西双版纳地区人工橡胶林生物量, 固碳现状及潜力.
生态学杂志Chinese Journal of Ecology 2010,29(10):1887-1891
西双版纳地区人工橡胶林生物量、固碳现状及潜力*宋清海1,2 张一平1**
(1中国科学院热带森林生态学重点实验室(西双版纳热带植物园),云南勐仑666303;2中国科学院研究生院,
北京100049)
摘 要 选取西双版纳地区橡胶树适宜和次适宜种植区6个年龄段(5二9二14二19二23二26年
生)的橡胶林,对其生长参数进行了实测,利用生物量回归方程得到了橡胶林的生物量和固
碳量,并探讨了橡胶林的固碳潜力三结果表明:西双版纳适宜种植区橡胶林地上净初级生
产力(ANPP)在19年生时达到最大,为(16.22±3.47)t四hm-2四a-1;次适宜种植区橡胶林
ANPP在23年生时达到最大,为(8.65±3.46)t四hm-2四a-1三适宜和次适宜种植区橡胶林
地上总生物量(W A)最大值分别为205.82和139.76t四hm-2三对应的生物量内禀增长率分
别为21%和14%三适宜和次适宜种植区橡胶林碳储量最大值分别达123.49和83.86t C
四hm-2,均明显低于西双版纳热带季节雨林生态系统的总固碳量(311.41±66.46)t C四
hm-2,适宜种植区橡胶林固碳量略高于世界热带森林的平均水平(121t C四hm-2)三截至
2008年,西双版纳橡胶林总固碳量约为16.54×106t C三
关键词 橡胶林;生物量;固碳量;西双版纳
中图分类号 S718 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2010)10-1887-05
Biomass,carbon sequestration and its potential of rubber plantations in Xishuangbanna,
Southwest China.SONG Qing?hai1,2,ZHANG Yi?ping1(1Key Laboratory of Tropical Forest
Ecology,Xishuangbanna Tropical Botanical Garden,Chinese Academy of Sciences,Menglun
666303,Yunnan,China;2Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,
China).Chinese Journal of Ecology,2010,29(10):1887-1891.
Abstract:In order to quantify the potential carbon(C)sink of the rubber plantations in
Xishuangbanna and to understand the implication of the C sink to the regional C budget and fu?
ture forest management,six age classes(5,9,14,19,23,and26years old)rubber plantations
in suitable(low elevation,550-600m)and less suitable(high elevation,950-1050m)plant?
ing regions of Xishuangbanna were selected to estimate their biomass C stocks.In suitable plant?
ing region,19?year?old plantation had the highest aboveground net primary productivity(16.22±
3.47t四hm-2四a-1),while in less suitable planting region,23?year?old plantation had the high?
est one(8.65±3.46t四hm-2四a-1).The maximum total aboveground biomass of the plantations
in suitable and less suitable planting regions was205.82and139.76t四hm-2,and the corre?
sponding intrinsic rate of natural increase of biomass was21%and14%,respectively.The max?
imum total biomass carbon stock of the plantations in suitable and less suitable planting regions
was123.49and83.86t C四hm-2,respectively,being obviously lower than that(311.41±
66.46t C四hm-2)of the local tropical seasonal rain forests.The total biomass carbon stock of
the plantations in suitable planting region was slightly higher than the average value(121t C四
hm-2)of the tropical forests in the world.By2008,the total biomass carbon stock of the rubber
plantations in Xishuangbanna was16.54×106t C.
Key words:Hevea brasiliensis plantation;biomass;carbon sequestration;Xishuangbanna.
