森林是陆地生态系统的主体，也是陆地C库的主要部分，所贮存的有机C占陆地生态系统的76%~98%，而且地球每年约有2/3的生物C固定量来自于森林^[1]。因此，森林生态系统在全球C循环和C平衡以及维护和改善全球生态环境中起着极为重要的作用。人工林是森林的重要组成部分。我国作为全球人工林面积最大的国家，通过造林、再造林和森林管理等活动来增加森林生态系统中的C固定量，进一步提高森林对大气CO₂的平衡能力，减缓CO₂在大气中的积累速度，无疑是极为重要的途径^[2]。自20世纪90年代以来，我国学者已先后对中国主要营林树种马尾松(Pinus massoniana)^[3]、杉木(Cunninghamia lanceolata)^[4]、杨树(Populus L.)^[5]、落叶松(Larix gmelinii)^[6]和桉树(Eucalyptu)^[7]等主要人工林的C汇功能进行较系统研究，为合理评估人工林C汇功能及其生态效益提供了基础数据。

杉木是我国南方最重要的速生丰产林树种之一^[8]。近十多年来，连栽引起林地生产力下降且生态环境恶化，是当前杉木更新的突出问题。秃杉(Taiwania flousiana)树体高大，树姿雄伟，能够适应南方中、低山以及部分丘陵区的气候和土壤，并具有生长快、速生时间长、病虫害少、材质好、单位面积蓄积量及出材量高等优点，已成为解决杉木多代连栽迹地更新的优良树种^[9]。何斌等^[9]研究表明，秃杉林不但生物量和C积累速率快，而且高积累速率时间持续长、衰退迟。由于实际条件的限制，目前秃杉林C积累及其与连栽杉木林对比研究主要为中幼龄林，有关连栽杉木成熟林与秃杉人工林C储量的对比研究尚未见报道。为此，本研究在野外调查和室内化学分析的基础上，对广西南丹县第1代杉木人工林采伐后营造的23年生秃杉林和连栽(第2代)杉木林生态系统C储量及其分配特征进行比较，以揭示秃杉林和连栽杉木林生态系统C汇功能及其差异，为合理评价杉木采伐迹地两种更新方式的生态效益提供依据。

1 研究区自然概况

研究区位于广西西北部的南丹县山口林场山口分场。南丹县(107°1′~107°55′E，24°42~25°37′N)属于中亚热带山地气候，年均气温16.9 ℃，年均降雨量1 498.2 mm，海拔600~1 100 m，主要为低山地貌。土壤母质以砂页岩夹带灰绿色板岩为主，土壤为山地黄壤，土层厚度平均在80 cm以上，腐殖质层厚度约15~23 cm。试验地前茬林分均为杉木人工林，于1992年10月砍伐，经炼山并进行林地清理后挖穴整地，种植穴规格均为0.4 m×0.4 m×0.3 m。1993年3月分别用1年生秃杉(贵州雷山种源)和杉木(广西融水种源)实生苗定植，造林后当年5—6月抚育铲草1次，此后连续2 a于5—6月、9—10月分别进行铲草抚育1次，第4年9月份再全面铲草抚育1次，并分别于第9和第14年进行间伐。

2016年5月调查时，经间伐和林分自疏后的23年生秃杉人工林林相较整齐，郁闭度为0.8，保留密度930株·hm^-2，林分平均树高18.3 m，平均胸径25.2 cm，林下植被主要有华南毛柃(Eurya ciliate)、杜茎山(Maesa japonica)、紫萁(Osmunda japonica)、狗脊(Woodwaordia japonica)、草珊瑚(Sarcandra glabra)和石韦(Pyrrosia lingua)等，覆盖度约70%，凋落物层平均厚度为2.5 cm。23年生杉木人工林林相整齐，郁闭度0.7，保留密度950株·hm^-2，林分平均树高18.9 m，平均胸径20.3 cm，林下植被主要有黄樟(Cinnamomum porrectum)、八角枫(Alangium chinense)、华南毛柃、铁芒箕(Dicranopteris dichotoma)、五节芒(Miscanthus floridulus)、紫萁和竹叶草(Oplismenus compositus)等，凋落物层平均厚度为1.5 cm。

