宁晨;闫文德;宁晓波;梁小翠;王新凯
【摘 要】采用直接收获法和实测数据,以贵州省贵阳市区天然灌木林内木本和草本植物、凋落物及土壤为研究对象,研究了灌木林生态系统的生物量、碳含量及碳储量.结果表明:灌木林植被层生物量为23.16 t/hm2,其中木本植物层生物量为12.46 t/hm2;草本植物层为3.74 t/hm2;凋落物层为6.96 t/hm2,分别占植被层生物量的53.08％、16.15％、30.05％.木本植物25种的碳含量范围为445.91-603.46 g/kg;草本植物6种的碳含量为408.48-523.04 g/kg;凋落物层碳含量为341.01-392.81 g/kg;土壤层碳含量为5.73-26.68 g/kg.生态系统总碳储量为88.34 t/hm2,其中植被层为8.10 t/hm2;凋落物层为2.56 t/hm2;土壤层为77.68t/hm2,分别占系统总碳储量的9.17％、2.89％、87.94％.灌木林生态系统碳储量的空间分布格局为:土壤层＞植被层＞凋落物层.研究结果,可为喀斯特城市估算森林生态系统碳储量和碳平衡提供科学依据. 【期刊名称】《生态学报》
【年(卷),期】2015(035)008
【总页数】9页(P2555-2563)
【关键词】喀斯特地区;灌木林生态系统;生物量;碳含量;碳储量;贵阳市静电抑制器
【作 者】宁晨;闫文德;宁晓波;梁小翠;王新凯
【作者单位】中南林业科技大学,长沙410004;南方林业生态应用技术国家工程实验室,长沙410004;湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站,会同418307;中南林业科技大学,长沙410004;南方林业生态应用技术国家工程实验室,长沙410004;湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站,会同418307;中南林业科技大学,长沙410004;南方林业生态应用技术国家工程实验室,长沙410004;中南林业科技大学,长沙410004;南方林业生态应用技术国家工程实验室,长沙410004;湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站,会同418307;中南林业科技大学,长沙410004;南方林业生态应用技术国家工程实验室,长沙410004
【正文语种】中 文
大气中CO2等温室气体的浓度正在逐年提高，全球变暖已经是不争的事实，威胁着人类的
生存与健康，因而受到世界各国政府和科学家的普遍关注[1-3]。全球变化减缓与适应将继续成为全球变化研究的焦点[4]。森林在调节全球碳平衡中占据着主导地位，在减缓大气中CO2等温室气体浓度上升和维持全球气候稳定等方面具有不可替代的作用[5-6]。
灌木林是自然界中广泛存在的一种重要的陆地生态系统类型，是森林资源的重要组成部分，与针叶林、阔叶林、竹林组成我国森林的四大类型。全国灌木林地总面积占全国林地总面积的16.02%[7]。在我国西南(云南、贵州、四川)就有大量的分布[8]。但长期以来，因灌木林与乔木林生态系统相比，所占比例小，处于次要地位而较少受到重视[9]。随着我国天保林工程的实施，生态建设的需要，灌木林的地位和作用日显重要[9]。对灌木林的研究也越来越受到重视。在全球气候变化的影响下，我国灌丛分布面积和地区的消长，对正确评价中国陆地生态系统的碳储量和碳交换具有重要的影响[8]。有关灌木林碳储量研究，有胡会峰等[8]、李洪建等[10]、陈伏生等[11]、刘涛等[12]，报道了我国主要灌木植被的碳储量。近些年来，部分学者胡忠良等[13]、吴鹏等[14]、张明阳等[15]、宁晓波等[16]、钟银星等[17]又分别报道了我国西南喀斯特地区灌木林地土壤和植被的碳储量。这些研究成果均为准确评价灌木林的固碳效果，改善生态环境，为国家应对全球变化、制定相关政策提供了科学依据。但由于灌木林组成的植物种类不同，而不同植物或同一植物的不同器官中垃圾热解
的碳元素含量是有差别的[18]，为了能精确估算灌木林的碳储量，有必要对灌木林内各植物种类的含碳率分别进行测定和分析。但对于灌木林内植被层碳储量分植物种类实测的研究却鲜有报道。在我国西南部的喀斯特地区，灌木林分布面积较大，而且是区域有机物质的主要生产者和生态环境的直接影响者，在区域生态系统中具有十分重要的地位和作用[19]。因此，有必要对该地区的灌木林碳储量进行深入而细致的研究。
本研究在喀斯特地貌上的森林城市——贵阳市，选择了天然的灌木林生态系统为研究对象，采用直接收获法和实测数据，在原有研究的基础上[16]，更深入、细致地研究了灌木林生态系统的生物量、有机碳含量、储量及其分布特征，可为准确估算喀斯特地区灌木林碳储量提供基础数据，对喀斯特地区森林建设规划和布局及生态环境建设具有现实意义。
研究地设置于贵州省林业科学研究院试验林场。该场地处贵阳市南端。贵阳市位于我国西南云贵高原的东部，介于106°12′—107°17′E， 26°11′—26°55′N之间。海拔880—1659m。年平均气温15.3℃，年平均降雨量1129.5 mm，相对湿度78%，属亚热带湿润温和型气候，土壤以酸性黄壤为主，与石灰岩、白云岩、砂岩、页岩等交错分布。地带性植被为中亚热带湿润性常绿阔叶林，原生植被已经被破坏，现状植被主要有马尾松(Pinus ma
ssoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、樟树(Cinnamomum camphora)、火棘(Pyracantha fortuneana)、金樱子(Rosa laevigata)等次生植被。
