森林生态系统的生物量和碳储量在全球碳循环中发挥着重要的作用^[1]，作为碳库，单位面积比其它陆地系统储存更多的碳^[2]，通过增加森林陆地面积，能有效减少大气中CO₂的浓度^[3]。而且碳储量是研究生态系统与大气间碳交换的基本参数^[4],也是估算森林生态系统向大气吸收和排放含碳气体的关键因子^[5]。近年来，在个体、种群、群落、生态系统、区域、生物圈等多尺度上已开展了相应的生物量和碳储量研究^{[6, 7]}。国内外一些研究学者已经对兴安落叶松林、长白落叶松林和红松等生态系统的生物量、碳储量进行了深入研究^{[8, 9, 10]}。这些研究显示出各国政府和科学家对森林碳汇功能的重视，也表明对生物量和碳储量的研究在逐步细化，估算也将更加精确。

一些学者研究认为沙漠区域植被分布稀疏，植被和土壤碳密度几乎为零^[11]，而另一些学者研究发现并不完全是这样，认为沙漠地区碳储量的多少主要取决于植被状况，间接受制于水分条件的好坏。沙漠的不同地区植被状况差异很大，这应是研究者考虑的重要因子之一。梭梭(Haloxylon ammodendron(C.A.Mey.)Bunge)是准噶尔盆地建群种和优势种，是荒漠中生物产量最高的植被类型之一，在维护生态平衡上起着不可比拟的作用。但是目前，关于准噶尔盆地梭梭群落生物量和碳储量的研究较少，而且普遍存在样本少、缺乏系统性的问题，本研究通过系统地选取、调查样方，以不同树龄梭梭各组分生物量的分析研究为基础，了解准噶尔盆地梭梭群落生物量和碳储量的现状，从而探索本区域公益林的碳密度和碳储量的动态变化，为该区域梭梭天然林的管理和监测提供更准确的基础数据。

研究区为准噶尔盆地，地理位置在44°12′04″—45°08′12″N，83°12′07″—89°12′04″E。该地区年降雨量小于120mm，年蒸发量2000mm。植被盖度20%—45%，梭梭密度为400—1200株/hm²。除了梭梭属植物外，还有沙拐枣(Calligonum mongolicum)、红砂(Reaumuria soongorica)以及一些短命、类短命植物^[12]。

(1)根据梭梭天然林在准噶尔盆地的分布特点，分别选择石河子、五家渠、吉木萨尔、奎屯、精河5个地点。每个地点各选2个100m×50m典型样方，共计10个样方。在样方中将梭梭基径以3 cm径级作为标准划分(即,<2、5、8、11、14、17、20、>20cm),划分为8个径级，每个样地每径级选择1株标准木，共计80株。记录各样方的环境要素，测定、记录样方内所有梭梭(这里的梭梭是梭梭和白梭梭的统称)的树高、基径，并按枝条粗度，将标准木的同化枝(r＜0.5cm)、中枝(0.5≤r＜3cm)和粗枝(r≥3cm)分别称重，取样带回实验室烘干称重。

(2)梭梭根系生物量测定

在每个地点，每径级选择1株标准木，共计40株，采用全挖法挖根，将梭梭的根系分为细根(直径＜1mm)、中根(1—3mm)、直根(＞3mm)，依次以 0—30、31—60、61—90、90cm 以下4个土层进行分层分级称鲜重，取样烘干测定其生物量。

(3)灌木、草本、枯落物生物量测定

在每个样地内按梅花形布置5个5 m×5 m小样方，采用“样方收获法”测定灌木、草本生物量，林分枯落物量则采用收集法测定^[13]。

在样地内，按照“S”型选择3个土壤样品采集点，用直径10 cm的土钻取样，取样深度为0—90cm，分为0—10cm，10—30cm，30—50cm，50—70cm，70—90cm共5个层次。同时，在每一层次取3个环刀土10g，用于测定土壤容重。将采集样品带回实验室，仔细挑除袋装土内植物根系和石砾等杂物，于阴凉处自然风干后用四分法过0.25 mm筛，编号待测。

梭梭基径与树高和树龄有线性关系，在宋于洋等研究^[14]的基础上，通过计算分析，得出梭梭年龄(A)和基径(D)和树高(H)的关系方程：A=(12.98D^0.6759H^-0.0449)/4.8，由此方程换算出梭梭树龄。

