侯磊1，任毅华2，张硕新3，杨斐4，郭正和4，李程英5，杨福俊4，白玮杰6
（1．两藏大学农牧学院资源与环境学院，林芝860000;2．西藏大学农牧学院高原生态研究所，林芝860000;3．西北农林科技大学林学院，杨凌712100;4．内蒙古自治区林业监测规划院，呼和浩特010020；5．内蒙古卓资县林业局，卓资县012300;6．乌海市林业工作站，乌海016000)
摘 要：文章以秦岭11个栓皮栎林下的灌木层和草本层为研究对象，分析其碳储量。结果表明：栓皮栎幼龄林灌木层的碳储量随海拔的升高先增大后减小；草本层碳储量随海拔升高的变化趋势不甚明显。中龄林灌木层的碳储量随海拔的升高先增大后减小，其在海拔1052.77 m处达到最大值；草本层碳储量的变化很小。成熟林灌木层的碳储量随海拔升高呈现先增大后减小的趋势；草本层碳储量变化不大，整体呈不明显的减小趋势。
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关键词 ：秦岭；栓皮栎；碳储量
中图分类号：S757.3
文献标识码：B
收稿日期：2015-03—13
基金项目：中国科学院战略性先导科技专项( XDA05050203-05-05)
作者简介：侯磊（1988-），男，陕西省宝鸡市人，讲师，硕士。
通讯作者：任毅华（1980-），男，陕西省西安市人，讲师，硕士。
栓皮栎是我国暖温带落叶阔叶林和亚热带常绿落叶阔叶混交林的重要组成树种之一，广泛分布于我国的西北、华北、华中、华南、两南等多个省。栓皮栎是我国分布最广的树种之一，秦岭是其分布的主要中心之一，栓皮栎主要分布的海拔高度为500～1600m，下限一般为海拔700m左右，上限一般在海拔1100m左右。栓皮栎适应性广且抗性强，是众多分布区内主要的造林树种。在秦岭南北坡的低山地带，栓皮栎可以形成纯林，多数生于山坡地带。栓皮栎属壳斗科栎属植物，树皮灰褐色，主根发达，对气候及土壤干旱的适应能力强，寿命长，造林成本低，热值高，耐燃烧，是良好的薪炭树种，其树高可达30m，胸径可达1m，栓皮层十分发达，在分布区内往往能够形成比较稳定的森林群落，在保持水土、涵养水源、改良土壤和调节气候等方面起着重大作用。在经济方面，栓皮栎是生产软木、木材、薪炭、栲胶、食用菌、丹宁等生活用材、建筑材料和食品的主要原料，其在国际市场的地位仅次于栓皮槠，对发展地方经济、提高人民收入水平等诸多方面起着巨大的促进发展作用。由于栓皮栎有机质含量很高，作为秦岭地区的主要森林树种之一，研究其林下植物碳储量，对全球气候变化研究有比较高的应用价值。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
秦岭是横贯中国中部的东西走向山脉，西起甘肃南部，经陕西南部到湖北、河南西部，主体位于陕西省南部与四川省北部交界处，长约1500km，为黄河支流渭河与长江支流嘉陵江、汉水的分水岭。秦岭位于东经32°50’～34°55’，北纬106°22’～110°36’之间，是亚热带和暖温带的分界线，同时又是黄河、长江二水系的分水岭。秦岭北坡半干旱地区土壤在海拔500m以下为草甸褐色土，海拔500～1000m为碳酸盐褐色土，海拔1000～1500m为典型褐色土，气候属于温带、暖温带气候，年平均气温6.4℃，年降水量1001.7mm左右。乔木层常见的伴生树种有槲栎、槲树、麻栎、山合欢、黄连木等，林下灌木比较稀疏，分布均匀，优势种不明显。
1.2 研究方法
1.2.1 样地设置
本研究的试验点主要分布于秦岭地区的安康、商洛、渭南、西安、咸阳和宝鸡等地。详见表1。根据栓皮栎的林龄结构在每个试验点各设置幼龄林、中龄林和成熟林样地各1个，在每个样地内沿任意对角线再设置2x2 (m)的灌木样方和lxl (m)的草本样方各3个。
1.2.2 样地调查
记录样地的地形地貌、坡向、坡度、盖度、乔灌草的物种组成等。对样地内的乔木及灌木样方中的灌木进行每木检尺。记录草本样方的盖度、高度、多度等。
1.2.3 样品采集与处理
灌木样品的采集：将每个灌木样方内的灌木全部挖起，按枝、叶、根分类混合，称其鲜重，各取混合样300 g左右，称鲜重后带回实验室。
草本样品的采集：将每个样方内的草本全部挖起，按分地上部分和地下部分分类混合，称其鲜重，各取混合样300 g左右，称鲜重后带回实验室。
枯落物样品的采集：在草本样采集的同时进行，将3个草本样方内的枯落物全部收获混合，称其鲜重，取混合样300 g左右，称鲜重后带回实验室。
在实验室内将乔木、灌木、草本、枯落物样品置于85℃的烘箱烘至恒重，称重记录。
1.2.4 生物量计算