试验林场经营管理面积1223.0 hm2，林业用地1168.02 hm2，其中灌木林地为8.34 hm2，天然灌木林地3.63 hm2，而国家特别规定的灌木林6.24 hm2。
灌木林样地基本概况：样地面积1000m2两块(同一类型的灌木林地)；落类型为喀斯特灌木林(天然)；海拔1318m，坡度10°；坡向为东；坡位为中；土壤为黄壤、pH值5.28；轻度石漠化(35%)；植被特征有少量“小老头”乔木，以灌木植物为主，高度2—4m，盖度60%；草本层盖度25%；凋落物层厚度1—3cm。
2.1 植物生物量测定
采用直接收获法测定。具体做法为：2013年7月在设置的两块1000m2灌木林样地的对角线中心部位，各设置4m×4m的样方4个共8个，分别记载木本植物的种类、株(丛)数、基径、高度和和草本植物的种名、丛数，并将凋落物分为3层(未分解层、半分解层、已分解层)全选出，然后将各样方内的植物全部挖出，将木本植物中的同种植物(含3种藤本植物)分为地
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上部分(茎、叶、枝)和地下部分(根系)，草本植物中的同种植物全株(不分器官)，分别称取植物和死地被物各层的鲜重，再从中分别称取小样本各1.0kg，置于鼓风烘箱内保持80℃烘至恒重，求出各类植物及凋落物干物质重。
2.2 土壤样品的采集
旋转阀门在试验林场的灌木林样地内，各随机设置4个采样点，且尽可能选择土层厚度差异不大的采样点，在每个采样点按0—15cm、15—30cm、30—45cm、>45cm 4个层次，分别采集土样0.5kg，共采土样32个，并去除石砾与杂物，风干后过20目和100目土壤筛备用。
在采取土样同时，用环刀取土测定土壤容重。
2.3 样品分析方法
植物和土壤中的有机碳含量用重络酸钾氧化外加热法测定，样品测定重复4次。
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2.4 数据处理
用Excel 2003和Spss13.0软件进行数据处理。数据统计采用单因子方差分析。
3.1 灌木林木本植物生物量
由表1可以看出，灌木林的木本植物有25种，总生物量为12461.01 kg/hm2，其中灌木植物类为9523.93 kg/hm2，占总生物量的76.43%，衰弱“小老头”乔木及小乔木类生物量2937.08 kg/hm2，占23.57%。在木本植物生物量中，以皱叶荚蒾生物量最高，为2996.27 kg/hm2 (P<0.05)，占木本植物总生物量的24.05%，其次为火棘和紫薇，分别为2089.33 kg/hm2和2069.82 kg/hm2 (P<0.05)，占16.77%和16.61%，而以毛白杨生物量最低，为13.88 kg/hm2 (P<0.05)，仅占0.11%。在木本植物生物量中最高值是最低值的216倍。表明灌木林中木本植物生物量在植物种类之间的分布不均匀。
从表1还可以看出，木本植物生物量是由地上部分和地下部分生物量组成，其中地上部分茎、叶、枝生物量为8420.27 kg/hm2，占木本植物总生物量的67.57%，地下部分根系生物量为4040.74 kg/hm2，占32.43%。表明灌木林地上部分多分枝的茎与近地面的树冠生长繁茂，具有较强的截留降水作用，能够防风固沙和保持水土，而地下部分盘根错节发达的根系，是土壤层的水分储蓄库和调节器，所以灌木林根系有较强的蓄水作用和抗旱能力[20]。
3.2 灌木林下草本植物和凋落物层生物量
灌木林由于木本植物在生长发育过程中自身占据了空间位置，改变了林内环境和土壤养分的可利用性，使得林下草木植物种类较少，仅有6种(表2)。生物量为3745.12 kg/hm2。
在生物量分配上，以五节芒最高(P<0.05)，其生物量为2069.36 kg/hm2，占草本植物总生物量的55.25%，蛇莓最低(P<0.05)，仅为12.63 kg/hm2，只占0.34%，生物量最高值与最低值相差164倍。这种分配状态与木本植物的规律是一致的。
从表3可以看出，凋落物层生物量为6957.12 kg/hm2，其中未分解层为1279.01 kg/hm2，占凋落物层总生物量18.38%；未分解层为2452.38 kg/hm2，占35.25%；已分解层为3225.73 kg/hm2，占46.37%。未分解层生物量分别低于半分解层和已分解层1.9倍和2.5倍(P<0.05)。表明未分解层已向半分解层和已分解层迁移，有机质向土壤归还，这有利于土壤肥力的增加。
3.3 灌木林中木本植物碳储量巧克力喷泉机
从表4可以看出，灌木林中25种木本植物碳含量因植物种类不同而不同。以马尾松含量最
高，为603.46 g/kg，其次为木姜子573.78 g/kg，而以接骨木445.91 g/kg最低，最高与最低含碳量间相差1.4倍。
从表4中还可以看出，灌木林木本植物碳储量为6365.76 kg/hm2，其中以皱叶荚蒾最高(P<0.05)，为1476.35 kg/hm2，占木本植物总碳储量的23.19%，其次为火棘1141.48 kg/hm2(P<0.05)，占17.93%，以毛白杨7.07 kg/hm2最低(P<0.05)，仅占0.11%。木本植物碳储量的最高值是最低值的209倍。表明灌木林木本植物的碳储量在植物种类分配间呈现不均匀状态，这与木本植物生物量在种类分配间的不均匀状况是紧密相关的。
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