根据梭梭在沙漠中的生长特性，将树龄分为6个龄级，分别表示为I：0—5龄；Ⅱ：6—10龄；Ⅲ：11—15龄；Ⅳ：16—20龄；Ⅴ：21—25龄；Ⅵ：>26龄。

样地调查时，将梭梭不同组分、灌木、草本、枯落物样品分别取回，采用重铬酸钾-硫酸氧化法进行样品分析，误差一般为±2%—±4%^[15],每次3个重复。

所有数据统计及差异性检验均采用SPSS18.0和Excel进行。

随着树龄的增加，梭梭各组分的生物量不断增加而后略有减少，各组分的生物量占整树生物量的比重也随之变化，除Ⅰ(0—5龄)Ⅱ和(6—10龄)外，其余4个龄级的梭梭粗枝生物量都是地上生物量的主体(所占比例平均为63.53%)。整株生物量从I(0—5龄)时1.9948 kg增加到了(Ⅴ)21—25龄时61.6480 kg，平均增加了29.90倍，其中地上生物量增加了19.97倍，根系生物量增加了46.80倍。各组分的生物量都随着树龄的增长而稳定的增加，但进入26龄以后，梭梭出现部分枝条枯死，故生物量有所减少(表 1)。

不同龄级梭梭各组分的含碳率在 49.08%—53.57%之间，通过加权平均计算得出梭梭整株的平均含碳率为51.60%。其中粗枝的含碳率最高，其平均值为51.77%，相对而言，同化枝的含碳率最低，平均值为49.67%。无论是同一龄级各组分之间还是不同龄级的相同组分之间的含碳率变化幅度都不大。同一龄级内各组分之间的含碳率变化以I(0—5龄)最小，其变异系数为1.72%，以Ⅴ(21—25龄)最大，变异系数为6.78%，有随龄级增加而增大的趋势。组分之间的含碳率极差(最大值与最小值之差)均不超过9.15%，差异显著性分析表明，不同龄级梭梭粗枝含碳率与同化枝、根系有明显差异(P<0.05)。不同龄级的相同组分之间含碳率变化幅度相对小一些，各组分含碳率的龄级间变异系数在5.30%以内(表 2)。

梭梭碳储量随着树龄增长不断增加。梭梭在I(0—5龄)、Ⅱ(6—10龄)、Ⅲ(11—15龄)、Ⅳ(16—20龄)、Ⅴ(21—25龄)、Ⅵ(>26龄)阶段的平均碳储量分别是0.9960、1.7345、9.2072、16.5663、31.5083和27.0224 kg，当在Ⅵ龄级时，因为梭梭部分枝条枯死，故其碳储量有所下降。就地上生物量而言，粗枝占的比例较大，平均碳储量占整树平均的44.73%，其次是根系占27.42%，中枝和同化枝所占比例较小。而梭梭地下根系碳储量占整树的比例随龄级的增加呈增长的趋势，分别是18.31%、21.47%、25.33%、30.74%、33.61%和36.25%(图 1)。

图 1 不同龄级梭梭各组分碳储量 Fig. 1 The H.ammodendron carbon storage of components of different age class

图选项

梭梭群落其它组分的含碳率为灌木平均值为43.84%，草本平均值为39.13%，枯落物平均值为31.47%，土壤层平均值为0.0310%，随土层深度增加土壤含碳率逐渐减少(表 3)。灌木的含碳率高于草本，而枯落物中部分有机物被降解，使枯落物层的碳含量明显低于地上各层次植被碳含量。

由各样方实测数据经过加权平均计算得出，不同地点的碳储量介于2075.66— 3648.15kg 之间。样方的平均碳储量为2907.86kg，比缺省值0.5高1.53%。所有样方的平均碳密度为5815.72kg/hm²(表 4)。根据新疆林业厅和兵团林业局调查数据显示，准噶尔盆地梭梭林面积约3.3万km²，据此推算出准噶尔盆地地区梭梭群落碳储量约为1919万t。

