黄淮海平原主要农林复合树种的含碳率研究

樊 星 ，田大伦 ，樊 巍 ，杨海青

（1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2.河南省生态林业工程技术研究中心，河南 郑州 450008）

黄淮海平原主要农林复合树种的含碳率研究

樊 星1，田大伦1，樊 巍2，杨海青2

（1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2.河南省生态林业工程技术研究中心，河南 郑州 450008）

为了准确计量黄淮海平原地区农林复合系统的碳汇功能，指导固碳树种的选择，分析了黄淮海平原20种主要农林复合树种不同器官的含碳率和10种典型树种生物量，计算了平均含碳率和平均加权含碳率。结果表明，各树种器官含碳率在34.19%～49.19%之间，树干的平均含碳率为44.12%，树枝的平均含碳率为45.51%，叶的平均含碳率为45.07%，根系的平均含碳率为39.84%。各树种平均含碳率在40.03%～47.94%之间，枣树平均含碳率最高，为47.94%，柿树最低，为40.03%。全部20种主要农林复合树种的平均含碳率为43.57%，可以作为黄淮海平原地区森林平均含碳率。10种典型树种平均加权含碳率栾树最高，为47.32%，柿树最低，为38.82%，和平均含碳率差距在0.11%～1.73%之间。从树种含碳率来看，栾树、107杨、泡桐、国槐、苦楝、大叶女贞和枣树可作为黄淮海平原农林复合系统优先选择的固碳树种。

农林复合系统；树种；碳汇功能；黄淮海平原；含碳率；加权平均含碳率

含碳率是确定植被碳汇功能的基础数据，由于获取各种植被类型的含碳率比较困难，在过去的区域和国家尺度的森林生态系统碳储量的估算国内外研究者大多采用0.50作为所有森林类型的平均含碳率，也有采用0.45作为平均含碳率的，极少数根据不同树种采用不同含碳量[1-3]。事实上不同植物及同一植物的不同器官中的碳元素含量是有差别的，为了能精确估算某一区域森林碳储量，有必要对该区域各主要森林类型的含碳量分别进行测定和分析[4-6]。同时，由于植物含碳率分配和各部位生物量分配的不均匀，平均含碳率和以各器官生物量所占比例为基础的加权平均含碳率有一定差距，因此,有必要分析两者差异以便于精确计算。

农林复合系统能够实现粮食生产、缓解贫困和环境保护三者的平衡发展, 是解决当前资源枯竭、农林用地矛盾等问题的可持续土地管理模式，通过农林复合可以增加农业林业碳汇[7-8]。有研究表明，农林复合系统如果布局合理, 在未来50 a内, 可以从大气中吸收1.1～2.2 Pg C[8]。但对农林复合系统固碳这一重要的生态服务功能的报道不多,国内的研究则更少。研究方向上树种过于单一，主要集中在杨树等的主要树种，从固碳角度出发的农林复合树种选择问题的研究更少。

黄淮海平原人口密度大，土地面积有限，因此，提高农林复合质量，即在有限的农田面积上固定更多的碳是十分必要的[9]。对黄淮海平原的农林复合树种进行含碳率分析，可以为黄淮海平原制定有利于固碳的农林复合造林模式和固碳政策，也为基于固碳功能的农林复合树种选择提供科学的依据。

1 材料和方法

1.1 研究地区概况

试验地设在处于黄淮海平原心腹的河南省商丘市民权国有林场国家林业局黄淮平原农田防护林生态系统定位研究观测站实验基地，地理坐标为34°31′～ 34°32′N， 115°00′15″～ 115°24′41″E，属暖温带大陆性季风气候，年平均气温14.0℃，年平均降雨量679 mm。区内土壤为黄河冲击形成的潮土类细砂土，质地以沙土和砂壤为主，地下水位2～3 m。