*云南省自然科学基金项目(2008CD167)二国家重点基础研究发展计划项目(2010CB833501)和中国科学院知识创新工程重要方向资助项目(KZCX2?YW?Q1?05?04)三
**通讯作者E?mail:yipingzh@https://www.sodocs.net/doc/c518662090.html,
收稿日期:2010?04?24 接受日期:2010?07?28
橡胶树(Hevea brasiliensis)为大戟科植物,原产于南美洲亚马逊河流域热带雨林中三喜高温二高湿二土壤肥沃的环境三栽植5~8年即可割取胶液,实生树的经济寿命为35~40年,芽接树为15~20年,生长寿命约60年三橡胶林人工群落是西双版纳地区一大景观三从20世纪60年代初期开始,由于对天然橡胶的迫切需要,我国在西双版纳地区进行了大规模的橡胶种植三西双版纳地区的气候二土壤二水分条件是我国橡胶林最适宜的造林区,产胶量也高于我国海南岛,在世界范围内也比较高(中国森林编辑委员会,2000)三
近年来,随着山地承包到户和橡胶效益增加,西双版纳人工橡胶林的种植面积迅速增加,每年约增加3.0×104hm2三据西双版纳农业局2008年统计,西双版纳天然橡胶种植面积达24.0×104hm2,占全国种植面积的24%,占云南省种植面积的70%,年产干胶20.0×104t三橡胶林对于维持该区社会经济持续发展和区域生态平衡有着重要作用三
天然橡胶栽培有较强的区域性,橡胶的种植受海拔二气温等环境的条件限制,其中温度是影响橡胶树生长二发育和产胶及其地理分布的主要原因之一三巴西橡胶原产于巴西亚马逊河流域热带丛林三世界85%以上的橡胶集中在赤道南北纬10°以内的东南亚诸国,种植区多在近海低海拔地带,很少超过1000m三西双版纳的热量和水湿条件均不如东南亚诸国,温度随着海拔的上升而下降,云南西部平均温度20℃的海拔上限为750m,根据云南省‘橡胶树栽培技术规程“西双版纳橡胶种植的海拔上限为950m三
中国森林植被的固碳能力一直受到国际社会的高度关注,目前已有不同的作者对中国不同森林植被的生物量二固碳量等进行了估算(Fang et al., 2001;吴庆标等,2008)三部分学者对西双版纳橡胶林的生物量进行了研究(杨景成等,2005;贾开心等,2006),但这些研究都局限于某一林龄下橡胶生物量的研究,难以对不同海拔不同林龄的橡胶林生物量和固碳量进行准确的估测三为此,本研究于2009年3月底对西双版纳不同海拔地区不同年龄段的橡胶林生长参数进行了实测调查,探讨橡胶林生物量组成和分配以及生物量和固碳量随林龄的变化规律,并预测了橡胶林的固碳潜力,为我国参与全球CO2减排的 后京都”谈判提供科学根据三1 研究地区与研究方法
1.1 自然概况
西双版纳(21°08′N 22°36′N,99°56′E 101°50′E)地处大陆东南亚热带北缘,属北热带季风气候,面积约1.915×104km2三全年平均气温为21.5℃,每年最热的5月均温为25.3℃,最冷的1月均温为15.5℃三相对湿度平均为86%三年平均降雨量为1557mm,全年干湿季分明,干季(11月 翌年4月)降水264mm,仅占全年降水量的17%,雨季(5 10月)降水1293mm,占全年降水量的83%三西双版纳与老挝二缅甸接壤,属于横断山系南端无量山和怒山的余脉,境内地势起伏较大,地貌以山原为主,海拔从475~2429m(朱华等,2000)三主要森林植被有热带季节雨林二热带山地雨林和南亚热带季风常绿阔叶林三橡胶林在西双版纳山地的不同海拔梯度上均有种植,其分布上限海拔1200m左右三1.2 研究方法
样地分别设在低二中二高3个海拔梯度的勐仑(550~600m)二曼岗(750~800m)和坝卡(950~ 1050m),本研究将低二中海拔定义为橡胶树适宜种植区,高海拔定义为次适宜种植区三勐仑样地位于中国科学院西双版纳热带植物园的葫芦岛上三曼岗样地位于勐仑正北约4km三坝卡样地位于勐仑西北约10km三3个地点各选5块样地,每块样地面积为400m2(20m×20m)三各样地橡胶树的品种(以RRIM600为主)二坡度(15°~20°)基本一致,土壤为砖红壤三对样地橡胶树编号二标记,进行每木调查,测量每株的胸围二株高三在适宜和次适宜种植区均选择6个年龄段(5二9二14二19二23二26年)三
