冀北地区华北落叶松林与樟子松人工林最大生物量及碳贮量比较

冀北地区华北落叶松林与樟子松人工林最大生物量及碳贮量比
较
许晴;蒋凤玲;许中旗;丁丽;李红倩
【摘要】为了探究冀北地区华北落叶松与樟子松人工林生物碳汇能力的差异,对其人工林的最大生物碳贮量进行了比较.结果表明:在胸径相同的情况下,单株华北落叶松的干、枝及地上生物量均高于樟子松,而叶生物则相反;在林分平均胸径小于
19cm时,华北落叶松人工林地上部分生物量高于樟子松人工林,大于19cm时,樟子松林生物量高于华北落叶松林.在胸径相同时,华北落叶松单株林木的碳贮量高于樟子松;在林分平均胸径小于19cm时,华北落叶松人工林的碳贮量高于樟子松林,大于19cm时,樟子松林高于华北落叶松林.%In order to understand the differences between the Larix principis-rupprechtii and Pinus sylvestris var.mongolica plantations in the biomass carbon storage of in the northern Hebei area,the different maximum biomass carbon storage of the two kinds of plantations was compared.The results shows that Larix principis-rupprechtii was higher than Pinus sylvestris var.mongolica in the individual biomasses of stem,branch and total aboveground,however,for the leaves biomass,Pinus sylvestris var.Mongolica was higher than that of the Larix principis-rupprechtii,when their DBHs were equal.When stand average breast diameter less than 19cm,the stand biomass of Larix principis-rupprechtii plantation was higher than that of Pinus sylvestris plantation,and when the DBH was more than 19cm,the stand biomass of Pinus sylvestris var.mongolica was higher than that of Larix principis-rupprechtii.For individual tree carbon storage,Larix principis-rupprechtii
was higher than that of Pinus sylvestris var.Mongolica.For the forest carbon storage,when the stand average breast diameter was less than
19cm,the total carbon storage of Larix principis-rupprechtii plantation was higher than that of Pinus sylvestris plantation,and when the DBH was more than 19cm,the stand carbon storage of Pinus sylvestris var.mongolica was higher than that of Larix principis-rupprechtii.
【期刊名称】《林业资源管理》
【年(卷),期】2016(000)006
【总页数】6页(P44-49)
【关键词】樟子松人工林;华北落叶松人工林;生物量;碳贮量;冀北地区
【作者】许晴;蒋凤玲;许中旗;丁丽;李红倩
【作者单位】河北农业大学林学院,河北保定 071000;河北农业大学林学院,河北保定 071000;河北农业大学林学院,河北保定 071000;河北农业大学林学院,河北保定 071000;河北农业大学林学院,河北保定 071000
【正文语种】中文
【中图分类】S718.5
近年来,全球变暖已经成为人类面临的最重要生态环境问题之一[1]。

