冀北山地油松人工林群落碳密度隨林齡的動態變化

關鍵詞油松人工林;林齡；生物量；碳密度；年固碳量中圖分類號S718.54文獻標識碼A文章編號 0517-6611（2025）13-0100-04doi ： 10.3969/j . issn. 0517-6611.2025.13. 019

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Carbon Density inanAge-sequence of Pinus tabuliformis Plantations inMountainous Areas of Northern Hebei Provin（ YOUHai-zhou，WANG Chao（Hebei Academy of Forestry and Grassand Science，Shijiazhuang，Hebei 050061）

AbstractThepresentdysedthabodnstingeseqecofinutbulfoisplantiossedoneoassestig tionof64samplingplotsinmountaousaeasoforteHbeiProvince.Tediferenceinthealoatiooftreoanbomassaificant，whereasthelativecontributioofstemiomasstototaltreebomassincreasdwithstandage.Basedontheuitareacclation V= （204號 13m³/hm² ，asegmented biomassestimationmodel was established toimprove the estimation accuracy.The carbon measurement parameters werereasonableinstepsandadasgfcantcorelationwittesaeplantatoage.TheBEFadBCEFvaluesdreasdalongtehon sequence ， while the R and WD values remain relatively stable.The carbon density of the P tabuliformis plantation increased with stand age， ranging from 5. 640 to 61. . The carbon density of different layers was as follows：tree layer （ ） gt; litter layer （2 （0.887t/hm²） gt; understory vegetation layer （0.522Vhm² ）. The carbon sequestration of community and tree layer was fast in the early stagoflantation，andthensloweddow，andthenincreasedastheplntationagedThehighestaualcarbonsequestrationofcomnity and tree layer occurred at 26-30 years old，with the value of 4.669 and 4.658V（hm²?a） ，respectively. Mature plantations aged from 41 to 48yearssilldigarbsequestrationpotetial，ilealarbonsqustatioothrlaes（udestoygetatiodler layer） is relatively low，ranging from 0.012 to 0.158V（hm²?a） ：

Key WordsPinus tabuliformis plantation;Stand age;Biomass;Carbon intensity;Annual carbonsequestration

油松（Pinustabuliformis），耐干旱瘠薄，是華北山地森林的主要建群種，有良好的保持水土、涵養水源及改良土壤的作用，是華北山地的地帶性植被，也是冀北山地人工造林的主要樹種。近年來，人工林在生物量及碳儲量等方面的作用越來越受到重視[2-3]，但研究多針對單一林齡或者單一碳庫[4-5]，針對林分碳密度及碳匯潛力隨林齡變化的綜合性研究較少。油松人工林碳儲量相關研究集中在山西、陜西和內蒙古等地[6-8]，冀北山地范圍內鮮見相關研究報道。因此，筆者以冀北山地油松人工林為研究對象，從林木個體、林分各層及群落尺度上探討不同發育階段油松人工林碳密度及碳匯潛力的時空分布特征，以期為科學評價油松人工林碳匯功能以及人工林的經營研究提供基礎數據和理論參考價值。

1材料與方法

1.1研究區概況研究區位于承德圍場縣灤河林場、張家口市塞北林場所屬的赤城、萬全等分場，油松人工造林以容器苗為主，初植密度多為1650株 ?hm² ，常為純林或與樟子松、華北落葉松、山杏、檸條等樹種混交成林，與喬木樹種多為塊狀或帶狀混交，與灌木樹種多以多行混交或帶狀混交。

油松造林地草本植被層相對發育較好，蓋度多在 80% 以上，但受干旱生境和人為干擾的影響，灌木蓋度很低，但凋落物層積存量較少，腐殖質也較少。隨著造林后人為封育，灌木層初期發育較好，但隨著林分郁閉度增加而逐漸衰退甚至消失；草本層也多形成以披針葉苔草為主的單優群落，蓋度多在 50% 以上。油松項目林多分布于貧瘠土壤，以棕壤、淋溶褐土為主，高海拔山地也有少量暗栗鈣土等，土壤有機質含量較低。

