doi：10.13360/j.issn.1000-8101.2015.04.033中图分类号：S758.5
舒凡1，庞赞松2，罗柳娟1，3，何斌1*，李远航1，卢万鹏1，廖倩苑1
（1.广西大学林学院，南宁 530004；2.广西国有派阳山林场；3.广西木论自然保护区管理局）
摘要：为了解灰木莲人工林碳素累积能力，通过野外调查和实验室分析，对广西南宁市10年生灰木莲人工林的碳库及其分配格局进行了研究。结果表明，灰木莲不同器官碳素含量在470.0~532.1 g/kg之间，不同器官碳素含量排列次序为干材>树根>树枝>干皮>树叶。凋落物层碳素含量为493.2 g/kg。土壤（0~80 cm）中碳素含量为8.53 g/kg，随土壤深度的增加而明显下降。灰木莲人工林碳库为138.49 t/hm2，其中乔木层为49.04 t/hm2，占35.41%；凋落物层为4.40 t/hm2，占3.18%；土壤层为85.05 t/hm2，占61.41%。10年生灰木莲人工林年净生产力为11.62 t/（hm2·a），碳素年净固定量为5.81 t/（hm2·a），折合成CO2的量为21.29 t/（hm2·a）。认为，灰木莲可以作为碳汇功能高效的生态公益木材树种。
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关键词 ：灰木莲人工林；碳素含量；碳库；碳分配
收稿日期：2014-11-08
修回日期：2015-03-08
基金项目：广西科学研究与技术开发计划项目（桂科攻11194008）；国家自然科学基金（31160152）。
作者简介：舒凡（1989-），男，硕士生，研究方向为森林生态学。通信作者：何斌，男，教授。E?mail：hebin8812@163.com
Carbon stock and distribution in 10?year?old Manglietia glauca plantation
∥
SHU Fan， PANG Zansong， LUO Liujuan， HE Bin， LI Yuanhang， LU Wanpeng， LIAO Qianyuan
Abstract：To understund the properties of carbon accumulation， we studied the carbon stock and the distribution in Mang?lietia glauca plantation at 10?year?old in Nanning， Guangxi Province. The results showed that carbon content in different organs of M.glauca was 470.0 g/kg to 532.1 g/kg， which was in the order as follows： stem>root>branch>bark>leaf. Carbon content was 493.2 g/kg in litter floor， 8.53 g/kg in the soil（0-80 cm）and obviously declined with increased soil depth from 0 to 80 cm. The carbon stock in M.glauca plantation at fast growing stage was 138.49 t/hm2 ， divided among the tree layer with 49.04 t/hm2 （35.41%）， litter 4.40 t/hm2 （3.18%）， and soil （0-80 cm） 8.53 t/hm2 （3.18%）. The annual net productivity in the tree layer of M.glauca plantation at fast growing stage was 11.62 t/（hm2·a）， annual net carbon fixation was up to 5.81 t/（hm2·a）， amounted CO2 to 21.29 t/（hm2·a）.M.glauca could be planted as ecological plantation with efficient carbon sink.
Key words：Manglietia glauca plantation； carbon content； carbon stock； carbon distribution
First author’s address： Forestry College of Guangxi University，Nanning 530004，China
