广西南丹县秃杉人工林碳储量及其分布格局

摘要 采用标准样地法对广西南丹县20年生秃杉人工林碳储量及其空间分布格局进行研究。结果表明，秃杉各器官碳含量为436.4～501.2 g/kg，其由大到小依次为干皮、树枝、树根、干材、树叶。灌木层、草本层和凋落物层碳含量分别为449.8、392.5和424.7 g/kg。土壤（0～80 cm）平均碳含量为19.0 g/kg，各土层碳含量随土层深度增加而减少。20年生秃杉人工林生态系统碳储量为255.81 t/hm2，其中乔木层为99.43 t/hm2，占整个生态系统碳储量的38.87%;灌草层为2.14 t/hm2，占0.84%;凋落物层为2.52 t/hm2，占0.98%;林地土壤（0～80 cm）为151.72 t/hm2，占59.31%。秃杉人工林各器官碳储量与其生物量成正比关系，干材的生物量最大，其碳储量也最高，占植被层碳储量的59.48%，树枝、树叶、干皮和树根的碳储量共占36.05%。20年生秃杉人工林乔木层年净生产力为12.52 t/（hm2·a），有机碳年净固定量为5.98 t/（hm2·a），年净CO2吸收量为21.93 t/（hm2·a）。

关键词 秃杉人工林;碳储量;碳分配

中图分类号 S 718.55  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）06-0098-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.06.022

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Carbon Storage and Distribution of  Taiwania flousiana  Plantation Ecosystem in Nandan County，Guangxi

LIU Fan-sheng，WEI Ming-bao，MO Shao-zhuang et al

（Shankou Forest Farm of Nandan County， Nandan， Guangxi 547200）

Abstract The spatial distribution of carbon storage in 20-year-old  Taiwania flousiana  plantation in Nandan County of Guangxi were studied by standard plot method. The results showed that carbon content in different organs of  T.flousiana  range from 436.4 g/kg to 501.2 g/kg， and the order from large to small was bark> branch> roof> stem> leaf. The carbon contents of shrub layer， herb layer and litter layer were 449.8， 392.5 and 424.7 g/kg， respectively. The average carbon content of soil （0 - 80 cm） was 19.0 g/kg， and the carbon content of each soil layer decreases with the increase of soil depth. The total carbon storage in  T.flousiana  plantation ecosystems amounted to 255.92 t/hm2， of which tree layer stored 99.43 t/hm2，and accounted for 38.87%， shrub and herb layer stored 2.14 t/hm2，and accounted for 0.84%， litter layer stored 2.52 t/hm2，and accounted for 0.98%，soil layer stored 151.72 t/hm2，and accounted for 59.31%. The carbon storage of each organ of  T.flousiana  plantation was in positive proportion to its biomass. The biomass of dry wood was the largest， and its carbon storage was also the highest， accounting for 59.48% of the carbon storage of tree layer. The carbon storage of branches， leaves， dry bark and roots accounted for 36.05%. The annual net productivity of 20-year-old  T.flousiana  plantation was 12.52 t/（hm2·a）， and annual carbon fixation was 5.98 t/（hm2·a），and the annual net CO2 absorption was 21.93 t/（hm2·a）.

Key words  Taiwania flousiana  plantation;Carbon storage;Carbon distribution

基金项目 广西重点研发计划项目（桂科AB17292008）;广西创新驱动发展专项资金项目（桂科AA17204087-11）;国家自然科学基金资助项目（31760201，31560206）。

作者简介 刘凡胜（1965—），男，广西河池人，工程师，从事人工林培育技术研究。*通信作者，研究员，从事森林培育、森林土壤和森林生态研究。

收稿日期 2021-06-20;修回日期 2021-07-15

随着大气CO2浓度增加及人类活动的加剧，世界气候经历着全球变暖的变化[1]，森林生态系统和人类社会的经济发展都受到了显著的影响[2]。营造既能供应木材又能发挥储碳、固碳能力，兼具经济效益和碳汇生态效益的新型人工林[3]，在增加森林碳汇和碳吸存能力、改善生态环境等方面发挥着越来越重要的作用[4-5]。

