李 银 侯 琳 陈军军 白 娟 张硕新

(西北农林科技大学，杨凌，712100)

秦岭松栎混交林碳密度空间分布特征1)

李 银 侯 琳 陈军军 白 娟 张硕新

(西北农林科技大学，杨凌，712100)

通过野外调查和室内分析，对秦岭松栎混交林碳密度的空间分布特征进行了研究。结果表明：(1)松栎混交林生态系统碳密度为(231.79±8.46)t·hm-2，其中植被层、土壤层、凋落物层碳密度分别为(111.72±6.55)、(110.74±6.72)、(9.33±0.75)t·hm-2，分别占整个松栎混交林生态系统碳密度的48.20%、47.77%、4.03%。(2)乔木层碳密度为(97.54±5.67)t·hm-2，占植被层碳密度的87.31%，占整个生态系统碳密度的42.08%；乔木层碳密度中，树干所占比例最大，为47.32%。(3)松栎混交林乔木层年净生产力为(5.55±0.54)t·hm-2·a-1，年净固碳量为(3.04±0.32)t·hm-2·a-1，年净吸收CO2量为(11.14±0.75)t·hm-2·a-1。

碳密度；空间分布；松栎混交林；秦岭

森林是陆地最大的碳储存库，虽然面积仅占陆地总面积的26%，但全球陆地生态系统77%的碳储存于森林生态系统中[1-3]。森林生态系统在维持区域生态环境、全球碳平衡以及减缓大气中CO2等温室气体浓度上升等方面起着不可替代的作用[4-6]。20世纪90年代以来，全球、区域或国家尺度上森林生态系统的碳密度及其对全球碳平衡的影响研究取得了显著进展[7-9]。然而，已有的大尺度森林生态系统碳密度的研究，绝大多数依赖于森林资源清查资料，但由于森林资源清查资料中林下植被的详细数据缺乏，导致森林生态系统碳密度的估计不够精确[10]。因此，开展多地散点森林生态系统碳密度空间分布的研究，将散点研究综合起来，有利于提高大尺度森林生态系统碳密度的估计精度。

秦岭是我国南北气候带的天然分界线，位于我国关键生态区。松栎混交林是秦岭中山地带主要的林分类型，在固碳、理水等方面发挥着重要作用[11]，但国内有关松栎混交林碳密度的空间分布的研究鲜见报道。本研究以秦岭中山地带松栎混交林为研究对象，探讨了碳密度及其空间分布，目的是为本区森林生态系统碳密度的精确估计提供基础数据。

1 试验地概况

试验地设在陕西秦岭森林生态系统国家野外科学研究站(33°18′～33°28′N，108°21′～108°39′E)。实验地位于秦岭中段南坡，地处北亚热带和暖温带的过渡带。海拔1 500～2 500 m，研究区坡度较陡，多在30°左右。年均气温9 ℃，年降水量900～1 200 mm，年蒸发量800～950 mm，相对湿度77.1%，1月平均气温-3.8 ℃，7月平均气温16.3 ℃。土壤主要是在沉积岩和变质岩母质上发育起来的山地棕壤，土层厚度在60 cm左右，土壤中砂砾、粉粒和黏粒所占比例较大，密度1.05～1.29 g/cm3，凋落物厚度2～6 cm。研究区内的松栎混交林为20世纪70年代间伐后，天然更新起来的次生林，优势树种为油松(Pinustabulaefomis)、华山松(Pinusarmandi)和锐齿栎(Quercusalienavar.acutesrrata)。林间空地为人工栽植的华北落叶松(Larixprincipis)，平均林龄42a。林下植被发育良好。灌木主要有：白檀(Symplocospaniculata)、毛榛(Corylusmandshurica)、木姜子(Litseapungens)、三桠乌药(Lauraceaeobtusiloba)、小叶六道木(Abeliaparvifolia)等；草本主要有：披针叶苔草(Carexlanceolata)、野青茅(Deyeuxiasylvatica)、青菅(Darexleucochlora)、升麻(Astilbechinensis)等。

