艾训儒，姚 兰，易咏梅，沈作奎

(湖北民族学院 生物科学与技术学院，湖北 恩施 445000)

全球和区域碳循环已成为全球变化研究和宏观生态学的核心研究内容之一.在碳循环研究中，一个重要的科学问题是回答区域或全球的碳源和碳汇的大小、分布及其变化.因为它与限制一个国家化石燃料使用的一系列国际公约如《京都议定书》密切联系，所以碳汇、碳源问题不仅是一个科学命题，也成为国际社会广泛关注的焦点[1-8].柳杉(CryptomeriafortuneiHooibrenkex Otto et Dietr)为常绿大乔木，树姿雄伟、优美，不仅是优良的庭园观赏树种，更是中国南方主要用材树种，在海拔1 200 m以上的地区，由于主要用材树种杉木不能良好生长，因此柳杉成为较理想的杉木替代树种.我国从20世纪60年代开始，在中国南方高海拔地区广泛推广种植，它曾在我国生态环境建设和林业经济建设中起到了极其重要的作用.恩施州自20世纪90年代后，种植柳杉人工林较少，高海拔地区基本被日本落叶松取代，根据恩施州林业局2008年底调查统计数据显示，现存柳杉人工林17 912 hm2，主要以中龄林、成熟林为主.为研究恩施州柳杉人工林碳汇储量，本课题组于2008年至2010年先后在柳杉种植面积较大的利川市的福宝山、甘溪山、石板岭，建始县的高岩子，宣恩县的雪落寨，恩施市的铜盆水等6个国有林场进行了野外调查，取得了大量而丰富的数据.

1 研究方法

在上述6个国有林场柳杉人工林分布区随机设置样地，面积300～600 m2不等，样地基本情况见表1.

表1 柳杉群落样地调查基本情况表

对各样地的柳杉进行每木检尺，统计柳杉胸径、树高分布概率；分别在福宝山、甘溪山国有林场样地中根据克拉夫特分级法，选择标准木6株，对每标准木采用分层截取法现场测定枝、叶、果鲜重，采用区分段法测定树干各区分段鲜重，采用树冠投影法全取树桩及根的鲜重(分主根、侧根、须根分别称量)；对干、枝、叶、果、根及树桩各组份分别取样，采用烘干恒重法测定标准木生物量，用相关曲线法获得生物量测算的经验模型，推算全林分生物量[9]；同时将各样品在104℃下烘干至恒重后、粉碎磨碎并过0.25目筛用于测定有机碳含量，有机碳含量采用重铬酸钾一硫酸氧化法进行测定.根据生物量测算值和柳杉各组份碳含量测定值，推算恩施州柳杉人工林碳汇储量.

2 结果与分析

2.1 柳杉各组份生物量及分配

柳杉各组份生物量及分配比例测算结果见表2.由表2可知，影响柳杉生物量的测树因子主要是胸径，胸径越大，生物量越高，其次是树高因子.各组份生物量分配主要集中在树干，其生物量占全树生物量的比例在54.7%～0.2%，根据林分密度和自然整枝情况发生波动，其次是树根(含树桩)生物量，分配比例在7.5%～1.8%之间，由于土壤厚度和土壤肥力条件而发生变化，调查发现，生长在土层较簿的坡地的柳杉大树，根生物量较低且容易翻根倒伏.柳杉枝、叶生物量相对较小，但对于胸径在22 cm及以上的大树，枝生物量可达到10%以上.各组份生物量分配大致呈现树干>树根(含桩)>叶>枝的趋势.

表2 柳杉各组份生物量及分配比例(单位：g；%)

注：( )内的数值为各组份生物量占全树生物量的比例.

2.2 柳杉生物量测算的相关性

在生物量研究中，不同学者提出了不少生物量估测的相对生长模型，有的已直接用于指导林业生产和经营管理.根据生物生长的一般指数生长模型，通过对标准木生物量的数据分析，选择胸径(D)和树高(H)两个因变量，构建生物量(W)与胸径(D)或生物量与胸径和树高(H)的相关曲线模型.模型(1) 和模型(2)并采用适合性检验和相关系数的比较分析，见表3.