2 研究方法 2.1 林分生物量测定

在对现有秃杉林和连栽杉木林全面踏查的基础上，于2016年5月分别在相互毗邻的秃杉林和连栽杉木林中选择立地条件(包括坡向、坡位、坡度和海拔高度)基本一致的地段，分别设置20 m×20 m标准样地各3个，参照文献[9]测定乔木层叶、枝、皮、干、根以及林下植被各层次生物量。

2.2 样品采集和C含量分析

参照文献[9]采集不同结构层次的植物和不同土层(0~20、20~40、40~60和60~80 cm)土壤样品，采用重铬酸钾氧化—外加热法^[10]分别测定其相应C含量。

2.3 统计与分析

秃杉和连栽杉木林生态系统C储量参照文献[9]进行计算。乔木层C年净固定量由其各器官年平均C储量计算而得，其中叶按其在树枝上生长时间即4 a计算，其他器官均按林龄即23 a计算。利用Excel 2003软件进行常规数据处理，应用SPSS 17.0进行统计分析。

3 结果与分析 3.1 生态系统不同结构层次的C含量

秃杉林和连栽杉木林不同器官C含量基本一致，分别在426.0~503.9 g·kg^-1和464.5~508.9 g·kg^-1之间(表 1)，林木平均C含量分别为481.9、491.1 g·kg^-1。各器官C含量在两树种中排列次序存在一定差异，秃杉为：皮>干>根>枝>叶，杉木为：皮>干>枝>根>叶。秃杉和杉木中除树叶C含量差异显著(P < 0.05)外，其他器官C含量的差异均不显著(P>0.05)。

如表 2所示，秃杉林和连栽杉木林灌木层C含量分别为452.7、456.2 g·kg^-1，草本层C含量分别为408.0、416.3 g·kg^-1。在同一林分垂直结构上，不同结构层次植物C含量均表现为：草本层 < 灌木层 < 乔木层。秃杉林和连栽杉木林凋落物层C含量分别为428.9、468.1 g·kg^-1，分别低于其除树叶外的其他器官。

秃杉林和连栽杉木林不同土层有机C含量均存在明显差异，且均表现出随土层加深而明显下降的趋势，不同土层有机C含量差异显著(P < 0.05)，其中秃杉林0~20 cm和20~40 cm土层有机C含量均高于连栽杉木林，但差异不显著(P>0.05)。而随着土层深度的增加，秃杉林和连栽杉木林相同土层之间的差异减少。由于土壤有机C主要来源于枯枝落叶，受土壤有机物质表聚效应的影响，土壤有机C主要集中于表土层，并随土壤深度增加而下降。

3.2 生态系统C储量及其分配 3.2.1 乔木层C贮量

由表 3可见，23年生秃杉林和连栽杉木林生态系统乔木层C贮量分别为94.07、67.20 t·hm^-2，前者是后者的1.40倍。干作为乔木层生物量的主体，也是乔木层C储量的主要部分，两种林分干C储量分别占乔木层的61.58%和64.78%，其次是枝、根，依次占乔木层C储量的15.17%、14.27%和8.87%、15.15%；叶、皮最小，分别占4.96%、4.02%和3.96%、7.25%。

3.2.2 林下植被层和土壤层C贮量

由表 4可见，23年生秃杉林和连栽杉木林灌木层和草本层C储量分别为2.04、2.35 t·hm^-2，凋落物层C储量分别为3.01、2.13 t·hm^-2。林地土壤(0~80 cm)C储量分别为146.70、141.84 t·hm^-2, 均呈随土层加深而减少的变化趋势, 其中以表土层(0~20 cm)C储量最大, 分别为70.31、67.17 t·hm^-2, 显著高于其他土层, 分别占土壤层C储量的47.93%和47.36%。