根据政府间气候变化委员会(IPCC)的评估报告,全球变暖正在对地球生态系统和社会经济系统产生明显和深远的影响[2]。

越来越多的研究表明,森林能够在调控大气CO2浓度,控制全球变暖方面发挥重要作用[3]。

《京都议定书》规定,不同国家可以利用造林、再造林、森林和农田管理等形成的碳增汇量来抵消本国的温室气体减排指标[4]。

因此,近年来,有关不同类型森林生态系统碳贮量的研究不断涌现,特别是不同类型林分碳贮量的比较研究层出不穷[5-6]。

但是,由于不同的现实林分往往在林分密度等
方面存在明显差异,使得很多不同类型林分碳贮量的比较研究缺乏应有的说服力[7]。

樟子松和华北落叶松是冀北地区常见的造林树种,具有适应性强、造林成活率高及
生长速度快的特性[8],是优良的碳汇造林树种。

本文以冀北山地的华北落叶松与樟
子松林为研究对象,分析比较华北落叶松人工林及樟子松人工林的生物碳贮量,以期
为该地区2种人工林碳汇功能的评价及碳汇造林提供参考。

围场满族蒙古族自治县位于河北省承德市北部,地处内蒙古高原和冀北山地的过渡带,为阴山山脉、大兴安岭山脉的尾部与燕山山脉的结合部,地势西北高东南低。

地
理位置为41°35′～42°40′N,116°32′～118°14′E。

海拔700～1 900m。

县境东西长138km,南北宽118km,总面积9 219km2。

围场属北(寒)温带—中温带、半湿润—半干旱、大陆性季风型、高原—山地气候。

冬长夏短,夏季温暖多雨,冬季气候寒冷干燥。

围场县年平均气温在-0.50～6.00℃之间,年平均最高气温在7.00～13.00℃之间,年平均最低气温在-8～4℃之间；年极端最高气温为39.40℃。

围场
年降水量为300～560mm,降水主要集中在夏季,6—8月降水量占全年降水量的68%～72%,春季雨量较少,仅占全年降水量的12%～15%。

2.1 样地设置及调查
在河北省围场县的塞罕坝机械林场和木兰围场林管局,根据华北落叶松与樟子松人
工林的林分状况,选取有代表性的林分,设置样地共52块,样地面积为
600m2(20m×30m)。

在每个样地内进行每木检尺,测量的内容包括胸径、树高、
冠幅及土壤厚度等。

2.2 林分密度的确定
本研究假设的林分条件为所有林木的生长势接近于优势木,同时林地为树冠完全覆盖。

为了满足林地完全覆盖,同时又使相邻树木树冠的重叠最小(这样林木之间的竞
争较小,林木生长受相邻树木的竞争影响较小),将树冠近似为正六边形,其边长为树木的冠幅(图1)。

由树木冠幅计算得到六边形面积,然后由林地面积除以六边形面积得到林分的株数密度。

首先,由调查样地的优势木的冠幅及胸径得到林木冠幅与胸径的回归方程：
L落=0.1115D-0.1249
L樟=0.0761D+0.5237
式中：L为冠幅；D为胸径。

由冠幅与胸径的回归方程得到樟子松及华北落叶松不同胸径林木的冠幅。

假设林地被树冠完全充满,林木的冠幅形状为正六边形,则林木的树冠面积的计算公式为：
式中：S为树冠面积,L为林木平均冠幅。

然后,由式(4)计算林分密度d：
d=10000/S
式中：d为林分的株数密度；S为树冠面积。

2.3 单株生物量计算
采用贾彦龙[9]及楚聪颖[10]得到的华北落叶松和樟子松的单木生物量模型计算不同胸径林木的单株生物量,如表1所示。

2.4 林分生物量计算
由林分密度和林木单株生物量得到林分生物量：
B林分=B株×d
式中：B林分为林分生物量；B株为单株生物量；d为林分株数密度。

2.5 林分生物碳贮量的计算
樟子松及华北落叶松的碳贮量均按照0.5的碳含量进行计算[11]：
C=B×0.5
式中：C为林分生物碳贮量；B为林分生物量。

3.1 单株生物量
由图2可以看出,随胸径的增加,两树种各器官生物量的差异有逐渐增加的趋势,同时,在胸径相同的情况下,华北落叶松的干、枝及全株生物量都明显大于樟子松,而叶生物量则相反。

以胸径为30cm为例,华北落叶松单株生物量为391.8kg,樟子松单株生物量为271.2kg,前者为后者的1.44倍。

这是因为林木生物量以干生物量所占比例最大,而华北落叶松及樟子松的树干材质有明显差异所致。

华北落叶松木材结构致密,气干密度为534kg/m3[12],而樟子松密度适中,木质硬度中等,气干密度
422kg/m3。

3.2 林分生物量
华北落叶松林与樟子松林生物量如图3所示。

由图3可以看出,当林分平均胸径低于19cm之时,华北落叶松林的生物量高于樟子松林,以胸径为16cm为例,樟子松林的生物量为102.71t,华北落叶松的生物量为113.23t。

当平均胸径大于19cm时,樟子松林的生物量高于华北落叶松林,如当胸径为30cm时,樟子松为194.15t,华北落叶松林为147.63t。

林分生物量主要与林木单株生物量及林分密度密切相关。

在本研究设定的林分条件下,林分的密度与林木的冠幅有关,冠幅越大,林分的密度越小。

樟子松与华北落叶松冠幅与胸径的关系因其生物学特征的差异而有所不同(图4)。

与华北落叶松相比,樟子松冠幅与胸径之间的回归方程的斜率相对较低,表明随胸径的增加，樟子松冠幅的增加幅度低于华北落叶松,因此,当胸径相对较小时(低于19cm),在胸径相同的情况下,樟子松的冠幅相对较大,此时林分的密度相对较小,而樟子松单株的生物量又比华北落叶松的小,因此,华北落叶松林的生物量高于樟子松林。

