廣東瓊楠人工林生物量和碳儲量分布格局

田湘　劉雪　鐘連香　吳敏　韋中綿

摘要 采用標(biāo)準(zhǔn)樣地法對廣西南寧樹木園內(nèi)33年生廣東瓊楠（Beilschmiedia fordii）人工林碳儲量和空間分布格局進(jìn)行研究。結(jié)果表明：廣東瓊楠單株生物量為324.25 kg/株，林分生物量為273.16 t/hm2，其中喬木層為262.27 t/hm2，占林分生物量的96.01%；林分碳儲量為309.29 t/hm2，其中喬木層126.33 t/hm2，占林分總碳儲量的40.84%；土壤層為178.24 t/hm2，占57.63%；灌草層為2.80 t/hm2，占0.91%；凋落物為1.92 t/hm2，占比0.62%。33年生廣東瓊楠人工林生產(chǎn)力為11.08 t/hm2，年凈固碳量為5.37 t/hm2，折合成CO2固定量為19.70 t/hm2，具有較強(qiáng)的固碳能力，是發(fā)展碳匯林的良好樹種。

關(guān)鍵詞 碳儲量；人工林；生產(chǎn)力；廣東瓊楠

中圖分類號 S 718.55 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2023）15-0104-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.15.025

Distribution Pattern of Biomass and Carbon Reserves in Beilschmiedia fordii Plantation

TIAN Xiang1， LIU Xue1， ZHONG Lian-xiang2 et al

（1.Guangxi Nanning Arboretum， Nanning， Guangxi 530031;2.Forestry College of Guangxi University， Nanning， Guangxi 530000）

Abstract The spatial distribution of carbon storage in 33-year-old Beilschmiedia fordii plantation in Guangxi Nanning Arboretum were studied by standard plot method. Results showed that individual biomass of Beilschmiedia fordii was 324.25 kg/plant and the total biomass was 273.16 t/hm2， of which biomass of arbor layer was 262.27 t/hm2 respectively， accounting for 96.01% of total biomass. The total carbon storage of Beilschmiedia fordii was 309.29 t/hm2， of which the overstorey of Beilschmiedia fordii trees stored 126.33 t/hm2 and accounted for 40.84%， the soil layer was 178.24 t/hm2 and accounting for 57.63%;the under-storey plant stored 2.80 t/hm2 and accounted for 0.91%， the litter floor stored 1.92 t/hm2 and accounted for 0.62%. The annual net productivity of 33-year-old Beilschmiedia fordii was 11.08 t/hm2， and annual net carbon fixation was 5.38 t/hm2 which converted into CO2 was 19.70 t/hm2. With strong carbon sequestration ability，Beilschmiedia fordii was a good tree species for the development of carbon sequestration forest.

Key words Carbon storage;Plantation;Productivity;Beilschmiedia fordii

森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在維持生態(tài)平衡中發(fā)揮著重要作用［1-2］。2021年國務(wù)院印發(fā)了《2030年前碳達(dá)峰行動方案》［3］，積極響應(yīng)推薦碳達(dá)峰碳中和行動已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略，在該背景下，森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力已成為關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)［4-5］。森林碳匯潛力與生長過程有關(guān)，而人工林是森林的重要組成部分，通過造林、再造林等活動增加森林生態(tài)系統(tǒng)碳固定量，有利于推進(jìn)中國碳匯林業(yè)的發(fā)展。鄉(xiāng)土樹種作為我國人工林的重要組成部分，既能供應(yīng)木材，又能發(fā)揮其儲碳和固碳的能力，同時兼具經(jīng)濟(jì)效益和碳匯生態(tài)效益，在增加森林碳匯和碳吸存能力以及改善生態(tài)環(huán)境方面作用顯著［6］。

