引用本文
冯彩霞, 许峻模, 陈金磊, 等. 不同林龄与营林措施尾巨桉人工林植被层和土壤层的碳储量及其分配特征[J]. 广西科学, 2025, 32(3): 481-493.    DOI: 10.13656/j.cnki.gxkx.20250829.007
FENG C X, XU J M, CHEN J L, et al. Carbon Stocks and Allocation Characteristics in Vegetation and Soil Layers of Eucalyptus urophylla×E.grandis Plantations with Different Stand Ages and Forestry Measures[J]. Guangxi Sciences, 2025, 32(3): 481-493.    DOI: 10.13656/j.cnki.gxkx.20250829.007
不同林龄与营林措施尾巨桉人工林植被层和土壤层的碳储量及其分配特征
冯彩霞1, 许峻模2, 陈金磊2, 周晓果2, 温远光2, 陈秋海2, 孙冬婧2, 陈静文2, 周雪梦2, 梁艳玲1, 高惠2, 庞伟灿3, 罗华龙3, 陈敏佼3, 王磊1     
1. 广西大学林学院, 广西南宁 530004;
2. 广西科学院生态环境研究所, 广西南宁 530007;
3. 广西壮族自治区国有七坡林场, 广西南宁 530225
收稿日期: 2025-06-09; 修回日期: 2025-06-19
*广西自然科学基金项目(2023GXNSFBA026328)，国家自然科学基金项目(32360310)和广西自筹经费林业科技项目(2025GXZCLK23)资助
作者简介: 冯彩霞(1998-)，女，在读硕士研究生，主要从事森林生态学研究，E-mail: 2397476274@qq.com.
通信作者: 王磊(1985-)，男，工程师，主要从事森林生态学和恢复生态学研究，E-mail: 395457176@qq.com.
摘要: 探究不同林龄与营林措施对尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)人工林植被层和土壤层碳储量的影响，可为尾巨桉人工林实现固碳增汇和可持续经营提供实践基础和科学依据。本研究以不同林龄阶段开展机械化营林(Mechanized Forestry Measures，MFM)和传统人工营林(CK)的尾巨桉人工林为研究对象，对比分析同一林龄不同营林措施及同一营林措施不同林龄尾巨桉人工林植被层和土壤层碳储量及其分配特征的变化规律。结果表明，1、2、3、4 a林龄的MFM林分植被层碳储量分别为1.79、17.66、41.51、55.53 t/hm2，CK林分分别为2.49、12.58、34.39、34.91 t/hm2, 随着林龄增加，2、3、4 a林龄的MFM林分的植被层碳储量均显著高于CK林分，分别是CK林分的1.40、1.21、1.59倍。不同林龄及营林措施林分的植被层各组分均以乔木层碳储量占比最高，MFM林分乔木层碳储量为68.7%-96.5%，CK林分为50.2%-98.6%。两种林分乔木层各器官碳储量占比均表现为树干＞树根＞树皮＞树枝＞树叶，且呈现出树干、树皮的碳储量占比随林龄增加而减小，树枝、树叶、树根的碳储量占比随林龄增加而增大的规律。同一林龄不同营林措施在0-40 cm的土壤层碳储量总体表现为MFM林分高于CK林分，其中1 a林龄MFM林分显著高于CK林分，2 a和4 a林龄MFM林分高于CK林分，但两者差异不显著。在碳分配上，不同林龄及营林措施的土壤碳主要集中在0-20 cm土壤层，占比为土壤层碳储量的51.0%-64.9%。综上，MFM对尾巨桉人工林植被层和土壤层固碳能力的提升效果显著，固碳能力更强，且随着林分恢复时间的延长，其正向作用愈加明显。
关键词: 尾巨桉人工林    机械化营林    碳储量    分配特征    不同林龄    
Carbon Stocks and Allocation Characteristics in Vegetation and Soil Layers of Eucalyptus urophylla×E.grandis Plantations with Different Stand Ages and Forestry Measures
FENG Caixia1, XU Junmo2, CHEN Jinlei2, ZHOU Xiaoguo2, WEN Yuanguang2, CHEN Qiuhai2, SUN Dongjing2, CHEN Jingwen2, ZHOU Xuemeng2, LIANG Yanling1, GAO Hui2, PANG Weican3, LUO Hualong3, CHEN Minjiao3, WANG Lei1     
1. School of Forestry, Guangxi University, Nanning, Guangxi, 530004, China;
2. Institute of Eco-Environmental Research, Guangxi Academy of Sciences, Nanning, Guangxi, 530007, China;
3. Guangxi State-owned Qipo Forest Farm, Nanning, Guangxi, 530225, China
Abstract: Investigating the effects of different stand ages and forestry measures on the carbon stocks in the vegetation and soil layers of Eucalyptus urophylla×E.grandis plantations can provide a practical foundation and a scientific basis for achieving carbon sequestration and sustainable management in E.urophylla×E.grandis plantations.Mechanized Forestry Measures(MFM)and conventional forest management (CK) were carried out in E.urophylla×E.grandis plantations of different ages.The patterns of carbon stocks and their allocation in the vegetation and soil layers of E.urophylla×E.grandis plantations of the same age and with different forestry measures as well as of different ages with the same measure were compared.The results showed that the carbon stocks in the vegetation layer of MFM stands at 1, 2, 3, and 4 a were 1.79, 17.66, 41.51, and 55.53 t/hm2, respectively, while that of CK stands were 2.49, 12.58, 34.39, and 34.91 t/hm2, respectively.As stand age increased, the carbon stocks in the vegetation layer of MFM stands at 2, 3, and 4 a were significantly higher than that of CK stands, being 1.40, 1.21, and 1.59 times that of CK stands, respectively.In the stands with different ages and forestry measures, the carbon stock in the tree layer was the highest among all vegetation layer components.The carbon stocks of the tree layer of MFM stands ranged from 68.7% to 96.5%, while that of CK stands ranged from 50.2% to 98.6%.The carbon stock percentages of various organs in the tree layer of both stand types showed a consistent pattern: trunk>roots>bark>branches>leaves.Specifically, the carbon stock percentages of the trunk and bark decreased with the increase in stand age, while those of branches, leaves, and roots increased with the increase in stand age.The carbon stock in the 0-40 cm soil layer at the same stand age was generally higher in the MFM stands than in the CK stands.The carbon stock of the MFM stand at 1 a was significantly higher than that of the CK stand, while the carbon stocks of the MFM stands at 2 a and 4 a were insignificantly higher than those of the CK stands.In terms of carbon allocation in the stands with different ages and forestry measures, , soil carbon was mainly concentrated in the 0-20 cm soil layer, accounting for 51.0%-64.9% of the carbon stock in the soil layer.In summary, MFM significantly enhances the carbon sequestration capacity of the vegetation and soil layers in E.urophylla×E.grandis plantations, strengthening the carbon sequestration capacity.Furthermore, as the stand recovery time increases, the positive effects of MFM become increasingly evident.
Key words: Eucalyptus urophylla×E.grandis plantation    mechanized forestry    carbon stock    allocation characteristics    different stand ages    