2 研究方法

2.1 群落调查

2012年7月在试验区内，选取林分状况和立地条件基本一致的林分，布设了13块面积为20 m×20 m的松栎混交林样地。调查记录各样地内树种、树高、胸径和林分郁闭度。松栎混交林树木组成为5油3华1锐1落，油松、华山松、锐齿栎和华北落叶松平均密度分别为575、400、350、175株/hm2，平均树高分别为13.7、13.6、8.4、10.2 m，平均胸径分别为25.4、22.4、9.9、12.8 cm。在乔木样地中，按照对角线法布设5个2 m×2 m的灌木样方和5个1 m×1 m的草本样方，记录灌木(包括幼树幼苗)、草本的种类和生长状况。

2.2 样品采集与处理

乔木层各树种按树干、树枝、树叶、树皮、树根分别取样，采集样品各500 g；灌木和草本分为地上和地下部分，按收获法采集灌木和草本样方内植株样品，带回实验室分种类保存。收集草本样方内所有凋落物，分为未分解、半分解和已分解，将鲜样称质量，并分别采集分析样品带回实验室。将所有植物样品置于恒温烘箱内105 ℃烘至恒质量。将烘干样品粉碎，过0.15 mm筛，用于含碳率分析。在各样地内，根据“S”型取样法，设置5个土壤采样点，用土钻每15 cm为一层采集土样至岩石层，每层采集土样500 g，将采集土样风干，研磨，过0.15 mm筛，用于含碳率分析；用环刀每层采集原状土样1个，置于烘箱内105 ℃烘至恒质量，测定每层土壤密度及砾石含量。

植物样品采用重铬酸钾-硫酸容量法测定其有机碳含量，土壤样品采用重铬酸钾-水合加热法测定其有机碳含量[12]。

2.3 数据处理

3 结果与分析

3.1 松栎混交林植被层碳密度

松栎混交林乔木层碳密度为(97.54±5.67)t·hm-2。各器官碳密度由大到小的顺序为：树干、树枝、树根、树叶、树皮(见表1)。其中：树干碳密度为(46.16±5.02)t·hm-2，所占比例最大为47.32%；树皮碳密度为(4.22±0.68)t·hm-2，所占比例最小为4.33%。

林下灌木层碳密度为(11.31±1.28)t·hm-2。其中：地上部分为(8.50±0.91)t·hm-2，地下部分为(2.81±0.34)t·hm-2。草本层碳密度为(2.87±0.43)t·hm-2。其中：地上部分为(1.81±0.12)t·hm-2，地下部分为(1.06±0.21)t·hm-2(见表1)。

注：表中数据为“平均值±标准差”。

3.2 松栎混交林凋落物层碳密度

凋落物层不仅是森林土壤有机碳的主要来源，而且其覆盖地面，减缓及减少了地表径流，最终有效地减少或防止了土壤碳的流失[6]。松栎混交林凋落物层碳密度为(9.33±0.75)t·hm-2。其中：未分解为(5.94±0.31)t·hm-2，半分解为(1.58±0.43)t·hm-2，已分解层为(1.81±0.45)t·hm-2(见表2)。

3.3 松栎混交林土壤层碳密度

松栎混交林土壤碳密度为(110.74±6.72)t·hm-2，各层次土壤碳密度表现为随土层深度的增加而减小(见表3)。松栎混交林表层土壤(0～30 cm)碳密度为(71.85±5.78)t·hm-2，占土壤碳密度的64.88%，是森林土壤碳密度的主体。