廣東瓊楠（Beilschmiedia fordii）為樟科瓊楠屬（Beilschmiedia）常綠喬木，主要適生于濕潤的山林中，在我國廣西、廣東、湖南、江西、四川等地及越南均有分布［7］。廣東瓊楠適應(yīng)性強(qiáng)，生長快速，木材結(jié)構(gòu)細(xì)密且耐腐蝕，是優(yōu)良用材樹種［8］，同時具有較高的經(jīng)濟(jì)價值［9］。隨著珍貴木材在市場上的比重增加，推廣種植珍貴樹種具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來，學(xué)者對廣東瓊楠的研究主要集中于人工林生長規(guī)律［10］、木材特性［11-12］方面，但尚鮮見有關(guān)碳匯功能的報道。筆者以廣西南寧樹木園內(nèi)33年生廣東瓊楠人工林為研究對象，調(diào)查分析其生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其分配格局，以期為進(jìn)一步評估廣東瓊楠人工林的固碳潛力和生態(tài)效益提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)樣地位于廣西南寧樹木園內(nèi)，地處南寧市南郊，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫暖濕潤，降雨豐富。試驗(yàn)所選標(biāo)準(zhǔn)地為低矮山丘，坡度20°左右，土壤為赤紅壤，厚度達(dá)到80 cm以上，土壤肥沃，適合植被生長。該研究林分為33年生廣東瓊楠人工林，平均胸徑23.3 cm，平均樹高19.7 m，郁閉度0.8，林下植被蓋度為45%，林下零星分布有米老排（Mytilaria laosensis）、黃果厚殼桂（Cryptocarya concinna）、玉葉金花（Mussaenda pubescens）、五節(jié)芒（Miscanthus floridulus）等植物。

1.2 研究方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查與解析木選取。

于2017年12月在33年生廣東瓊楠人工林內(nèi)選擇生長良好的地塊，按照典型選樣原則確定3塊20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地（1 200 m2）。通過每木檢尺法測量樣地內(nèi)所有林木的樹高、胸徑、冠幅及枝下高，分別在每個樣地內(nèi)選出1株平均木作為標(biāo)準(zhǔn)木，標(biāo)準(zhǔn)木要求不斷梢、無病蟲害。

1.2.2 樣品采集和碳含量的測定。

將選取的標(biāo)準(zhǔn)木機(jī)械伐倒，采用全株收獲法和Monsic法［13］測定各標(biāo)準(zhǔn)木樹葉、樹枝、樹干、樹皮地上部分鮮重；采用全根挖掘法測定根系及地下部分鮮重質(zhì)量，包括根蔸、粗根（根系直徑≥2.0 cm）、中根（根系直徑0.5～2.0 cm）、細(xì)根（根系直徑＜0.5 cm）鮮重，各組分分別取樣500 g于封口袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室于80 ℃烘干備用。林下凋落物層和灌草層生物量測定采用樣方收獲法［14］。參照韋昌幸等［15］的方法，廣東瓊楠干材、樹皮和樹枝的平均凈生產(chǎn)量按林分年齡33年計算，樹葉平均凈生產(chǎn)量則以樹葉在林木上著生5年計。按照對角線設(shè)置方法分別在各標(biāo)準(zhǔn)地挖掘3個土壤剖面，按照0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm共5個層次分別采集1 kg土壤，同一樣地同一土層的土壤混合后取1 kg帶回實(shí)驗(yàn)室用于土壤有機(jī)碳的測定。將生物量測定過程中經(jīng)烘干的樣品分別粉碎供碳素含量的測定，各組分碳素含量的測定均采用K2CrO7容量法測定［16］。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)處理，同時應(yīng)用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，各指標(biāo)計算公式如下：

年平均生產(chǎn)力［t/（hm2·a）］=植物各組分生物量（t/hm2）/林齡（a）

式中，樹葉平均凈生產(chǎn)量以葉在林木上著生2年計，其他器官均按照樹木生長年齡33 a計算。

植物各組分碳儲量（t/hm2）=植物各組分生物量（t/hm2）×植物各組分碳含量（g/kg）/1 000

各土層碳儲量（t/hm2）=土層厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）×1 000 m2有機(jī)碳含量（g/kg）/1 000