随着胸径的增加,华北落叶松林的冠幅明显增加,在相同的胸径条件下逐渐超过樟子松,其密度则明显下降,从而导致其林分生物量逐渐低于樟子松林。

3.3 碳贮量
由图5可以看出,与单株生物量相同,在胸径一致的情况下,华北落叶松的单株林木的碳贮量要高于樟子松。

同时,与林分生物量的变化相同,当胸径小于19cm时,华北落叶松的林分碳贮量高于樟子松林(图6),如当胸径为16cm时,樟子松林的碳贮量为51.35t/hm2,华北落叶松碳贮量为56.61t/hm2；当林分平均胸径大于19cm时,樟子松林分的碳贮量要高于华北落叶松林,且在一定范围内,林分胸径越大,樟子松林与落叶松林的碳贮量差距越大。

如胸径为30cm时,樟子松林的生物碳贮量为
97.08t/hm2,而华北落叶松林为73.82t/hm2。

4.1 讨论
1) 营造碳汇林已经成为抑制大气CO2浓度增加的重要措施[4],因此,合理选择碳汇造林树种成为急需解决的重要问题[6]。

目前不同林分碳贮量的研究多以现实林分为主,这些研究难以克服由于具体林分差异所带来的难以比较的问题。

为了解决这个问题,基于林分标准收获表的编制思想[13],本研究对两种林分的最大生物碳贮量进行了比较。

本研究假设,当一个林分满足如下条件时,在相同平均胸径条件下,其生物碳贮量最大，林分中的林木全部为优势木；林地完全为林木的树冠所充满。

首先,优势木位于林冠的上层,受其他相邻树木的影响较小,其生长状态更能反映树种本身的生物学特性,而且,优势木的生长速度及单株生物量也为最高。

其次,当林地完全为林冠所充满时,其对环境资源的利用最为充分,林分生产力与生物量最大,可作为评价相同林分类型生物碳贮量的标准。

耿丽君[11]等对燕山北部山地华北落叶松林生物碳贮量的研究表明,林分郁闭度约为0.7、平均胸径为16.7cm的华北落叶松人工林的地上生物碳贮量为41.58t/hm2,低于本研究相同胸径条件下的最大生物碳贮量(53.89t/hm2),说明该华北落叶松林的生物碳贮量仍有增长的空间,随着郁闭度的升高,其生物碳贮量将会逐渐增加。

马长明等[14]对围场县新丰林场华北落叶松生物量的调查表明,平均胸径为15.9cm的林分地上生物量为73.69t/hm2,低于本研究相同胸径下的112.96t/hm2。

同样说明,该林分低于本研究中的华北落叶松的最大
生物量。

2) 本研究表明,华北落叶松单株碳贮量明显高于相同胸径的樟子松,这主要是由于樟子松木材的材质不同于华北落叶松。

华北落叶松木材更为致密,密度更大。

这表明
在林分蓄积量相同的情况下,华北落叶松林具有更高的碳贮量。

同时,樟子松人工林
与华北落叶松人工林在不同的林分条件下其生物碳贮量表现出不同的相对差异。

在林分平均胸径较小,低于19cm时,华北落叶松的碳贮量高于樟子松林,而大于19cm 时,则相反。

樟子松与华北落叶松的冠幅与胸径都具有明显的直线回归关系,但华北
落叶松的回归直线的斜率明显大于樟子松,因此,胸径相同时,两树种的冠幅具有明显差别,导致其密度发生相应的改变,使得林分的生物碳贮量的发展趋势发生明显变化。

根据最终产量一致原理[15],在林分完全郁闭,且林木竞争关系趋于稳定时,相同年龄且立地条件相似林分的生物量趋向于一致,而与林分密度无关。

因此,本研究结果对
于不同密度的樟子松林及华北落叶松人工林生物碳贮量的估算具有指导意义。

4.2 结论
1) 在胸径相同的情况下,华北落叶松单株林木的干、枝生物量均高于樟子松,而樟子松叶的生物量高于华北落叶松,就整株而言,华北落叶松的生物量高于樟子松。

2) 在林分平均胸径小于19cm时,华北落叶松林的最大地上生物量高于樟子松林,大于19cm时,樟子松林生物量高于华北落叶松林。

3) 华北落叶松单株林木碳贮量高于樟子松；在林分平均胸径小于19cm时,华北落叶松林碳贮量高于樟子松林,大于19cm时,樟子松林碳贮量高于华北落叶松林。

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