1.2研究方法采用標準地法，分別以林齡、海拔、土壤、林分密度等選取典型樣地，分別以喬木層、灌木層、草本層、凋落物層等測定不同林分組分的生物（現存）量。采用標準木收獲法測定喬木層的蓄積量、生物量，采用樣方收獲法測定灌木層、草本層和凋落物層的生物量。植物生物量轉化為碳量是按照植物干有機物中碳所占比重，油松含碳率參考林業行業標準《立木生物量模型及碳計量參數——油松》（LY/T2260—2014）推薦的 0.5165^[9] ；其他層含碳率參考IPCC推薦值，灌木層取0.47，草本層取0.40，凋落物層取0.37^[10]

該調查根據油松林在項目區的分布狀況，共調查測定生物量樣地64塊，獲取標準木64株。林齡分布范圍以6＼～48a為主，其中，6＼～10a樣地數量15塊，11＼～15a有16塊，16～25a 有18塊，26＼～35a有8塊，36＼～50有7塊。

2 結果與分析

2.1喬木層樹木的生物量與生產力

2.1.1不同器官的生物量分配。由表1可知，雖然隨林齡增大林分密度減小，但喬木層生物量穩步增加，36＼～48a油松林喬木層生物量達 115.661t/hm² ，分別為 6～10，11～15 和16＼～25a的 13.40、5.97、3.35 倍。樹干生物量所占比例隨著林齡增大呈逐漸升高趨勢， 36～48 a占全株生物量的

57.22% ，可見油松在36a以上進入干材期，樹干逐漸占據生物量主導地位。根系生物量所占比例穩定在 15.50% ＼～19.43% ，樹枝和樹葉生物量所占比例較高，且隨林齡增大逐漸減少。油松屬于陽性樹種，多生長于干旱生境，造林初期生長較慢，林分也較為稀疏，枝葉的生長空間較大，因此其枝葉所占比例較高，而樹干所占比例較低。

2.1.2基于蓄積量的生物量轉換模型。樹干生物量在喬木層生物量中占有主體地位，樹干材積作為森林經營收獲的主要目標，是森林資源數據成果中最重要的林分因子之一，可有效反映樹木在林分中的優勢地位、空間大小等。對油松林生物量的研究表明，森林生物量與蓄積量間多存在顯著的相關性，通過森林蓄積量估計生物量具有較好的可行性[I-|12] 。該測定結果顯示，林分蓄積量與生物量存在顯著的線性回歸關系（圖1），因此以蓄積量為自變量 （V） ，建立生物量 （W） 的線性估計模型：

W=0.7847V+7.6156，R²=0.9524，n=62，Plt;0.01

當林分蓄積量處于偏低水平時，由于常數b（ b=? 7.6156的存在，生物量估計值將偏高；通常當林分單位面積蓄積量高于 13m³/hm² 后，由常數b所引起的偏差效應將減弱，故仍采用分段回歸的形式以提高估計精度，建立分段估計模型：

當 V?13m³/hm² 時， W=0 772 2V+2 984 7， R²= 0.8103，n=21，Plt;0.01

當 Vgt;13m³/hm² 時， W=0.7230V+14.5340，R²= 0.9378，n=35，Plt;0.01 式中： V 為林分蓄積量， m³/hm² ： W 為林分生物量， uhm²

