周建輝，王占印，劉國粹，王志超，杜阿朋＊

(1. 寧夏回族自治區(qū)固原市原州區(qū)疊疊溝林場，寧夏 固原 756000；2. 江西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃研究院，江西 南昌 330046；3. 國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022)

雷州半島尾巨桉生長固碳及蒸騰耗水特征

周建輝1，王占印2，劉國粹3，王志超3，杜阿朋3＊

(1. 寧夏回族自治區(qū)固原市原州區(qū)疊疊溝林場，寧夏 固原 756000；2. 江西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃研究院，江西 南昌 330046；3. 國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022)

以2年生尾巨桉為研究對象，對其年內(nèi)生長固碳和蒸騰耗水特征進行了研究。結果表明：2年生尾巨桉年內(nèi)平均生長固碳速率為0.022 kg·d-1，1 a生長固碳量為7.9 kg；2年生尾巨桉單株年內(nèi)平均蒸騰耗水3.67 L·d-1，其林分(株行距 2 m × 3 m) 1 a蒸騰耗水量為221.8 mm。2年生尾巨桉年內(nèi)生長固碳水分利用效率平均為7.04 g·kg-1，變化范圍為2.21 ～ 16.27 g·kg-1，旱季明顯高于雨季。

尾巨桉；固碳；蒸騰耗水；水分利用效率

森林固碳作為溫室氣體控制的重要措施之一，在減少大氣CO2濃度上升、減緩全球溫室效應方面具有不可替代的作用，已經(jīng)成為相關學科的研究熱點[1]。人工林作為新增固碳的重要手段之一，具有收獲木材和固碳雙重功能，其固碳功能被認為是減緩全球氣候變化的一種最有希望的選擇[2-3]，在全球碳循環(huán)中發(fā)揮越來越重要的作用。桉樹(Eucalyptus)是我國華南地區(qū)重要的戰(zhàn)略樹種之一，截至2013年全國種植面積已達450萬hm2，接近全國人工林總面積的6%[4]，年產(chǎn)木材超過2 000萬m3，其碳匯功能不容忽視。但大面積的桉樹人工林種植也使得其對區(qū)域水文循環(huán)及地下水資源安全的影響成為公眾和業(yè)界廣泛爭論和關注的焦點[5]，面對這些問題亟需利用水分利用效率(Water Use Efficiency, WUE)這一指標來客觀評價桉樹耗水與其干物質(zhì)生產(chǎn)之間的關系[6]。

本研究以2年生尾巨桉(E. urophylla × E. grandis)人工林為研究對象，對其年內(nèi)的生長固碳特征及蒸騰耗水特征進行研究，分析其生長固碳水分利用效率年內(nèi)變化規(guī)律，以期為客觀、公正地評價桉樹人工林碳匯功能及桉樹人工林水資源管理提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 試驗地概況

研究地點位于廣東湛江桉樹林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站。該站位于廣東湛江遂溪縣，地理位置為21°16 N，110°05 E，屬北熱帶濕潤大區(qū)雷瓊區(qū)北緣，為海洋性季風氣候，年均溫23.1℃，年相對濕度達80.4%，年均降雨量1 567 mm，主要集中在5—9月(降雨量占全年的85.5%)，年均蒸發(fā)量1 763 mm，無霜期362 d。該地區(qū)地勢平坦，屬臺地及低丘陵緩坡地形，螺崗嶺為最高峰，海拔 220.8 m，山體呈扇狀向東、南、西三面傾斜。試驗林地為平地，面積3 hm2，前茬為托里桉(Corymbia torelliana)林分，2012年 5月造林，造林幼苗均為尾巨桉DH32-29無性系組培苗，株行距為1.5 m × 4 m，初始造林密度為1 666株·hm-2，造林時未施基肥，于3月生、1.5年生時追施桉樹專用肥各1次，用量分別為150 g·株-1和300 g·株-1。2年生時林分基本特征見表1。

表1 尾巨桉人工林地概況

2 研究方法

2.1 尾巨桉生長及碳含量測定

在尾巨桉林地中分別設置20 m × 20 m的樣地9個，進行每木檢尺(調(diào)查頻率為每月1次)。2年生時在各樣地選取2株平均木，共18株平均木，將其伐倒進行樹干解析，樹干胸徑處取圓盤測定出邊材長度，得出胸徑(DBH, cm)與邊材面積(SA, cm2)回歸方程：SA=0.438 2 DBH2? 0.027 DBH + 0.001 8 (R2=0.809 6)，并依此方程計算樣樹邊材面積，進而計算液流通量。另在尾巨桉人工林固定樣地，對樣樹進行每木檢尺，使用胸徑尺對胸徑進行測量，使用雷達測高器(Vertex Ⅳ)對樹高(m)進行測量。

用重鉻酸鉀―水合加熱法測定 85℃下烘干的尾巨桉樣品的含碳率。各部分的含碳率乘以其單位面積單位時間生物量(干物質(zhì)量)增量得出尾巨桉單位時間的生長固碳量。

2.2 尾巨桉蒸騰速率和氣象因子的測定

在尾巨桉人工林的林外空地及林下各放置1個美國CSI-Compell公司生產(chǎn)的CR 3000型自動氣象監(jiān)測系統(tǒng)，連續(xù)觀測2014年1—12月的空氣溫度、濕度、風速、風向、光合有效輻射和降雨量等氣象指標，每10 min自動記錄1次數(shù)據(jù)，時間與熱擴散樹干液流測定儀同步。

在典型樣地內(nèi)選取5株標準木，樹干液流利用熱擴散 SF-21型(2針型)樹干液流測定儀測得，每10 m in自動記錄。單株液流通量為液流密度與邊材面積的乘積[7]。