工业革命以来，全球气候变暖已成为人类面临的重大挑战。有效吸收与固定大气中的CO2是缓解这一挑战的关键途径之一，并已成为全球战略部署和政府行动的重点[1]。当前全球天然林面积急剧减少，而因人工林具有强大的碳储能力，人工林营造成为森林固碳的主要手段，是增加碳汇最具生态效应、成本最低且最可行有效的措施之一[2]。中国作为全球人工林面积最大且增长最快的国家，将发展人工林视为应对气候变化的重要战略选择。此举不仅能为我国的经济发展争取更大的碳排放空间，而且已成为支撑实现“碳达峰、碳中和”目标的关键举措[3]。研究表明，合理的经营方式不仅能维持森林生态系统碳储库的稳定，而且能使其作为可持续的碳汇长期封存大气中的CO2[4-5]，在缓解全球气候变暖中发挥重要作用。因此，如何通过实施特定的管理策略和优化经营模式，以提高森林生产力、增强碳库稳定性并增加土壤碳输入[6-7]，一直是固碳增汇领域的研究热点。目前，发达国家已基本实现营林机械化。例如，美国苗圃起挖大苗均使用挖树机，日本苗木生产已基本实现机械化作业，拉脱维亚国有林区的皆伐作业已全面实现了机械化[8-9]。随着我国工业化进程加快，机械化营林(Mechanized Forestry Measures，MFM)已应用于林业生产的整地、除草、施肥、采伐等多个环节[10-13]。在此背景下，该技术作为现代林业生产的重要标志，其价值日益凸显。它不仅推动了林业现代化发展、提升了营林生产效率与质量，而且在增强人工林固碳增汇能力方面具有重要潜力。

桉树(Eucalyptus spp.)人工林在我国南方地区广泛种植，因其快速生长特性与高效固碳能力[14]，在维护国家木材安全、供给生物质能源与增强碳汇功能等方面具有多重价值[15-17]，已成为兼具经济与生态功能的重要人工林类型。第九次全国森林资源清查结果显示，桉树人工林种植面积达546.74万hm2，并呈持续增加的趋势[18-19]。随着桉树人工林面积和蓄积量不断增加，其生态系统碳储量也受到广泛关注。然而，广西地区桉树人工林的机械化水平仍较低，机械化造林仅为10%，苗圃生产机械化程度也不足50%[20]，这限制了桉树人工林碳汇潜力的充分释放。传统的人工造林方式存在投入高、产出低、效率低、劳动强度大等弊端[21-22]。加之农村劳动力转移和人口老龄化加剧导致劳动力成本急剧攀升，进一步制约了林业的可持续发展。因此，推进林业机械化以减轻劳动强度、提升生产效率、降低生产成本，已成为现代营林的重要标志和必然趋势。桉树人工林在提升碳汇功能、保障国家木材安全和应对劳动力短缺带来的挑战等方面面临着多重挑战，急需通过发展MFM实现突破。

目前，关于传统营林的研究大多集中于林木产品[23]、林下植物物种多样性[24]、间伐强度[25]等方面，而有关MFM对森林生态系统碳储量(尤其是植被层与土壤层碳库的分配特征)的系统性研究尤为缺乏。为此，结合“双碳”目标背景，本研究以不同林龄阶段开展MFM和传统人工营林的尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)人工林为研究对象，重点评估MFM对尾巨桉人工林植被层和土壤层碳储量的影响及其分配特征，并揭示其潜在的生态学机制，旨在为优化桉树人工林经营管理、提升固碳增汇效能提供科学支撑。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

