不同杉木林分类型乔木层生物量与碳储量及养分分布特征.pdf

第 卷 第 期东 北 林 业 大 学 学 报.年 月 .)国家自然科学基金项目()第一作者简介:蒋晨阳男 年 月生广西大学林学院硕士研究生:.通信作者:叶绍明广西大学林学院教授:.收稿日期:年 月 日责任编辑:李春雪不同杉木林分类型乔木层生物量与碳储量及养分分布特征)蒋晨阳 李宪 张涵 崔宇鸿 叶绍明(广西大学南宁)摘 要 以中国林业科学研究院热带林业实验中心杉木()纯林、杉木米老排()混交林和杉木火力楠()混交林为研究对象采用生物量回归模型法对不同林分乔木层(树干、树皮、树枝、树叶、树根)的生物量进行计算测定林木各器官的含碳率和养分质量分数计算林分乔木层碳储量采用冗余分析探究了不同林分树木器官养分质量分数与乔木层生物量和碳储量的相关性 结果显示:杉木米老排混交林和杉木火力楠混交林乔木层生物量分别为.、./高于杉木纯林乔木层生物量(./)杉木纯林、杉木米老排混交林、杉木火力楠混交林乔木层碳储量分别为.、.、./树干是储碳最多的器官对林分碳储量的贡献最大乔木层各器官元素质量分数总体上以杉木火力楠混交林中的火力楠叶片 质量分数最高(./)、杉木纯林树干 质量分数最低(./)冗余分析结果显示乔木层生物量和碳储量明显受到不同乔木器官的影响其中树根 和树干 质量分数主要影响了生物量的变化树枝 和树干 质量分数主要影响碳储量的变化 综上所述杉木和阔叶树种混交显著提高了乔木层的生物量和碳储量乔木层各器官养分质量分数和分布受到林分类型的显著影响阔叶树种与杉木混交有利于林分生物量的积累和碳汇能力的提升是实现森林可持续发展和近自然经营的重要途径关键词 杉木纯林混交林生物量碳储量养分质量分数分类号./(.)/():.().().()().()./(./)./.(./)(./).森林作为陆地生态系统的主体其碳汇功能在促进全球碳循环和缓解气候变暖等方面扮演重要角色 生物量是森林生态系统的物质基础和能量来源不仅能够估算森林碳储量更是表征森林固碳能力的重要指标因此开展森林生物量和碳储量的研究是了解森林碳汇功能的基础同时对森林生产力提质增效至关重要 目前已有诸多对于混交林和纯林在生物量和碳储量方面的研究但因混交树种、混交比例等条件的不同导致研究结果出现差异 焦秋燕等的研究表明刺槐()油松()混交林碳储量(./)显著高于油松纯林(./)闫嘉杰等对比了长白落叶松()和水曲柳()混交林在不同混交比例时林分碳储量的差异发现混交比例显著影响乔木层碳储量植物的生长发育与养分元素密切相关作为植物必需的大、中量元素、广泛参与了植物体生长发育、光合作用、遗传代谢及物质运输等多种生理生化过程促进林木生长有效提高林分生物量和碳储量对森林生态系统碳汇功能有重要影响 已有研究表明混交林显著改善了植物对营养元素的吸收和分配 目前的研究主要集中于养分质量分数在林分类型间的差异对林木养分质量分数与生物量和碳储量的关系报道较少 张江平等通过对贵州不同森林类型植被养分分配特征的研究得到混交林养分质量分数高于纯林的结论 杨玉盛等的研究发现杉木()观光木()混交林的养分积累量大于杉木纯林杉木()是中国亚热带地区广泛种植的优质速生用材树种在调节碳平衡、缓解全球气候变暖等方面具有重要的生态学贡献 但长期以来杉木人工林单一树种的经营模式加剧了地力衰退、生产力及碳汇功能下降等生态问题的发生严重影响了杉木人工林的可持续经营 作为针叶树种杉木与阔叶树种在生长速度、凋 落 物 数 量 和 根 系 生 长 发 育 等 方 面 的 差异使得针阔混交林在改善林分立地条件、增强森林抗逆性、提高林分质量等方面相较于杉木纯林更具有优势 因此营建杉木针阔混交林可能是弥补杉木人工纯林主要缺陷和科学发展人工林的有效途径本研究以中国林业科学研究院热带林业试验中心 年生的杉木纯林、杉木米老排()混交林、杉木火力楠()混交林为研究对象对不同林分乔木层生物量、碳储量和养分质量分数及其分配特征进行了探究旨在阐释杉木纯林与混交林生产力、碳汇功能及养分分布的差异为针阔混交林生态系统碳汇能力的评价及经营管理提供科学参考 研究地概况研究区域位于广西凭祥市中国林业科学研究院热带林业试验中心青山试验场(地理中心坐标为)属于典型的南亚热带季风气候干湿季分明水热条件良好年均降水量 全年日照时长 以上年均气温 该研究区域以低山丘陵为主海拔为 坡度为土壤类型以红壤和砖红壤为主(.)