小兴安岭典型森林生态系统的碳储量与生产力

发布时间：2020-10-27 22:20

　　 准确估算森林的碳储量和生产力对于评价森林生态系统在全球碳循环中的作用具有重要意义。本研究以小兴安岭典型森林生态系统(原始阔叶红松(Pinuskoraiensis)林、谷地云冷杉林、白桦(Betulaplatyphylla)次生林、红松人工林和兴安落叶松(Larixgmelinii)人工林)为研究对象,探讨森林类型转换(原始林—次生林—人工林)对森林生态系统碳储量、净初级生产力(NPP)和净生态系统生产力(NEP)的影响,量化处于衰退状态的谷地云冷杉林的固碳能力,并结合特定森林生态系统分析不同碳库(植被碳库、碎屑碳库和土壤碳库)碳储量的影响因素。研究结果如下:(1)4种森林生态系统(阔叶红松林、白桦次生林、红松人工林和兴安落叶松人工林)的碳储量差异显著,其中阔叶红松林的碳储量最高,为315.4 t C·hm-2。土壤有机碳储量占生态系统总碳储量的比例最高(55-70%),其次是植被碳储量(28-43%),碎屑碳库最低(2-6%)。两种人工林生态系统的土壤有机碳储量显著低于阔叶红松林和次生白桦林。4种森林生态系统之间总NPP没有显著差异,但其分配(地上部分NPP(NPPA)和地下部分NPP(NPPB))却显著不同。凋落物(44%-60%)和细根(43%-47%)生产分别是NPPA和NPPB的最大组分。4种森林生态系统中,红松人工林(328.0 gC·m-2·yr-1)的NEP最高,其次依次是阔叶红松林(311.9 gC·m-2·yr-1)、白桦次生林(231.1 gC·n-2·yr-1)和兴安落叶松人工林(187.9gC·m-2·yr-1)。(2)2011年谷地云冷杉林生态系统总碳储量为268.14 tC·hm-2,其中植被、碎屑和土壤的碳储量分别为74.25 tC·hm-2、16.86 tC·hm-2和 177.03 tC·hm-2。2006-2011 年,乔木层碳储量从80.86 t C·hm-2减少到71.73 t C·hm-2,优势树种冷杉(Abiea ephrolepis)、云杉(Picea spp.)和兴安落叶松的碳储量年均减少比例分别为0.5%、2.7%和3.7%。森林NPP为4.69tC hm-2.yr-1,NPPB与NPPA的比值为0.56,凋落物是总NPP的最大组分。森林生态系统中2个主要碳输出途径土壤异养呼吸和粗木质残体(CWD)分解的年通量分别为293.67和119.29gC·m-2·yr-1。森林NEP为55.90gC·m-2·yr-1。研究结果表明处于衰退状态的谷地云冷杉林仍具有一定的碳汇功能。(3)处于演替初期阶段的白桦次生林的植被碳储量和NPPA均仅受林分密度的影响,与其呈线性正相关关系(P0.05)。而处于演替后期阶段的阔叶红松林的植被碳储量和NPPA受林分密度和物种丰富度的共同影响,植被碳储量随林分密度和物种丰富度的增加呈现出先增加后减少的驼峰型分布(P0.05);NPPA随林分密度的增加而增加(P0.05),但与物种丰富度的关系则是驼峰型格局(P0.05)。研究结果认为森林生态系统林分密度和物种丰富度与植被碳储量和NPPA的关系受到森林演替阶段的影响。(4)CWD作为谷地云冷杉林碎屑碳库的主要组成部分,其碳储量为13.25 t C·hm-2,其中云杉、冷杉和兴安落叶松的CWD碳储量分别为3.59、2.61和3.06 tC·hm-2。不同腐烂等级下CWD碳储量呈近正态分布,多集中在Ⅱ和Ⅲ等级,分别占总量的42.7%和35.4%。不同径级的CWD碳储量也呈近正态分布,主要分布在30-40 cm和40-50 cm径级上。干中折断、拔根倒、枯立木和干基折断为谷地云冷杉林CWD碳储量的主要存在方式。CWD碳储量表现出较强的空间异质性,其随着林分平均胸径、最大胸径和胸高断面积的增加而下降(P0.05);而与林分密度、多样性指数和均匀度指数均无显著相关性。(5)阔叶红松林固定样地表层土壤有机碳含量(SOC)平均值为70.13 g·kg-1,变异系数为54.93%,表现为中等程度变异。SOC存在强烈的空间自相关性,自相关变化尺度为18.0 m。随着采样密度的降低,SOC的空间自相关程度变弱,空间分布格局越来越趋于均质化。土壤含水率是影响表层SOC空间分布格局的最主要因素,其次依次是凋落叶干重、加权的倒木腐烂等级和土壤pH值,4个因子共同解释了 SOC空间变异的51.9%。SOC与倒木体积不存在显著关系,而与其加权的腐烂等级呈显著正相关,说明倒木的腐烂程度而非倒木的数量对于SOC起着更为重要的作用。未发现林分结构和地形因子对表层SOC的显著影响。
【学位单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S718.5
【部分图文】：