分别在适宜和次适宜种植区的样地附近选伐样木,每个区域选择7~8株,对样木的干二枝二叶分别称重,取样品于85℃烘干,称重,由干湿比换算得样木干重,分别建立适宜和次适宜种植区的橡胶林的生物量模型(贾开心等,2006)三
2 结果与分析
2.1 生物量模型
研究表明,乔木生物量与其胸径(D)存在着很好的相关关系(Brown&Lugo,1984;Araujo et al., 1999;Chave et al.,2001)三由于对大树树高的估计误差常常高达5~10m,因而在进行生物量估算时树高(H)并不是一个很好的参数(Chave et al.,
8881 生态学杂志 第29卷 第10期
2001)三为避免因树高估测所带来的生物量估算误差,在本研究中,生物量预测方程采用以树木胸径(D)为单变量的非线性幂指数方程(W=aD b),该方程能够较真实的反映树木生物量(W)随D的变化趋势(郑征等,2000;Chave et al.,2001;Zianis& Mencuccin,2004)三橡胶树各器官生物量和地上生物量的幂指数回归模型见表1(贾开心等,2006)三经统计学检验,干二枝二叶和地上生物量回归模型的相关系数均达到极显著水平(P<0.001)三
2.2 适宜和次适宜种植区不同年龄段橡胶林W A二ANPP及地上固碳年增量(C A)
根据适宜和次适宜样地的橡胶林调查数据,由表2所列橡胶树的生物量回归模型直接推算出适宜和次适宜区橡胶林6个年龄段(5二9二14二19二23二26年)W A三不同年龄段和不同种植区之间,橡胶林W A 差距均较大三在其器官分配方面,适宜和次适宜区橡胶树树干所占比例均最高,分别平均为82.76%和67.98%;树叶所占比例均最小,分别平均为6.04%和3.98%三不同种植区,随着橡胶树年龄的增加,W A均显著增加三但增加的幅度有所不同,适
表1 适宜和次适宜种植区橡胶树生物量回归模型Tab.1 Biomass models of rubber plantation in suitable and less suitable growing regions
器官
适宜种植区(SGR)
回归方程相关系数
次适宜种植区(UGR)
回归方程相关系数
干W=0.0388D2.78610.9930***W=0.0345D2.73580.9935枝W=0.0098D2.60870.9836***W=0.0286D2.41620.9847叶W=0.0079D2.24980.9187***W=0.0100D2.24600.9513混合W=0.0524D2.74510.9924***W=0.0001D2.18220.9827数据引自贾开心等,2006三宜种植区从9~19年期间,W A增加幅度较大,10年间1hm2样地内橡胶树W A增加了85t三次适宜种植区,从14~26年期间,W A增加幅度较大,12年间1hm2样地内橡胶树W A增加了56t三
适宜种植区,橡胶林ANPP在树龄为19年生时达到最大,为(16.22±3.47)t四hm-2四a-1;次适宜种植区,ANPP在23年生时达到最大,为(8.65±3.46)t四hm-2四a-1(表2)三本研究中,采用50%为橡胶林净初级生产力推算固碳年增量的转换系数三
C A与ANPP变化规律一致三
2.3 橡胶树生长曲线
利用逻辑斯蒂生长模型拟合得到适宜和非适宜区橡胶林W A随树龄的生长曲线(图1)如下:
W A=205.82
1+13.12exp(-0.21a)
R2=0.93(1) W A=139.76
1+17.83exp(-0.14a)