研究区域位于广西壮族自治区国有七坡林场(22°44′-22°61′N，108°03′-108°12′E)，该地区属于南亚热带大陆性季风气候，年平均气温20-22 ℃，年降水量1 200-1 600 mm，相对湿度为75%-85%，热量丰富，雨量充沛，终年无霜。试验地的地势相对平缓，属于低山丘陵地形，土壤类型为砖红壤性红壤，土层厚度40-80 cm，土壤pH值4.0-4.7[26]。研究区域的森林类型以桉树人工林为主，林下植被中，灌木主要为潺槁木姜子(Litsea glutinosa)、粗叶榕(Ficus hirta)、杜茎山(Maesa japonica)等，草本主要为弓果黍(Cyrtococcum patens)、飞机草(Chromolaena odorata)、芒箕(Dicranopteris pedata)等。

1.2 试验林营造与样方设置

造林品系为尾巨桉无性系(DH32-29)，株行距1.5 m×4.0 m，造林密度为1 667株/hm2。在试验林实行2种营林措施: MFM和作为对照的传统人工营林(CK)。MFM又可分为新造林机械化和现有林机械化作业两大类。新造林机械化作业方式为植苗前沿等高线每隔水平距离4 m开设1条宽3 m的林耕带，将尾巨桉苗木种植在林耕带两侧，每侧种1排尾巨桉。现有林机械化作业方式为在现有尾巨桉人工林内每隔两行开设1条1.8-2.0 m宽的林耕带用于行走营林机械，为后续进行施肥及抚育等作业提供便利。MFM林分采用机械挖种植穴，种植穴规格为45 cm×45 cm×45 cm。CK林分为人工整地、种植和抚育，因研究区土壤石砾含量较多，挖穴需要较多人力，因此，CK林分挖穴规格为40 cm×30 cm×35 cm。所有林分基肥和追肥均为复合肥，复合肥中氮、磷、钾质量比为15∶6∶9，MFM和CK林分施基肥用量均为每穴250 g; 次年3月份起连续追肥5年，用量为每株500 g。营林机械可以满足精准、高效砍除灌草并利于施肥的要求，故MFM林分作业只需在林耕带及施肥区域局部除灌草，其余灌草保留。CK林分则按照常规采取全面砍除灌草的方式。

2023年8月，在MFM和CK两种营林类型林分中选取立地条件、坡位、坡向相近的地段设置调查样地，共8个林分类型，即MFM和CK林分均有林龄为1 a和2 a的新造林与林龄为3 a和4 a的现有林。在每个林分类型随机设置5个20 m×20 m调查样方(即5个重复)，共40个样方。各样地信息详见表 1。

表 1 试验样地概况 Table 1 General situation of test sample plots
林龄/a
Stand age/a		 营林措施
Forestry measure		 造林时间
Afforestation time		 机械化整地时间
Mechanized land prepa-ration time		 恢复时间/months
Restoration time/months
1 CK 2022-10
MFM 2022-10 2022-09 11
2 CK 2022-01
MFM 2022-01 2021-12 20
3 CK 2020-04
MFM 2020-04 2023-03 5
4 CK 2019-12
MFM 2019-12 2022-01 19
Note: restoration time is the time interval between the opening of the forest tillage strip by mechanized forestry and the date of the target sample plot survey.
表选项

1.3 样品采集和分析

植物采样: 将每个400 m2样方细分为4个10 m×10 m的中样方，进行每木调查，测定林木胸径、树高，计算生物量、碳储量。在每个400 m2样方随机设置3个5 m×5 m的小样方，用于调查灌木层、草本层植物特征，记录植物种名、个体数、高度和覆盖度等。

土壤采样: 在每个400 m2样方内沿对角线均匀布置5个采样点，清除地表凋落物，在每个采样点挖掘土壤剖面，按0-20、20-40 cm分层采集土壤样品。去除植物根系及石砾，将同一样方的5个采样点同一土层土壤样品混合均匀，制成一份土壤样品。自然风干后过60目筛，采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机碳含量。同时，在同一样方的5个土壤剖面中随机选择3个，用100 cm3环刀采集0-20、20-40 cm的土壤样品，采用环刀法测定土壤容重。

1.4 乔木层生物量估算

将样方内所测的每株尾巨桉的胸径(D)、树高(H)，代入王磊[27]的桉树生物量估算回归模型，计算尾巨桉的树干、树皮、树枝、树叶、树根生物量(W)，每株尾巨桉的各器官生物量之和即为单木生物量。将各样方内单木生物量求和后换算得到单位面积尾巨桉生物量(t/hm2)。尾巨桉各组分的生物量估算回归模型详见表 2。

表 2 尾巨桉不同组分的生物量回归方程及含碳率 Table 2 Biomass regression equations and carbon content rates for different components of Eucalyptus urophylla×E.grandis
组分
Component		 回归方程
Regression equation		 相关系数
Correlation coefficient		 F值
F value		 含碳率/%
Carbon content rate/%
Trunk W＝0.03040×(D2×H)0.9320 0.968 709.10** 48.02
Bark W＝0.00503×(D2×H)0.8887 0.961 577.04** 43.76
Branch W＝0.00196×(D2×H)0.9836 0.826 102.78** 44.39
Leaf W＝0.000223×(D2×H)1.1627 0.767 68.73** 48.62
Root W＝0.00445×(D2×H)1.0069 0.951 452.86** 44.36
Note: the unit of W is kg; the unit of D is cm; the unit of H is m.** denotes the level of significance, P＜0.01.
表选项

