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摘要：本研究采用样地清查法估算了江苏省杨树林碳储量积碳密度。结果表明，江苏省杨树林总碳储量为138.128TgC，碳密度为150.389 Mg C?hm-2，其中森林植被、土壤层和凋落物层碳储量分别为18.224 Tg C、118.100 Tg C和1.804 Tg C，碳密度分别为26.761Mg C?hm-2，127.300 Mg C?hm-2和1.258 Mg C?hm-2。幼龄林与中龄林林下灌草层根茎比基本一致，高于成熟林。
关键词：江苏省；杨树林；碳储量；碳密度；灌草层；根茎比
中图分类号：S79 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2012）-05-0139-2
森林生态系统是陆地生态系统的主要组成部分，对全球碳平衡也有着很大的影响。森林生态系统植被碳储量约占全球植被碳库的86%以上，林下土壤碳储量约占全球土壤碳库的73%[1]。
近年来，在不同空间尺度上针对森林生态系统的植被和土壤碳储量、碳密度等进行了大量的研究，多数研究集中在全球尺度、国家尺度或者省市尺度的森林整体碳储量估算研究[2-6]。王磊等人利用江苏省第5次(2005年)森林资源清查主要数据，建立了不同森林类型生物量与蓄积量之间的回归方程，对江苏省森林植被的碳储量和碳密度进行了估算，结果显示全省森林总碳储量约25.166TgC，平均碳密度约为21.2MgC?hm-2[7]。
杨树产业在江苏省发展迅速，各地人工造林面积大幅增加。据2010年最新森林资源清查数据显示，2010年江苏省乔木林地137.603万hm2，其中杨树林面积92.773万hm2，占乔木林面积的67.42%，其中，杨树中龄林面积占72.36%，幼龄林面积占21.4%[8]。本文以江苏省杨树林生态系统为研究对象，估算其乔木层、灌草层、凋落物层和土壤层的碳储量，并分析了不同林龄杨树林下灌草层根茎比的差异，旨在了解江苏省的杨树林碳储量现状，为江苏省和国家尺度的森林生态系统碳汇功能研究提供基础数据。
1 材料与方法
1.1 研究概况
江苏省（116°18′—121°57′W，30°45′—35°20′N）总面积10.26万平方千米。全省各地平均气温介于13℃—16℃，年降水量为724—1210mm，具有明显的季风特征，处于亚热带向暖温带过渡地带。研究所采用的基本数据来源于江苏省森林资源报告（2010）以及江苏省2009年森林资源二类调查，资料中数据包括江苏省各类森林资源面积、树龄组成等数据。
1.2 样地设置及取样
2010年10-11月，分别在江苏省淮安市及宿迁市按幼龄林、中龄林和成熟林设置杨树林50m×20m样地共9块（幼龄、中龄、成熟林各3块）。对于乔木树种，胸高直径（距离树干基部1.3m处的直径）大于或等于5cm（DBH≥5cm）作为起测胸径；对于幼龄林，以DBH≥2cm为起测胸径。
在每个乔木样方中随机设置3个2m×2m灌木样方，在每个灌木样方中设置1个1m×1m草本及凋落物样方，分别测量其中灌木、草本和凋落物的总鲜质量，然后全部带回实验室，所有样品85℃烘干称重。
1.3 研究方法
1.3.1 森林生物量估算 （1）乔木：乔木生物量的估算采用Jenkins等人研究提供的生物量方程[9]。将野外调查所得乔木平均胸径代入各公式，得到单位生物量。根据调查所得植株密度，可以换算出单位面积生物量。
生物量=Exp(-2.2094+2.3867*ln(dbh))
（2）灌木、草本、凋落物：根据收获的灌草、凋落物干/鲜重比估算单位面积生物量。
1.3.2 土壤碳储量估算 土壤碳储量的估算参考揣小伟等对江苏省不同土地利用类型土壤碳密度的研究，其中林地土壤碳密度为127.3t/hm2[10]。
1.3.3 森林碳储量估算 森林生态系统碳储量由乔木层、灌草层、凋落物层和土壤层碳储量共同组成。其中，乔木层含碳率参照田勇燕等人收集提供的我国常见木本植物含碳率中相近树龄的各树种数值（5年生0.4458，10年生0.4489，15年生0.4512）[11]，灌草层及凋落物层含碳率采用目前国际上常用的转换系数50%[6]。
