小兴安岭7种典型林型林分生物量碳密度与固碳能

分类：论文范文 发表时间：2021-04-20 09:16

　　摘要森林生物碳储量作为森林生态系统碳库的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用。以小兴安岭7种典型林型为研究对象,通过外业样地调查与室内实验分析相结合的方法,从林分尺度对林分生物量与碳密度进行计量,分析了林分生物碳储量的空间分配格局,并对林分年固碳能力与碳汇潜力进行了探讨。结果表明:小兴安岭不同林型从幼龄林到成熟林的乔木层碳密度增长速率为:蒙古栎(Quercusmongolica)林>兴安落叶松(Larixgmelinii)林>云冷杉(Picea-Abies)林>樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)林>山杨(Populusdavidiana)林>红松(Pinuskoraiensis)林>白桦(Betulaplatyphylla)林。7种典型林型不同龄组(幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林)林分生物量碳密度分别为:红松林31.4、74.7、118.4和130.2t·hm–2;兴安落叶松林28.9、44.3、74.2和113.3t·hm–2;樟子松林22.8、52.0、71.1和92.6t·hm–2;云冷杉林23.1、44.1、77.6和130.3t·hm–2;白桦林18.8、35.3、66.6和88.5t·hm–2;蒙古栎林25.0、20.0、47.5和68.9t·hm–2;山杨林19.8、28.7、43.7和76.6t·hm–2。红松林、兴安落叶松林、樟子松林和蒙古栎林在幼龄林时林分年固碳量较高,其他林型在成熟林时林分年固碳量较高。7种典型林型不同龄组的林分生物量碳密度均随林龄增长而增加,但不同林型的碳汇功能存在差异,同一林型不同林龄的生物量碳密度增幅差异也较大。林分年固碳量在0.4–2.8t·hm–2之间,碳汇能力较强、碳汇潜力较大。尤其是小兴安岭目前林分质量较差,幼龄林和中龄林所占的比重较大,具有较大的碳汇潜力。研究结果可为森林经营管理及碳汇功能评价提供参考。

　　关键词林分生物量,碳密度,固碳能力,年固碳量,碳汇管理路径,小兴安岭

　　全球变化是生态环境科学界研究的热点与前沿(王绍强等,1999;IPCC,2000,2006),尤其是大气中CO2浓度从工业革命前的280μmol·L–1上升至2011年的390μmol·L–1(WorldMeteorologicalOrganiza-tion,2011;胡海清等,2013b),大气中的CO2和CH4浓度分别比工业革命前高35%和155%(Houghtonetal.,2010),以气候变暖为主要特征的全球变化更是引起学术界的广泛关注(Adams&Piovesan,2002)。森林生态系统是陆地生态系统的重要碳吸收汇,特别是北半球中、高纬度地区的森林生态系统是重要的碳储库,在全球碳平衡中发挥着重要的碳吸收汇功能(Houghton,2005),科学准确地计量森林生态系统碳密度及碳储量是评价森林碳汇潜力、评估森林在减缓大气CO2浓度上升、应对气候变化等方面功能的关键。

　　1材料和方法

　　1.1研究区概况

　　黑龙江省小兴安岭林区地处我国东北部、黑龙江省中北部,是我国少有的原始阔叶红松林区(46.47°–49.35°N,127.70°–130.23°E),西北与伊勒呼里山为邻,东南靠松花江畔,北部临俄罗斯。属于低山丘陵山地,海拔400–1000m,有林地面积3.10×106hm2,森林覆盖率达到80.60%,素有“红松故乡”的美誉。据伊春市气象局的资料,该区属于温带大陆性季风气候,近30年(1983–2012年)来,年平均气温为–0–2°C,年降水量600–700mm,降水时间分布不均匀,多集中于夏季。土壤类型主要以棕色针叶林土和暗棕壤为主。地带性植被属于北温带针阔混交林,以红松(Pinuskoraiensis)林为主要地带性植被优势建群种。其他乔木树种主要有针叶乔木兴安落叶松(Larixgmelinii)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、红皮云杉(Piceakoraiensis)、鱼鳞云杉(Piceajezoensis)、臭冷杉(Abiesnephrolepis)等(红皮云杉与鱼鳞云杉、臭冷杉混生,构成我国东北重要的森林群落——云冷杉林(Picea-Abiesforests))和阔叶乔木白桦(Betulaplatyphylla)、黑桦(Betuladahurica)、蒙古栎(Quercusmongolica)、山杨(Populusdavidiana)、紫椴(Tiliaamurensis)、水曲柳(Fraxinusmandshurica)、黄波罗(Phellodendronamurense)、胡桃揪(Juglansmandshurica)、色木槭(Acermono)等(胡海清等,2013a)。