成土母岩主要为花岗岩和石灰岩土层厚度在 以上 目前研究区域主要造林树种为杉木和马尾松()其次还有以火力楠、米老排、红锥()、降香黄檀()等为主的名优乡土树种推广示范林 林下灌木草本种类繁多常见的有木姜子()、三桠苦()、鹅掌柴()、半边旗()、扇叶铁线蕨()等 研究方法样地设置:本研究选取青山试验场林龄相同、立地条件及管理措施基本一致的杉木纯林、杉木米老排混交林和杉木火力楠混交林作为研究对象(表)种林分样地均营造于 年 月林地造林前为杉木采伐迹地穴状整地后进行植苗作业初始造林密度为 株/后成活率约为 其中杉木纯林在前 年对林分进行除草抚育作业以促进林分生长发育和防止病虫害发生并于 年对该林分进行疏伐作业伐去约 的林木个体 杉木米老排混交林和杉木火力楠混交林种植株数比例为杉木与米老排(或火力楠)数量比为 其中杉木米老排混交林人为抚育至近成熟期杉木火力楠混交林仅在造林初期对其进行抚育以保证其成活率 种林分均以近自然经营模式进行管理未遭遇重大病虫害和自然灾害 本试验于 年 月进行采用完全随机设计每种杉木林分类型设置 个重复共计 个 的标准样方相邻样方间距离大于 以防止假重复和降低空间自相关表 试验样地林分基本概况林分类型样地面积/海拔/坡度/()坡向平均胸径/平均树高/郁闭度林分密度/株杉木纯林.阳坡.杉木米老排混交林.阳坡.杉木火力楠混交林.阳坡.乔木层样品采集及生物量的测定:对胸径大于 的乔木进行每木检尺调查获取胸径和树高数据依据平均胸径数据于每种林分内各选取 株杉木作为标准木同时在混交林分中选取米老排和火力楠各 株作为标准木对其进行破坏性取样收集标准木的树干、树皮、树枝、树叶及树根鲜质量各第 期 蒋晨阳等:不同杉木林分类型乔木层生物量与碳储量及养分分布特征 带回实验室置于 杀青 于 条件烘干后研磨成粉过.孔径筛后作为待测样品密封保存用于植物碳和养分质量分数的测定采用单株生物量回归方程模型计算样地内乔木层生物量及在各器官的分配格局 杉木、米老排和火力楠生物量分别采用黄雪蔓等、明安刚等和熊江波在该研究区域建立的生物量模型计算利用各径阶平均胸径和平均树高带入林木各器官生物量方程模型得到各器官径阶平均生物量再乘以该径阶林木株数得到各器官径阶生物量将其累加获得林分各器官生物量含碳率测定和碳储量计算:待测样品碳质量分数均采用重铬酸钾外加热氧化法测定根据 样品中含碳质量换算成百分数即获得样品含碳率碳储量计算公式为 式中 为组分或器官的碳储量()为组分或器官的生物量()为组分或器官的含碳率()植物样品养分质量分数测定:参照鲁如坤的土壤农业化学分析方法对植物养分质量分数进行测定 有机碳质量分数测定采用外加热重铬酸钾氧化法全氮质量分数测定采用酸溶连续流动分析仪法全磷质量分数测定采用酸溶钼锑抗比色法全钾质量分数测定采用酸溶火焰分光光度计法钙和镁元素质量分数测定采用酸溶原子吸收分光光度法数据处理:使用 和 .软件对数据进行统计分析 采用单因素方差分析()对不同林分和乔木层各器官间生物量、含碳率、碳储量及养分质量分数差异进行比较并利用多重比较法()对其进行显著性检验(.)采用冗余分析()明确不同林分乔木器官养分质量分数分别对生物量和碳储量的影响各指标均采用蒙特卡洛检验 结果与分析.不同杉木林分类型乔木层含碳率分布特征树木器官含碳率受到林分类型的影响且在器官间存在显著差异(表)杉木米老排混交林中杉木各器官含碳率均显著高于杉木火力楠混交林和杉木纯林林分平均含碳率也以杉木米老排混交林为最高 在各植物器官中除米老排外杉木和火力楠树干的含碳率均最高表明树干是储碳的主要器官表 不同林分乔木层的含碳率及分配情况林分类型树种含碳率/树干树皮树枝树叶树根平均杉木纯林杉木(.)