R2=0.96(2)式(1)二(2)中,205.82与139.76分别为适宜和次适宜种植区橡胶林W A最大值,0.21与0.14分别为适宜和次适宜种植区橡胶林的内禀增长率三
2.4 西双版纳人工橡胶林与其他地区人工林固碳能力比较
从表3可以看出,西双版纳人工橡胶林适宜种植区,树龄为26年生的橡胶林固碳量显著高于我国温带人工林(辽宁东部的5种人工森林类型)固碳量,低于我国亚热带地区的樟树人工林和马尾松与
表2 适宜和次适宜种植区不同年龄段橡胶林W A二ANPP和C A
Tab.2 W A,ANPP and C A of rubber plantation in different ages in suitable and less suitable growing regions
年龄
(a)区域干生物量
(t四hm-2)枝生物量
(t四hm-2)叶生物量
(t四hm-2)地上总生物量
(t四hm-2)地上净初级
生产力
(t四hm-2四a-1)
地上固碳年增量(t C四hm-2四a-1)
5适13.29±1.122.31±0.230.88±0.1216.47±1.443.29±1.411.65±0.71次适5.99±1.832.72±0.950.69±0.269.40±3.041.88±0.820.94±0.41 9适50.58±0.758.09±0.162.59±0.0961.47±0.9612.26±5.116.13±2.56次适16.34±3.116.59±1.521.57±0.4024.50±5.044.64±1.432.32±0.72 14适85.72±11.4413.26±2.013.96±0.78103.37±14.2116.04±5.428.02±2.71次适24.34±2.419.38±1.222.18±0.3335.90±3.954.91±1.992.46±1.00 19适122.17±4.6018.48±0.865.28±0.37146.55±5.7916.22±3.478.11±1.74次适38.97±2.1614.21±1.113.21±0.3056.39±3.577.16±1.223.58±0.61 23适146.40±10.3221.89±1.836.11±0.72175.14±12.8414.60±3.947.30±1.97次适55.71±4.0619.48±1.934.30±0.7279.49±6.498.65±3.464.32±1.73 26适161.48±6.4523.99±1.186.61±0.49192.92±8.0812.66±4.176.33±2.09次适64.27±4.0122.11±1.914.84±0.5091.22±6.416.36±2.093.18±1.059881
宋清海等:西双版纳地区人工橡胶林生物量二固碳现状及潜力
表3 西双版纳人工橡胶林与其他地区人工林固碳能力比较
Tab.3 Comparison of carbon sequestration of rubber plantation in Xishuangbanna and other plantation in other sites
森林类型
地区林龄(年)固碳量(t C四hm -2)
参考文献长白落叶松(Larix lolgensis )辽宁东部4080.18刘大卫等,2008
柞树(Quercus mongolicus )辽宁东部4065.70核桃楸(Juglans mandshurica )辽宁东部4064.18油松(Pinus tabulaeformis )辽宁东部4063.53红松(P.koraiensis )
辽宁东部4061.61杉木林(Cunninghamia lanceolata )江苏南部2763.87阮宏华等,1997樟树林(Cinnamomum camphor )湖南中部18200.44雷丕锋等,2004湿地松(P.elliottii )江西,千烟州19121.94涂洁和刘琪璟,2008桉树林(Eucalyptus spp.)
