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森林植物在全球碳平衡及潜在的碳贮存中所扮演的角色非常重要,是森林与全球的气候变化密切相关的重要有机载体,对于全球气候变化有着重要影响。本研究以不同混交比例的马尾松与阔叶树种混交林做为研究对象,探讨林分组成及结构对于植物生物量、植物碳量及土壤有机碳的影响。本研究将马尾松占其混交林的组成比例分成5个比例段(0-20%、21-40%、41-60%、61-80%和81-100%),设置15块固定样地,系统比较了不同比例马尾松混交林的乔木层、灌木层、草本层(包括少量藓类)、枯落物和粗死木的生物量及碳量,土壤0-30 cm土层碳密度之间的差异。主要研究结果如下:
(1)建立马尾松DBH与各个器官生物量的关系模型。马尾松单株各器官生物量分配基本呈如下趋势:树干>树根>树枝>树叶。马尾松所占比例对乔木层生物量有较大影响,不同混交比例段林分的生物量差异较显著。马尾松占41-60%混交比例的林分生物量均值最大,可达83.17 t·hm-2,占81-100%的林分生物量均值最小,仅有74.26t·hm-2。
(2)5种混交比例段的混交林分植物垂直分布规律均很明显,林下植被随着乔木层阔叶树种的减少,呈现逐渐增加的趋势,可见阔叶树种对林下植被的生物量有较大影响。灌木层的生物量同样也受混交比例的影响,马尾松所占比例为41-60%与60-80%的混交林分灌木层生物量值较大,而马尾松占为0-20%的混交林分灌木层生物量值最小,仅有0.6 t·hm-2左右。草本层的生物量受样地小环境的影响生物量差异较为明显,混交比例在61-80%的样地草本层生物量几乎是马尾松比例为0-20%的样地的2倍。马尾松所占比例段为81-100%的林分枯落物的生物量值最小,仅有3.097 t·hm-2,而其他4个比例段之间枯落物生物量差异较小。9号样地(马尾松所占比例为55%)中出现粗死木质残体,其生物量达1.045 t·hm-2。
(3)建立混交比例与植物各层次碳量的关系模型。马尾松各器官碳含量依次为:根>干>枝>叶。在各层次碳含量中,以乔木层的碳含量为最高,为47.906%;其次是灌木层,为44.343%;草本层的碳含量为最低,仅为43.067%。枯落物碳含量为43.983%,略高于草本层碳含量;粗死木为乔木层树种,故碳含量较高,其碳含量约为44.988%。通过统计分析,拟合林分各层次与碳量的关系曲线显示:灌木层与草本层碳量均出现急速上升后急速下降的态势。马尾松与阔叶树种混交林的混交比例对灌木层、草本层、及枯落物影响极显著。本研究结果表明枞阳大山村的15块样地的所代表的5个混交比例段的植被平均碳贮量依次为39.970 t·hm-2、37.895 t·hm-2、41.980t·hm-2、40.239 t·hm-2、37.320 t·hm-2。
(4)建立混交比例与土壤碳量的关系模型。碳密度随土层深度的增加趋于减少,且碳密度较大值集中于土壤表层0-10 cm的范围内。马尾松所占比例为60%左右的林分土壤有机碳密度值较高,最高可达28.46 kg·m-2,其中0-10 cm土层有机碳密度最高为9.80 kg·m-2,10-20 cm最高为9.59 kg·m-2,20-30 cm最高为9.07 kg·m-2。出现最低值的林分0-30 cm土壤碳密度为14.99 kg·m-2,仅占马尾松所占比例为61.9%的林分土壤碳密度的52.67%。其中,0-10 cm和10-20 cm的土层厚度下碳密度分别为7.88 kg·m-2和7.11kg·m-2。不同马尾松比例段的土壤碳密度大小关系为:41-60%>61-80%>21-40%>81-100%>0-20%。
研究结果说明:41-60%混交林碳贮量相对比较理想,有利于林分更好地固碳。本研究的结果证明,在该种比例下马尾松和其它混交树种能够协调生长,碳汇能力明显高于其他混交比例的林分。