2.3 尾巨桉生長固碳水分利用效率計算

林木單株水平的水分利用效率是指消耗單位水重所形成干物質(zhì)量[8]。本文是針對尾巨桉固碳量與耗水的研究，以單株單位蒸騰耗水量所形成的單株固碳量表示，即：WUE=單株植物固碳量/單株植物蒸騰量。

3 結果與分析

3.1 尾巨桉單株年內(nèi)生長固碳量的變化

由圖1可知，由于雷州半島降雨量存在明顯的雨季和旱季之分(基本上雨季為4月底至10月，旱季為10月底至翌年4月初)，尾巨桉年內(nèi)生長固碳量的變化也有所差異。旱季中從 10月底至翌年 1月，尾巨桉生長固碳量基本呈增加的趨勢，2月份為氣溫最低月導致尾巨桉生長較1月低，此后隨著氣溫升高和進入雨季降雨量的增加，尾巨桉生長固碳量逐漸增加。本研究中 6—9月尾巨桉生長受到2014年7月的臺風“威馬遜”和9月的臺風“海鷗”影響，導致本應在雨季發(fā)生的生長高峰值降低。

3.2 尾巨桉單株蒸騰耗水季節(jié)動態(tài)

由圖2可知，尾巨桉單株液流通量在全年呈現(xiàn)出低幅度降低—升高—降低的趨勢。1—4月，液流通量較小，波動幅度也較小；5月初至7月底，液流通量增大，液流通量波動較大；8月初到9月中旬，液流通量其峰值達到最大，波動最大；9月下旬到10月底，液流通量變小，波動也變小，11—12月，液流通量有所降低，變化幅度最大。這是氣象因子的季節(jié)變化和植物生長隨季節(jié)的變化影響所致。

3.3 尾巨桉單株生長固碳水分利用效率

由表2可知，尾巨桉單株固碳水分利用效率的年內(nèi)變化趨勢基本呈單峰值曲線，其變化范圍在2.21 ～ 16.27 g·kg-1之間，其最小值出現(xiàn)在雨季結束后的10月，最大值出現(xiàn)在雨季開始后的4月。另外，從平均值來看在旱季尾巨桉生長固碳水分利用效率均值要高于雨季，這可能是由于雷州半島雨季降雨多為暴雨，雖降雨量較大但由于土壤(磚紅壤)粘重，滲入土壤而被尾巨桉吸收利用的水分相對較少導致的。

表2 尾巨桉生長固碳水分利用效率季節(jié)變化

4 結論與討論

2年生尾巨桉年內(nèi)平均生長固碳速率為 0.022 kg·d-1，1 a生長固碳量為7.9 kg；2年生尾巨桉單株年內(nèi)平均蒸騰耗水3.67 L·d-1，其林分(株行距2 m × 3 m) 1 a蒸騰耗水量為221.8 mm。2年生尾巨桉年內(nèi)生長固碳水分利用效率平均為7.04 g·kg-1，變化范圍為2.21 ～ 16.27 g·kg-1，旱季明顯高于雨季。

與其他樹種相比，本研究中2年生尾巨桉的生長固碳水分利用效率高于馬占相思(Acacia mangium) (4.36 g·kg-1)[9]、楊樹(Populus) (2.19 ～ 3.01 g·kg-1)[10]、華北落葉松(Larix principis-rupprechtii) (4.7 g·kg-1)[8]、杉木(Cunninghamia lanceolata) (3.41 g·kg-1)[11]。相比可知，桉樹是較好的速生樹種。

另外，本研究結果與邱權等[12]測定的 6—8月尾巨桉幼苗水分利用效率(2.48 ～ 2.6 g·kg-1)及華雷等[13]測定的 4個桉樹無性系水分利用效率(3.13 ～4.06 g·kg-1)相比均明顯偏高，這主要是由林齡和測定手段差異造成的。

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Grow th, Carbon Sequestration and Transpiration Water Consum ption of Eucalyptus urophylla × E. grandis Plantations on the Leizhou Peninsula

ZHOU Jian-hui1, WANG Zhan-yin2, LIU Guo-cui3, WANG Zhi-chao3, DU A-peng3
(1. Diediegou Forest Farm of Yuanzhou District in Guyuan City, Guyuan 756000, Ningxia, China; 2. Jiangxi Province Forestry Survey Planning Institute, Nanchang 330046, Jiangxi, China; 3. China Eucalypt Research Centre, Zhanjiang 524022, Guangdong, China)

Grow th, carbon sequestration and water consumption of Eucalyptus urophylla × E. grandis plantations were studied over a 2-year period. The results showed that the average rate of carbon sequestration of E. urophylla × E. grandis over two years was 0.022 kg·d-1, the grow th of carbon accumulation in 1-year was 7.9 kg. The average transpiration rate of 2-year-old E. urophylla × E. grandis was 3.67 L·d-1, the transpiration of the stand was 221.8 mm over a 1-year period. Average water use efficiency of two year old E. urophylla × E. grandis for grow th over a 1-year period ranged from 2.21 g·kg-1to 16.27 g·kg-1, and the mean value was 7.04 g·kg-1. The water use efficiency in dry season was significantly higher than that during the wet season.

Eucalyptus urophylla × E. grandis; carbon sequestration; transpiration water consumption; water use efficiency

S718.51+2.3

A

2015-11-20

國家自然科學基金項目(31300383)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項(CAFYBB2014QB024)；廣東湛江桉樹林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站(2015-LYPT-DW-006)

收稿日期：周建輝(1981— )，男，助理工程師，主要從事人工林培育工作

＊通訊作者：杜阿朋(1979— )，副研究員，主要從事桉樹人工林生態(tài)系統(tǒng)定位研究. E-mail:dapzj@163.com