森林生态系统在全球碳循环过程中起着不可替代的重要调控作用^[16]，其碳循环具有涉及环节更多、空间规模更大、循环周期更长、影响范围更广等特点。在由生物量估算森林生态系统碳储量时，大多使用IPCC在2003年出版的《土地利用、土地利用变化和林业优良做法指南》中将全球缺省值定义的0.5^[17]，也有采用0.45作为平均含碳率的^[18]，极少数根据不同森林类别采用不同含碳率。如Birdsey在估算美国森林生态系统的碳储量时，针叶林按0.521 的含碳率计算，阔叶林按0.491计算^[19]，Shvidenko等人在估算俄罗斯北方森林的碳储量时，对于木质植物生物量按0.5的含碳率计算，其余植被成份则按0.45计算^[20]。事实上不同种类的植物及同一种植物的不同组织器官中碳元素的含量是有差别的，有研究显示在同一地区、同一组数据时，使用0.45—0.5的含碳率可能导致高达10%的误差^[21]。本文从梭梭不同生长时期对含碳率进行了分析，说明梭梭发育阶段的差异影响到其各组分含碳率的大小，不同树龄梭梭含碳率随龄级增大有略微增加的趋势，变化幅度相对小一些，各组分含碳率在49.08%—53.57%之间变动，含碳率的加权平均值为51.60%，大于0.45和0.5，龄级间变异系数在5.30%以内，碳储量实测值比缺省值0.5高1.53%。

梭梭从种子萌发到完成定居的一系列过程中，显示出极强的生命力。随着树龄的增长，梭梭的同化枝、中枝、粗枝和根生物量不断增加，碳储量也随之增加。研究发现，梭梭树龄与其生物量有显著的线性关系：y=12.754x-16.194,(R²=0.8962)，梭梭生物量随树龄增加呈现出明显的上升趋势。另外，在梭梭天然林中，各种状态的衰亡植株与各种龄级的活立木是共存的，也表明其碳汇能力是长久的。

梭梭的比叶面积和比根长都较大，使其成为亚洲荒漠区中分布最广泛的荒漠植被类型^[22]。梭梭根系呈倒金字塔型分布，可达地下3m^[23]，侧根水平分布最大为4.5m，根系自上而下分布急剧减少。虽然梭梭根系分布较深，但在0—50cm的土层中分布了根系的76.4%，在0—90cm的土层中，分布了根系的95.6%^[24]。在本研究中，根系分层挖取，重点放在0—90cm的土层中(90cm以下按所称重量的4.60%折算)。随着树龄的增加，根系生物量从0—5龄(0.4549 kg)增加到了21—25龄(21.7437kg)，根系生物量增加了46.80倍，比相应的地上生物量的增加倍数高1.34倍。而梭梭群落的土壤碳储量远远低于全国天然林土壤碳储量平均值(109.1t/hm²)^[25]，每个样方的土壤碳储量仅占总碳储量的范围在3.04%—10.34%之间，土壤碳密度为294.94kg/hm²。在0—10 cm 的表层，土壤碳碳密度贡献率为23.7%—32.8%，而0—50 cm 的土层，平均达到82.4%。

准噶尔盆地梭梭群落的碳储量1.92×10⁷t，平均碳密度5.82t/hm²，梭梭碳储量1.78×10⁷t，占总碳储量的92.71%，平均碳密度5.40t/hm²，无论是碳储量还是碳密度，梭梭都远远高于其他植被类型，因此梭梭对维持整个地区碳库起着重要作用。由于准噶尔盆地西部风大，降雨较中东部少，因而梭梭的生物量受到很大限制，致使碳储量表现出西部低而中东部高的分布格局。

准噶尔盆地植物多样性近几十年来在强烈放牧和采挖下大多残破不堪，最终导致了梭梭林的大面积退化。仅20世纪60—70年代，由于垦荒，大面积的梭梭被砍伐，使沙漠南缘50km范围内已无原始梭梭林^[26]。因此，可选择碳密度高且降雨相对较多的中东部地区和沙漠南缘进行人工种植梭梭，可以进一步增加全地区的森林覆盖度和总碳储量。

与国内其它类似研究相比，虽然梭梭群落的碳密度仅约为浙江省中部地区公益林的11.70%^[27] 、兴安落叶松天然林的7.09%^[28]，而且明显低于全国森林植被的碳密度水平(41.0 t/hm²)^[29]，但是梭梭群落广泛分布在准噶尔盆地，其总碳储量(1919万t)对北疆地区碳贸易的影响是不容忽视的，加之自身的生长适应性强，随着国家公益林保护政策的落实，梭梭天然林已呈现明显的恢复趋势，所以其碳汇潜力是值得长期关注的。