(.)(.)(.)(.)(.)杉木米老排混交林杉木(.)(.)(.)(.)(.)(.)米老排(.)(.)(.)(.)(.)(.)杉木火力楠混交林杉木(.)(.)(.)(.)(.)(.)火力楠(.)(.)(.)(.)(.)(.)注:表中数据为平均值标准误数据后同列不同小写字母表示同一器官不同树种间差异显著(.).不同杉木林分类型乔木层生物量分布特征杉木混交林(杉木米老排混交林和杉木火力楠混交林)乔木层生物量及各器官生物量总体上均大于杉木纯林 杉木火力楠混交林树枝、树叶和树根生物量显著高于杉木米老排混交林和杉木纯林(.表)不同林分对植物器官生物量具有不同的影响杉木纯林生物量从大到小依次为树干、树皮、树根、树叶、树枝杉木米老排混交林生物量从大到小依次为树干、树根、树皮、树枝、树叶杉木火力楠混交林生物量从大到小依次为树干、树枝、树根、树皮、树叶 其中树干的生物量最高在杉木米老排混交林、杉木火力楠混交林和杉木纯林中分别占乔木层总生物量的、而树叶的生物量最低仅占总生物量的 表 不同林分乔木层生物量及其分配情况林分类型总生物量/不同树种生物量/树种树干树皮树枝树叶树根杉木纯林(.)杉木(.)(.)(.)(.)(.)杉木米老排混交林(.)杉木(.)(.)(.)(.)(.)米老排(.)(.)(.)(.)(.)杉木火力楠混交林(.)杉木(.)(.)(.)(.)(.)火力楠(.)(.)(.)(.)(.)注:表中数据为平均值标准误数据后同列不同小写字母表示同一器官不同树种间差异显著(.)东 北 林 业 大 学 学 报 第 卷.不同杉木林分类型乔木层碳储量分布特征由表 可知杉木米老排混交林和杉木火力楠混交林的碳储量显著高于杉木纯林(.)分别较杉木纯林提高了.、.其中乔木层各器官碳储量受到林分类型的调控杉木米老排混交林和杉木火力楠混交林的树干、树枝和树根的碳储量高于杉木纯林 在各器官中树干的碳储量最大占树种碳储量的.林分各器官的碳储量分配与生物量趋势一致杉木纯林和杉木米老排混交林碳储量从大到小均为树干、树皮、树根、树枝、树叶杉木火力楠混交林碳储量从大到小则为树干、树枝、树根、树皮、树叶(表)表 不同林分乔木层碳储量及其分配情况林分类型总碳储量/不同树种不同器官碳储量/树种树干树皮树枝树叶树根杉木纯林(.)杉木(.)(.)(.)(.)(.)杉木米老排混交林(.)杉木(.)(.)(.)(.)(.)米老排(.)(.)(.)(.)(.)杉木火力楠混交林(.)杉木(.)(.)(.)(.)(.)火力楠(.)(.)(.)(.)(.)注:表中数据为平均值标准误数据后同列不同小写字母表示同一器官不同树种间差异显著(.).不同杉木林分类型乔木层养分质量分数分布特征 个林分不同树种各器官养分质量分数如表 所示混交林对植物养分质量分数及分布有显著影响 杉木米老排混交林中杉木树干部分、元素质量分数显著高于纯林杉木树枝部分、以及树叶部分 元素质量分数显著低于纯林杉木(.)而在杉木火力楠混交林中杉木树叶部分 元素质量分数显著高于纯林杉木树枝部分、和 以及树叶部分 和 元素质量分数显著低于纯林杉木(.)在同一树种中养分质量分数多数以树叶部分为最高以树干部分为最低植物本身的生理生物学特性决定着各器官的养分质量分数如混交林米老排树枝和树叶部分 质量分数以及树根部分、质量分数均显著高于纯林杉木(.)火力楠各器官、质量分数显著高于纯林杉木的(.)树干、树皮和树根部分 质量分数以及树皮、树枝、树叶和树根部分 质量分数较纯林杉木也有明显提升表 不同林分乔木层各器官养分质量分数器官林分类型树种养分元素质量分数/树干杉木纯林杉木(.)(.)(.)(.)(.)杉木米老排混交林杉木(.)(.)(.)(.)(.)米老排(.)(.)(.)(.)(.)杉木火力楠混交林杉木(.)(.)(.)(.)(.)火力楠(.)(.)(.)(.)(.)树皮杉木纯林杉木(.)(.)(.)(.)(.)杉木米老排混交林杉木(.)(.)(.)(