皆伐煉山對(duì)華西雨屏區(qū)杉木人工林碳庫的影響

1、皆伐煉山對(duì)華西雨屏區(qū)杉木人工林碳庫的影響馬松莉1，鄒成坤2，蘭立達(dá)3，李德文3（1松潘縣林業(yè)局 松潘 623300）（2旺蒼縣林業(yè)和園林局 旺蒼 628200）（3四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院 成都 610081）摘 要：人工林生態(tài)系統(tǒng)的C儲(chǔ)量是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫之一,皆伐煉山所造成的環(huán)境負(fù)效應(yīng)值得深思。本文以華西雨屏區(qū)28年生杉木人工林為研究對(duì)象，旨在闡明皆伐和煉山對(duì)杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)C庫的影響。結(jié)果如下：（1）皆伐所造成的干材C轉(zhuǎn)移量為85.9（±7.6）t/hm2、（2）煉山所造成的采伐剩余物、林下層植物和凋落物C量損失分別為8.8（±0.3）t/hm2、0.19（±

2、0.02）t/hm2和2.80（±0.08）t/hm2、（3）煉山能顯著降低0-60cm層的土壤有機(jī)碳含量，其C損失量為39.5（±1.0）t/hm2。煉山造成的采伐剩余物、林下層植物、凋落物和土壤有機(jī)質(zhì)燃燒所釋放CO2量為188.1 t/hm2。在全球氣候變化情景下，人工林皆伐煉山所造成的環(huán)境負(fù)效應(yīng)不容忽視。關(guān)鍵詞：碳庫；采伐剩余物；煉山；杉木人工林；華西雨屏區(qū)Effects of clear-cutting and slash burning on carbon stock of Chinese fir plantation in Rainy Area of South

3、west ChinaMa Songli1, Zou Chengkun2, Lan Lida3 and Li Dewen3（1 Song pan Forestry Administration Buera, Song pan 623300, China）(2 Wangchang Forestry and garden Administration Buera, Wangchang 628200, China)(3 Institute of Sichuan Forestry Inventory and Planning, Chengdu 610081, China)Abstract Carbon

4、reserve of artificial forest ecosystem is one of the major carbon stocks of terrestrial ecological system. Negative environmental effects caused by clear-cutting and slash burning were regarded by scientist and public. In this paper, 28-years-old Chinese fir Plantation in rainy area of Southwest Chi

5、na was regarded as the research objective, the main aims was to clarify the effects of clear-cutting and slash burning on carbon stock of Chinese fir plantation. The results are as follows: (1) C transfer amount of wood caused by logging was 85.9 (7.6±) t/hm2, (2) C loss of logging residues, un

6、derstory and litter caused by slash burning were 8.8 (± 0.3) t/hm2, 0.19 (± 0.02) t/hm2 and 2.80 ( 0.08±) t/hm2, respectively, (3) Slash burning can significantly decrease the content of soil organic carbon in 0-60cm layer, the C loss is 39.5 (± 1) t/hm2. The total release of CO2

7、, caused by burning of the understory plants, litter and soil organic matter, is 188.1t/hm2. In the global climate change scenarios, negative environmental effects caused by clear-cutting and slash burning of plantation cannot be ignored.Keywords Carbon stock; Logging residue; Slash burning; Chinese

8、 fir plantation; Rainy Area of Southwest China中國是世界上人工林面積最大的國家，目前人工林面積已達(dá)到0.62×104 hm2，占森林總面積的1/31。杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國亞熱帶地區(qū)特有的用材樹種，栽培歷史悠久2，目前的栽培面積達(dá)835×104hm2。在我國南方人工林林區(qū)，成熟人工林“皆伐-煉山-再造林”這一過程被廣泛應(yīng)用，煉山引起的有關(guān)生態(tài)學(xué)問題已引起了林業(yè)專家的極大關(guān)注3。人工林生態(tài)系統(tǒng)的C儲(chǔ)量是陸地生態(tài)系統(tǒng)主要的碳庫之一，在全球碳循環(huán)中發(fā)揮著重要的作用。皆伐煉山這一人為經(jīng)營活動(dòng)，使采伐