生態(tài)系統(tǒng)碳儲量（t/hm2）=喬木層碳儲量（t/hm2）+灌草層碳儲量（t/hm2）+凋落物層碳儲量（t/hm2）+土壤層碳儲量（t/hm2）

喬木層各器官年凈固碳量［t/hm2·a）］=喬木層各器官年平均生物量（t/hm2）×各器官碳含量（g/kg）/1 000

2 結(jié)果與分析

2.1 單株生物量分布

從圖1可見，33年生廣東瓊楠單株生物量為324.25 kg/株，其中干材生物量占最大（60.95%），為197.64 kg/株；根蔸生物量次之，生物量為44.25 kg/株，占13.65%；樹枝生物量為43.63 kg/株，占比為13.46%；其余部分生物量占比較少，以中根和細(xì)根生物量最小。從地上部分生物量和地下部分生物量看，地上部分生物量為264.15 kg/株，占單株總生物量的81.46%；地下部分生物量為60.10 kg/株，占比僅為18.54%。綜合來看，各器官生物量表現(xiàn)為干材＞根蔸＞樹枝＞干皮＞粗根＞樹葉＞中根＞細(xì)根。

2.2 人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及分布

由表1可知，廣東瓊楠各器官碳素含量表現(xiàn)為樹葉＞干材＞樹枝＞樹根＞干皮，各器官碳素含量在456.12～495.52 g/kg，喬木層部分平均碳素含量為477.03 g/kg。廣東瓊楠人工林灌草層和凋落物層碳素含量分別為 442.36、422.20 g/kg。土壤層碳素含量隨土層的加深逐漸減少，0～20 cm土層碳素含量最高，達(dá)到29.31 g/kg；從0～100 m土層厚度看，碳素平均含量為13.90 g/kg。整體來看，林分碳素含量以喬木層最高，灌草層次之，土壤層碳素含量最低。

2.3 碳儲量及其分配格局

廣東瓊楠人工林生物量為273.16 t/hm2，其中喬木層生物量為262.27 t/hm2，占總生物量的96.01%；凋落物層生物量為4.55 t/hm2，占總生物量的1.67%；灌草層生物量為6.34 t/hm2，僅占總生物量的2.32%。廣東瓊楠各器官生物量大小表現(xiàn)為干材＞樹根＞樹枝＞干皮＞樹葉，以干材生物量最大，達(dá)到158.11 t/hm2（表1）。

廣東瓊楠生態(tài)系統(tǒng)碳儲量為309.29 t/hm2，碳儲量排序?yàn)橥寥缹樱?78.24 t/hm2）＞喬木層（126.33 t/hm2）＞灌草層（2.80 t/hm2）＞凋落物層（1.92 t/hm2），且各層次碳儲量差異顯著（P＜0.05），其中土壤層碳儲量占比50%以上，達(dá)到57.63%，喬木層次之（40.84%），凋落物層和灌草層碳儲量在整個生態(tài)系統(tǒng)碳儲量中僅占極小部分。從喬木層各器官碳儲量分布看，喬木層碳儲量以干材為主（77.25 t/hm2），占比達(dá)到61.14%；樹根碳儲量也達(dá)到22.53 t/hm2；以干皮和樹葉碳儲量最少。從土壤層碳儲量看，碳儲量隨土層的加深呈下降趨勢，0～20 cm碳儲量達(dá)到65.66 t/hm2，隨土層深度達(dá)到100 cm，碳儲量僅為12.78 t/hm2，相比0～20 cm土層深度下降了80.54%（表2）。

2.4 喬木層年凈固碳量的估算

廣東瓊楠年凈生產(chǎn)力、年凈固碳量及折合CO2固定量見表3。33年生廣東瓊楠人工林年凈生產(chǎn)力為11.08 t/hm2，年凈固碳量達(dá)到5.37 t/hm2。通過人工林生態(tài)系統(tǒng)同化CO2能力的估算得出CO2固定量為19.70 t/hm2。廣東瓊楠年凈生產(chǎn)力、年凈固碳量及折合CO2固定量以干材最大，樹葉次之，干皮最少。