（２８７．５?ｔ?Ｃ．ｈｎｆ２；）、红松人工林（２４９．５１?Ｏｈｍ—２；）和兴安落叶松人工林（２２２．１１?Ｏｈｍ＿２）（表?３－２）。??各组分间碳储量的分布也存在显著差异。白桦次生林的土壤碳储量占森林总碳储量的比??例最大，为７０％?（图３－１）。??约２８－４３％的森林碳储量储存于植被中，大部分的植被碳储存于乔木中（大于９９％），??而林下植被碳库的比例低于１％?（表３－２＞除红松人工林外，在其他三个生态系统内，由??异速生长方程引起的树枝碳储量估算的不确定性高于树干、树叶和粗根。红松人工林总??乔木层碳储量的不确定性最高，为１５％，白桦次生林最低为１０％?（表３－３）。??阔叶红松林的碎屑碳储量（１９．８１Ｏｈｍ—２）比白桦次生林（６．１?ｔＣ＿ｈｎｆ２）、红松人工林（６．１??ｔ?Ｃｈｍ￣２）和兴安落叶松人工林（４．７１?Ｃ＿ｈｎｆ２）高出约３－４倍（表３－２）。阔叶红松林ＣＷＤ的碳??储量（１６．７?ｔＣ＿ｈｎＴ２）显著高于其他三个生态系统，但各生态系统内枯落物的碳储量没有显??著差异。??白桦次生林（９４．１?ｍｇ＿ｇＨ）和阔叶红松林（８４．３?ｍｇ＇ｇ＿１）土壤Ａ层的有机碳浓度显著高于??红松人工林（５４．６?ｍｇ．ｇ＿１）和兴安落叶松人工林（６６．０?ｍｇ．ｇ—１），而各生态系统间土壤Ｂ层的??有机碳浓度没有差异（图３－２）。阔叶红松林和白桦次生林的土壤总有机碳储量没有差异，??但两者均显著高于红松人工林和兴安落叶松人工林（表３－２）。??－１７－??

在４种森林生态系统中，阔叶红松林的碳储量最高，这反映了植被和碎屑的??碳积累过程是依靠于时间的。??土壤有机碳库，特别是Ａ层的有机碳，在生态系统总碳储量中发挥重要作用（图３－１）。??白桦次生林Ａ层的土壤有机碳浓度显著高于红松人工林和兴安落叶松人工林（图３－２），这??可能是由于次生林内采伐碎屑分解的碳大量的输入到土壤碳库中，而人工林土壤中的碳??因采伐和造林过程中采伐剩余物的移除而减少，Ｊｏｈｎｓｏｎ和Ｃｕｒｔｉｓ１１１９］发现了相似的研究结??－２２－??

