宁德市国有林场主要林分类型生态系统碳储量研究.pdf

林业勘察设计2023年第1期宁德市国有林场主要林分类型生态系统碳储量研究李奋*（宁德福口国有林场，福建 宁德352100）摘要：对宁德市国有林场杉木人工林、马尾松人工林、木荷人工林、天然阔叶林等4个主要林分类型生态系统碳储量及结构特征进行初步研究，马尾松人工林生态系统的有机碳密度最大，达到244.42t/hm2；其次为天然阔叶林与杉木人工林，分别为224.03t/hm2、211.01t/hm2；木荷人工林有机碳密度最小，为191.86t/hm2。据此，结合宁德市国有林场2021年森林资源档案数据，初步推算其森林生态系统整体碳储量为802万t，其中:乔木层总碳储量316.86万t，占39.51%；林下植被与凋落物层18.06万t，占2.25%；土壤层467.08万t，占58.24%。关键词：宁德市；林分；碳密度；碳储量中图分类号：S718.55文献标识码：A文章编号：1004-2180（2023）01-0020-03森林生态系统是陆地生态系统中最大的有机碳库，有着很强的碳汇功能。森林生态系统碳储量包括植被有机碳储量、凋落物层碳储量、土壤层碳储量，其碳储量变化情况是评价其碳汇功能的主要尺度。由于地理空间上的差异，森林的水热条件、土壤性状和林分结构存在较大差异，不同林分类型的碳储量也存在很大差异。基于不同林分类型的森林碳储量研究是准确评估区域森林碳汇的基础。本文对宁德市国有林场杉木人工林、马尾松人工林、木荷人工林、天然阔叶林等4个主要林分类型的生态系统碳储量及其结构特征进行了初步研究分析，以期对宁德市的碳汇测算与交易提供参考。1研究区概况宁德市位于福建东北部，东临台湾海峡，北接浙江温州，坐标1183212043 E、26182740 N。全市土地面积13452 km2，以山地、丘陵为主，地势从西北向东南倾斜，中部隆起，大致呈门型梯状地势，中北和中南有太姥山和天湖两条山脉，构成沿海多山地形。属亚热带海洋性季风气候，兼具山地、盆谷地等多种气候特点，表现为春夏雨热同期，秋冬光温互利，热量丰富，光照充足，雨水充沛1。年平均气温17.5，年均降水量2350 mm，年均日照时数1637.7 h，年均无霜期270.4d。区域内国有林场经营面积3.92万hm2，其中乔木林3.51万hm2。乔木林中，针叶林2.91万hm2，占82.9%，主要为马尾松、杉木人工林；阔叶林0.58万hm2，占16.5%；木麻黄、桉树0.02万hm2，占0.6%。2研究材料与方法2.1研究材料结合20212022年福建省碳汇交易试点项目，采取典型抽样的样地布设方法从宁德市周宁、福鼎后坪、福口国有林场，按不同林分类型的龄组结构特点，即幼龄林、中龄林、近熟林、成、过熟林在该林分类型中所占比例，选取典型样地115块进行样地调查（表1）。作者简介：李奋（1987-），福建古田人，工程师，主要从事森林经营、园林绿化、古树名木保护方面工作，（E-mail）。*表1不同林分类型标准地数量块林分类型幼龄林 中龄林 近熟林 成、过熟林合计杉木人工林512122150马尾松人工林518121550木荷人工林/33410天然阔叶林14/520林业勘察设计2023年第1期2.2研究方法林分乔木层采用林分标准木法进行调查，设置20m 20 m的标准地进行每木检尺，测定胸径5cm以上所有立木的胸径、树高并记录。林下植被层与枯枝落叶层采用收获法，每种林分类型根据不同的龄组设置10个2m 2 m小样方，对样方内的有机体进行取样、称重，在室内烘干至恒重测定其密度。土壤也根据不同龄组选取5个土壤剖面，用环刀按020cm、2040cm、4060cm、60100cm的不同深度土层分层取样，测定其密度。由于林分生物量中的有机碳是以有机质的形态存在，故对林分碳储量的评估分乔木层、林下植被层、枯枝落叶层和土壤层进行。