鲁西黄泛平原不同林龄杨树人工林碳储量分布格局及影响因素分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2025.02.010

摘要/Abstract

摘要：

为探明鲁西黄泛平原不同林龄杨树（Populus）人工林生态系统碳储量与环境因子的关系，揭示不同林龄杨树人工林的固碳机制，该研究采用野外踏查和室内分析的方法，对鲁西黄泛平原草地（CK）和4个不同林龄（10、30、40、50 a）杨树人工林的乔木层、草本层、凋落物层、土壤层碳储量分布格局和影响因素进行研究。结果表明：随林龄增长杨树人工林乔木层和凋落物层的生物量占比逐渐上升，草本层的生物量占比逐渐下降，其中乔木层的生物量占总生物量比值最大（93.21%~96.17%），凋落物层次之（3.99%~3.20%），草本层最小（2.84%~0.63%）。杨树人工林碳含量平均值为乔木层50 a最高（420.40 g?kg^-1），草本层10 a最高（365.86 g?kg^-1），凋落物层30 a最高（398.67 g?kg^-1），均显著高于各龄组，土壤层碳含量随林龄增长显著上升。随林龄增长杨树人工林碳储量整体呈增加趋势，由高到低依次为乔木层（975.81 t?hm^-2）、土壤层（275.06 t?hm^-2）、凋落物层（38.01 t?hm^-2）、草本层（19.19 t?hm^-2）；乔木层和土壤层是杨树人工林碳储量的主要组成部分，占总碳储量的95.31%~97.46%。相关性分析和冗余分析表明，影响杨树人工林碳储量的关键因子为树高（H）、土壤有机质（SOM）、胸径（DBH）和林分密度（SD）。研究结果可为鲁西黄泛平原杨树人工林碳汇功能研究及人工林经营管理策略制定提供理论基础和数据支持。

关键词: 杨树人工林, 生物量, 碳储量, 黄泛平原

Abstract:

To reveal the carbon fixation mechanism of poplar plantations with different ages and to investigate the relationship between carbon storage and environmental factors in the Yellow River Floodplain， the distribution patterns and influencing factors of carbon storage in the tree layer， herb layer， litter layer， and soil layer of grassland （CK） and four distinct-aged （10， 30， 40， 50 a） poplar plantations in the Yellow River Floodplain were examined by field surveys and indoor analysis， respectively. The results showed that the proportion of biomass in the herb layer of the poplar plantation decreased gradually， and the proportion of biomass in the tree and litter layers progressively increased with the increase of stand age. The ratio of biomass in the tree layer to total biomass was the highest （93.21% to 96.17%）， followed by the litter layer （3.99% to 3.20%）， and in the herb layer was the lowest（2.84% to 0.63%）. The average carbon content of the poplar plantations was the highest in tree layer of 50-a plantation（420.40 g?kg^-1）， in herb layer of 10-a plantation（365.86 g?kg^-1）， and in litter layer of 30-a plantation（398.67 g?kg^-1） and the average carbon content of soil layer increased significantly with the increase of stand age. The carbon storage of poplar plantation increased with age， and the distribution pattern was tree layer（975.81 t?hm^-2）>soil layer（275.06 t?hm^-2）>litter layer（38.01 t?hm^-2）>herb layer（19.19 t?hm^-2）， the soil layer and tree layer were the main components of carbon storage of poplar plantation， accounted for 95.31% to 97.46% of the total carbon storage. Correlation and redundancy analysis showed that tree height（H）， soil organic matter（SOM）， diameter at breast height（DBH）， and stand density （SD） were the main environmental factors influencing carbon storage in poplar plantations. The results can provide a theoretical basis and data support for the carbon sink function of poplar plantation forests and the management strategy of plantation forests in the Yellow River Floodplain.

