甘肃森林生态系统固碳特征及 与物种多样性关系研究

Abstract

森林的固碳功能是研究森林生态系统结构和功能的基础参数，充分发挥其固 碳能力可有效调节全球碳平衡和全球气候变化，近年来成已成为全球碳循环的一 个研究热点。针对森林碳平衡再评估的重要性和区域尺度森林生态系统碳库量化 分配的不确定性，本研究在甘肃省整个区域尺度上布设 212 个样地，结合野外调 查与室内分析、典型样地与尺度扩展相结合的方法，明确了区域尺度森林生态系 统的碳密度和碳储量现状，并阐明了区域尺度天然林和人工林的固碳差异；同时， 重点以 3 种典型天然林和 3 种典型人工林不同林龄的森林生态系统为典型范例， 量化了各组分碳密度的分配格局；利用生物量换算因子连续函数法估算了区域尺 度近 30 年碳储量的时间动态特征；并以不同起源云杉林为例，分析了群落物种 多样性对生物量和碳密度的影响。本研究取得的主要研究结论如下： （1） 甘肃省天然林森林生态系统具有较高的固碳能力，且冷杉和锐齿栎 林生态系统碳密度在成熟林中达到最大，云杉林在幼龄林中最大，植被碳密度均 在成熟林中最大。 天然云杉、冷杉和锐齿栎林生态系统碳密度的变化范围为 207.79～765.01 t C/ha，三种林型不同林龄生态系统碳密度均值的大小顺序为：冷杉林（549.08 t C/ha）&gt;云杉林（464.33 t C/ha）&gt;锐齿栎林（260.56 t C/ha）。各天然林不同林龄 土壤碳密度变化范围为 114.14～559.31 t C/ha，对生态系统的贡献达 44.14～ 95.02%，平均是植被碳密度的 4.38 倍。乔木层碳密度变化范围为 18.27～223.10 t C/ha，占生态系统的 3.78～53.84%，平均 30.20%，林下灌木层、草本层和枯落 物层碳密度合计占 0.96%，细根占 0.63%，高于林下其他植被各层。 （2） 甘肃省人工林森林生态系统碳密度达到最大值的林龄段不同。云杉 和落叶松林生态系统碳密度在成熟林最大，刺槐林在近熟林达到最大。落叶松和 刺槐林植被碳密度在近熟林最大，云杉林植被碳密度随林龄的增加逐渐增大。 人工云杉、刺槐和落叶松林生态系统碳密度的变化范围为 69.82～467.42 t C/ha，三种林型生态系统碳密度的均值大小顺序为云杉林（379.33 t C/ha）&gt;落叶松林（333.07 t C/ha）&gt;刺槐林（92.59 t C/ha）。各人工林不同林龄土壤碳密度变 化范围为 50.91～392.24 t C/ha，对生态系统的贡献量达 56.63%～93.86%，平均 是植被碳密度的 6.91 倍。人工林乔木层碳密度变化范围为 12.73～159.59 t C/ha， 其中乔木层在各林型植被层中均占最主导部分，约 73.98%～96.43%，林下植被 碳密度大小顺序因不同林型而异。 （3） 甘肃省区域尺度森林生态系统碳储量具有明显的垂直分布格局，土 壤是最大碳库。 甘肃省森林生态系统总碳储量为 634.50 Tg C，天然林碳储量为 522.18 Tg C， 是人工林的 4.65 倍。土壤是甘肃省森林生态系统的的巨大碳库，贮有 446.15 Tg C，是植被层碳储量的 2.37 倍。乔木层、灌木层、草本层、枯落物层和细根对甘 肃省整个森林生态系统碳库的贡献量分别为：27.39%、0.39%、0.23%、0.78%和 0.89%。天然林和人工林在碳库间分配规律一致，为：土壤&gt;乔木层&gt;细根&gt;枯落 物层&gt;灌木层&gt;草本层。 （4） 甘肃省区域尺度天然林植被、土壤及生态系统的固碳能力显著高于 人工林（P&lt;0.001）。 在甘肃省全省尺度上，天然林植被层碳密度、土壤碳密度和生态系统碳密度 的均值分别为 89.53 t C/ha 和 250.28 t C/ha 和 339.81 t C/ha，比人工林分别高出 55.11%、63.84%和 61.44%。 （5） 甘肃省区域尺度森林在近 30 年处于较大的碳汇功能，低龄化的森林 结构和较高的森林生态系统碳密度，将是该区巨大碳汇的潜力所在。 利用生物量换算因子连续函数法估算的甘肃乔木林碳储量，到 2011 年达到 了 109.53 Tg C，比过去 1979 年增加了 16.64 Tg C，平均每年增加 0.17%。近 10 年的平均碳汇为 1.53 Tg C/a，表现为显著的碳汇功能。中龄林是天然林碳储量的 最大贡献者，达 29.61～39.68%，幼中林对人工林的贡献达到 80.22～92.41%。 随着林龄结构的改善，近成熟林的比例逐渐增大，森林生态系统碳储量和碳密度 将得到进一步提升。 （6） 群落物种多样性对不同起源森林生态系统各组分碳密度（生物量） 的指示作用不同。 群落物种的均匀度积极影响着天然林植被各层碳密度以及表层（0-20 cm） 土壤有机碳密度，而仅对人工林灌木层、草本层和 0-50 cm 土壤有机碳密度有积 极影响。群落物种丰富度积极影响着云杉天然林细根生物量，而群落物种均匀度 积极影响着云杉人工林细根生物量。 关键词： 关键词：区域尺度；森林生态系统；不同林龄；碳密度；碳储量；物种多样性</p