1.5 碳储量计算

乔木层碳储量的计算公式如下:

$ \mathrm{TCS}=\sum\limits_{i=1}^n W_i \cdot C_i \text {, } $

式中，TCS为乔木层碳储量(t/hm2)，Wi为组分i(树干、树皮、树枝、树叶、树根)的生物量(t/hm2)，Ci为对应组分的含碳率(%)。尾巨桉各组分的含碳率取值见表 2。

灌木层、草本层碳储量由其生物量和含碳率(47%)[28]进行换算得到。灌木层碳储量计算公式如下:

$ \mathrm{SCS}=B_{\mathrm{s}} \times 47 \%, $

式中，SCS为灌木层碳储量(t/hm2)，Bs为灌木层的生物量(t/hm2)。

草本层碳储量计算公式如下:

$ \mathrm{HCS}=B_{\mathrm{h}} \times 47 \%, $

式中，HCS为草本层碳储量(t/hm2)，Bh为草本层的生物量(t/hm2)。

植被层碳储量计算按如下公式计算:

$ \mathrm{VCS}=\mathrm{TCS}+\mathrm{SCS}+\mathrm{HCS}, $

式中，VCS为植被层碳储量(t/hm2)。

土壤层碳储量按如下公式计算:

$ \mathrm{SOCS}=\sum\limits_{i}^{n} \mathrm{SOC}_{i} \times D_{i} \times H_{i}, $

式中，SOCS为土壤碳储量(t/hm2)，SOCi为第i土层有机碳含量(g/kg)，Di为第i土层容重(g/cm3)，Hi为第i土层厚度(cm)。

1.6 数据分析

采用Excel 2007软件进行数据整理与分析; 在SPSS 24.0软件中，采用独立样本t检验比较同一林龄两种营林措施各指标的差异显著性，显著性水平设置为P＜0.05;采用单因素方差分析(One-way ANOVA)检验同一营林措施在不同林龄各指标的差异显著性，显著性水平设置为P＜0.05，采用Duncan检验法进行多重比较; 用Origin 2024软件绘图。

2 结果与分析 2.1 不同营林措施对尾巨桉人工林植被层碳储量的影响 2.1.1 乔木层碳储量及其分配特征

由图 1可知，同一林龄的新造林，两种营林措施林分乔木层碳储量在林龄为1 a时差异不显著(P＞0.05);2 a林龄MFM林分乔木层碳储量极显著高于CK林分(P＜0.001)。林龄为3 a的MFM林分乔木层碳储量显著高于CK林分(P＜0.05), 林龄为4 a时，MFM林分则极显著高于CK林分(P < 0.001)。同一营林措施下，MFM和CK林分乔木层碳储量随林龄的增加而显著增大(P＜0.05)，各林龄MFM林分乔木层碳储量存在显著差异(P＜0.05);CK林分乔木层碳储量为3 a和4 a显著高于2 a和1 a(P＜0.05)，2 a显著高于1 a(P＜0.05)，3 a和4 a差异不显著(P＞0.05)。在碳分配上，不同林龄的两种营林措施乔木层各器官碳储量占比总体表现均为树干(MFM林分为67.3%-71.6%，CK林分为67.6%-71.2%)＞树根(MFM林分为13.0%-16.4%，CK林分为12.8%-16.2%)＞树皮(MFM林分为7.2%-8.9%，CK林分为7.3%-8.8%)＞树枝(MFM林分为4.9%-6.0%，CK林分为5.6%-6.0%)＞树叶(MFM林分为1.6%-3.1%，CK林分为1.6%-2.9%)，其呈现出树干、树皮的碳储量占比随林龄增大而减小，树枝、树叶与树根的碳储量占比随林龄增大而增大的规律(表 3)。

Different lowercase letters denote significant (P < 0.05) differences in CK stands at different ages, and different capital letters denote significant (P < 0.05) differences in MFM stands at different ages; *, *** and ns denote the differences between the two measures at the same stand age, and the significance levels of P < 0.05, P < 0.001 and no significance, respectively. 图 1 尾巨桉不同林分乔木层碳储量的比较 Fig. 1 Comparison of carbon stocks in the tree layer of different stands of Eucalyptus urophylla×E.grandis
图选项