3.2.3 生态系统C贮量及其空间分配

由表 5可见，23年生秃杉林和连栽杉木林生态系统C贮量为245.82、213.52 t·hm^-2，前者比后者高15.13%；不同结构层次C贮量的空间分布均为：土壤层>植被层>凋落物层，其中植被层C贮量分别占生态系统C总贮量40.32%和33.57%，地表现存凋落物C贮量分别占1.23%和1.00%，林地土壤层(0~80 cm)C贮量分别占59.68%和66.43%。

3.3 乔木层C年净固定量的估算

如表 6所示，23年生秃杉林和连栽杉木林净生产力分别为10.75、7.14 t·hm^-2·a^-1，C年净固定量分别为5.05、3.47 t·hm^-2·a^-1，折合年净吸收CO₂量分别为18.53、12.73 t·hm^-2·a^-1，其中秃杉林C年净固定量及其年净吸收CO₂量均为连栽杉木林的1.46倍。秃杉林和连栽杉木林不同器官C年净固定量以干(2.52、1.89 t·hm^-2·a^-1)最大，分别占其乔木层C年净固定量的49.90%和54.47%，最小均为皮(0.16、0.21 t·hm^-2·a^-1)，仅分别占3.17%和6.05%

4 讨论与结论

23年生秃杉林和连栽杉木林生态系统C贮量为245.82、213.52 t·hm^-2，均高于福建省顺昌县20年生和30年生马尾松林生态系统C贮量(152.87、183.94 t·hm^-2)^[3]，其中乔木层C贮量分别为94.07、67.20 t·hm^-2，分别占整个生态系统C贮量的38.27%和31.47%，占植被层C贮量(99.13、71.68 t·hm^-2)的94.90%和93.75%，表明两种林分类型植被层C贮量均主要取决于乔木层。两种林分类型乔木层各器官C贮量均以干最高，分别占乔木层的61.58%和64.78%，其次是枝、根，依次占乔木层C储量的15.17%、8.87%和14.27%、15.15%；叶、皮最小，分别占4.96%、3.96%和4.87%、7.25%。秃杉林和连栽杉木林土壤(0~80 cm)有机C储量分别为146.70、141.84 t·hm^-2，均低于我国森林土壤平均C储量和世界土壤平均C储量^[11]，但明显高于江苏南部丘陵地区的27年生杉木林土壤C贮量和40年生次生栎林^[12]，略高于我国热带林土壤平均C储量^[11]，以及福建省顺昌县20年生和30年生马尾松林^[3]。

据报道，与本研究相近区域的广西武宣县中部丘陵区23年生和38年生马尾松人工林乔木层C年净固定量分别为4.10、2.60 t·hm^-2·a^{-1 [13]}; 湖南省23年生和32年生马尾松人工林乔木层C年净固定量分别为2.39、2.27 t·hm^-2·a^{-1 [14]}; 福建省建瓯市20年生和28年生1、2、3代杉木林乔木层C年净固定量分别为5.55、4.68、3.92 t·hm^-2·a^-1和3.58、3.25、2.87 t·hm^-2·a^{-1 [15]}; 中国森林平均C年净固定量为5.54 t·hm^-2·a^{-1 [11]}。本研究中23年生秃杉林和连栽杉木林C年净固定量分别为5.05、3.47 t·hm^-2·a^-1，折合年净吸收CO₂量分别为18.53、12.73 t·hm^-2·a^-1。可见，秃杉林具有较高的C吸存能力。由于23年生秃杉林处于干材快速生长阶段，离其成熟期(一般40 a以上)还有较长时间，而杉木林已处于生长缓慢的成熟林阶段，因此，秃杉林还有较大的C吸存潜力。同时也说明，秃杉作为杉木采伐迹地更新树种，不但具有较高的生物生产力水平，同时对增加森林C吸存能力和提高森林生态服务功能具有重要作用。