乔木层生物量计算与含碳率采用国家林业和草原局颁布的立木生物量模型及碳计量参数2-5，折算该样地的乔木层生物量与碳密度。闽东天然阔叶林多以壳斗科为主，本次研究使用行业标准中的栎树标准进行折算。林下植被层、枯枝落叶层和土壤层采用重铬酸钾法测定有机碳含量取平均值，进而换算各层次碳密度。3结果与分析3.1乔木层碳密度4个主要林分类型的单位面积碳密度为63.29105.71t/hm2，依次表现为马尾松人工林杉木人工林木荷人工林天然阔叶林，与不同树种的生长速度成正相关。但单位面积碳储量不能直接反映固碳效果的好坏，而单位蓄积碳密度则在一定程度上反映了固碳效果。结果表明，天然阔叶林的单位蓄积碳密度最大，为0.5868；其次为木荷人工林、马尾松人工林，杉木人工林最低，仅为0.2899（表2）。从中可以看出马尾松、杉木固碳速度较快，而阔叶树、木荷的固碳效果较好。3.2林下植被层、枯枝落叶层碳密度林下植被层与枯枝落叶层主要受到林分结构影响。4种主要林分类型的林下植被层与枯枝落叶层单位面积碳密度均存在较大差异，天然阔叶林最大，为4.53t/hm2，其次为马尾松和杉木，木荷林下植被的碳密度最少，只有1.56t/hm2。枯枝落叶层以天然阔叶林的碳密度最大，为2.79t/hm2，木荷和杉木其次，马尾松最少（表3）。说明本研究中的几种林分类型中，天然阔叶林和马尾松人工林的林分结构相对比较丰富，林下植物种类多样，生物多样性较高。3.3土壤层碳密度土壤有机碳主要来源于植物、动物、微生物残体和根系分泌物，并处于不断分解与形成的动态过程中，因此土壤有机碳是生态系统在特定条件下的动态平衡值。林分类型的不同决定了不同的林地环境，不同的林地环境决定了进入土壤的动植物残体数量、类型与降解速度，对土壤的碳密度影响较大6-13。通过对4种林分类型土壤有机碳密度的对比分析，天然阔叶林的土壤有机碳密度最高，马尾松人工林表2不同林分类型乔木层碳密度林分类型蓄积量（m3/hm2）生物量（t/hm2）碳密度（t/hm2）单位蓄积生物量（t/m3）单位蓄积碳密度（t/m3）杉木人工林284.39165.2182.440.590 90.289 9马尾松人工林293.96201.27105.710.684 70.359 6木荷人工林155.02153.1172.050.987 70.464 8天然阔叶树107.86131.8063.291.221 90.586 8平均210.31162.8581.370.871 30.425 3表3林下植被层与枯枝落叶层碳密度t/hm2林分类型林下植被层 枯枝落叶层合计杉木人工林2.531.874.40马尾松人工林3.961.024.98木荷人工林1.562.073.63天然阔叶林4.532.797.33平均3.151.935.08表4不同林分类型各土壤层碳密度t/hm2林分类型020cm 2040 cm 4060 cm 60100 cm合计杉木人工林40.1428.6321.1834.22124.17马尾松人工林42.1132.3923.8935.34133.73木荷人工林37.9826.4020.1131.69116.18天然阔叶树41.6133.9530.7747.09153.42平均40.4630.3423.9937.09131.8821林业勘察设计2023年第1期次之，其次为杉木人工林，木荷人工林土壤剖面有机碳密度最小（表4）。3.4不同林分类型碳密度分布宁德市国有林场不同林分类型有机碳密度各不相同，马尾松人工林碳密度最大，达到244.42t/hm2；其次为天然阔叶林与杉木人工林，分别为224.03t/hm2、211.01t/hm2；而木荷人工林碳密度最小，为191.86t/hm2。马尾松人工林有机碳密度最大，木荷人工林最小。