灌木和草本的生物量：由公式①计算出样品含水率P，由公式②换算出各级器官的生物量W干，各级器官的生物量相加便得总的生物量。灌木生物量为灌木叶、灌木枝和灌木根的生物量之和，草本生物量为草地上生物量和草地下生物量之和。
1.2.5 碳含率的测定和计算
用粉碎机把上述烘干样品进行粉碎，考虑到样品混合均匀，本实验预采用2次粉碎法制样，即初次粉碎时取样量较大，在初粉碎的基础上按四分法取其中的1/4进行第2次粉碎，过200目筛，对过筛后的样品用日本岛津公司生产的TOC -VT H-2000A型TOC分析仪测定个样品含碳率，每个样品重复测定3次，测定误差小于2%，取均值为该样品含碳率终值。
1.2.6 碳储量估算
碳储量是根据单位面积林分干物质重量（生物量）乘以其碳含量而求得。公式如下：
碳储量=生物量×碳含量③
1.2.7 数据的处理及计算方法
采用Microsoft Office Excel 2007对调查及测得的基础数据做了简单的处理。用spss12.0统计软件对数据做了进一步的相关性分析和回归分析。
2 结果与分析
2.1 幼龄林下植物碳储量
在栓皮栎幼龄林下，灌木和草本的碳储量不同（图1）。灌木层的碳储量在4个海拔高度631.03m、1234.53m、1347.20m、1531.1Om处的数值分别力2.32t.hm-2、4.44t.hm-2、2.44t.hm-2、1.02t.hm-2,其在海拔1234.53m处达最大值，为4.44t.hm-2，整体的趋势是先增大后减小。草本层碳储量随海拔升高的变化趋势不甚明显，其碳储量在4个海拔高度处分别为0.21t.hm-2、0.28tt.hm-2、0.38t.hm-2、0.19t.hm-2，在数值上，海拔1347.20m处达最大值，但是其差异不大。这种不同是由于灌木层占用了比较多的水分和光照资源，与草本形成激烈的竞争所致。灌木层碳储量随海拔的变化，也说明了海拔升高所造成的生境差异对碳储量的影响。
2.2 中龄林下植物碳储量
在栓皮栎中龄林下，灌草的碳储量也有不同(图2)。灌木层的碳储量随海拔的升高先增大后减小，其在海拔1052.77m处达到最大值3.47t.hm-2。草本层在3个海拔高度的碳储量分别为O.Olt.hm-2、0、0.40t.hm-2，其在海拔387.63m和1052.77m处接近于无。灌木对草本养分光照的剥夺，使草本具有比较低的碳储量。
2.3 成熟林下植物碳储量
成熟林下灌草的碳储量与幼龄和中龄林十分相似。灌木层在4个海拔555.63m、822.75m、1114.38m、1495.20m的碳储量分别为0.64t.hm-2、8.86t.hm-2、5.68 t.hm-2、2.22t.hm-2，其随海拔高度的升高而呈现出先增大有减小的趋势，在海拔822.75m处达到峰值8.86 t.hm-2。草本层碳储量在4个海拔处的数值分别为0.41t.hm-2、0.25t.hm-2、0.20t.hm-2、0.20 t.hm-2，数值上变化不大，整体呈不明显减小趋势。在成熟林下的草本层只有很少的碳储量，灌木对草本的影响很大。
3 讨论
研究所选样地不同，林龄的灌木层和草本层的碳储量随海拔的变化表现不一。不论在什么林龄下，灌木层的碳储量总是先增加而后减小：草本层则没有什么太大的变化。这种变化的规律，可能是因为乔木层和灌木层占用了太多的光照资源，从而使草本层的生存状况艰难，不能保存比较多的碳。灌木碳储量随海拔的升高先增大，这可能是因为在这一阶段光照为主要的环境因子，而后碳储量减小则是因为水分贫瘠和气温降低所致。有学者对火地塘林区的碳储量空间分布进行过研究，结果表明：各种森林类型的平均生物量、碳储量均随海拔高度的升高而增加，与本研究不同，其原因是本研究只研究了林下灌草的碳储量而并没有涉及乔木层，而且海拔高度变化引起环境因子之间的互相作用也变得更为复杂，进而对植物生长发育及各种生理代谢也产生了复杂的影响，从而影响到植被的碳储量。而有些学者则认为，森林碳储量密度与海拔、坡度等地形因子和林木密度没有明显的相关关系(P>0.05)，主要受树高、胸径和群落演替时间的影响，并且林龄和群落类型可能是影响森林碳储量密度的关键因素。对于林龄与森林碳储量的关系，一些研究认为森林的碳储量与森林的年龄组成密切相关，森林的碳动态很大程度上取决于其龄级的变化。更有研究表明，植物体的碳储量密度随林龄的增加而呈现幂指数增长的趋势。而本研究对灌草碳储量的分析，则没有确定相同海拔处林龄对灌草碳储量的影响。
4 结论
栓皮栎幼龄林灌木层的碳储量随海拔的升高先增大后减小；草本层碳储量随海拔升高的变化趋势不甚明显。中龄林灌木层的碳储量随海拔的升高先增大有减小，其在海拔1052.77m处达到最大值：草本层碳储量的变化很小。成熟林灌木层的碳储量随海拔高度的升高呈现先增大后减小的趋势：草本层碳储量变化不大，整体呈不明显的减小趋势。