黄土丘陵区两典型森林生态系统生物量、 碳氮库和碳固存特征研究

Abstract

黄土高原是我国水土流失最为严重的地区之一。主要突出的环境问题是水土 流失和植被退化。 植被恢复和重建是防止水土流失、改善生态环境的根本途径。 植被恢复重建技术主要为天然恢复和人工重建（即人工林种植）。为此国家在该 区域开展了&ldquo;三北&rdquo;防护林工程、天然林保护工程和退耕还林还草等一系列重大 生态工程。这些生态项目实施以来, 生态环境得到明显改善；黄土丘陵区作为植 被建设重点区，也是重要的增汇潜力区。森林碳汇是当前生态学研究热点，且黄 土丘陵区正面临植被恢复后固碳氮现状、速率与潜力评估的迫切实际需求。为此， 本研究以黄土丘陵区为研究对象, 选择黄土丘陵区两种典型的植被恢复方式下 森林生态系统（自然恢复的顶级群落辽东栎天然次生林和种植面积最大的刺槐人 工林），利用固定样地长期监测资料、样地清查和二次分析相结合的方法，分析 了黄土丘陵区两典型森林生态系统生物量、碳氮库和碳固存特征，旨在为定量评 价当地及类似地区乃至全国的森林固碳能力和养分循环研究提供科学依据, 对 该区域植被恢复和生态补偿具有一定的现实指导和战略决策意义。本研究主要结 论如下： （1）辽东栎天然次生林和人工刺槐林总生物量分别为 183.58 和 163.51 t ha -1 。其中，乔木层生物量占总植被层的比例在辽东栎和刺槐林中分别为 84.74% 和 86.27%。辽东栎林下植物种类和生物量较刺槐高。 （2）辽东栎天然林和人工刺槐林生态系统的植被碳密度分别为 78.8 和 67.6 t ha -1 ，氮密度分别为 1.47 和 2.79 t ha -1 。刺槐林根系氮密度占乔木层的比例 明显高于辽东栎林，表现出较好较好的氮固定能力。 （3）土壤深层中仍有大量碳氮储量。传统 0~100cm 深度土层，辽东栎和人 工刺槐林有机碳密度分别为 88.97 和 71.41 t ha -1 ，氮密度为 8.14 和 7.04 t ha -1 ； 0~200 cm 土层有机碳密度为 128.85 和 117.83 t ha -1 ，全氮密度为 12.08 t ha -1 、11.59t ha -1 ，较 0-100 cm 土层高 1/3 左右，且在 100 ~ 200 cm 范围内，土壤有机碳和 全氮含量不随深度变化而变化，而处于一个相对稳定值。传统测定土壤深度显著 低估了土壤层碳氮密度。 （4）森林生态系统碳氮绝大部分贮存于土壤中。辽东栎天然次生林和人工 刺槐林生态系统碳密度（以 0 ~ 100 cm 深度土层计算）分别为 167.8 和 139.9 t ha -1 ，氮密度分别为 13.5 和 14.4 t ha -1 。而土层以 0~200 cm 计入，辽东栎和刺 槐林生态系统有机碳密度分别为 207.7 和 186.3 t ha -1 。土壤全氮贡献率辽东栎 和刺槐林分别为 89.1 和 80.6%。刺槐林植被层氮密度明显高于辽东栎林，但是 在土壤层尤其是表土层显著低于辽东栎林，总从整个生态系统层面并未表现其固 氮优势。 （5）辽东栎林植被层年固碳量显著高于刺槐林，而固氮量却显著低于刺槐 林。两生态系统主要固氮主体为枯落物，印证了水土流失导致的枯落物积累效应 差是刺槐生态系统固氮优势不明显的主要因素。 （6）刺槐林生态系统净碳固存表现为重要碳汇。辽东栎林生态系统亦为碳 汇。结果表明该区实行的退耕还林和天保工程对减缓 CO 2 浓度上升有一定的贡 献。 关键词：生物量 碳氮库 碳固存 森林生态系统 黄土高原</p