从碳密度的组成结构来看，土壤层占比最大，其次为乔木层，林下植被层与枯枝落叶层较小（表5）。4结论与讨论宁德市国有林场4种林分类型的生态系统有机碳密度各不相同，马尾松人工林生态系统的有机碳密度最大，达到244.42t/hm2；其次为天然阔叶林与杉木人工林，分别为224.03t/hm2、211.01t/hm2；而木荷人工林有机碳密度最小，为191.86t/hm2。此结果与部分类似研究的结果存在出入，这与研究样本中马尾松人工林的种植密度较大，每公顷株数显著多于天然阔叶林，且龄组结构更为成熟，而天然阔叶林为样本数较少的中、幼次生林有着一定的关系。受国有林场林分年龄限制，阔叶林未能发挥其后天生长优势特点，如将时间线拉长看，马尾松、杉木等树种进入后期生长衰退期时，阔叶树则进入生长旺盛期，固碳能力与效果将高于针叶树种。木荷有机碳密度偏小的原因是国有林场的木荷人工林大部分为防火林带，每年都会定期维护清理，造成林下植被与凋落物少，进而土壤有机碳也随之减少。依据研究结果，结合2021年最新的森林资源档案数据，可对宁德市国有林场森林生态系统整体碳储量进行初步推算，宁德市国有林场现有杉木林面积1.1827万hm2，马尾松面积1.7264万hm2，阔叶树面积0.5822万hm2，占总经营面积3.9211万hm2的89.47%，根据不同林分类型单位面积碳密度推算，全市国有林场乔木层总碳储量为316.86万t，林下植被与凋落物层18.06万t，土壤层467.08万t，整体碳储量为802万t。其中乔木层碳库占森林生态系统碳库的39.51%，林下植被与凋落物层占2.25%，土壤层占58.24%。参考文献1王艳霞.福建主要人工林生态系统碳储量研究D.福建农林大学，2010.2LY/T 2263-2014.立木生物量模型及碳计量参数马尾松S.北京：中国标准出版社，2014.3LY/T 2264-2014.立木生物量模型及碳计量参数杉木S.北京：中国标准出版社，2014.4LY/T 2660-2016.立木生物量模型及碳计量参数木荷S.北京：中国标准出版社，2016.5LY/T 2658-2016.立木生物量模型及碳计量参数栎树S.北京：中国标准出版社，2016.6王建林，王忠红，张宪洲，等.不同植被对高寒草原生态系统土壤有机碳组成和水稳性团聚体含量的影响J.草地学报，2010，18（6）：749-757.7曹樱子，王小丹.藏北高寒草原样带土壤有机碳分布及其影响因素J.生态环境学报，2012，21（2）：213-219.8薛丽佳，卢茜，高人.不同类型土壤有机碳含量比较研究J.安徽农业科学，2011，39（11）：6486-6487+6494.9蔡进军，许浩，张源润，等.贺兰山自然保护区灰榆林碳储量研究J.水土保持通报，2013，33（3）：255-258.10唐朋辉，党坤良，朱成功，等.秦岭南坡红桦林土壤有机碳空间分异特征及影响因素J.东北林业大学学报，2014，42（10）：83-89.11萨茹拉.不同利用方式和放牧强度对典型草原植被土壤系统碳储量的影响D.中国农业科学院，2013.12王方怡，张嘉诚，曹彦，等.闽东滨海湿地互花米草入侵生态风险评价J.森林与环境学报，2020，40（6）：579-587.13陶贞，次旦朗杰，张胜华，等.草原土壤有机碳含量的控制因素J.生态学报，2013，33（9）：2684-2694.表5不同林分类型碳密度分布t/hm2林分类型乔木层林下植被层 枯枝落叶层 土壤层合计杉木人工林82.442.531.87124.17211.01马尾松人工林105.713.961.02133.73244.42木荷人工林72.051.562.07116.18191.86天然阔叶树63.294.532.79153.42224.03平均81.373.151.93131.88218.3322