9、剩余物、凋落物及林下植被等大量有機(jī)質(zhì)被燒毀，產(chǎn)生的大量煙會(huì)對(duì)空氣質(zhì)量和溫室效應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響，煉山過程中的高溫，也使土壤有機(jī)質(zhì)揮發(fā)或細(xì)粒塵埃損失4。人工林經(jīng)營過程中的皆伐煉山措施會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量急劇下降5，對(duì)人工林系統(tǒng)土壤碳庫具有重要的影響610。Yang等研究發(fā)現(xiàn)，皆伐火燒后2天表層（010cm）土壤有機(jī)碳（SOC）儲(chǔ)量下降179。方晰等研究表明，煉山后林地的碳儲(chǔ)量比未煉山林地的碳儲(chǔ)量低15.20t·hm-2，相當(dāng)于每公頃損失20.7%的有機(jī)碳量，特別是土壤表層更加明顯11?？傮w而言，煉山過后的土壤有機(jī)C含量減少，尤其是表層土（0-10cm）的有機(jī)碳含量1214。華西雨屏區(qū)為四川

10、盆地西部邊緣獨(dú)特的自然地理區(qū)域。東西寬50-70km，南北長400450km，總面積約2.5萬km2，是中國年平均降雨量最大，日照時(shí)間最短的地區(qū)，是分布于我國比較罕見的氣候地理單元，生物多樣性異常豐富，擁有大量珍稀獨(dú)特的動(dòng)植物。同時(shí)，該區(qū)域的人口密度也相當(dāng)高，認(rèn)為活動(dòng)頻繁，天然植被大面積采伐后營造人工杉木、柳杉、水杉和各種桉樹林。因此，人工林成熟后“皆伐-煉山-再造林”是非常普遍的營林模式之一。但該區(qū)域的杉木人工林成熟后的皆伐煉山對(duì)人工林系統(tǒng)C庫的影響研究鮮有報(bào)道。本義以位于華西雨屏區(qū)的洪雅林場28年生杉木人工林為研究對(duì)象，研究“皆伐煉山”1天后的杉木人工系統(tǒng)C庫動(dòng)態(tài)，以期回答皆伐和煉山對(duì)杉木

11、人工林系統(tǒng)C庫的影響，為華西雨屏區(qū)的林業(yè)經(jīng)營活動(dòng)提供科學(xué)參考。1 材料與方法1.1研究區(qū)域概況洪雅林場隸屬于四川省眉山市洪雅縣，地處四川盆地西南邊緣，邛崍山支脈，峨眉山系大相嶺東北坡的青衣江南岸，其地理坐標(biāo)為102°49103°32E、29°2430°00N，海拔范圍為9003522m，區(qū)域年平氣溫為8.0，年降雨量可達(dá)到2400mm。洪雅林場總面積65921.1hm2，其中天然林面積52673.9hm2，占有林地的80.9，人工林面積12385.0 hm2，占有林地的19.1。區(qū)域內(nèi)土層深厚肥沃，結(jié)構(gòu)疏松，林區(qū)森林植被垂直帶狀分布明顯，低山區(qū)以人工針葉

12、純林為主，主要樹種為柳杉(Cryptomeria japonica)、杉木( Cunninghamia lanceolata)等；中山區(qū)大多數(shù)為針闊天然混交林，主要樹種為峨眉冷杉(Abies fabri)、栲(Castanopsis platyacantha)、石櫟(Lithocarpus hancei)等；高山區(qū)以灌叢為主，主要有杜鵑(Rhododendron simsii)、冷竹(Bas-hania faberi)、箭竹(Fargesia spathacea)等。1.2樣地調(diào)查與采樣本研究以四川省洪雅林場目禪寺工區(qū)的28 a生杉木人工林為研究對(duì)象。2011年9月對(duì)洪雅縣林場目禪寺工區(qū)一塊約

13、10.0hm2的杉木林（103°15.272E、29°41.434N，海拔930960m，東北坡向，坡度15°）進(jìn)行實(shí)地踏查后，隨機(jī)設(shè)置了3個(gè)0.1hm2的樣地進(jìn)行每木檢尺，其樣地編號(hào)為1、2和3。同時(shí)，在每個(gè)樣地的4個(gè)角和對(duì)角線中心點(diǎn)各設(shè)置1個(gè)2m´2m的樣方，采用全收獲法測定林下層植被的生物量和凋落物量，并取樣烘干至恒重后稱重。2012年3月初，在采伐跡地上隨機(jī)設(shè)置了9個(gè)2m´2m的樣方，采用全收集法僅對(duì)采伐剩余物進(jìn)行現(xiàn)場收集，并取樣烘干至恒重后稱重（取樣后的采伐剩余物返回取樣樣方內(nèi)）。1.3土樣采集與制備在煉山前，在采伐跡地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置了9