2 结果与分析
2.1 江苏省杨树林碳储量及碳密度
江苏省杨树林总碳储量138.128 Tg C，其中乔木层、灌草层、凋落物层和土壤层碳储量分别为17.933、0.289、1.804和118.100TgC，占总碳量的百分比分别为13%，0.2%，1.3%和85.5%。幼龄林、中龄林和成熟林碳储量分别为27.458，101.293和9.377TgC，占总碳储量的百分比分别为19.9%，73.3%和6.8%。
江苏省杨树林平均碳密度为150.389MgC?hm-2，乔木层、灌草层、凋落物层、土壤层碳密度分别为21.472、0.359、1.258、127.300MgC?hm-2。不同林龄杨树林碳密度由高到低排序为：成熟林（161.975 MgC?hm-2）＞中龄林（150.888 MgC?hm-2）＞幼龄林（138.305 MgC?hm-2）。
2.2 不同林龄杨树林乔木层与灌草层生物量
根据调查结果，分析了杨树林乔木层与灌草层生物量之间的关系。结果显示，在三种林龄类型下两者相关系数很小，最高为中龄林（0.172），最小为幼龄林（0.026）。
2.3 不同林龄杨树林灌草层根茎比
各林龄杨树林中灌草层地上、地下生物量呈现较高的正相关性（0.539＜R2＜0.938）。幼龄林回归系数（根茎比）最高（0.677），根茎比由高到低顺序排列为：幼龄林（0.677）＞中龄林（0.674）＞老龄林（0.259）。
3 分析与讨论
3.1 江苏省杨树林碳储量对全省碳储量的贡献及其分配特征
王磊等人利用江苏省第5次(2005年)森林资源清查主要数据，建立了不同森林类型生物量与蓄积量之间的回归方程，对江苏省森林植被的碳储量和碳密度进行了估算，结果显示全省森林总碳储量约为25.166TgC，平均碳密度约为21.2Mg C?hm-2[7]，此研究只进行了森林生态系统乔木层碳储量和碳密度的估算。本研究估测江苏省杨树林生态系统乔木层总碳储量为17.933TgC，碳密度为21.472MgC?hm-2。杨树林碳储量占全省森林乔木层碳储量的72.3%，但自2005年至2010年江苏省杨树林面积增加了18.653万hm2，因此，杨树林对全省森林碳储量的实际贡献要低于此值。本研究中杨树林乔木层碳密度与王磊等人的全省森林碳密度值基本一致。 3.2 不同林龄杨树林乔木层与灌草层生物量的关系
本研究利用试验地实测材料，直接测得草本层、凋落物层的生物量，并根据此结果分析了不同树种林下灌草层及凋落物层生物量与乔木层生物量之间的关系。结果显示，两者之间并无显著相关性。
影响灌草层生物量的主要因素为林分密度（郁闭度）及人为干扰[12]。已有研究表明，枯落物层和灌草层受人为影响是比较大的[13]。江苏省杨树林灌草层碳储量约占整个生态系统碳储量的0.2%，远低于全国平均水平（3.2%）[14]。这可能是由于江苏省位于东部经济发达地区，且省内杨树林种植已形成产业化经营，人为干扰对杨树林的影响比较严重。减少对森林生态系统的人为干扰，加强对杨树林林下灌草层和枯落物层的保护，对维护气候变化，减缓大气CO2浓度上升等有着重要的意义。
3.3 不同林龄杨树林灌草层地上与地下生物量的分配
本研究从林龄角度分析了杨树林生态系统中灌草层根茎比的变化，结果表明在幼龄林与中龄林中灌草层根茎比基本一致，高于成熟林。
何列艳等研究表明，不同林分密度的杨桦次生林中，林下灌木层及草本层的生物量分配特征有所不同，但均为灌木地上部分生物量大于地下部分生物量，与本研究结果一致[15]。刘福德等研究表明，不同林龄杨树林地土壤养分根际效应在中龄林时达到最低值。土壤有机质、速效氮和速效钾含量随着林龄的增大有先降低后上升的趋势，速效磷不断降低[16]。成熟林林下灌草层相比幼龄林与中龄林，具有更丰富的土壤养分，因此具有更低的根茎比。
参考文献
[1] 刘国华,傅伯杰,方精云.中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献[J].生态学报,2000,20(5):733-740．