森林是地球陆地生物圈的主体，森林生态系统在调节全球气候、维持全球碳平衡、减缓大气中二氧化碳等温室气体浓度上升等方面具有重要的作用［1-3］。人工林是森林的重要组成部分，科学地发展、利用和保护人工林，提高生产力，对促进区域经济的可持续发展、保护生态环境都具有重要的作用和意义。目前，我国人工林保存面积达到6 200万hm2，居世界人工林面积首位，约占我国森林总面积的三分之一，是我国森林碳汇的主要来源，而且由于多数林分处于幼、中龄阶段，还具有较大的碳汇潜力。南方的中、南亚热带常绿阔叶林带是我国适合开展CDM造林再造林碳汇项目的优先发展区域［4］。近年来，国内已有不少学者对在该区域的人工林树种如马尾松［5］、杉木［6］、马占相思［7］、厚荚相思［8］、桉树［9］和秃杉［10］等人工林生态系统碳贮量及其分配格局进行了研究，为正确评价森林尤其是人工林碳汇功能和生态效益提供了科学依据。
灰木莲（Manglietia glauca）属木兰科木莲属常绿阔叶树种，是国家一级保护、濒危植物，原产于越南和印度尼西亚等东南亚国家，适生于南亚热带地区。具有适应性强，生长快，干形通直和材性优良等特点，是优良的城乡园林绿化树种。我国南方广东、海南、广西、福建等省区自20世纪60代开始引种，均表现出良好的生长态势，成为我国引种成功的外来珍贵优良树种之一。目前，国内已有关于灰木莲的引种、苗木培育、生物量及营养元素特性等方面的报道［11-15］，但对于灰木莲人工林碳素方面的极少。本试验通过对广西南宁市10 年生灰木莲人工林碳素含量、碳库及其分布格局进行研究，揭示灰木莲人工林碳素累积特点与潜力，以期为该区域造林再造林碳汇项目的树种选择及灰木莲人工林的多目标经营提供依据。
1材料与方法
1.1试验地概况
研究区于广西南宁市北郊，其自然概况参见文献［14］。试验地灰木莲人工林于2002年4月用1年生灰木莲实生苗定植，初植密度为1 667 株/hm2。调查时10年生灰木莲人工林保留密度为1 416 株/hm2，郁闭度为0.9，平均胸径（带皮）14.5 cm，平均树高12.9 m。由于林分郁闭度大以及人为干扰等原因，林下植被发育很差，且以草本种类华南毛蕨、半边旗山菅兰、黄茅草和五节芒为主，覆盖度不足1%。凋落物层厚度3～5 cm。
1.2研究方法
1.2.1试验地设计和林分生物量测定
根据10年生灰木莲人工林在坡位的分布，按照上、中、下坡各设置3个面积为20 m×20 m的标准样地，分别测定各标准地内林木树高、胸径、冠幅等因子，按照林木的径级分布，以2 cm为一径级选取5株平均木，按文献［14］方法测定乔木层生物量和凋落物现存量。
1.2.2样品的采集和碳素含量的测定
植物和土壤样品的采集和粉碎处理参见文献［14］，植物和土壤样品中碳素含量的测定参见文献［16］。
1.2.3人工林碳库和乔木层年碳素净固定量的计算
根据植被层不同结构层次和组分生物量乘以其碳素含量即可得到各组分碳库。土壤碳库则是各土层碳素（有机碳）含量、密度及厚度三者乘积之和。人工林碳库为各结构层次即乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层碳库之和。乔木层碳素年净固定量的估算参见文献［14］。
2结果与分析
2.1灰木莲人工林不同结构层次碳素含量
灰木莲人工林不同结构层次碳素含量见表1。由表1可知，速生阶段灰木莲各组分碳素含量在470.0～532.1 g/kg之间，平均含量为524.2 g/kg。不同器官碳素含量因器官不同而存在差异，碳素含量（树根按生物量加权平均）从高到低依次为干材、树根、树枝、干皮、树叶，但不同器官碳素含量的差异不显著（P＞0.05）。
灰木莲人工林凋落物层碳素含量为493.2 g/kg，小于乔木层平均碳素含量。0～80 cm土壤层不同层次有机碳含量变化范围在3.95～18.11 g/kg之间，平均含量为8.53 g/kg，且随土壤深度增加有明显下降的趋势。由于灰木莲人工林凋落物较丰富且主要以容易分解的树叶为主，凋落物和植物根系分解所形成的有机碳主要聚集在表层土壤，因而造成0～20 cm土层有机碳含量（18.11 g/kg）明显高于土壤其他土层，而其他土层有机碳含量相差不很大。
2.2灰木莲人工林碳库及其分配
灰木莲人工林碳库包括乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层等各碳分库（表2）。由于速生阶段灰木莲林分郁闭度大以及人为干扰等原因，林下植被发育很差，其生物量在灰木莲生态系统中所占比例极小，故本研究计算林分总碳库时对灌木和草本层碳库忽略不计。从表2可见，灰木莲人工林总碳库为138.49 t/hm2，不同结构层次碳库空间分配为：乔木层为49.04 t/hm2，占总碳库的35.41%；凋落物层为4.40 t/hm2，占3.18%；林地土壤（0～80 cm）层为85.05 t/hm2，占61.41%。