表 3 不同林龄和营林措施林分的乔木层各器官碳储量及所占比例 Table 3 Carbon stocks and percentages of each organ in the tree layer of stands with different stand ages and forestry measures
林龄/a
Stand age/a		 营林措施
Forestry measure		 树干
Trunk		 树皮
Bark		 树枝
Branch
碳储量/(t/hm2)
Carbon stock/(t/hm2)		 占比/%
Percentage/%		 碳储量/(t/hm2)
Carbon stock/(t/hm2)		 占比/%
Percentage/%		 碳储量/(t/hm2)
Carbon stock/(t/hm2)		 占比/%
Percentage/%
1 CK 0.89 71.2 0.11 8.8 0.07 5.6
MFM 0.88 71.6 0.11 8.9 0.06 4.9
2 CK 6.66 69.6 0.78 8.2 0.54 5.6
MFM 11.24 69.0 1.28 7.9 0.93 5.7
3 CK 22.95 67.7 2.50 7.4 2.02 6.0
MFM 26.75 67.4 2.88 7.3 2.38 6.0
4 CK 22.28 67.6 2.42 7.3 1.97 6.0
MFM 36.07 67.3 3.87 7.2 3.22 6.0
林龄/a
Stand age/a		 营林措施
Forestry measure		 树叶
Leaf		 树根
Root		 总碳储量/(t/hm2)
Total carbon stock/(t/hm2)
碳储量/(t/hm2)
Carbon stock/(t/hm2)		 占比/%
Percentage/%		 碳储量/(t/hm2)
Carbon stock/(t/hm2)		 占比/%
Percentage/%
1 CK 0.02 1.6 0.16 12.8 1.25
MFM 0.02 1.6 0.16 13.0 1.23
2 CK 0.19 2.0 1.40 14.6 9.57
MFM 0.37 2.3 2.46 15.1 16.28
3 CK 0.97 2.8 5.46 16.1 33.90
MFM 1.21 3.0 6.49 16.3 39.71
4 CK 0.96 2.9 5.32 16.2 32.95
MFM 1.65 3.1 8.79 16.4 53.60
表选项

2.1.2 灌木层碳储量

如图 2所示，同一林龄下的新造林，1 a林龄CK林分的灌木层碳储量显著高于MFM林分(P＜0.05);在林龄为2 a时，两种营林措施灌木层碳储量无显著性差异(P＞0.05)。同一林龄下的现有林，3 a和4 a林龄MFM与CK林分的灌木层碳储量均差异不显著(P＞0.05)。同一营林措施下，1 a和2 a林龄CK林分的灌木层碳储量显著高于3 a和4 a(P＜0.05);各林龄MFM林分的灌木层碳储量差异不显著(P>0.05)。

Different lowercase letters denote significant (P < 0.05) differences in CK stands at different ages, and different capital letters denote significant (P < 0.05) differences in MFM stands at different ages; * and ns denote the differences between the two measures at the same stand age at the significance levels of P < 0.05 and non-significance, respectively. 图 2 尾巨桉不同林分灌木层碳储量 Fig. 2 Carbon stocks in the shrub layer of different stands of Eucalyptus urophylla×E.grandis
图选项

2.1.3 草本层碳储量

从图 3可知，同一林龄下的新造林，CK林分草本层碳储量均显著高于MFM林分(P＜0.05)。同一林龄的现有林中，3 a林龄MFM林分草本层碳储量显著高于CK林分(P＜0.05);林龄为4 a时，两者差异不显著(P＞0.05)。对于同一营林措施，1 a和3 a林龄CK林分的草本层碳储量显著低于2 a和4 a(P＜0.05)，而1 a与3 a间差异不显著(P＞0.05)，2 a和4 a间差异不显著(P＞0.05);MFM林分草本层碳储量呈现随林龄的增大而增加的规律，1 a林龄MFM林分草本层碳储量显著低于2、3、4 a(P＜0.05)，而3 a与4 a间差异不显著(P＞0.05)。

Different lowercase letters denote significant (P < 0.05) differences in CK stands at different ages, and different capital letters denote significant (P < 0.05) differences in MFM stands and different ages; *, **, ***and ns denote the differences between the two measures at the same forest age at the significance levels of P < 0.05, P < 0.01, P < 0.001 and no significance, respectively. 图 3 尾巨桉不同林分草本层碳储量 Fig. 3 Carbon stocks in herbaceous layer of different stands of Eucalyptus urophylla×E.grandis
图选项

2.1.4 植被层碳储量及其分配特征

如图 4所示，同一林龄下的新造林，两种营林措施植被层碳储量在1 a林龄时差异不显著(P＞0.05);2 a林龄MFM林分极其显著高于CK林分(P＜0.001)。同一林龄的现有林中，3 a和4 a林龄MFM林分植被层碳储量均显著高于CK林分(P＜0.05)。同一营林措施下，MFM和CK林分植被层碳储量随着林龄的增加而显著增大(P＜0.05)。3 a和4 a林龄的现有CK林分植被层碳储量显著高于1 a和2 a(P＜0.05)。各林龄MFM林分的植被层碳储量间存在显著差异(P＜0.05)。不同林龄及营林措施的林分植被层碳储量均以乔木层碳储量占比最大，MFM林分乔木层碳储量占比为68.7%-96.5%，CK林分乔木层碳储量占比为50.2%-98.6%;MFM林分灌木层碳储量占比为0.7%-25.1%，CK林分灌木层碳储量占比为1.1%-41.0%;MFM林分草本层碳储量占比为2.8%-6.2%，CK林分草本层碳储量占比为0.3%-17.4%(表 4)。

Different lowercase letters denote significant (P < 0.05) differences in CK stands at different ages, and different capital letters denote significant (P < 0.05) differences in MFM stands at different ages; **, *** and ns denote the differences between the two measures for the same forest age at the significance levels of P < 0.01, P < 0.001 and no significance, respectively. 图 4 尾巨桉不同林分植被层碳储量 Fig. 4 Carbon stocks in the vegetation layer of different stands of Eucalyptus urophylla×E.grandis
图选项