注：表中数据为“平均值±标准差”。

表3 土壤层碳密度

注：表中数据为“平均值±标准差”。

3.4 松栎混交林生态系统碳密度的空间分布

松栎混交林生态系统碳密度为(231.79±8.46)t·hm-2(见表4)。从空间上可为3个部分：植被层、凋落物层、土壤层。松栎混交林生态系统碳密度的空间分布特征为：植被层>土壤层>凋落物层。植被层碳密度为(111.72±6.55)t·hm-2，占生态系统碳密度的48.20%，而乔木层碳密度为(97.54±5.67)t·hm-2，占植被层碳密度的87.31%，可见植被层碳密度主要取决于乔木层碳密度。林下植被层碳密度为(14.18±1.56)t·hm-2，占植被层的12.69%，占整个生态系统的6.12%。凋落物层碳密度为(9.33±0.75)t·hm-2，仅占松栎混交林碳密度的4.03%。土壤层碳密度为(110.74±6.72)t·hm-2，占松栎混交林碳密度的47.77%，也是森林生态系统极其重要的碳库。

表4 松栎混交林生态系统碳密度的空间分布

注：表中数据为“平均值±标准差”。

3.5 松栎混交林乔木层年净固碳量

确定系统同化CO2的能力是森林生态系统生产力研究的主要内容之一[14]。松栎混交林乔木层年净生产力为(5.55±0.54)t·hm-2·a-1，年净固碳量为(3.04±0.32)t·hm-2·a-1，年净固定CO2量为(11.14±0.75)t·hm-2·a-1(见表5)。其中以树干的年净固碳量最高，占乔木层年净固碳量的40.13%；树皮最低，占乔木层年净固碳量的3.62%。

表5 乔木层年净固碳量

注：表中数据为“平均值±标准差”。

4 结论与讨论

本研究中松栎混交林植被层的碳密度为(111.72±6.55)t·hm-2，远高于陕西省森林植被的碳密度(30.92 t·hm-2)[16]，也高于我国森林植被平均碳密度(57.07 t·hm-2)和针叶、针阔混交林的平均碳密度(64.76 t·hm-2)[9]；高于相邻地区甘肃省小陇山森林植被的碳密度(39.43 t·hm-2)[17]，高于黄土高原子午岭林区辽东栎天然次生林的碳密度(36.41 t·hm-2)[18]；略高于中亚热带马尾松阔叶树混交林的碳密度(110.98 t·hm-2)[15]，低于南亚热带马尾松针阔混交林的碳密度(144.04 t·hm-2)[19]。表明林分类型、土壤类型、气候可能是引起植被碳密度差异的主要原因。

松栎混交林乔木层碳密度为(97.54±5.67)t·hm-2，占植被层的87.31%，占整个生态系统的42.08%，植被层碳密度主要取决于乔木层生物量。马明东等[20]对楠木人工林的研究表明，楠木人工林乔木层碳密度为91.33 t·hm-2，占整个生态系统的40.13%，其乔木层碳密度对整个生态系统碳密度的贡献与本研究相似。

林下植被层碳密度为(14.18±1.56)t·hm-2，占整个生态系统的6.12%，高于中亚热带马尾松阔叶树混交林的碳密度(3.85 t·hm-2)[18]和南亚热带杉木人工林的碳密度(1.76 t·hm-2)[14]。究其原因可能是本研究林分郁闭度较以上研究小，乔木层林冠间隙较大，林下植被可获得充足的水分和光照条件，促进了林下植被的生长发育[21]。

林下凋落物层碳密度为(9.33±0.75)t·hm-2，高于全国凋落物平均碳密度(8.21 t·hm-2)[9]，远高于方云霆等[19]对南亚热带马尾松针阔叶林碳密度的统计值(3.22 t·hm-2)，高于中亚热带马尾松阔叶树混交林的碳密度(3.13 t·hm-2)[18]。凋落物层碳密度很大程度取决于水热条件、地域特点和凋落物的化学组成，一般随水热因子改善而减少，同时凋落物中难分解化合物含量较高，也会增加其碳密度[9]，南亚热带和中亚热带地区水热条件优于本区域，凋落物分解较快，现存凋落物较少，因而以上区域凋落物碳密度相对本地区要低。