使用以上分段估計模型時，該段林分生物量估計值的平均相對誤差絕對值的比值由 66.40% 降低至 26.09% 。

2.1.3生物量與碳計量參數。由表2可知，項目區油松人工林的BEF值（地上生物量與樹干生物量比值）、BCEF值（地上生物量與樹十材積比值）、 R 值（根冠比）與林齡、林分平均胸徑、林分密度、林分單位面積蓄積量間呈負相關，其中BEF值與各項林分因子以極顯著相關為主（ Plt;0.01? ），BCEF值與各項林分因子的相關性以顯著為主（ Plt;0.05 ）， R 值的相關性相對較差；WD值（基本木材密度）與各項林分因子呈正相關。總體上，各計量參數與林分密度間的相關性較弱，與其他3項林分因子具有較強相關性，這3項因子能夠較好地反映各項計量因子隨林分生長的變化規律，只有林分密度受初植密度和人為經營措施的影響較大，規律性較差。

由于各計量參數均與林齡有較高相關性，因此按林齡段分別計算其各計量參數變化情況，根據林齡分布特征及各林齡的計量參數變化規律，各林齡段計量參數統計結果見表3。油松人工林的BEF值和BCEF值隨林齡增大而減小， R 值和

WD值則相對穩定，隨林齡變化的趨勢不明顯，但部分參數在不同林齡段存在顯著差異（ Plt;0.05 甚至極顯著差異（ Plt; 0.01），因此，按林齡段劃分對于提高碳匯評估結果精度具有較好的可行性。

2.2地被層的生物量在油松人工林地被層中，灌木層、草本層及凋落物層的存量通常與林齡、林分密度及人為經營干擾等多種因素有較密切關系。由表4可知，灌木層生物量較低，6＼～15a林分內基本沒有灌木，隨著林地保護灌木開始生長，但始終低于其他層次。在6＼～10a造林初期，草本種類多且長勢較好，草本層占地被層生物量的 50% 以上，隨著林齡增大和林分郁閉程度增強，林內光照條件不良，草本層碳密度呈逐漸降低趨勢。凋落物層生物量是地被層生物量的主要部分，且隨著林齡增大呈逐漸增大趨勢。

2.3油松人工林群落碳密度時空分布從圖2可見，6＼～10a幼齡林群落和喬木層碳密度最低，僅為5.640和4.457t/hm² ，之后持續增長，在36＼～48a林齡段群落和喬木層碳密度達到61.446和 59.739t/hm² 。群落和喬木層碳密度在 25a 后增長加快，整體呈“S”形特點。林下植被層（灌木 + 草本）碳密度較低，變化范圍為 0.422～0.697t/hm² ，隨著林齡增大呈先減小再增大趨勢，雖然林下植被層碳密度較小，但其變化趨勢卻直觀反映了林分郁閉度的變化及人工撫育管理的影響[13]。凋落物層碳密度隨著林齡增大逐漸增大，變化范圍為 0.486～1.194t/hm² 。除6＼～10a林分外，油松人工林群落碳密度空間分布表現為喬木層 gt; 調落物層 gt; 林下植被層，喬木為群落中最大的生產者。

圖3顯示，碳密度分配結構來看，隨著林齡的增大，喬木層所占比例逐漸增大，林下植被層和凋落物層所占比例逐漸減小。喬木層、林下植被層和凋落物層平均占比分別為

1.6 林下植被層 80

1.2 層 60 一群落

0.8 40

0.4 20 0 0 6＼～10 11＼～15 16＼～25 26＼～35 36＼～48 林齡Stand age/a

2.4油松人工林群落年固碳量由圖4可見，喬木層和群落固碳量隨林齡變化明顯，總體表現為先增大后減小再增大的趨勢，群落固碳量為 0.752～4.669‰ ，喬木層固碳量為 0.594～4.658‰ ，占群落固碳量的 92% 以上。26～30 a喬木層固碳量最大，此時光熱充足且林木競爭不激烈，生產力最高；此后林木競爭加劇，生產力逐漸降低， 41～ 48a喬木層固碳量的增加，主要是由于間伐導致林木生長空間擴大，單株生產力顯著增大所致。其他層（林下植被和凋落物層）固碳量較低，為 0.012～0.158‰ ，僅在6＼～10和11＼～15a固碳量較高，分別為0.158 和 0.127t/（hm²?a）， 在16＼～48a受到樹冠抑制固碳量保持較低的平穩水平。