　　1.2森林生物量调查

　　结合森林资源调查资料,根据林分生长状况、林相图、植被分布图、土壤类型分布图和黑龙江省小兴安岭行政区划图,选择小兴安岭典型林分分布区,在小兴安岭北部的五营林业局和小兴安岭南部的带岭林业局分别设置固定标准样地,并进行野外调查与样品的采集。五营林业局的采样时间为2013年6月和8月,带岭林业局的采样时间为2013年7月和9月。根据小兴安岭不同林型各林分分布的特点,选择有代表性的7种林型(红松林、兴安落叶松林、樟子松林、云冷杉林、白桦林、蒙古栎林和山杨林),根据《国家森林资源连续清查主要技术规定》的龄组划分方法划分为5种龄组(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林),由于过度开发,过熟林在小兴安岭地区较为少见,因此采样时没有对过熟林进行取样。小兴安岭7种主要林型树种龄级与龄组划分标准见表1,按照此划分标准设置标准样地,进行调查与采样。把各林型的不同组分(乔木、林下的灌木、草本、凋落物等)作为研究对象,采用随机布点法,在每种林型各龄组分别设置20m×20m的3个重复样地作为固定标准样地。共设置固定标准样地336块(7种林型×3个重复×4龄组×4次)。

　　2结果和分析

　　2.1林分单位面积生物量

　　林分单位面积生物量主要包括乔木(干、枝、叶、皮和根)、灌木(包括根)、草本(包括根)和凋落物。通过森林生物量的调查得到各龄组不同组分的样本数,对测定结果进行统计分析,不同林型各组分生物量的测定结果在以下各部分分别进行阐述。

　　2.1.1乔木层的胸径与树高

　　根据乔木每木检尺调查,小兴安岭7种林型各组分每木调查的基础数据见表3。从表3可看出,在小兴安岭7种林型的不同龄组中,平均胸径从大到小的基本排列顺序为:红松林>樟子松林>兴安落叶松林>云冷杉林>白桦林>蒙古栎林>山杨林,其中在幼龄林时平均胸径最小的山杨林仅为5.47cm,其次是云冷杉林,为7.26cm,平均胸径最大的红松林达到11.94cm。在中龄林时平均胸径最小的山杨林只有6.79cm,平均胸径最大的红松林达到17.66cm。在近熟林时平均胸径最小的山杨林仅有8.73cm,平均胸径最大的红松林达到20.48cm。在成熟时平均胸径最小的是白桦林和山杨林,平均胸径最大的云冷杉林达到21.54cm。总体而言,相同龄组中针叶树种的平均胸径大于阔叶树种的平均胸径。平均树高从大到小的顺序依次为:红松林>云冷杉林>兴安落叶松林>樟子松林>白桦林>蒙古栎林>山杨林。其中在幼龄林时平均树高最小的是山杨林,仅为5.56m。其次是蒙古栎林,为5.87m,平均树高最大的是白桦林,达到10.31m。在中龄林时平均树高最小的是蒙古栎林,仅为7.15m,平均树高最大的是红松林,达到16.54m,其次是樟子松林,达到15.38m。在近熟林时平均树高最小的是山杨林,仅为9.25m,平均树高最大的是红松林,达到21.62m,其次是兴安落叶松林,为17.59m。在成熟林时平均树高最小的是山杨林,只有10.76m,平均树高最大的是云冷杉林,达22.75m。总体而言,相同龄组中,针叶树种的平均树高>阔叶树种的平均树高。

