不同龄组杉木生态公益林碳储量分布规律研究
——以福寿国有林场为例

邓 超，李际平，曹小玉，费皓柏

（中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004）

不同龄组杉木生态公益林碳储量分布规律研究
——以福寿国有林场为例

邓 超，李际平，曹小玉，费皓柏

（中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004）

对湖南省福寿国营林场不同龄组杉木生态公益林碳储量进行了估算。结果表明：杉木生态公益林幼龄林总碳储量为97.084 3 t/hm2，中龄林总碳储量为124.998 5 t/hm2，近熟林总碳储量为116.192 1 t/hm2，中龄林总碳储量最高。土壤层碳储量所占比重最大，在幼龄林、中龄林和近熟林中分别占到了97.89%、87.47%和73.36%，所占比例依次减少，其中土壤的表层土碳储量含量最高。林下植被的灌木层、草本层和枯枝落叶层碳储量中所占比例较小，在幼龄林中占2.17%，在中龄林中占1.62%，在近熟林中占1.25%，且所占比例随林龄的增加而逐渐减少。

碳储量；杉木生态公益林；龄组

大气CO2浓度增加引起的全球气候变暖已成为当今世界关注的重大环境问题[1]。国内外对林分碳储量的研究，主要利用的是森林资源一类调查和二类调查的数据，数据量大，精确度不够，对林分各个局部碳储量研究较多，对同一区域林分整体碳储量和同一树种不同龄组各层次碳储量变化规律研究较少。

杉木是我国重要的人工林之一，占我国人工林面积的26.55%，在我国森林生态系统碳平衡中发挥着重要的作用[2]。湖南省森林碳汇量大，森林碳汇密度高[3]。本研究以湖南福寿国营林场的杉木生态公益林为研究对象，研究杉木生态公益林乔木层、灌木层、草本层、枯枝落叶层和土壤层的碳储量，分析林分不同龄组各层次碳储量的变化规律，调整林分结构来提高林分各层次碳储量，最终提高林分整体的固碳能力。

1 研究区概况

福 寿 山 国 家 森 林 公 园（28°3'00"～28°32'30"N，113°41'15"～113°45'00"E）位于湖南省平江县南部福寿山上，最高峰1 572.3 m，总面积达近100 km2。平均海拔1 204 m，平均坡度为22°～27°。福寿山境内拥有复杂的地形，植被类型丰富，有一小部分保存完整的次生林，森林覆盖率达到91.6%。

表1 调查样地基本情况表Table 1 The basic situation of sampling plots

2 研究方法

2.1 数据调查方法

在具有代表性的杉木生态公益林中设置大小为20 m×30 m的标准地18个，对标准地中的树进行每木检尺，把标准地划分为6个10 m×10 m的小区，横坡方向为横坐标X，顺坡方向为纵坐标Y，坐标值用距离（m）直接表示。在标准地的4角和中间设置5个2 m×2 m的灌木草本样方和5个1 m×1 m的枯枝落叶样方，然后采取样方收获法收获样方内全部灌木、草本和枯枝落叶。

2.2 数据处理及分析方法

2.2.1 乔木层碳储量计算

杉木研究较多，测定的生物量数据也较全面，通过查询相近地方的生物量估测相对生长方程来进行区域尺度生物量的估测是可行的，通过海拔、温度和降水类似原则，选出研究区生物量模型。乔木层碳储量由生物量乘以0.5的碳转化系数计算[4]。

表2 主要树种生物量相对生长方程Table 2 Allometric biomass equations formain tree species

2.2.2 草本、灌木和枯枝落叶碳储量计算

用样方收获法收获所有样方里的灌木、草本和枯枝落叶，然后分别称量鲜重，再在每个样方内分别取取200 g灌木、200 g草本和200 g枯枝落叶样本，拿回实验室放入恒温箱中进行烘干处理，烘干在105°恒温下烘48 h至恒重，在分别称量样本干重，求鲜干比，根据鲜干比求算出草本、灌木和枯枝落叶的生物量。灌木和枯枝落叶由生物量乘以0.5的碳转化系数计算，草本层由由生物量乘以0.45的碳转化系数计算。

2.2.3 土壤碳储量计算

土壤碳储量的计量是在样地内选择3个有代表性的样点挖掘土壤剖面，土壤剖面深度为60 cm，分0～20 cm、20～30 cm、30～45 cm、45～60 cm取样，用环刀法在每层取一个容重样本，带回室内105℃烘干至恒重，并且在各层取鲜土若干装入密封袋带回，风干、磨碎过筛后用于有机碳含量的测定。土壤层次公式为：