森林土壤有机碳密度的分布存在很强的空间异质性[22]。本研究松栎混交林土壤碳密度为(110.74±6.72)t·hm-2，低于世界土壤平均碳密度(189.00 t·hm-2)和我国森林土壤的碳密度(193.55 t·hm-2)，远远低于全国针阔混交林的碳密度(335.58 t·hm-2)[9]，也低于秦岭火地塘55年生油松群落林的碳密度(130.37 t·hm-2)[23]和65年生锐齿栎林的碳密度(167.81 t·hm-2)[24]，可能是由于本地区松栎混交林土层较薄(60 cm左右)，低于其他研究计算所采用的土层深度(100 cm左右)，同时不同森林类型和林龄的不同，也造成了土壤碳密度的差异。

松栎混交林生态系统碳密度为(231.97±8.46)t·hm-2，低于周玉荣等[9]对中国森林生态系统平均碳密度的估计值(258.83 t·hm-2)，远低于我国针阔混交林的碳密度(408.00 t·hm-2)[9]。松栎混交林碳密度空间分布特征表现为：植被层>土壤层>凋落物层。与中亚热带马尾松阔叶树混交林和南亚热带针阔混交林碳密度的空间分布特征一致[18-19]。Dixion等[1]对全球森林生态系统碳密度的研究表明，全球土壤与植被碳密度比为2.20，中国(按其划分属于中纬度地区)为1.19。周玉荣等[9]对我国森林生态系统碳密度研究表明，土壤碳密度约是植被碳密度的3.4倍，而本研究松栎混交林土壤碳密度约是植被碳密度的0.99倍，低于以上研究的估计值，这可能是因为松栎混交林土层较薄，土壤碳密度相对较小，植被层碳密度相对较大。

松栎混交林乔木层年净生产力为(5.55±0.54)t·hm-2·a-1，有机碳年净固定量为(3.04±0.32)t·hm-2·a-1，折合成CO2为(11.14±0.75)t·hm-2·a-1，低于南亚热带杉木人工林年净固碳量(4.67 t·hm-2·a-1)[14]和四川32年生楠木人工林年净固碳量(4.25 t·hm-2·a-1)[20]。本研究有机碳年净固定量较以上地区偏低，究其原因可能是没有将年凋落物量计入净生产力。

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Spatial Distribution of Carbon Density in Pine-Oak Mixed Forest of Qinling Mountain/

Li Yin, Hou Lin, Chen Junjun, Bai Juan, Zhang Shuoxin(Northwest Agriculture & Forestry University, Yangling 712100, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(1).-47～50

Carbon density; Spatial distribution; Pine-oak mixed forest; Qinling Mountain

李银，男，1988年7月生，西北农林科技大学林学院，硕士研究生。E-mail：lijiang413508@126.com。

侯琳，西北农林科技大学林学院，副研究员。E-mail：houlin_1969@nwsuaf.edu.cn。

2013年5月 5日。

S718.55

1) 国家林业公益性行业科研专项(201004036)。

责任编辑：王广建。

Plot investigation combined with biomass measurement was conducted to test the spatial distribution of carbon density in an pine-oak mixed forest in the Qinling Mountain. The total carbon density (TCD) in the pine-oak mixed forest is (231.79±8.46)t·hm-2, (111.72±6.55)t·hm-2in the vegetation, (110.74±6.72)t·hm-2in soil layer and (9.33±0.75)t·hm-2in litter layer accounting for 48.20%, 47.77% and 4.03% of the TCD in the whole ecosystem, respectively. Carbon stock of trees is (97.54±5.67)t·hm-2accounting for 87.31% of the vegetation and 42.08% of the whole ecosystem. The stem accumulates 47.32% of the tree TCD in tree layer. The annual net primary productivity in pine-oak mixed forest ecosystem is (5.55±0.54)t·hm-2·a-1, annual carbon stock is (3.04± 0.32)t·hm-2·a-1, and the CO2uptake is (11.14±0.75)t·hm-2·a-1.