表3 柳杉单株生物量及各组分生物量数学模型

表4 调查样地(5 650 m2)柳杉生物量测算表

图1 柳杉各组份及全树碳含量/%

由表3可知，柳杉全树及各组份生物量与测树因子胸径和树高密切相关，不论是用经验模型(1)或是用经验模型(2)，全树生物量及各组份生物量与胸径、树高的相关系数都较高，全树生物量相关系数在0.99以上，各组份生物量的经验模型相对而言，模型(1)对树叶(含果)和树枝的拟合情况更好些.由于每木检尺中，柳杉的胸径为实测，树高为估测，选择单一的因变量便于统计，因此全林分生物量的经验公式选择模型(1)，即：

W=254.519 7D2.161 4

2.3 恩施州柳杉生物量测算

根据恩施州林业局2008年底调查统计数据显示，现存柳杉人工林17 912 hm2，主要以中龄林、成熟林为主.由于对调查林分的具体栽培时间(柳杉年龄)没有详细的统计资料，因此采用了各径阶树干的胸径分布频率近似代替年龄结构的办法.根据统计，在13个随机调查样地(5 650 m2)中，对940株柳杉进行每木检尺，按径阶分布统计，各经阶株数、分布频率及根据经验模型(1)测算的生物量见表4.

根据表4，5 650 m2柳杉人工林生物量合计为127 865.56 kg，则恩施州柳杉人工林(17 912 hm2)生物量为4 055 704.557 t.

2.4 恩施州柳杉人工林碳汇储量

对6株柳杉标准木各组份碳含量测定，其平均碳含量见图1.根据测定，柳杉树干、树桩碳含量较高，分别为52.16%和52.65%，树叶碳含量较低，全树平均碳含量为50.26.根据对恩施州柳杉人工林生物量的测算，结合柳杉人工林碳含量的测定结果，则恩施州柳杉人工森碳汇储量为2 038 397.11 t.

3 结论

柳杉生物量与胸径大小密切相关，全树生物量50%以上集中在树干，各组份生物量分配大致呈现树干>树根(含桩)>叶>枝的趋势.本区域柳杉生物量与胸径、树高的关系模型为，或，采用胸径分布代替年龄结构的方法，统计调查样地柳杉各径阶分布频率，推算恩施州柳杉人工林生物量为4 055 704.557 t，通过对柳杉各组份碳含量的测定，结合生物量的测算，恩施州柳杉人工林的碳汇储量为2 038 397.11 t.

森林碳汇的计量和核查方法已成为了国际气候变化、国际谈判的焦点之一，通过植树造林来缓解全球气候变暖问题是实现《京都议定书》减排目标的重要措施，人类社会共同应对全球气候变化的挑战将是一项长期的战略任务，有许多未知领域等待着人们去研究和探索.通过对恩施州过去几十年度来的主要造林树种柳杉碳汇的测算与研究，将会对本区域在森林碳循环理论、森林碳汇资源和潜力开发等方面奠定基础，对于提高人工林碳汇能力，有效遏制区域气候变暖有非常重要的意义.

图2 人才智能化推荐系统界面

参考文献:

[1]肖英,刘思华,王光军. 湖南4种森林生态系统碳汇功能研究[J].湖南师范大学自然科学学报,2010,33(1):124-128.

[2]张景群,苏印泉,徐喜明,等.黄土高原刺槐人工中龄林土壤碳汇[J].东北林业大学学报,2010,38(1):50-53.

[3]王蕾,张景群,王晓芳,等.黄土高原两种人工林幼林生态系统碳汇能力评价[J].东北林业大学学报,2010,38(7):75-78.

[4]王晓芳,张景群,王蕾,等.黄土高原油松人工林幼林生态系统碳汇研究[J].西北林学院学报,2010,25(5):29-32.

[5]王磊,丁晶晶,季永华,等.江苏省森林碳储量动态变化及其经济价值评价[J].南京林业大学学报,2010,34(2):1-5.

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[7]袁传武,张华,张家来,等.武汉市江夏区碳汇造林基线碳储量的计量[J].中南林业科技大学学报,2010,30(2):10-15.

[8]郭乐东,周毅,钟锡均,等.西江流域桉树生态系统碳贮量与碳汇功能经济价值评价[J].广东林业科技,2009,25(6):8-13.

[9]艾训儒,沈作奎.中亚热带日本落叶松生物量、生长量研究[J].湖北民族学学报：自然科学版,2001,19(2):20-22.