3 結(jié)論與討論

該研究中33年生廣東瓊楠人工林中以喬木層生物量為主，林分凈生產(chǎn)力為11.08 t/hm2，相比珍貴鄉(xiāng)土樹種木荷（Schima superba）［15］和觀光木（Michelia odora）［17］略占優(yōu)勢，表現(xiàn)出較高的生物量和生產(chǎn)力；但阿丁楓［18］和速生樹種桉樹（Eucalyptus robusta）［19］相比，生物量和生產(chǎn)力均不占優(yōu)勢，說明在廣東瓊楠人工林培育中，應(yīng)加強(qiáng)林分水、肥等管護(hù)，以提高林分的生產(chǎn)力，同時還應(yīng)關(guān)注林下灌草層和凋落物層在森林植被多樣性、養(yǎng)分循環(huán)等方面的作用。平均碳素含量為477.03 g/kg，介于森林碳儲量計算時所采用的換算系數(shù)之間（450～500 g/kg）［20］。不同器官碳素含量表現(xiàn)為樹葉＞干材＞樹枝＞樹根＞干皮，與相近區(qū)域火力楠（Michelia macclurei）（樹葉＞樹枝＞干材＞干皮＞樹根）［21］、青鉤栲（Castanopsis kawakamii）（樹干＞樹根＞樹枝＞樹葉）［22］、馬尾松（樹葉＞干材＞干皮＞樹根＞樹枝）［23］存在差異，各器官碳素含量的差異也反映不同樹種碳素積累與分配特點(diǎn)。廣東瓊楠群落喬木層碳素含量高于灌草層，表現(xiàn)隨著光照強(qiáng)度的下降而降低的變化趨勢。

廣東瓊楠生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量為309.29 t/hm2，碳儲量以土壤層占比最多（178.24 t/hm2），占比57.63%，可見，33年生廣東瓊楠人工林植被層碳儲量尚未達(dá)到土壤層的儲量水平，土壤層碳儲量在生態(tài)系統(tǒng)碳儲量中仍居于主導(dǎo)地位。據(jù)報道，我國亞熱帶常綠闊葉林碳儲量平均水平為61.05 t/hm2［24］，而研究結(jié)果顯示，33年生廣東瓊楠喬木層碳儲量達(dá)到126.33 t/hm2，說明廣東瓊楠林喬木層碳儲量較高。此外，廣東瓊楠生態(tài)系統(tǒng)中土壤層碳儲量為178.24 t/hm2，高于我國人工林土壤平均碳儲量（107.10 t/hm2）66.42%，這也是研究區(qū)廣東瓊楠林具有較高生產(chǎn)力和碳儲量積累能力的重要因素。同時說明該林分不但可以通過其喬木層生物量提高生態(tài)系統(tǒng)碳積累能力，同時也能促進(jìn)土壤有機(jī)碳的生物積累。

該研究中廣東瓊楠喬木層年凈固碳量達(dá)到5.37 t/hm2，折合CO2為19.70 t/hm2，與我國森林年均固碳量接近，但高于相近區(qū)域的阿丁楓［18］和觀光木［25］年凈固碳量，可見該研究林分的碳積累速率較快。

綜合分析可知，該研究區(qū)的廣東瓊楠人工林具有較強(qiáng)的碳匯潛力，科學(xué)經(jīng)營和發(fā)展廣東瓊楠人工林不僅能收獲優(yōu)質(zhì)木材，還達(dá)到碳匯雙重效益。

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基金項(xiàng)目 南寧樹木園優(yōu)質(zhì)用材樹種科研項(xiàng)目（BB33600114）。

作者簡介 田湘（1973—），男，湖南漢壽人，高級工程師，碩士，從事林業(yè)經(jīng)營管理與林業(yè)科技研究。*通信作者，高級工程師，碩士，從事森林經(jīng)營和生態(tài)經(jīng)濟(jì)研究。

收稿日期 2022-08-06