其中：60 cm土层碳储量W（t·hm-2）采用以容重di（g·cm-3）、含量Ci（g·kg-1）及每层土厚度Di（cm）和面积S（hm2）进行计算，式中i为土壤层次公式为：

3 结果与分析

3.1 不同龄组杉木生态公益林乔木层碳储量分析

随着年龄的增加，杉木不同龄组的林木密度越来越低，但是乔木层碳储量随年龄的增加而增加。由表3可以看出，幼龄林的6块样地中，乔木层碳储量最高仅为2.450 4 t/hm2，最低为0.835 9 t/hm2，6块样地平均值为1.519 6 t/hm2。而中龄林6块样地乔木层碳储量平均值为15.152 1 t/hm2，是幼龄林的10倍。近熟林6块样地乔木层碳储量平均值为30.597 1 t/hm2，是中龄林的2倍，是幼龄林的20倍。杉木生态公益林中，幼龄林到中龄林乔木层增长最为迅速，然后从中龄林到近熟龄长势降低，但依旧保持增长的趋势。

表3 不同林分类型乔木层碳储量(t·hm-2)Table 3 The different forest types of tree layer of carbon

3.2 不同龄组杉木生态公益林灌木层、草本层和枯枝落叶层碳储量分析

由表4可以看出，灌木层碳储量随着林龄的增加，呈现先增加后减小的趋势，在中龄林达到最大，中龄林灌木层碳储量平均值为0.417 1 t/hm2，近熟林灌木层碳储量平均值最小为0.043 47 t/hm2，只有中龄林碳储量的十分之一。在草本层碳储量中，随林龄的增加而呈现递减的趋势，幼龄林达到最大为0.982 2 t/hm2，近熟龄最小为0.182 1 t/hm2，是幼龄林的五分之一不到。在枯枝落叶层的碳储量中，随林龄的增加呈现先增加后稳定的趋势，中龄林和近熟龄分别为1.222 7 t/hm2和1.214 5 t/hm2，差别不大。而幼龄林最小为0.806 4 t/hm2。从灌木层、草本层和枯枝落叶层碳储量含量来看，在幼龄林中，各部分碳储量含量大小依次为：草本层＞枯枝落叶层＞灌木层，其中，草本层达到了46.51%。在中龄林中，各部分碳储量大小依次为：枯枝落叶层＞灌木层＞草本层，其中，最大的枯枝落叶层达到了60.36%，而灌木层和草本层比较接近。在近熟林中，各部分碳储量含量大小依次为：枯枝落叶层＞草本层＞灌木层，其中，最大的枯枝落叶层达到了86.45%。

3.3 不同龄组杉木生态公益林土壤碳储量分析

由表5可以看出，3个龄组的0～20 cm表层土含量都为最高，幼龄林为60.15%了67.22%，近熟林为48.15%，且3个龄组的后三层20～30 cm、30～45 cm和45～60 cm的碳储量含量接近，说明土壤碳储量随着深度的增加而接近稳定。从土壤总碳储量来看，中龄林土壤碳储量最高，达到了109.3 t/hm2，其次为幼龄林为94.09 t/hm2，近熟龄最低为85.25 t/hm2。

表4 不同林分类型林下植被碳储量（t·hm-2）Table 4 The different forest types undergrowth carbon

表5 不同林分类型土壤层碳储量（t·hm-2）Table 5 The different forest types of soil layer of carbon

3.4 不同龄组杉木生态公益林总碳储量分析

杉木生态公益林碳储量由乔木层、灌木层、草本层、枯枝落叶层和土壤层5部分组成。幼龄林总碳储量为97.084 3 t/hm2，中龄林总碳储量124.998 5 t/hm2近熟林总碳储量为116.192 1 t/hm2，总碳储量表现出随年龄的增大而先增加后减小的趋势，在中龄林达到最大，幼龄林最小。

杉木幼龄林碳储量含量大小依次为：土壤层＞乔木层＞草本层＞枯枝落叶层＞灌木层，杉木中龄林碳储量含量大小依次为：土壤层＞乔木层＞枯枝落叶层＞灌木层＞草本层，杉木近熟林碳储量含量大小依次为：土壤层＞乔木层＞枯枝落叶层＞草本层＞灌木层。其中，土壤层在3个