乔木层作为森林生态系统重要组成部分，其碳库在不同器官的分配，与各器官的生物量成正比例关系（表2），其中树干的生物量最大，其相应的碳库（29.32 t/hm2）也最大，占乔木层碳库的59.79%；然后是树根、树枝、干皮和树叶，分别为7.42，6.76，3.56和2.08 t/hm2，依次占乔木层碳库的15.13%，13.78%和7.26%，树叶最少，仅为2.08 t/hm2，仅占乔木层碳库的4.24%。林地土壤作为森林生态系统极其重要的碳贮存库，在平衡大气的CO2中有着重要作用。灰木莲人工林土壤（0～80 cm）碳库为85.05 t/hm2，随土层加深而急剧减少，其中0～20 cm土层碳库（40.57 t/hm2）占土壤层碳库的47.70%，分别是≥20～40，≥40～60和≥60～80 cm土层的2.38，2.67和3.33倍，0～20 cm和≥20～40 cm土层碳库占整个土壤层的79.69 %。
2.3灰木莲人工林乔木层碳素年净固定量的估算
以乔木层碳素年净固定量（表3）进行生态系统则同化CO2能力的估算。从表3可以看出，10年生灰木莲人工林乔木层年净生产力为10.62 t/（hm2·a），碳素年净固定量为5.81 t/（hm2·a），折合成CO2固定量为21.29 t/（hm2·a）。不同器官的碳素年净固定量的分配中，以干材最大，其年净固碳量［2.92 t/（hm2·a）］占总碳素年净固定量的50.26%，最小是干皮，其年净固碳量［0.36 t/（hm2·a）］，仅占6.20%。
3结论与讨论
10年生灰木莲各器官中碳素含量介于470.0～532.1 g/kg之间，平均含量为524.2 g/kg，与马尾松［5］、杉木［6］、桉树［9］和秃杉［10］等树种平均碳素含量基本一致，高于麻栎平均碳素含量［17］，以及目前对森林生态系统碳进行估算时多数研究计算植被有机碳时干物质按450 g/kg［18-19］与500 g/kg［20-21］的转换率。灰木莲不同器官碳素含量为干材＞树根＞树枝＞干皮＞树叶，与其相应的过熟林（45年生）［15］和马尾松人工林［5］相一致，但与杉木［6］、马占相思［7］和秃杉［10］等树种存在一定差异，反映了不同树种碳素累积与分配特点，这可能与各树种所具有的不同生理和生态特性存在一定差异有关。
10年生灰木莲人工林碳库为138.49 t/hm2，其中植被层碳贮量为53.44 t/hm2，略高于王绍强等［20］对热带亚热带针叶林植被部分平均碳库水平51.73 t/hm2的估算，与周玉荣等［22］对落叶阔叶林碳库平均水平53.60 t/hm2（碳素含量均以45%计）的估算基本一致，但略低于王绍强等［20］的亚热带常绿阔叶林碳库平均水平61.05 t/hm2，也均高于相近区域广西南丹县山口林场14年生的杉木［23］和广西凭祥市13年生西南桦人工林碳贮量［24］，由于灰木莲成熟期在20年生以上，本研究中灰木莲年龄仅为10 a，因此还将具有较大的碳库增长潜力。
本研究区灰木莲人工林土壤（0～80 cm）总有机碳库为85.05 t/hm2，明显低于我国热带林（116.49 t/hm2）土壤平均碳库，也低于相近区域广西南丹县山口林场均为14年生的杉木人工林土壤碳库（122.06 t/hm2）和秃杉人工林土壤碳库和（135.14 t/hm2），远低于我国森林土壤平均碳库（193.55 t/hm2）和世界土壤平均碳库（189.00 t/hm2）［22］。其原因与其前茬树种杉木人工林等土壤有机碳积累能力较弱密切相关。而与其他热带树种人工相似，灰木莲人工林0～20 cm土层有机碳库明显高于其他土层，几乎占土壤层碳库的1/2，占整个人工林碳库的近1/3，可见其在整个人工林碳库中贡献较大，同时也从在一定程度上反映了亚热带地区森林土壤的脆弱性，任何引起水土流失的活动如炼山、整地等都很容易导致林地尤其是山地土壤碳素损失。
据估算，10年生灰木莲人工林乔木层年净生产力为11.62 t/（hm2·a），其碳素年净固定量为5.81 t/（hm2·a），折合成CO2为21.29 t/（hm2·a），明显高于其过熟林的3.72 t/（hm2·a）［15］。研究表明，相近区域广西南丹县山口林场11和14年生杉木人工林乔木层碳素年净固定量分别为2.39和3.29 t/（hm2·a）［23］，相同林分年龄的秃杉人工林相应为4.30和4.64 t/（hm2·a）［10］；湖南会同速生阶段（11年生）杉木人工林为3.124 t/（hm2·a）［4］；广西凭祥市13年生西南桦人工林乔木层碳素年净固定量为2.20 t/（hm2·a）［24］；我国落叶阔叶林平均4.60 t/（hm2·a）；我国森林平均值为5.54 t/（hm2·a）。由此可见，灰木莲人工林的碳素固定速度较快。由于本研究中灰木莲人工林处于速生阶段，还具有较大的碳汇潜力，加上其兼具涵养水源、维持地力等功能，因此，灰木莲不仅是南亚热带地区速生珍贵用材树种，同时也可以作为碳汇功能高效的生态公益林树种。
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（责任编辑 田亚玲）