西双版纳橡胶林与其他类型林分生物量及碳储量的比较

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摘要：摘 要：為探明橡胶林的生物量和碳储量，以更好地了解橡胶林在区域生态系统中的碳汇作用，研究了西双版纳地区成龄橡胶林及另外2种主要类型人工林澳洲坚果林和茶园的生物量与碳储量及其分配特征。采用完全收获法采集平均标准木全株，划取样方采集土壤、林下植

　　摘 要：為探明橡胶林的生物量和碳储量，以更好地了解橡胶林在区域生态系统中的碳汇作用，研究了西双版纳地区成龄橡胶林及另外2种主要类型人工林——澳洲坚果林和茶园的生物量与碳储量及其分配特征。采用完全收获法采集平均标准木全株，划取样方采集土壤、林下植被和枯落物，并对所有样品进行实际称重和含碳量测定，进而计算生物量和碳储量。结果表明：橡胶林的总生物量为(289.18±15.15)t/hm2，其中林木生物量占比97.06%;橡胶林的总碳储量为(285.02±15.12)t/hm2，其中土壤碳储量占比54.18%、林木碳储量占比45.30%。橡胶林的总生物量远高于茶园[(56.82±12.10)t/hm2]和澳洲坚果林[(44.46±3.83)t/hm2]，但三者生物量分配特征相同，均是林木生物量占绝大部分而枯落物和林下植被占比很小;橡胶林的总碳储量也远高于澳洲坚果林[(162.70±3.83)t/hm2]和茶园[(112.03±8.52)t/hm2]，且三者都是土壤碳储量占比最大、林木碳储量其次，但澳洲坚果林和茶园都是土壤碳储量的占比(88.18%和77.64%)远高于林木碳储量的占比(10.76%和21.70%)。尽管橡胶林的生物量和碳储量与热带雨林(生物量约420 t/hm2，碳储量约310 t/hm2)相比低很多，但比其他类型人工林高，而橡胶林复合种植模式可进一步显著提高林分生物量的积累和储碳固碳能力，提升橡胶林生态系统的生产力和碳汇功能。本研究为评估橡胶树种植对区域生态系统碳平衡的影响提供了基础依据。

　　关键词：橡胶林;生物量;碳储量;澳洲坚果林;茶园;西双版纳

　　土地利用/覆被变化会对陆地生态系统生产力、碳储量及其分配格局产生巨大影响，尤其是在热带地区，热带雨林具有最高的生产力、物质积累能力和碳汇功能，转变为生产和固碳能力较弱的其他林地或农田，将造成净生产力和碳储量的严重下降[1-2]。处于热带北缘的我国云南省西双版纳地区，土地总面积约196万hm2，拥有独特的热带气候条件和丰富的热带生物资源，分布着目前我国最完整、最典型、面积最大的热带雨林[3-6]。然而，近半个多世纪里，西双版纳地区经历了最为剧烈的土地利用和地表覆被变化。20世纪50年代西双版纳的天然林覆盖率为70%～80%，到1984年已大幅下降至34%，而目前可能只有10%左右，且破碎化严重，主要分布在西双版纳国家自然保护区内。而与此同时，橡胶种植面积一直在不断扩大，尤其是经过2000年前后的爆发式增长，曾一度达到30万hm2以上，超过全区土地面积的16%，其中很大一部分是由热带雨林砍伐开垦成的，另外还有一部分的次生林及其他农用耕地[7-11]。除了天然林和橡胶林，目前西双版纳的林分类型还有一些人工开垦的其他经济林或种植园，其中面积较大的是传统发展产业茶园(约6万hm2)和新兴发展中的产业澳洲坚果林(约1万hm2)。这些土地利用状况的变化，改变了西双版纳地区的植被覆盖成分和生态系统的组成，对区域气候环境和生态平衡等很多方面产生了极大影响，包括区域碳储量和碳循环方面[12-17]。