5 群落 喬木層--O-其他層0.18Q4國 0.12 國前320.06一Q -- 1一 二10 1 20 25 30 35 40 8b＼～！ 二 7 1 ！ 1 l6 1 16 21 2 31 3 4林齡 Stand age/a

3討論

（1）該研究發現，該區油松人工林群落碳密度低于黃土高原黃龍山林區油松人工林[14-15]，略低于山西太岳山油松人工林[6]，高于北京地區油松人工林[16]。與該區其他人工林相比，油松人工林碳匯潛力巨大，其碳密度高于華北落葉松人工林[17]，遠高于人工側柏林[18]

（2）在油松人工林群落各子碳庫中，喬木層占主導地

位，反映了人工林群落有機質生產與積累的水平；林下植被

層碳密度比例明顯偏小，體現了人工林群落生物多樣性的

不穩定性。因此，今后應深人研究林分生長與撫育管理過

程的關系[19]，提高森林管理水平，實現森林蓄積增長和固

碳能力提升[20]；其次加強對地表凋落物、灌草植被的保護，

以促進植被生物量最大化轉化為土壤有機質積存于土壤

碳庫[21-24]。

（3）林齡是人工林群落年固碳量的主要影響因素[25]該研究中，冀北山地油松人工林幼齡階段（6＼～10a）年固碳量較低，這一階段碳密度增加主要依賴幼樹和草本層生長。11～30 a為碳密度快速增長期，該階段為進行林分撫育管理的關鍵階段。30＼～40a由于林分密度過高導致林木生長緩慢且枯損率增大，年固碳量處于較低水平。合理的撫育措施保證了碳密度的增長速率大于因林木老齡化造成的減少速率[26]，因此撫育后41＼～48a的成熟林仍表現出較高的碳匯潛力。由于成熟林和過熟林樣本較少，尤其是獲取大徑級林木解析數據困難，因此該階段碳匯潛力隨林齡的變化趨勢還有待深入研究，估計精度也有待提高。

4結論

（1）油松人工林喬木層生物量隨林齡增加而增大，平均為 56.732t/hm² 。當林齡低于 16a 時，不同器官分配大小表現為樹枝 gt; 樹葉 gt; 樹干 gt; 樹根，當林齡大于16a時，分配大小表現為樹干 gt; 樹枝 gt; 樹葉 gt; 樹根，樹干生物量所占比例隨著林齡增長逐漸升高，最大時達 57.22% 。

（2）為了提高生物量模型估計精度，以林分單位面積蓄積量為劃分依據，建立了分段估計模型：當 V?13m³/hm² 時， W=0.772 2V+2. 984 7，R²=0.810 3，n=21，Plt;0. 0 ；當 13m³/hm² 時， W=0.7230V+14.534，R²=0.9378，n=35，Plt; 0.01 。

（3）油松人工林碳計量參數與林齡間具有顯著相關性，分別對各林齡段統計了BEF、 BCEF，R 和WD值，結果表明，參數分布合理，BEF值和BCEF值隨林齡增加而減小， R 值和WD值則相對穩定。

（4）油松人工林群落碳密度隨林齡增加而增大，為5.640～61.446t/hm² ，平均為 ，空間分布表現為喬木層 gt; 凋落物層 gt; 林下植被層，各層碳密度均值分別為29.356、0.887和 0

（5）群落及喬木層固碳量隨林齡均表現為先增大后減小再增大的趨勢， 26～30 a喬木層固碳量最大，達4.658V（hm²?a） ，撫育后41＼～48a的成熟林仍表現出較高的碳匯潛力，固碳量為 3.703t/（hm²?a） ，其他層（林下植被和凋落物層）固碳量較低，為 0.012～0.158V（hm²?a） 。

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