　　2.1.2乔木层单位面积生物量

　　各林型单位面积乔木层生物量总体上由大到小的排列顺序为:红松林>云冷杉林>白桦林>兴安落叶松林>樟子松林>山杨林>蒙古栎林(表4)。其中,在幼龄林时乔木生物量最小的是蒙古栎林,仅为11.46t·hm–2,其次是兴安落叶松林,为21.09t·hm–2,乔木生物量最大的是红松林,达到40.33t·hm–2。在中龄林时乔木生物量最小的是蒙古栎林,只有31.48t·hm–2,乔木生物量最大的是红松林,达到122.19t·hm–2。在近熟林时乔木生物量最小的是山杨林,仅有80.36t·hm–2,乔木生物量最大的是红松林,达到199.32t·hm–2。在成熟林时乔木生物量最小的是蒙古栎林和山杨林,乔木生物量最大的是红松林,达到220.79t·hm–2。

　　2.2不同林型生物量含碳率

　　红松林乔木层各组分的含碳率在48.57%–51.87%之间变化(表5)。其中树干的含碳率相对较高,叶的含碳率最低,各组分含碳率由高到低依次为干>枝>根>皮>叶。兴安落叶松林乔木层各组分的含碳率在48.76%–53.81%之间变化。其中树干的含碳率相对较高,叶的含碳率最低,各组分含碳率由高到低依次为干>枝>根>皮>叶。樟子松林乔木层各组分的含碳率在48.11%–50.79%之间变化。其中树干的含碳率相对较高,叶的含碳率最低,各组分含碳率由高到低依次为干>枝>根>皮>叶。云冷杉林乔木层各组分的含碳率在49.49%–53.19%之间变化。其中树干的含碳率相对较高,叶的含碳率最低,各组分含碳率由高到低依次为干>枝>根>皮>叶。白桦林乔木层各组分的含碳率在43.87%–47.57%之间变化。其中树干的含碳率相对较高,叶的含碳率最低,各组分含碳率由高到低依次排列顺序为干>枝>根>皮>叶。蒙古栎林乔木层各组分的含碳率在45.47%–49.28%之间变化。其中树干的含碳率相对较高,叶的含碳率最低,各组分含碳率由高到低依次排列顺序为干>枝>根>皮>叶。山杨林乔木层各组分的含碳率在44.03%–46.54%之间变化。其中树干的含碳率相对较高,叶子的含碳率最低,各组分含碳率由高到低依次为干>枝>根>皮>叶。

　　3结论和讨论

　　黑龙江省小兴安岭是我国典型的北温带针阔混交林分布区,该区植被储存的碳量,在区域碳循环与碳平衡中发挥着重要作用。研究发现小兴安岭7种典型林型不同龄组的林分生物量碳密度均随着林龄(幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林)的增长而增加,但不同林型的生物量碳汇功能存在差异(p＜0.05),同一种林型在不同林龄的生物量碳密度增幅差异也较大。林分年固碳量范围在0.4–2.8t·hm–2之间。小兴安岭不同林型从幼龄林到成熟林的乔木层生物量碳密度增长速率为蒙古栎林>兴安落叶松林>云冷杉林>樟子松林>山杨林>红松林>白桦林。7种林型中幼龄林生物量碳密度为红松林>兴安落叶松林>蒙古栎林>云冷杉林>樟子松林>山杨林>白桦林;7种林型中中龄林生物量碳密度为红松林>樟子松林>兴安落叶松林>云冷杉林>白桦林>山杨林>蒙古栎林;7种林型中近熟林生物量碳密度为红松林>云冷杉林>兴安落叶松林>樟子松林>白桦林>蒙古栎林>山杨林;7种林型中成熟林生物量碳密度为云冷杉林>红松林>兴安落叶松林>樟子松林>白桦林>山杨林>蒙古栎林。红松林在各龄组中其林分生物量碳密度均较高,而山杨林和蒙古栎林的林分生物量碳密度均较低。红松林、兴安落叶松林、樟子松林和蒙古栎林在幼龄林时林分年固碳量较高,其他林型在成熟林时林分年固碳量较高。

　　参考文献

　　AdamsJM,PiovesanG(2002).Uncertaintiesintheroleoflandvegetationinthecarboncycle.Chemosphere,49,805–819.

　　miroBD,MacPhersonJI,DesjardinsRL,ChenJM,LiuJ(2003).Post-firecarbondioxidefluxesinthewesternCa-nadianborealforest:Evidencefromtowers,aircraftandremotesensing.AgriculturalandForestMeteorology,115,91–107.

　　胡海清1罗碧珍1魏书精1,2,3魏书威4孙龙1罗斯生1马洪斌1*

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