Key words: poplar plantations, biomass, carbon storage, Yellow River Floodplain

中图分类号:

S718.55

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林龄 Age/a	土壤容重 Soil bulk density /（g·cm^-3）	土壤含水量 Soil water content /%	田间持水量 Field capacity /（cm³·cm^-3）	土壤孔隙度 Soil porosity /%	pH	电导率 Electrical conductivity /（μs·cm^-1）
CK	1.53±0.02^a	5.14±0.27^a	0.25±0.01^a	47.43±0.60^a	8.40±0.02^a	129.87±25.02^a
10	1.48±0.01^ab	4.16±0.26^b	0.25±0.01^a	47.15±0.92^a	8.35±0.03^a	105.01±9.75^a
30	1.43±0.02^c	4.73±0.30^ab	0.27±0.01^a	47.58±0.61^a	8.04±0.04^c	106.79±14.32^a
40	1.47±0.01^bc	3.37±0.57^c	0.27±0.01^a	48.08±0.39^a	8.21±0.04^b	117.06±10.85^a
50	1.45±0.05^bc	4.93±0.58^ab	0.27±0.02^a	47.93±1.04^a	8.21±0.04^b	103.15±4.58^a
林龄 Age/a	全碳 Total carbon /（g·kg^-1）	全氮 Total nitrogen /（g·kg^-1）	全磷 Total phosphorus /（g·kg^-1）	有机质 Organic matter content /（g·kg^-1）	速效钾 Available potassium /（mg·kg^-1）
CK	2.53±0.17^d	0.39±0.01^a	0.53±0.01^a	4.36±0.29^d	49.73±3.74^a
10	2.12±0.09^e	0.32±0.01^b	0.46±0.00^b	3.59±0.21^e	43.57±1.00^b
30	3.24±0.17^c	0.33±0.01^b	0.46±0.01^b	5.59±0.30^c	40.63±1.86^b
40	3.80±0.14^b	0.37±0.03^a	0.45±0.01^b	7.70±0.08^b	51.10±2.21^a
50	7.14±0.29^a	0.39±0.03^a	0.45±0.01^b	12.31±0.51^a	52.30±2.46^a

林龄 Age/a	样方面积 Plot area/m²	林分密度 Stand density /（株·hm^-2）	胸径 Diameter at breast height/cm	树高 Tree height/m	林下植物 Understory plants
CK	400	—	—	—	芦苇（Phragmites australis），狗尾草（Setaria viridis），鬼针草（Bidens pilosa）等
10	400	916.67±52.04	24.17±0.76	21.33±0.58	芦苇（Phragmites australis），鬼针草（Bidens pilosa），木贼（Equisetum hyemale）等
30	400	450.00±25.00	36.06±1.03	32.67±0.76	芦苇（Phragmites australis），葎草（Humulus scandens），木贼（Equisetum hyemale）等
40	400	391.67±14.43	37.67±0.76	35.09±1.01	芦苇（Phragmites australis），狗尾草（Setaria viridis），葎草（Humulus scandens）等
50	400	341.67±14.43	39.83±1.04	37.83±1.04	芦苇（Phragmites australis），木贼（Equisetum hyemale），葎草（Humulus scandens）等

器官 Organ	生物量方程 Allometric equation	R²
树干 Stem	$W = 0.014 7 (D B H 2 H) 1.025 1$	0.75
树枝 Branch	$W = 0.002 5 (D B H 2 H) 1.106 7$	0.95
树叶 Leaf	$W = 0.008 2 (D B H 2 H) 0.795 1$	0.95
树根 Root	$W = 0.007 5 (D B H 2 H) 0.964 2$	0.95

层次 Layer	组分 Component	CK	碳质量分数 Carbon mass fraction/（g·kg^-1）
层次 Layer	组分 Component	CK	10 a	30 a	40 a	50 a
乔木层 Tree layer	树干Stem	—	466.92±10.91^a	421.41±15.08^bc	407.85±13.71^c	443.71±10.72^ab
	树枝Branch	—	403.15±6.62^b	372.49±2.61^c	435.54±4.06^a	448.44±5.26^a
	树叶Leaf	—	423.46±12.5^b	393.49±7.21^a	435.24±11.12^a	431.22±9.96^a
	树根Root	—	370.77±0.53^c	435.61±0.25^a	382.42±1.37^b	358.23±1.32^d
草本层 Herb layer	草茎Stem	320.48±4.55^c	372.54±8.79^a	367.19±8.17^ab	355.15±6.75^b	333.51±8.91^c
	草叶Leaf	312.42±10.41^b	359.86±6.24^a	348.31±10.6^a	336.69±9.89^b	306.67±19.68^b
	草根Root	324.15±2.00^b	365.64±3.98^a	352.40±7.74^a	328.86±4.31^b	332.24±4.94^b
凋落物层 Litter layer		314.18±6.68^d	333.35±10.78^c	398.67±2.66^a	379.48±5.83^b	385.07±5.63^b

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