[2] 周玉荣,于振良,赵士洞.我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡[J].植物生态学报,2000,24(5):518-522．
[3] 方精云,郭兆迪,朴世龙,陈安平.1981—2000年中国陆地植被碳汇的估算[J].中国科学D辑：地球科学,2007,37(6):804-812．
[4] 徐飞,刘为华,任文玲,仲启铖,张桂莲,王开运.上海城市森林群落结构对固碳能力的影响[J].生态学杂志,2010,29(3):439-447．
[5] 王雪军,黄国胜,孙玉军.近20年辽宁省森林碳储量及其动态变化[J].生态学报,2008,28(10):4757-4764．
[6] 王新闯,齐光,于大炮,周莉,代力民.吉林省森林生态系统的碳储量、碳密度及其分布[J].2011,22(8):2013-2020．
[7] 王磊,丁晶晶,季永华,梁珍海,李荣锦,阮宏华.江苏省森林碳储量动态变化及其经济价值评价[J].南京林业大学学报(自然科学版),2010,34(2):1-5．
[8] 李思刚,蒋婷婷.江苏省森林资源现状与特点分析[J].江苏林业科技,2011,38(5):34-37．
[9] JenkinsJ.C.,ChojnackyD.C.,HeathL.S.,BirdseyR.A.National-Scale Biomass Estimators for United States Tree Species[J].ForestScience,2003,49(1):12-35.
[10] 揣小伟,黄贤金,郑泽庆,张梅,廖启林,赖力,卢俊宇.江苏省土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响[J].资源科学,2011,33(10):1932-1939．
[11] 田勇燕,秦飞,言华,郭伟红,关庆伟.我国常见木本植物的含碳率[J].安徽农业科学,2011,39(26):16166-16169．
[12] Lal R.Forest soils and carbon sequestration[J].Forest Ecology and Management,2005,220:242-258.
[13] 彭少麟，刘强．森林凋落物动态及其对全球变暖的响应[J]．植物生态学报,2002，22(9):1534-1544．
[14] 周玉荣,于振良,赵士洞．我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡[J].植物生态学报,2000,24(5):518-522．
[15] 何列艳.长白山过伐林区杨桦次生林与落叶松人工林林下灌草多样性和生物量研究[D].北京:北京林业大学,2011．
[16] 刘福德,孔令刚,安树青,王华田,姜岳忠,高华林.连作杨树人工林不同生长阶段林地内土壤微生态环境特征[J].水土保持学报,2008,22(2):121-125．
作者简介：赵栋（1986-），男，山东泰安人，南京大学生命科学学院硕士研究生，研究方向：森林碳汇研究。
关键词：江苏省；杨树林；碳储量；碳密度；灌草层；根茎比
中图分类号：S79 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2012）-05-0139-2
森林生态系统是陆地生态系统的主要组成部分，对全球碳平衡也有着很大的影响。森林生态系统植被碳储量约占全球植被碳库的86%以上，林下土壤碳储量约占全球土壤碳库的73%[1]。
近年来，在不同空间尺度上针对森林生态系统的植被和土壤碳储量、碳密度等进行了大量的研究，多数研究集中在全球尺度、国家尺度或者省市尺度的森林整体碳储量估算研究[2-6]。王磊等人利用江苏省第5次(2005年)森林资源清查主要数据，建立了不同森林类型生物量与蓄积量之间的回归方程，对江苏省森林植被的碳储量和碳密度进行了估算，结果显示全省森林总碳储量约25.166TgC，平均碳密度约为21.2MgC?hm-2[7]。