秃杉（ Taiwania flousiana ）为杉科台湾杉属珍稀树种，其适应性较强、生长快、病虫害极少，单位面积生物量和蓄积量大、出材量高、材质优良。因其成熟期（一般60年以上才开花结实）和衰退期晚，速生持续时间长，生物量积累能力较强，尤其适合培育大径材[6]。因此，秃杉已成为近年来我国南方中低山区大力推广种植的珍贵乡土树种之一。近年来，秃杉引种栽培面积快速增大，相关研究较多[7-10]，主要涉及引种栽培、生物生产力和营养元素积累等方面，但有关碳汇功能的报道很少，且主要集中在经营目标为培育中小径材且采用较高密度（保留密度约2 000株/hm2）经营的林分[11-13]。广西南丹县是我国秃杉引种较早、面积较大的地区之一，目前全县秃杉人工林面积近4 000 hm2。该研究以培育中大径材为经营目标的广西南丹县20年生秃杉人工林为研究对象，调查分析其生态系统碳储量及其分配格局，为进一步评估秃杉人工林的固碳潜力和生态效益提供基础数据。

1 研究区概况

研究区位于广西西北部南丹县城关镇（107°31′E，24°59″N）。南丹县属中亚热带山地气候类型，海拔多数在500～1 000 m，年均气温16.9 ℃，年均降雨量1 498.2 mm。试验地设在山口林场水源林分场，海拔730～810 m，土壤母岩为砂页岩，土壤类型属于山地黄红壤，平均厚度在80 cm以上。研究林分为在杉木（ Cunninghamia lanceolata. ）采伐迹地营造的20年生秃杉人工林，造林时间为1999年3—4月。2019年5月调查时的林分特征：

林龄20年，林分密度1 350 株/hm2，坡向SE，坡度30°，平均胸径22.3 cm，平均树高17.5 m，郁闭度0.80，林下植被盖度40%。

2 研究方法

2.1 标准地的设置与生态系统生物量的测定

于2019年5月在20年生秃杉林中选择生长良好地块，按照不同坡位（上坡、中坡和下坡）共设置3块20 m×30 m（600 m2）标准样地。测定样地内林木的胸径、树高、冠幅和枝下高，根据调查结果计算林分平均胸径和平均树高。

分别在每块样地选择1株平均木并伐倒[14]，采用Monsic分层切割法测定树叶、树枝、干皮、干材地上部分鲜质量，采用全根挖掘法测定根系即地下部分鲜质量。同时在各样地内按对角线分别设置3个2 m ×2 m小样方，对样方内灌木、草本的种类、个体数、高度和覆盖度等进行调查，然后采用样方收获法测定灌木层、草本层和凋落物层鲜质量[11]。桉乔木层各器官、灌木层-草本层和凋落物层样品各500 g，于80 ℃烘干至恒重，测定各样品的含水率和干质量，估算各组分生物量[11]。

2.2 样品采集和碳含量测定

选取经测定生物量后的乔木层各器官、灌木层、草本层和凋落物层样品，重新放入烘箱中于80 ℃烘干，经粉碎过0.25 mm筛后装入自封袋内密封保存。同时按对角线设置方法在每块样地内挖掘3个土壤剖面，按0～20、20～40、40～60、60～80 cm共4个层次分别采集1 kg土壤，同一样地内相同土层样品混合后按四分法取1 kg装入布袋内[14]，室内自然风干后研磨过0.149 mm筛装入自封袋，与待测植物样品均采用K2CrO7容量法测定有机碳含量[15]。

2.3 数据统计与处理

利用 Excel 2013软件进行相关数据处理，采用SPSS 22.0软件对秃杉人工林生态系统中乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层碳含量、碳储量及乔木层不同器官年碳固定量间差异性等进行单因素方差分析（ANOVA）。生态系统碳储量和乔木层年净固碳量等相关计算参照文献[11]。

3 结果与分析

3.1 生态系统碳含量

3.1.1 乔木层碳含量。

秃杉乔木层各器官碳含量为436.4～501.2 g/kg，全树平均碳含量为482.4 g/kg，其大小表现为干皮（501.2 g/kg）>树枝（494.8 g/kg）>树根（491.9 g/kg）>干材（487.6 g/kg）>树叶（436.4 g/kg），其中干皮、树枝均与树叶间差异显著（ P <0.05）。

3.1.2 林下植被层和土壤层碳含量。

秃杉林下植被不同层次碳含量表现为灌木层（449.8 g/kg）>凋落物层（424.7 g/kg）>草本层（392.5 g/kg），均远高于土壤层平均碳含量（19.0 g/kg）（表1）。在土壤层碳含量的垂直分布中，受地表腐殖化作用形成有机物质聚集效应的影响，土壤有机碳含量呈现随土壤深度增加而显著下降的变化趋势（ P <0.05），其中0～20 cm土层有机碳含量（39.6 g/kg）是其他土层的1.83～7.47倍。

3.2 生态系统碳储量及其分配

3.2.1 植被层碳储量。