红松人工林碳贮量和碳分配的研究

摘要

红松(Pinus koraiensis)为我国东北东部地区地带性顶极群落建群种,但经过历史上长期破坏该树种数量明显减少。为恢复以该树种为主的地带性顶极群落,建国后在东北东部山地营造了大量红松人工林,其中有一部分已和天然侵入的树种形成人工天然混交林。为了解红松人工林生态系统的固碳能力,本研究在长白山北部张广才岭西坡的东北林业大学帽儿山实验林场老山人工林实验站,选择20年和42年生的红松(Pinuskoraiensis)人工纯林、白桦(betula platyphylla)红松人天混交林、蒙古栎(Quercusmongolica)红松人天混交林三种类型试验林分,采用径级标准木法,样方收获法测定林分的叶、枝、干、果和根等器官生物量和碳贮量,同时测定土壤呼吸和碳贮量、凋落物碳贮量和分解速率,并计算碳输入和输出平衡,结果如下:
　　 (1)20年生红松人工纯林总碳贮量为134.10Mg·hm-2,其中生物量碳库占20.82％,土壤碳库占78.75％,凋落物碳库占0.43％;42年生红松人工纯林总碳贮量为323.34Mg·hm-2,其中生物量碳库占25.95％,土壤碳库占73.50％,凋落物碳库占0.55％。20年生白桦红松人天混交林总碳贮量为141.39Mg·hm-2,其中生物量碳库占19.91％,土壤碳库占79.60％,凋落物碳库占0.49％;42年生碳贮量为351.12Mg·hm-2,其中生物量碳库占24.93％,土壤碳库占74.31％,凋落物碳库占0.76％。20年生蒙古栎红松人天混交林碳贮量为193.23Mg·hm-2,其中生物量碳库占17.95％,土壤碳库占81.69％,凋落物碳库占0.36％;42年生碳贮量为377.23Mg·hm-2,其中生物量碳库占25.42％,土壤碳库占73.87％,凋落物碳库占0.71％。三种林分类型总碳贮量相比以蒙古栎红松混交林贮量最多,白桦红松混交林次之,红松纯林最低。在三种红松林生态系统内,土壤碳库、生物量碳库、凋落量碳库的大小排序为:土壤碳库＞生物量碳库＞凋落物碳库。
　　 (2)土壤碳库贮量占红松林贮碳总量的绝大部分,42年林分约占73.5％-74.31％,而20年生林分占的比例更大。红松人工林土壤碳库L层(未分解层)碳库占4.29％,F层(半分解层)碳库占5.56％,H层(腐殖质层)碳库占13.96％,B层(矿质层)碳库占76.19％。土壤中碳含量随土层垂直深度加深而降低,呈指数曲线相关。土壤中的碳贮量与土壤容重、土层深度、碳含量密切相关。
　　 (3)凋落量碳库由凋落的叶、枝、皮、果等碳库组成,其中叶碳库占36.65％,枝碳库占27.31％,皮碳库占10.28％,果碳库占22.64％,粪便占2.74％,虫卵占0.38％。不同林分类型凋落物分解释放碳不同,红松纯林碳释放率43.33％,其中第一年碳释放率为24.25％,第二年为19.08％;白桦红松混交林两年分解失重率为50.19％,其中第一年释放率为30.72％,第二年为19.47％；蒙古栎红松混交林两年碳释放率为52.83％,第一年为32.42％,第二年为20.41％。三种林分相比以蒙古栎红松混交林碳释放率最高,白桦红松混交林次之,红纯林最低。
　　 (4)红松纯林土壤呼吸速率月平均为3.4μmol·m-2·s-1,白桦红松混交林为4.0μmol·m-1s-1,蒙古栎红松林为4.1μmol·m-1·s-1。三种林分类型比较以蒙古栎红松林土壤呼吸速率最高,白桦红松混交林次之,红纯林最低。而且土壤呼吸速率随季节的变化而有规律的变化。三种类型的呼吸速率第一年最大值出现在8月份,第二年出现在6、8两个月,而生长开始的5月份和生长停止的10月份呼吸速率最低。三种林分类型的土壤呼吸速率均与气温、地温、土壤含水量相关密切。充分说明,这些环境因子明显地影响了土壤呼吸速率。
　　 (5)红松人工林生态系统每年生物固碳量(包括生物量现存量和凋落物碳归还量)与该林分类型土壤呼吸量之差为新增碳贮量。红松纯林新增贮存量为1.30Mg·hm-2·a-1,白桦红松混交林为1.54Mg·hm-2·a-1,蒙古栎红松混交林为1.89Mg·hm-1·a-1。与其它研究结果相比,本研究的红松人工林新增碳贮量略低,可能因本研究的红松林年龄偏小所致。