14、個(gè)土樣固定采集點(diǎn)，每個(gè)土樣采集點(diǎn)按020cm（簡稱土壤表層，下同）、2040cm（簡稱土壤中層，下同）、4060cm（簡稱土壤底層，下同）分層取樣，然后把9個(gè)點(diǎn)的同一層土壤混合均勻作為一個(gè)土樣。待采伐剩余物和土樣取樣完成后，對(duì)采伐跡地實(shí)施了當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的煉山模式進(jìn)行煉山。煉山1天后，在固定土壤采集點(diǎn)采用上述的同樣方法進(jìn)行土壤采樣。土壤樣品采集后帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干備用。另外，在煉山前后對(duì)每個(gè)土樣固定采集點(diǎn)的不同層次用環(huán)刀法測定土壤容重。風(fēng)干后的土樣過20、100目篩，備用。1.4分析方法（1）木材生物量估算利用杉木干材B（生物量，kg）=0.0293(D2H)0.9593估算干材生物量15；其中D為胸徑

15、（cm）、H為樹高（m）。（2）有機(jī)物C含量測定將烘干后的植物樣品進(jìn)行研磨、過篩；稱取0.2g左右放入TOC測定儀測定。（3）土壤有機(jī)碳含量重鉻酸鉀法測定：將一定濃度的重鉻酸加入土樣并加入5ml濃硫酸，在恒溫的油浴鍋中加熱5min左右，取出冷卻，用硫酸亞鐵溶液滴定。1.5統(tǒng)計(jì)分析方法用SPSS11.0軟件進(jìn)行方差分析（One-way ANOVA）。2 結(jié)果與分析2.1干材生物量與C總量經(jīng)過傳統(tǒng)的撫育、衛(wèi)生伐、間伐等營林措施后，28年生杉木人工林的活立木密度為1070（±70）株/hm2、平均胸徑為19.9（±0.2）cm、平均樹高為14.7（±1.5）m、干材生物

16、量為172.0（±15.2）t/hm2，其干材C總量為85.9（±7.6）t/hm2（表1）。因此，在杉木林皆伐過程中，每公頃將有172噸干材生物量和85.9噸C移出杉木林生態(tài)系統(tǒng)，這部分C將以木材形式而轉(zhuǎn)移、保存或其它方式存在。表1 杉木林平均密度、胸徑與樹高以及干材生物量和C總量估算結(jié)果樣地編號(hào)密度（株/hm2）胸徑（cm）樹高（m）干材生物量（t/hm2）C含量(g/g)C總量（t/hm2）1104020.116.4189.60.499294.62102020.114.3163.681.73115019.513.5162.881.3平均值±標(biāo)準(zhǔn)差1070(&

17、#177;70)19.9(±0.4)14.7(±1.5)172.0(±15.2)-85.9(±7.6)2.2采伐剩余物生物量與C總量28年生杉木人工林的采伐剩余物（枝椏、樹梢、葉片以及劈裂物等）為17.1（±0.5）t/hm2、其C總量為8.8（±0.3）t/hm2（表2）。在杉木林皆伐后的煉山過程中，這些采伐剩余物將全部被“焚燒”，植物有機(jī)碳以CO2形式釋放到大氣中，其釋放的CO2量為32.27 t/hm2。表2 杉木林采伐剩余物生物量及其C總量估算結(jié)果樣地編號(hào)采伐剩余物生物量（t/hm2）C含量(g/g)C總量（t/hm2）117

18、.70.51129.0217.08.7316.78.5平均值±標(biāo)準(zhǔn)差17.1(±0.5)-8.8(±0.3)2.3林下層、凋落物生物量與C總量28年生杉木人工林的林下層植物主要有八月竹、柃木、蕨類和禾草類等，其生物量為0.41（±0.04）t/hm2，其C總量為0.19（±0.02）t/hm2；林下凋落物生物量為5.84（±0.18）t/hm2，其C總量為2.80（±0.08）t/hm2（表3）。在華西雨屏區(qū)的傳統(tǒng)皆伐煉山過程中，這些林下層植物和凋落物將被全部焚燒，這些植物有機(jī)碳以CO2形式釋放到大氣中，其釋放的CO2量為1

19、0.96 t/hm2。表3 杉木林下層、凋落物生物量及其C總量估算結(jié)果樣地編號(hào)林下植物生物量（t/hm2）C含量(g/g)C總量（t/hm2）凋落物量（t/hm2）C含量(g/g)C總量（t/hm2）10.410.52370.215.850.47992.8120.450.245.662.7230.370.196.012.88平均值±標(biāo)準(zhǔn)差0.41(±0.04)-0.19(±0.02)5.84(±0.18)-2.80(±0.08)2.4土壤C總量與對(duì)照相比，煉山能顯著減低土壤表層、中層和底層的C儲(chǔ)量（表4）。煉山1天后，土壤表層、中層、底層以及0