表 4 不同林龄和营林措施林分的植被层各层次碳储量组成 Table 4 Carbon stocks composition of vegetation layers in stands with different stand ages and forestry measures
林龄/a
Stand age/a		 营林措施
Forestry measure		 乔木层
Tree layer		 灌木层
Shrub layer
碳储量/(t/hm2)
Carbon stock/(t/hm2)		 占比/%
Percentage/%		 碳储量/(t/hm2)
Carbon stock/(t/hm2)		 占比/%
Percentage/%
1 CK 1.25 50.2 1.02 41.0
MFM 1.23 68.7 0.45 25.1
2 CK 9.57 76.1 0.82 6.5
MFM 16.28 92.2 0.65 3.7
3 CK 33.90 98.6 0.39 1.1
MFM 39.71 95.7 0.57 1.3
4 CK 32.95 94.4 0.42 1.2
MFM 53.60 96.5 0.37 0.7
林龄/a
Stand age/a		 营林措施
Forestry measure		 草本层
Herb layer		 总碳储量/(t/hm2)
Total carbon stock/(t/hm2)
碳储量/(t/hm2)
Carbon stock/(t/hm2)		 占比/%
Percentage/%
1 CK 0.22 8.8 2.49
MFM 0.11 6.2 1.79
2 CK 2.19 17.4 12.58
MFM 0.73 4.1 17.66
3 CK 0.10 0.3 34.39
MFM 1.26 3.0 41.51
4 CK 1.54 4.4 34.91
MFM 1.56 2.8 55.53
表选项

2.2 不同营林措施对尾巨桉人工林土壤层碳储量的影响 2.2.1 土壤容重

由图 5(a)可知，同一林龄的新造林，1 a林龄MFM林分的0-20 cm土壤容重显著高于CK林分(P＜0.05);2 a林龄两者容重差异不显著(P＞0.05)。同一林龄的现有林，两者的土壤容重在林龄为3 a时差异不显著(P＞0.05);而4 a林龄MFM林分极显著高于CK林分(P＜0.01)。同一营林措施下，CK、MFM林分0-20 cm土壤容重均随着林龄增加而增大。其中，1 a林龄CK林分的0-20 cm土壤容重显著低于其他3个林龄(P＜0.05)，2 a与3 a差异不显著，2 a显著低于4 a(P＜0.05)，3 a与4 a差异不显著(P＞0.05)。1 a林龄MFM林分的0-20 cm土壤容重显著低于其他3个林龄(P＜0.05)，2 a和3 a间差异不显著但都显著低于4 a(P＜0.05)。

Different lowercase letters denote significant (P < 0.05) differences in CK stands at different ages, and different capital letters denote significant (P < 0.05) differences in MFM stands at different ages; *, ** and ns denote the differences between the two measures at the same forest age at the significance levels of P < 0.05, P < 0.01 and no significance, respectively. 图 5 尾巨桉不同林分土壤容重 Fig. 5 Soil bulk density of different stands of Eucalyptus urophylla×E.grandis
图选项

由图 5(b)可知，同一林龄的新造林，MFM和CK林分20-40 cm的土壤容重均无显著性差异(P＞0.05)。同一林龄下的现有林，3 a林龄CK林分的20-40 cm土壤容重极显著高于MFM林分(P＜0.01);而4 a林龄MFM林分显著高于CK林分(P＜0.05)。MFM和CK林分20-40 cm土壤容重均随着林龄增加而增大。1 a林龄CK林分的20-40 cm土壤容重显著低于其他3个林龄(P＜0.05)，2 a与3 a差异不显著，2 a显著低于4 a(P＜0.05)，3 a与4 a差异不显著(P＞0.05)。1 a林龄MFM林分的20-40 cm土壤容重显著低于其他3个林龄(P＜0.05)，2 a与3 a差异不显著(P＞0.05)，两者显著低于4 a(P＜0.05)。

2.2.2 土壤有机碳含量

由图 6(a)可知，同一林龄下的新造林，1 a林龄MFM林分0-20 cm土壤有机碳含量显著高于CK林分(P＜0.05);而2 a林龄CK林分极显著高于MFM林分(P＜0.01)。同一林龄下的现有林，3 a林龄CK林分0-20 cm土壤有机碳含量显著高于MFM林分(P＜0.05);4 a林龄时，两者差异不显著(P＞0.05)。同一营林措施下，CK、MFM林分0-20 cm土壤有机碳含量随着林龄增加而下降。1 a林龄CK林分的0-20 cm土壤有机碳含量显著高于其他3个林龄(P＜0.05)，2 a与3、4 a间差异不显著，而3 a显著高于4 a(P＜0.05)。MFM林分0-20 cm土壤有机碳含量为1 a显著高于其他3个林龄(P＜0.05)，2、3、4 a林龄间差异不显著(P＞0.05)。

Different lowercase letters denote significant (P < 0.05) differences in CK stands at different ages, and different capital letters denote significant (P < 0.05) differences in MFM stands at different ages; *, **, *** and ns denote the differences between the two measures at the same forest age at the significance levels of P < 0.05, P < 0.01, P < 0.001 and no significance. 图 6 尾巨桉不同林分土壤有机碳含量 Fig. 6 Soil organic carbon content in different stands of Eucalyptus urophylla×E.grandis
图选项