1.2 研究方法

1.2.1 选择样地和标准木

本研究共采集了欧美杨107 Populus×eurameriaana cv’ Neva’、 白 毛 杨 Populus tomentosa Carr、 白 榆 Ulmus pumila L、 大 叶女 贞Ligustrum lucidum Ait、 白 蜡Fraxinus chinensis Roxb.、 苦 楝 Melia azedarach L.、 楸树Catalpabungei C.A.Mey、香椿Toona sinensis.A.Juss.、刺槐Robinia pseudoacaicia L.、旱柳Salix babylonica、 法 桐 Platanus、 栾 树Koelreuteria integrifoliola Merr、国槐Sophora japonica L.、泡桐Paulownia、马褂木Liriodendron chinense(Hemsl)darg.、 石 榴 Punicagranatum L.、 枣 树 Zizyphus jujube Mill、 柿 树 Diospyros kaki Thunb、 杏 树Armeniaca vulgaris Lam.、核桃Juglans regia L.20种黄淮海平原常用农林复合树种。选择8～10 a的林分作为取样对象，每个树种选一块1 000 m2（20 m ×50 m）长方形标准地，每个样地树木保证3行，株数20株，测定树木的胸径、树高、第一活枝高、冠幅，根据所测的胸径和树高算出平均胸高断面积和平均树高，选择相近数值的树作为标准木。按树干、树枝、树叶、树根4部分分别采样。

1.2.2 典型树种生物量测定

采用维量分析法。分为选取平均标准样木、砍伐、分部位切割、分部位称重、分部位取样、送实验室干燥、称重7步。分别选取黄淮海地区最常见农林复合树种白蜡、法桐、栾树、国槐、107杨、毛白杨、白榆和柿树10种平均标准木,然后对样木进行详细的室外-室内测定。按照一般方法进行伐木，现场对树干、树枝、树叶、树根分别称重。之后选取树干中部、基部，枝条上、中、下三部分；树根分大根、中根和细根3种，树叶各取1 kg分别存放。在≤70 ℃的条件下烘干至恒重,计算样品含水率，据样品含水率计算各器官干重，每样品3次重复，最后计算各树种树干、树枝、树叶、树根各组份生物量比例。

1.2.3 各组分含碳率测定

样品的处理：所有采集的样品在粉碎前均放入85℃的恒温箱中烘至恒重。本实验采用3次粉碎法制样，即初次粉碎时每个树种选择取样量比较大，在初次粉碎的基础上按四分法取其中的四分之一进行第二次粉碎，然后依照这种方法进行第三次粉碎，经粉碎的样品过200目筛后装瓶备用。所有粉碎后的样品在分析前，再次放入80 ℃的恒温箱中烘24 h。

各组分含碳率的测算：采用EAC3000NCS/O元素分析仪测定植物样品碳含量。分析精度C≤0.1%，分析速度C≤180 S，测定范围100×10-6～100%。每个样品3次重复，整个测量过程由电脑自动记录测量数据。

1.3 统计分析

采用Excel 2003和SPSS 16.0软件进行分析数据处理分析。

2 结果与分析

2.1 主要农林复合树种各器官含碳率

黄淮海平原20种主要农林复合树种含碳率见表1。各器官含碳率在34.19%～49.19%之间，总体上看，树干、树枝和树叶含碳率差异不显著，根系一般含碳率较低。从树干含碳率来看，枣树干的含碳率最高，为49.19%，法桐含碳率最低，为38.98%；树枝中欧美杨107含碳率最高，为47.50%，核桃的含碳率最低，为42.60%；树叶中枣树含碳率最高，为48.11%，白榆的含碳率最低，为41.12%；树根中枣树含碳率最高，为47.49%，马褂木的含碳率最低，为29.62%。20种主要农林树种干的平均含碳率为44.12%，树枝的平均含碳率为45.51%，树叶的平均含碳率为45.07%，树根的平均含碳率为39.84%。在不同树种同一组分间，树枝的差异系数最小，为2.91%；根系的差异系数最大，为12.38%。

2.2 黄淮海平原20种主要农林复合树种平均含碳率

各农林复合树种平均含碳率在40.03%～47.94%之间，其中枣树平均含碳率最高，为47.94%，柿树平均含碳率最低，为40.03%。平均含碳率前三位的树种分别为枣树、栾树、大叶女贞，平均含碳率后三位的树种分别为柿树、香椿、楸树。栾树各组分间含碳率差异系数最小，为1.01%；马褂木各组分间含碳率差异系数最大，为19.53%。15种用材树种平均含碳率为43.58%，5种经济林类平均含碳率为43.55%，差距不明显。全部20种主要农林复合树种的平均含碳率为43.65%，低于国内外研究者大多采用的0.50或0.45的平均含碳率。