龄组的总碳储量含量都是最高的，分别占到了97.89%、87.47%和73.36%，说明土壤层碳储量是杉木生态公益林的主体，但土壤层的碳储量比重随着林龄的增加而表现出逐渐减少的趋势。其次为乔木层碳储量，分别占到了1.57%、12.12%和26.33%，而乔木层碳储量比重随林龄的增加而表现出逐渐增加的趋势，与土壤层相反。枯枝落叶层也随着年龄的增加而逐渐增加，近熟林比例达到最大为1.05%。灌木层和草本层所占比重随年龄增加而逐渐较少，最大比例分别为0.33%和1.01%。

4 结论与讨论

在杉木生态公益林中，幼龄林的总碳储量为97.084 3 t/hm2，中龄林总碳储量为124.998 5 t/hm2，近熟林总碳储量为116.192 1 t/hm2，远低于我国森林生态系统平均碳储量（258.83 t/hm2）[8]，分析其原因，土壤碳储量占总碳储量的绝大部分，而杉木生态公益林土壤碳储量（80.11～113.22 t/hm2），远低于世界土壤平均碳储量（189.00 t/hm2）[9]。本次研究的杉木生态公益林位于平均海拔为1 203 m的福寿山之上，属于高海拔地区，受到高山气候和不同生物的影响，且白天日照充足，晚上气温偏低，雨量充足，有机物质代谢旺盛，不利于土壤有机质的积累。

表6 杉木生态公益林单位面积碳储量变化（t·hm-2）Table 6 Cunninghamia lanceolata ecological publicwelfare forest carbon per unit area

表7 不同林分类型各部分碳储量百分比Table 7 In all parts of different forest types carbon percentage

在乔木层碳储量中，幼龄林为1.519 6 t/hm2，中龄林为15.152 1 t/hm2，近熟林为30.597 1 t/hm2，中龄林是幼龄林10倍，近熟林是中龄林2倍。但无论哪个龄组，乔木层碳储量都整体偏低。主要是因为本次研究的杉木生态公益林位于高海拔之上，不适合杉木林的生长，导致了杉木林的低质低效，从而使乔木层碳储量偏低。灌木层、草本层和枯枝落叶层碳储量在全林分总碳储量所占比例较小，在幼龄林中占2.17%，在中龄林中占1.62%，在近熟林中占1.25%，且所占比例随林龄的增加而逐渐减少。虽然所占比例小，但可以防止水土流失和增加土壤对碳的吸收，有利于森林生态系统的碳循环。所以保护好林下植被对提高林分整体碳储量有非常重要的意义。本研究通过实测18块样地数据对杉木生态公益林的碳储量进行了不同层次的分析，但由于时间和器材的限制，没有对各层次的含碳率进行测算，而是选取的国际上通用的0.5和0.45作为含碳率估算，其结果仍然存在需要改进的地方。

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Analysis of The distribution regularity of carbon in different age groups of Cunninghamia lanceolata non-commercial forest——In order to Fushou state forest farm as an example

DENG Chao, LI Ji-ping, CAO Xiao-yu, FEI Hao-bai
(College of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan China)

The carbon reserves ofCunninghamia lanceolataecological public-welfare forest of 3 age groups of Hunan province Fushou state forest farm of were estimated, the results showed that： The total carbon reserves ofCunninghamia lanceolataecological publicwelfare forest of young Chinese Fir was 97.084 3 t/hm2, the total carbon reserves of middle age forest was 124.998 5 t/hm2, the total carbon reserves of near mature forest was 116.192 1 t/hm2, middle age forest was the highest. The proportion of carbon storage in soil layer is the largest, The proportion of carbon storage in soil layer of young forest, middle age forest and near mature forest was 97.89%87.47% and 73.36%, the proportion was reducing, the carbon storage of surface soil was the highest. The proportion of carbon storage of shrub layer, herb layer and litter of understory was smaller, accounted for 2.17% in the young forest, account for 1.62% of the middle age forest, accounted for 1.25% in near mature forest, the proportion decreased with the increasing of the stand age.

Carbon storage;Cunninghamia lanceolataecological public-welfare forest; The age group

S791.27

A

1673-923X(2015)10-0116-04

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.10.020

2014-02-10

“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAD22B0505）

邓 超，硕士研究生

李际平，教授，博导；E-mail：lijiping@vip.163.com

邓 超，李际平，曹小玉，等. 不同龄组杉木生态公益林碳储量分布规律研究[J].中南林业科技大学学报，2015, 35(10)：116-119.

[本文编校：吴 彬]