如图 6(b)所示，同一林龄下的新造林，1 a林龄MFM和CK林分的20-40 cm土壤有机碳含量差异不显著(P＞0.05)，而2 a林龄MFM林分极其显著高于CK林分(P＜0.001)。同一林龄下的现有林，3 a林龄MFM林分20-40 cm土壤有机碳含量显著高于CK林分(P＜0.05)，林龄为4 a时，两者无显著性差异(P＞0.05)。同一营林措施下，1 a林龄CK林分20-40 cm土壤有机碳含量显著高于其余3个林龄(P＜0.05)，而2 a与3 a差异不显著，且两者均显著低于4 a(P＜0.05)。不同林龄MFM林分20-40 cm土壤有机碳含量间无显著差异(P＞0.05)。

2.2.3 土壤层碳储量及其分配特征

由图 7(a)可知，同一林龄下的新造林，1 a林龄MFM林分0-20 cm土壤碳储量极其显著高于CK林分(P＜0.001)，而2 a林龄CK林分极显著高于MFM林分(P＜0.01)。同一林龄下的现有林，3 a林龄CK林分0-20 cm土壤碳储量极显著高于MFM林分(P＜0.01)，林龄为4 a时两者无显著性差异(P＞0.05)。同一营林措施下，3 a林龄CK林分0-20 cm土壤碳储量最大，显著高于其他3个林龄(P＜0.05)，1、2、4 a三者差异不显著(P＞0.05)。1 a和4 a林龄MFM林分0-20 cm土壤碳储量间差异不显著(P＞0.05)，均显著高于2 a和3 a(P＜0.05)，而后两者无显著性差异(P＞0.05)。

Different lowercase letters denote significant (P < 0.05) differences in CK stands at different ages, and different capital letters denote significant (P < 0.05) differences in MFM stands at different ages; *, **, *** and ns denote the differences between the two measures at the same forest age at the significance levels of P < 0.05, P < 0.01, P < 0.001 and no significance. 图 7 尾巨桉不同林分土壤碳储量 Fig. 7 Soil carbon stocks of different stands of Eucalyptus urophylla×E.grandis
图选项

从图 7(b)可知，同一林龄下的新造林，1 a林龄MFM和CK林分20-40 cm土壤碳储量差异不显著(P＞0.05)，而2 a林龄MFM林分极其显著高于CK林分(P＜0.001)。同一林龄下的现有林，3 a林龄MFM林分20-40 cm土壤碳储量显著高于CK林分(P＜0.05)，在4 a林龄时，两者无显著性差异(P＞0.05)。同一营林措施下，1、4 a林龄CK林分20-40 cm土壤碳储量显著高于2、3 a(P＜0.05)，而1 a与4 a间差异不显著(P＞0.05)，2 a与3 a间无显著差异(P＞0.05)。MFM林分20-40 cm土壤碳储量各林龄间无显著差异(P＞0.05)。

如图 8所示，1 a和2 a林龄的新造林MFM林分0-40 cm土壤碳储量均高于CK林分，其中1 a林龄时MFM林分显著高于CK林分(P＜0.05)，现有林中MFM与CK林分土壤碳储量均无显著性差异(P＞0.05)。同一营林措施下，2 a林龄CK林分0-40 cm土壤碳储量最小，且显著低于其他3个林龄(P＜0.05)，而1、3、4 a三者间差异不显著(P＞0.05)。1、4 a林龄MFM林分0-40 cm土壤层碳储量均显著高于2、3 a(P＜0.05)。从碳分配来看，在不同林龄和营林措施下，0-20 cm土壤是碳储量的主要分布层，MFM林分的土壤碳储量占比为土壤总碳储量的51.0%-61.2%，CK林分为54.3%-64.9%(表 5)。

Different lowercase letters denote significant (P < 0.05) differences in CK stands at different ages, and different capital letters denote significant (P < 0.05) differences in MFM stands at different ages; * and ns denote the differences between the two measures at the same stand age at the significance levels of P < 0.05 and no significance, respectively. 图 8 尾巨桉不同林分0-40 cm土壤碳储量 Fig. 8 Soil carbon stocks in 0-40 cm of different stands of Eucalyptus urophylla×E.grandis
图选项

表 5 不同林龄和营林措施林分的各层次土壤碳储量的组成 Table 5 Carbon stocks composition in soil layers of stands with different stand ages and forestry measures
林龄/a
Stand age/a		 营林措施
Forestry measure		 0-20 cm 20-40 cm 总碳储量/(t/hm2)
Total carbon stock/(t/hm2)
碳储量/(t/hm2)
Carbon stock/(t/hm2)		 占比/%
Percentage/%		 碳储量/(t/hm2)
Carbon stock/(t/hm2)		 占比/%
Percentage/%
1 CK 54.58 55.7 43.34 44.3 97.92
MFM 65.80 61.2 41.67 38.8 107.47
2 CK 55.77 64.8 30.36 35.2 86.13
MFM 48.35 51.0 46.39 49.0 94.74
3 CK 63.31 64.9 34.27 35.1 97.58
MFM 51.73 54.7 42.81 45.3 94.54
4 CK 55.98 54.3 47.10 45.7 103.08
MFM 60.77 55.5 48.71 44.5 109.48
表选项