图４－ｉ谷地云冷杉林细根（ｉ）、中根（ｎ）碳储量的垂直分布??－１?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｉｎ?ｃａｒｂｏｎ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｏｆ?ｆｉｎｅ?ｒｏｏｔｓ?（Ｉ）?ａｎｄ?ｍｅｄｉｕｍ?ｒｏｏｔｓ?（ＦＩ）?ｉｎ?ｓｐｒｕｃｅ－ｆｉｒ?ｖａｌｌｅｆｏｒｅｓｔ．??同一土层深度不同小写字母表示细根和中根碳储量间差异显著（ａ?＝?０．０５）。??ｅｎｔ?ｓｍａｌｌ?ｌｅｔｔｅｒｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｓａｍｅ?ｓｏｉｌ?ｄｅｐｔｈ?ｍｅａｎｔ?ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｃａｒｂｏｎ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｏｆ?ｆｉｎｅｒｏｏｔｓ?ａｎｄ?ｍｅｄｉｕｍ?ｒｏｏｔｓ?ａｔ?０．０５?ｌｅｖｅｌ．??屑中地表枯落物碳储量为３．６１?ｔ?Ｃ．ｈｍ＿２。而ＣＷＤ碳储量作为碎屑碳储量的主要，为１３．２５?ｔＣ．ｈｍ—２，占碎屑总量的７８．５％?（表４－３）。云冷杉林土壤碳储量为１７７．２。土壤有机碳浓度随土壤深度的增加而降低，Ａ层的碳浓度（６３．７６?ｇ＇ｋｇＨ）约度（３１．７９?ｇ．ｋｇ—１）的２倍；而Ｂ层的土壤容重和土壤碳储量均显著高于Ａ层，两深度增加而增加（表４－４）。??表４－４不同土壤发生层土壤容重、碳浓度和碳储量??ａｂｌｅ?４－４?Ｓｏｉｌ?ｂｕｌｋ?ｄｅｎｓｉｔｙ，?ｃａｒｂｏｎ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，?ａｎｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｓｔｏｒａｇｅ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｏｉｌ?ｈｏｒｉｚｏｎｓ??
【参考文献】

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1 王薪琪;王传宽;韩轶;;树种对土壤有机碳密度的影响:5种温带树种同质园试验[J];植物生态学报;2015年11期

2 刘志理;金光泽;;利用凋落物法和林木因子模拟小兴安岭阔叶红松林叶面积指数[J];生态学报;2015年10期

3 王兴昌;王传宽;;森林生态系统碳循环的基本概念和野外测定方法评述[J];生态学报;2015年13期

4 徐耀粘;江明喜;;森林碳库特征及驱动因子分析研究进展[J];生态学报;2015年03期

5 刘纯;刘延坤;金光泽;;小兴安岭6种森林类型土壤微生物量的季节变化特征[J];生态学报;2014年02期

6 刘志理;戚玉娇;金光泽;;小兴安岭谷地云冷杉林叶面积指数的季节动态及空间格局[J];林业科学;2013年08期

7 姚启超;王晓春;;小兴安岭不同海拔臭冷杉年轮--气候关系及大尺度气候影响[J];北京林业大学学报;2013年02期

8 葛立雯;潘刚;任德智;杜玉婕;郑祥蕾;;西藏林芝地区森林碳储量、碳密度及其分布[J];应用生态学报;2013年02期

9 徐丽娜;金光泽;;小兴安岭凉水典型阔叶红松林动态监测样地:物种组成与群落结构[J];生物多样性;2012年04期

10 赵丽玲;孙龙;王庆贵;;黑龙江大小兴安岭红皮云杉种群更新与遗传多样性的研究[J];林业科学研究;2012年03期

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2 罗天祥;中国主要森林类型生物生产力格局及其数学模型[D];中国科学院研究生院（国家计划委员会自然资源综合考察委员会）;1996年

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本文编号：2859143