　　近些年来，橡胶林作为西双版纳地区面积最大的人工林生态系统，已成为众多研究者关注的对象，对其生物量与碳储量开展过一些调查研究。贾开心等[18]对不同海拔树龄14 a的橡胶林进行了地上生物量测定，并分析了橡胶林生物量随海拔呈现的变化趋势;唐建维等[19]和庞家平[20]利用30株不同林龄和径阶的橡胶树样木数据生物量回归模型，推算了不同林龄橡胶林的生物量，并结合实测植物和土壤样品碳含量分析了不同林龄橡胶林生态系统的碳储量;宋清海等[21]实测了6个林龄段橡胶林的生长参数，利用生物量回归方程得到了橡胶林的生物量和固碳量，并探讨了橡胶林的固碳潜力;此外，还有研究采用雷达和遥感技术估测橡胶林地上生物量[22-23]。总的来看，已有研究主要是采用实测法和模型估算法对不同林龄和海拔的橡胶林进行了生物量和碳储量测算，建立了生物量估算模型，这些工作为准确客观地评估西双版纳地区的生产力和碳循环提供了基础。但是，由于各研究采用的测算方法、取样地点、研究尺度等不尽一致，导致测算结果有所差异。一般来说，实际测量法更为准确，但其工作量大，可测样品量有限;模型估算法准确性低些，但快速简便，可实现较大尺度测算。此外，以往这些研究主要都是单一针对橡胶林开展测算，而针对橡胶林与其他林分进行测算比较的研究较少。因此，本研究通过对西双版纳地区面积最大的人工林生态系统——橡胶林，以及面积较大的另外2种类型人工林——澳洲坚果林和茶园，开展生物量与碳储量及其分配格局的研究，并与热带雨林进行比较分析，研究区域内橡胶林与其他类型林分的生物量及碳储量差异，有助于客观评价橡胶林在整个生态系统中的地位和作用，为研究该区域生态系统碳储量的时空演变特征提供基础数据，也可为深入探讨土地利用方式和覆盖植被改变对区域碳循环和碳平衡的影响提供依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 研究区概况

　　研究地位于云南省西双版纳傣族自治州(21°08′～22°36′ N，99°56′～101°50′ E)，属北热带季风气候。一年可分为干热季、雨季及雾凉季3季，干热季(3—5月)气温较高，雨量少;雨季(6—10月)气候湿热，85%的雨水集中在此期间降落;雾凉季(11月—翌年2月份)降水量减少，但早晚浓雾弥漫，空气湿度较大。年均降雨量1557 mm，年均相对湿度86%。年均气温21.5 ℃，最热月(5月)均温25.3 ℃，最冷月(1月)均温15.5 ℃;终年无霜。土壤为砖红壤，pH為6.0左右，土层较厚[6， 24]。

　　在研究区内分布的大面积的橡胶林、茶园和澳洲坚果林选取样地。橡胶林样地位于西双版纳州景洪市的云南省热带作物科学研究所江北试验基地(22°02′37.2″ N，100°47′35″ E)，是以高大橡胶树为唯一优势树种的单优人工群落，群落高11～12 m，冬季完全落叶;橡胶树种植密度为495株/hm2左右;取样橡胶树龄26 a。茶园样地位于景洪市大渡岗乡关坪村(22°15′25.9″ N，100°53′20.4″ E)，是以小灌木茶树为唯一优势树种的单优人工群落，群落为高约1.18 m左右的台地茶，全年常绿，不完全落叶;茶树种植密度为8746株/hm2左右;取样茶树龄24 a 。澳洲坚果林样地位于景洪市景哈乡的云南省热带作物科学研究所澳洲坚果试验基地(21°48′41.3″ N，100°59′11.2″ E)，是以小乔木澳洲坚果树为唯一优势树种的单优人工群落，群落高6～7 m，全年常绿，不完全落叶;澳洲坚果树种植密度为357株/hm2左右;取样澳洲坚果树龄14 a。3种林分样地的基本情况见表1。