表1 主要农林复合树种含碳率Table 1 Carbon contents of agro-forestry tree species

2.3 常见农林复合树种的加权平均含碳率

选择白蜡、法桐、栾树、国槐、107杨、毛白杨、白榆、泡桐、刺槐和柿树10种黄淮海平原常见农林复合树种，将各部位干重所占比重列于表2，将各树种各部位干重所占比重与各部位含碳率的乘积相加，得出10种树种的加权平均含碳率。

表2 10种常用农林复合树种生物量比重及加权平均含碳率Table 2 Weighted average carbon contents and allocation of biomass to ten agro-forestry tree species

与平均含碳率进行比较加权平均含碳率和平均含碳率差距在0.11%～1.73%，10种树种中有栾树、107杨、毛白杨、白榆、泡桐5种树种加权平均含碳率高于平均含碳率，另外5种低于平均含碳率，高低差异无明显规律。

3 结论和讨论

20种农林复合树种中含碳率差异比较大，含碳率最高的栾树为47.19%，最低的柿树为40.03%；各树种的平均含碳率在40.03%～47.94%之间，20种树种平均含碳率为43.57%，这和国内外研究者大多采用的0.50的平均含碳率差距比较大，大部分树种也低于0.45这个系数。主要原因是农林复合树种大多是速生阔叶树种，所以含碳率低。43.57%可以作为黄淮海平原地区计算森林碳汇时的平均含碳率。树种各器官含碳率在34.19%～49.19%之间，特别是树干、树枝和树叶之间差异不大。

树种平均含碳率和加权含碳率存在差异，在计算碳含量时需要考虑到两种碳含量计算结果的差异，采用合适的计算方法进行计算，当需要精确计算碳含量时，建议采用加权含碳率计算。

结合碳含量综合分析，在黄淮海平原，栾树、107杨、白蜡、泡桐、国槐、苦楝和大叶女贞固碳能力更加突出， 应在进行农林复合经营树种选择时作为固碳树种的选择对象，而经济树种中枣树、核桃和杏树固碳效果更加明显，应在选择种植中考虑到其固碳价值。

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Carbon content of main agro-forestry tree species in the North China Plain

FAN Xing1, TIAN Da-lun1, FAN Wei2, YANG Hai-qing2
(1. School of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2. Ecological Forestry Engineering Technology Research Center, Henan Academy of Forestry, Zhengzhou 450008, Henan, Chain)

∶ In order to accurately measure the carbon sink function of agro-forestry systems in the North China Plain, and guiding the choice of carbon sequestration tree species. The carbon contents of different organs of 20 agro-forestry tree species and the biomass of 10 species were analyzed. The results show that the carbon contents of various organs were between 34.19%～49.19%; the average carbon content of trunks was 44.12%, twigs 45.51%, leaves 45.07% and the roots was 39.84%; the average carbon contents of the species were between 40.03% ～ 47.94%, and that of jujube was the highest (47.94%), that of persimmon was the lowest (40.03%); the average carbon content of all 20 major agro-forestry species was 43.57%, and it may serve as the average carbon concentration of the forests in the North China Plain; the weighted average carbon contents of 10 species were between 38.82%-47.32%, that of Koelreuteria was the highest(47.32%) and that of persimmon was the lowest(38.82%), the gaps between two values and the average carbon content were 0.11%～1.73%; from the view of carbon content, Koelreuteria integrifoliola, Populus×eurameriaana cv’ Neva’, Paulownia, Sophora japonica L., Melia azedarach L., Ligustrum lucidum Ait and Zizyphus jujube Mill can be serve as the option-preferred agro-forestry system for carbon sequestration tree species in the North China Plain.

∶ agro-forestry system; tree species; carbon sink function; the North Chain Plain; carbon content; weighted average of carbon content

S718.55+4.2

A

1673-923X(2014)06-0085-03

2014-01-25

国家“十二五”科技支撑项目（2011BAD38B0205）；国家林业局黄淮海平原农田防护林生态系统定位研究观测站

樊 星（1989-），男，河南郑州人，硕士研究生，主要从事林业生态工程方面的研究

田大伦（1939-），女，湖南长沙人，教授，博导，主要从事森林生态系统定位方面的研究

[本文编校：文凤鸣]