广东,樟木头636.58李忠伟等,2008马尾松(P.massoniana )和荷木(Schima superba )混交林广东,鼎湖山9~70189.15方运霆等,2003假山毛榉(Nothofagus )新西兰120136.7Davis et al.,2003柚木林(Tectona grandis )巴拿马
20120Margaret et al .,2003橡胶林(Hevea brasiliensis )适宜种植区(海拔<900m)26115.75本研究橡胶林
次适宜种植区(海拔≥900m)
26
54.73
本研究
图1 适宜和次适宜种植区橡胶林地上生物量生长情况Fig.1 Aboveground biomass growth curves of rubber plantation in suitable and less suitable growing regions
荷木混交林固碳量;与同样是热带地区的巴拿马柚木人工林固碳量相当三而橡胶林次适宜种植区,其固碳量则显著低于其他地区的人工林三3 讨 论
大量研究证明,低海拔地区更高的气温以及较长的生长季有利于植物的新陈代谢二细胞生长二光合速率,整个植物的生长也随之增加(Li et al.,1998;Chave et al.,2001),而高海拔上,各种气候因素尤其是温度下降,导致植物生长速度降低(Tanner et al.,1990;Larcher,1995),从而对植物生长二干物质积累等产生负面影响(Chapin et al.,1986)三西双版纳地区,随着海拔的升高,气温可能是橡胶树生物量二净初级生产力等指标产生海拔间差异的主要原因之一三
由于缺少不同海拔地区橡胶树根生物量模型,本研究中只得到了橡胶林地上总生物量三大量研究
表明,乔木树种根生物量约占总生物量的20%(吕晓涛等,2007)三适宜和次适宜种植区,树龄为26年的橡胶林W A 分别为192.92和91.22t四hm -2三因此,如果增加20%的根生物量,适宜和次适宜种植区,26年生的橡胶林总生物量(W T )则分别为
231.50和109.46t四hm -2三
利用逻辑斯蒂生长方程分别得到西双版纳适宜
和次适宜种植区橡胶林W A 最大值分别为205.82
和139.76t四hm -2三如果增加20%的根生物量,适宜和次适宜种植区橡胶林W T 最大值则分别可达
246.98和167.71t四hm -2三因缺乏高林龄的样本数据,所以本曲线有一定的不确定性三本曲线最大值为对应年龄在30~40年,但实际生长寿命大约为60年,因此适宜和次适宜种植区橡胶林W A 最大值
可能被低估三
西双版纳适宜和次适宜种植区橡胶林的生物量内禀增长率分别为21%和14%三表明,即使在空间不受限制二同种其他个体的密度维持在最适水平二并在某一特定的温度二湿度和光照条件组配下,次适宜区橡胶林的生物量最大增长率也明显低于适宜区三
从表2可知,西双版纳适宜和次适宜区不同年龄段橡胶林平均地上固碳量为(4.53±1.44)t C四hm -2四a -1三据西双版纳农业局统计的橡胶种植面积计算得到,2004 2008年西双版纳橡胶林每年增加的地上总碳量分别约为0.47×106二0.61×106二0.74×106二0.88×106和1.0×106t C三如果增加20%的根固碳量,则2004 2008年西双版纳橡胶林
每年增加的总碳量分别约为0.56×106二0.73×106二0981 生态学杂志 第29卷 第10期
0.89×106二1.05×106和1.2×106t C三有研究表明,截至2003年,西双版纳橡胶林总固碳量约为12.11×106t C(Li et al.,2008)三因此,截至2008年,西双版纳橡胶林总固碳量约为16.54×106t C三西双版纳人工橡胶林适宜种植区,处于生长最旺盛时期的橡胶林固碳能力处于人工林的中等水平三
西双版纳热带山地雨林的生物量平均为312.6 t四hm-2三西双版纳热带季节雨林的总生物量为(423.91±109.70)t四hm-2,其中,活体植物生物量占95.3%(吕晓涛等,2007)三而在适宜种植区,树龄为26年的橡胶林总生物量仅为231.50t四hm-2三因此,西双版纳人工橡胶林总生物量显著低于本地区的热带山地雨林和热带季节雨林三
同样,采用50%作为橡胶树生物量推算固碳量的转换系数,将适宜和次适宜种植区橡胶林最大生物量换算成最大固碳量,分别为123.49和83.86t C四hm-2,均显著低于西双版纳热带季节雨林生态系统的总固碳量(311.41±66.46)t C四hm-2三适宜种植区橡胶林固碳量略高于世界热带森林的平均水平(121t C四hm-2)三天然林树种丰富,且树木年龄结构差异较大,因此,今后应细化天然林不同树种不同年龄段的固碳量,使其与人工林橡胶林固碳量对比研究更具可比性三
致谢 本研究野外测定周志华先生给予了大力帮助,在此表示感谢三
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作者简介 宋清海,男,1979年生,博士,助理研究员三主要从事森林生态学研究三E?mail:sqh@https://www.sodocs.net/doc/c518662090.html,
责任编辑 王 伟
1981
宋清海等:西双版纳地区人工橡胶林生物量二固碳现状及潜力