速生的樹種。

參考文獻：

[1] 明安剛，劉世榮，莫慧華，等.南亞熱帶紅錐、杉木純林與混交林碳貯量比較[J].生態學報，2016，36（1）：244-251.

[2] 明安剛，張治軍，諶紅輝，等.撫育間伐對馬尾松人工林生物量與碳貯量的影響[J].林業科學，2013，49（10）：1-6.

[3] 周靜，呂曉琪.北京大興區森林植被碳儲量計算及價值分析[J].綠色科技，2022，24（16）：49-52

[4] 蕭軍，雷蕾，曾立雄，等.不同經營模式對華北油松人工林碳儲量的影響[J].生態環境學報，2022，31（11）：2134-2142

[5] 張艷，袁亞玲，李勛，等.馬尾松與3種闊葉樹混合凋落葉分解過程中碳循環相關酶活性的變化特征[J].植物資源與環境學報，2022，31（1）：29-41.

[6] 王睿涵.林分特征和氣候對馬尾松林碳儲量及其分配的影響[D].武漢：華中農業大學，2021.

[7] 黃智軍.長汀紅壤侵蝕區不同郁閉度馬尾松林生態系統碳氮循環特征研究[D].福州：福建農林大學，2018.

（責任編輯：易" 婧）