杨树产业在江苏省发展迅速，各地人工造林面积大幅增加。据2010年最新森林资源清查数据显示，2010年江苏省乔木林地137.603万hm2，其中杨树林面积92.773万hm2，占乔木林面积的67.42%，其中，杨树中龄林面积占72.36%，幼龄林面积占21.4%[8]。本文以江苏省杨树林生态系统为研究对象，估算其乔木层、灌草层、凋落物层和土壤层的碳储量，并分析了不同林龄杨树林下灌草层根茎比的差异，旨在了解江苏省的杨树林碳储量现状，为江苏省和国家尺度的森林生态系统碳汇功能研究提供基础数据。
1 材料与方法
1.1 研究概况
江苏省（116°18′—121°57′W，30°45′—35°20′N）总面积10.26万平方千米。全省各地平均气温介于13℃—16℃，年降水量为724—1210mm，具有明显的季风特征，处于亚热带向暖温带过渡地带。研究所采用的基本数据来源于江苏省森林资源报告（2010）以及江苏省2009年森林资源二类调查，资料中数据包括江苏省各类森林资源面积、树龄组成等数据。
1.2 样地设置及取样
2010年10-11月，分别在江苏省淮安市及宿迁市按幼龄林、中龄林和成熟林设置杨树林50m×20m样地共9块（幼龄、中龄、成熟林各3块）。对于乔木树种，胸高直径（距离树干基部1.3m处的直径）大于或等于5cm（DBH≥5cm）作为起测胸径；对于幼龄林，以DBH≥2cm为起测胸径。
在每个乔木样方中随机设置3个2m×2m灌木样方，在每个灌木样方中设置1个1m×1m草本及凋落物样方，分别测量其中灌木、草本和凋落物的总鲜质量，然后全部带回实验室，所有样品85℃烘干称重。
1.3 研究方法
1.3.1 森林生物量估算 （1）乔木：乔木生物量的估算采用Jenkins等人研究提供的生物量方程[9]。将野外调查所得乔木平均胸径代入各公式，得到单位生物量。根据调查所得植株密度，可以换算出单位面积生物量。
生物量=Exp(-2.2094+2.3867*ln(dbh))
（2）灌木、草本、凋落物：根据收获的灌草、凋落物干/鲜重比估算单位面积生物量。
1.3.2 土壤碳储量估算 土壤碳储量的估算参考揣小伟等对江苏省不同土地利用类型土壤碳密度的研究，其中林地土壤碳密度为127.3t/hm2[10]。
1.3.3 森林碳储量估算 森林生态系统碳储量由乔木层、灌草层、凋落物层和土壤层碳储量共同组成。其中，乔木层含碳率参照田勇燕等人收集提供的我国常见木本植物含碳率中相近树龄的各树种数值（5年生0.4458，10年生0.4489，15年生0.4512）[11]，灌草层及凋落物层含碳率采用目前国际上常用的转换系数50%[6]。
2 结果与分析
2.1 江苏省杨树林碳储量及碳密度
江苏省杨树林总碳储量138.128 Tg C，其中乔木层、灌草层、凋落物层和土壤层碳储量分别为17.933、0.289、1.804和118.100TgC，占总碳量的百分比分别为13%，0.2%，1.3%和85.5%。幼龄林、中龄林和成熟林碳储量分别为27.458，101.293和9.377TgC，占总碳储量的百分比分别为19.9%，73.3%和6.8%。
江苏省杨树林平均碳密度为150.389MgC?hm-2，乔木层、灌草层、凋落物层、土壤层碳密度分别为21.472、0.359、1.258、127.300MgC?hm-2。不同林龄杨树林碳密度由高到低排序为：成熟林（161.975 MgC?hm-2）＞中龄林（150.888 MgC?hm-2）＞幼龄林（138.305 MgC?hm-2）。
2.2 不同林龄杨树林乔木层与灌草层生物量
根据调查结果，分析了杨树林乔木层与灌草层生物量之间的关系。结果显示，在三种林龄类型下两者相关系数很小，最高为中龄林（0.172），最小为幼龄林（0.026）。
2.3 不同林龄杨树林灌草层根茎比
各林龄杨树林中灌草层地上、地下生物量呈现较高的正相关性（0.539＜R2＜0.938）。幼龄林回归系数（根茎比）最高（0.677），根茎比由高到低顺序排列为：幼龄林（0.677）＞中龄林（0.674）＞老龄林（0.259）。
3 分析与讨论
3.1 江苏省杨树林碳储量对全省碳储量的贡献及其分配特征