3 讨论 3.1 不同营林措施对植被层碳储量的影响

从整体来看，本研究中MFM林分的乔木层碳储量显著高于CK林分，这与黄小丹[21]得到的机械造林林分的一年生杉木生物量是传统人工造林林分的2.55倍，且两者间差异极显著的研究结果相似。本研究中，林龄为2、3、4 a的MFM林分乔木层碳储量为CK林分的1.70、1.17和1.63倍，表明MFM对桉树人工林乔木层碳储量具有正向作用。新造林中，1 a林龄的两种营林措施林分的乔木层碳储量差异不显著，而林龄为2 a时，MFM林分乔木层碳储量极显著大于CK林分，这可能是MFM打破了传统人工营林只能浅耕的限制，改善了深层土壤的通透性，利于林木根系延伸[29]; 加之从土壤恢复时间来看，林龄为1 a的新造林仅有11个月，2 a林龄的MFM林分土壤恢复达到20个月，此时生境好转，更利于林木生长。现有林中，MFM林分乔木层碳储量均显著大于CK林分，这是由于机械开带减少了尾巨桉的竞争植被，提升了对光、水、养分的利用率，加速了光合作用碳固定[30]。此外，对现有林进行MFM后，林分逐渐郁闭，抗干扰能力增强。本研究中，3 a和4 a林龄林分土壤恢复时间分别为5个月和19个月，结果表明，MFM的正效应随林龄和土壤恢复时间增加而增强。2、3、4 a林龄MFM林分的植被层碳储量分别是同龄CK林分的1.40、1.21、1.59倍，显示其正向作用随恢复时间延长愈加明显(图 4)。植被层碳储量变化规律与乔木层一致，因乔木层占植被层碳储量的50%-99%，其变化主导了植被层变化，这与邹丰虎等[31]的研究结果一致。

3.2 不同营林措施对土壤层碳储量的影响

土壤碳库的变化主要是碳输入和输出综合作用的结果。本研究发现，同一营林措施下，2 a林龄CK林分0-40 cm土壤层碳储量显著低于其他3个林龄，2 a和3 a林龄MFM林分0-40 cm土壤层碳储量显著低于其他两个林龄，这可能是2 a和3 a林龄时MFM林分进入速生期，养分消耗大，而随着林龄增大，凋落物输入增多，土壤碳得以不断累积。新造林中，1 a林龄MFM林分0-40 cm土壤层碳储量显著高于CK林分，而后随着林龄增加两者无显著性差异(图 8)。这可能是森林资源的空间异质性和时间的动态性导致的，但很难用某个点的试验性研究结果来解释机械化营林措施的影响机制[32]，还需进一步开展系统、全面的研究。现有林中，3 a林龄MFM林分的0-40 cm土壤层碳储量小于CK林分，而4 a林龄MFM林分大于CK林分，这可能与林分恢复时间有关，3 a林龄林分的恢复时间仅为5个月，而4 a林龄林分为19个月，随着土壤恢复时间延长，MFM对土壤碳储量的负面影响随之减小。在同一林龄下，2 a和4 a林龄MFM林分的0-40 cm土壤层碳储量较CK林分分别提高1.10和1.06倍，表明其对尾巨桉人工林土壤碳储量具有提升效应。

MFM对土壤碳储量的影响本质上是物理扰动-生物响应-环境反馈的级联过程，了解三者间的相互作用对土壤碳储量的影响至关重要。土壤在空间上呈现出复杂的镶嵌性，且与环境因子存在复杂相互作用，导致土壤碳密度呈现较强的空间变异性[33-34]。MFM可能造成土壤结构破坏和微生物群落失衡[30]，而长期恢复则依赖团聚体稳定性重构及植被-土壤系统的自我调节。林下植被将影响人工林生产力和土壤肥力，直接威胁着人工林可持续经营。未来研究应聚焦机械作业的土壤生态阈值，探究MFM对森林生态系统固碳速率的影响、作用机制和应用潜力。

4 结论

本研究证实，相较于传统人工营林，MFM能显著提升尾巨桉人工林植被层和土壤层的碳固存能力。具体表现为: 随着林龄增长，MFM林分植被层碳储量显著高于同龄CK林分(2、3、4 a树龄分别为1.40、1.21、1.59倍)，且这种提升效应随林分恢复时间延长而增强。在碳分配格局上，两种营林措施林分的乔木层碳储量均在植被层中占据主导地位(MFM林分为68.7%-96.5%，CK林分为50.2%-98.6%)，其中3 a林龄CK林分的乔木层碳储量占比略高于4 a，其余林分则为乔木层碳储量占比随林龄增加而上升。同时，MFM有助于提高0-40 cm土壤层碳储量，尤其显著提升1 a林龄林分的表层土壤碳库。不同林龄和营林措施下，土壤碳储量均主要富集于0-20 cm(MFM林分为51.0%-61.2%，CK林分为54.3%-64.9%)。综上，MFM是提升尾巨桉人工林生态系统碳汇功能、实现固碳增汇和可持续经营的有效途径。在今后的研究中，建议优化机械作业，通过调整机械作业带宽度和深度、选择合适的营林机械，保护带间植被与表层土壤碳库; 同时推行采伐剩余物归还林地，构建“机械化营林-采伐剩余物归还”协同的固碳模式，协同促进植被生长与土壤碳汇，推动桉树人工林可持续经营。

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