20、-60cm層的C儲(chǔ)量分別比對(duì)照降低了45.93%、50.13%、16.01%和38.91%。這一結(jié)果說明，煉山對(duì)土壤0-60cm的有機(jī)碳含量與儲(chǔ)量有顯著的影響，大大降低了土壤有機(jī)碳的含量。表4 煉山后土壤0-60cm層的C總量估算（單位：t/hm2）表層土中層土底層土合計(jì)未煉山處理58.1（±0.9）50.0（±0.9）33.1（±1.2）141.2（±3.0）煉山處理39.8（±1.0）33.3（±0.6）28.5（±0.5）101.7（±2.0）降低量18.3（±0.1）16.7（±0.3）

21、4.6（±0.8）39.5（±1.0）F584.249814.93838.071374.693p0.0000.0000.0040.0002.5系統(tǒng)C損失28年生杉木人工林皆伐煉山后，總的C損失為137.2 t/hm2，其中木材轉(zhuǎn)移C損失占總C損失的62.6%，是人工林系統(tǒng)的主要C損失部分，其次是土壤有機(jī)碳的損失，占總C損失量的28.8%；總C損失最小的部分是林下層植物，僅占總C損失的0.1%（表5）。另外，煉山直接造成的C損失為51.3 t/hm2，占總C損失量的37.4%。如果煉山形成的高溫而造成的采伐剩余物、林下層植物、凋落物和土壤有機(jī)質(zhì)揮發(fā)，則釋放CO2量為188.1

22、 t/hm2。由此可見，人工林皆伐煉山所造成的環(huán)境負(fù)效應(yīng)不容忽視，尤其是目前正處于全球氣候變暖的時(shí)代。表5 皆伐煉山后的杉木人工林系統(tǒng)的C損失（單位：t/hm2）組成干材采伐剩余物林下層植物凋落物土壤合計(jì)C總量85.98.80.22.839.5137.2百分比（%）62.66.40.12.028.81003小結(jié)通過本研究表明，華西雨屏區(qū)28年生杉木人工林皆伐煉山后的C損失結(jié)果如下：（1）皆伐后的干材轉(zhuǎn)移生物量172.0（±15.2）t/hm2，其對(duì)應(yīng)的C損失為85.9（±7.6）t/hm2；（2）采伐剩余物生物量為17.1（±0.5）t/hm2，其對(duì)應(yīng)的C損失為8

23、.8（±0.3）t/hm2；（3）林下層植物的生物量為0.41（±0.04）t/hm2，其對(duì)應(yīng)的C損失為0.19（±0.02）t/hm2；（4）林下凋落物層的生物量為5.84（±0.19）t/hm2，其對(duì)應(yīng)的C損失為2.80（±0.08）t/hm2；（5）土壤有機(jī)碳損失為39.5（±1.0）t/hm2；（6）整個(gè)杉木人工林系統(tǒng)，皆伐煉山后的植物有機(jī)質(zhì)損失量為195.35t/hm2，總的C量損失137.2 t/hm2，其中干材轉(zhuǎn)移和土壤有機(jī)碳損失最大?？傊?，煉山形成的高溫而造成的采伐剩余物、林下層植物、凋落物和土壤有機(jī)質(zhì)燃燒和揮發(fā)，釋放

24、CO2量為188.1 t/hm2。在全球氣候變化（大氣CO2濃度升高、升溫、海平面上升等）情景下，人工林皆伐煉山所造成的環(huán)境負(fù)效應(yīng)不容忽視，值得深思。參考文獻(xiàn)1 周霆，盛偉彤.關(guān)于我國人工林可持續(xù)問題 J. 世界林業(yè)研究, 2008, 21(3): 49-53.2 楊明，汪思龍，張偉東等. 杉木人工林生物量與養(yǎng)分積累動(dòng)態(tài) J. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 21(7): 1674-1680.3 陳雄. 杉木林采伐跡地不煉山造杉木實(shí)驗(yàn)研究 J. 林業(yè)科技, 2011, 22(8): 32-33.4 王清奎,汪思龍,馮宗煒,等. 杉木人工林土壤有機(jī)質(zhì)研究 J. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 15(10

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