王磊等人利用江苏省第5次(2005年)森林资源清查主要数据，建立了不同森林类型生物量与蓄积量之间的回归方程，对江苏省森林植被的碳储量和碳密度进行了估算，结果显示全省森林总碳储量约为25.166TgC，平均碳密度约为21.2Mg C?hm-2[7]，此研究只进行了森林生态系统乔木层碳储量和碳密度的估算。本研究估测江苏省杨树林生态系统乔木层总碳储量为17.933TgC，碳密度为21.472MgC?hm-2。杨树林碳储量占全省森林乔木层碳储量的72.3%，但自2005年至2010年江苏省杨树林面积增加了18.653万hm2，因此，杨树林对全省森林碳储量的实际贡献要低于此值。本研究中杨树林乔木层碳密度与王磊等人的全省森林碳密度值基本一致。 3.2 不同林龄杨树林乔木层与灌草层生物量的关系
本研究利用试验地实测材料，直接测得草本层、凋落物层的生物量，并根据此结果分析了不同树种林下灌草层及凋落物层生物量与乔木层生物量之间的关系。结果显示，两者之间并无显著相关性。
影响灌草层生物量的主要因素为林分密度（郁闭度）及人为干扰[12]。已有研究表明，枯落物层和灌草层受人为影响是比较大的[13]。江苏省杨树林灌草层碳储量约占整个生态系统碳储量的0.2%，远低于全国平均水平（3.2%）[14]。这可能是由于江苏省位于东部经济发达地区，且省内杨树林种植已形成产业化经营，人为干扰对杨树林的影响比较严重。减少对森林生态系统的人为干扰，加强对杨树林林下灌草层和枯落物层的保护，对维护气候变化，减缓大气CO2浓度上升等有着重要的意义。
3.3 不同林龄杨树林灌草层地上与地下生物量的分配
本研究从林龄角度分析了杨树林生态系统中灌草层根茎比的变化，结果表明在幼龄林与中龄林中灌草层根茎比基本一致，高于成熟林。
何列艳等研究表明，不同林分密度的杨桦次生林中，林下灌木层及草本层的生物量分配特征有所不同，但均为灌木地上部分生物量大于地下部分生物量，与本研究结果一致[15]。刘福德等研究表明，不同林龄杨树林地土壤养分根际效应在中龄林时达到最低值。土壤有机质、速效氮和速效钾含量随着林龄的增大有先降低后上升的趋势，速效磷不断降低[16]。成熟林林下灌草层相比幼龄林与中龄林，具有更丰富的土壤养分，因此具有更低的根茎比。
参考文献
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[7] 王磊,丁晶晶,季永华,梁珍海,李荣锦,阮宏华.江苏省森林碳储量动态变化及其经济价值评价[J].南京林业大学学报(自然科学版),2010,34(2):1-5．
[8] 李思刚,蒋婷婷.江苏省森林资源现状与特点分析[J].江苏林业科技,2011,38(5):34-37．
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[10] 揣小伟,黄贤金,郑泽庆,张梅,廖启林,赖力,卢俊宇.江苏省土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响[J].资源科学,2011,33(10):1932-1939．
[11] 田勇燕,秦飞,言华,郭伟红,关庆伟.我国常见木本植物的含碳率[J].安徽农业科学,2011,39(26):16166-16169．
[12] Lal R.Forest soils and carbon sequestration[J].Forest Ecology and Management,2005,220:242-258.
[13] 彭少麟，刘强．森林凋落物动态及其对全球变暖的响应[J]．植物生态学报,2002，22(9):1534-1544．
[14] 周玉荣,于振良,赵士洞．我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡[J].植物生态学报,2000,24(5):518-522．
[15] 何列艳.长白山过伐林区杨桦次生林与落叶松人工林林下灌草多样性和生物量研究[D].北京:北京林业大学,2011．
[16] 刘福德,孔令刚,安树青,王华田,姜岳忠,高华林.连作杨树人工林不同生长阶段林地内土壤微生态环境特征[J].水土保持学报,2008,22(2):121-125．
作者简介：赵栋（1986-），男，山东泰安人，南京大学生命科学学院硕士研究生，研究方向：森林碳汇研究。