　　橡胶林 814 GT1 3×7 495 11.99 1985 藿香蓟(Ageratum conyzoides)、弓果黍[Cyrtococcum patens (L.) A.Camus]、毛蕨[Cyclosorus interruptus (Willd.) H. Ito]、肾苞草[Phaulopsis oppositifolia (J.C. Wendl.) Lindau]、革命菜(Gynura crepidioides Benth)、飞机草(Eupatorium odoratum)、潺槁木姜子[Litsea glutinosa (Lour.) C.B. Rob.]、绞股蓝(Gynostemma pentaphyllum)、粗毛刺果藤(Byttneria pilosa Roxb.)、四裂算盘子[Glochidion assamicum (Muell. Arg.) Hook. f.]、葛藤[Pueraria lobata (Willd.) Ohwi]、白花酸藤子(Embelia ribes Burm. f. var. ribes)、鬼针草(Bidens pilosa)、多脉莎草(Cyperus diffusus Vahl)，等。

　　澳洲

　　堅果林 843 OC、H2 4×7 357 6.70 1997 小蓬草[Conyza canadensis (L.) Cronq.]、升马唐[Digitaria ciliaris (Retz.) Koel.]、藿香蓟、阔叶丰花草[Borreria latifolia (Aubl.) K. Schum]、山菅兰(Dianella ensifolia)、蓝花野茼蒿(Crassocephalum crepidioides)、飞机草，等。

　　茶园 887 大叶

　　种茶 0.4×1.5 8746 1.18 1987 小蓬草、蓝花野茼、藿香蓟、阔叶丰花草、白花蛇舌草(Hedyotis diffusa)、飞机草，等。

　　1.2 方法

　　1.2.1 林木生物量及碳含量测定 分别在橡胶林、澳洲坚果林和茶园内划30 m×50 m标准样地，然后进行每木(茶园选取30株)检尺，计算出样地内植株平均胸径和平均树高。每个林分样地内选取3株平均木作为标准木，采用全株收获法进行生物量测定。为了便于准确计算植株各部位的生物量分配特征，采取了器官分类、分级收获和称重的方法[20]。所有叶片采集装袋，按袋称取鲜重;树枝分粗、中、细3个等级，分别称重;树干锯成多个1 m茎段，分别称重;根系分成主根、粗根、中细根和细根，分别称重。称完鲜重后，根据后期测量需要，每器官每等级均按比例称取两份样品：一份置于恒温(叶75 ℃，干、枝、根105 ℃)烘箱中烘干至恒重后，测定各器官样品的干重和含水率;另一份于室内自然风干后，采用重铬酸钾-外加热硫酸氧化法测定有机碳含量[25]。

　　1.2.2 林下植被与枯落物生物量及碳含量测定 在每个标准样地内随机选取5个2 m×2 m的样方，采用全部收获法采集样方内的植被，带回实验室称量鲜重后分成2份样品，其中一份样品放置于75 ℃的恒温烘箱中烘至恒重，称干重;待另一份风干后，采用重铬酸钾-外加热硫酸氧化法测定有机碳含量。

　　在每个标准样地内以“Z”形设置10个面积为1 m×1 m的样方，完全收集样方内的所有枯落物，将收集到的叶、枝、花果及其他杂物等带回实验室称量鲜重。然后按比例称取2份样品：其中一份置于恒温(叶75 ℃，干、枝、根105 ℃)烘箱中烘干至恒重，称干重;另一份风干后，采用重铬酸钾-外加热硫酸氧化法测定有机碳含量。

　　1.2.3 土壤碳含量测定 在每个标准样地内随机划取3个“S”形，每个“S”形上选取5个样点，每个样点处用土钻钻取5个深度层次(0～10、10～20、20～40、40～60、60～100 cm)的土壤样品。将所有钻取得到的土壤样品带回实验室，待风干之后粉碎、过筛，然后采用重铬酸钾-外加热硫酸氧化法测定土壤碳含量。

　　1.2.4 林分碳储量计算 3种人工林分碳储量的计算包括林木层、林下植被层、枯落物层和土壤层4个方面的碳储量。以植株各器官生物量乘以各器官的碳含量得到各器官的碳储量，然后累计相加得到植株碳储量，再根据样地内植株种植密度核算出单位面积上的林木碳储量。林下植被和枯落物的碳储量也是由单位面积上的生物量与其碳含量相乘而得。

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