大兴安岭５种典型林型森林生物碳储量

分类：论文范文 发表时间：2021-04-20 09:17

　　摘要：森林生态系统是陆地生态系统的重要碳库，森林生态系统的生物碳储量作为森林生态系统碳库的重要组成部分，对全球碳循环与碳平衡产生重要作用。以大兴安岭５种典型林型为研究对象，结合森林资源清查资料，采用地理信息技术（ＧＩＳ），将５种林型分龄组分别对乔木层、林下的灌木层、草本层和凋落物层各组分的单位面积生物量、含碳率和生物碳储量进行测定和计量估算，并从林分水平上，采用分龄组的方法，计量估算了生物碳储量。结果表明：大兴安岭５种典型林型不同龄组的生物碳储量分别为：兴安落叶松幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的生物碳储量分别为１５．２０、５０．９６、９５．８０ｔ／ｈｍ２和１０９．３３ｔ／ｈｍ２；白桦幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的生物碳储量分别为１５．３６、３０．６７、４１．６２ｔ／ｈｍ２和６４．３５ｔ／ｈｍ２；樟子松幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的生物碳储量分别为２９．８９、５９．９２、９０．０１ｔ／ｈｍ２和１１７．０８ｔ／ｈｍ２；蒙古栎幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的生物碳储量分别为１１．１７、１１．９０、３４．９４ｔ／ｈｍ２和５９．４９ｔ／ｈｍ２；山杨幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的生物碳储量分别为２１．８１、２８．５８、４２．８４ｔ／ｈｍ２和６４．３９ｔ／ｈｍ２。研究发现：５种典型林型不同龄组的森林生物碳储量均随着林龄（幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林）的增长而增加，但不同林型的碳汇功能存在差异，同一种林型在不同林龄的生物碳储量增幅差异亦较大。尤其是大兴安岭目前林分质量比较差，幼龄林和中龄林所占的比重较大，若能对现有林分加以更好地抚育和管理，该区森林植被仍具有较大的碳汇潜力，碳汇功能将进一步增强，大兴安岭在国家的生态功能区建设中将发挥更重要的碳汇功能，对此提出了森林生态系统碳增汇管理策略与管理路径。研究结果为正确认识森林生物碳储量对区域碳平衡及生态环境的影响具有重要意义，以及在未来营林、造林活动中充分发挥人工林碳汇效应提供参考依据。

　　关键词：森林生物量；碳储量；典型林型；大兴安岭；森林生态系统管理；碳汇管理措施

　　全球变化问题是人类社会共同面临的一个复杂系统的科学问题。随着全球气候变化的日益显著，气候变暖及其影响越来越引起科学界的关注［１－２］。大气中ＣＯ２浓度从工业革命前的２８０μｍｏｌ／Ｌ升至２０１１年的３９０μｍｏｌ／Ｌ［３］。森林生态系统作为陆地生态系统的重要碳库和碳吸收汇，其在植被中储存的碳素在全球的碳循环中发挥重要碳汇功能，是全球碳循环与碳平衡研究的基础，并对全球的碳平衡产生重要影响，在调节气候变化、降低大气中温室气体浓度、减缓温室效应方面均有不可替代的作用［４－１４］。虽然全球森林面积仅占陆地面积的２７％，但其生物量却占陆地生物量的８５％，而其储存的碳量分别占全球植被碳储量的８０％以上和全球土壤碳储量的４０％以上［９，１４－１６］，其中森林生态系统生物碳储量达２８２．７ＧｔＣ，约占全球植被碳储量的７７％［８］。森林生物碳储量作为森林生态系统碳库的重要组成部分，在森林生态系统中发挥重要作用。由于森林生态系统是巨大的碳库，即使该碳库发生较小的变化就足以对全球的气候系统产生巨大影响［１７］。森林生物量是森林生态系统的物质来源，是森林生态系统碳循环和碳动态分析的基础［１８］，同时森林生物量是森林生态系统固碳能力的重要标志，发挥重要的碳汇作用［１９－２１］。目前，森林生物量与森林生态系统碳汇功能的研究越来越受到重视，从而使森林生物碳储量的研究成为研究热点［２２－２５］。大兴安岭是我国唯一的寒温带针叶林区，同时作为国家重要的生态功能区与生态敏感区，对我国东北平原乃至华北平原起着重要的生态屏障作用，加强碳源碳汇的研究，对进一步定量评价其碳汇功能具有重要意义。据此，本文以黑龙江省大兴安岭５种典型林型为研究对象，系统研究各林型不同龄组和组分两种因子对生物量的影响，并对由此引起的森林生物碳储量及固碳能力的变化进行系统研究，旨在进一步定量计算森林生态系统的生物碳储量，并试图探讨影响森林生态系统碳储量变化的原因与各种因子的关系，以期为准确计量森林生物碳储量提供科学计量方法，为森林生态系统生物碳储量的估算提供参考数据。同时，对提高森林生态系统碳吸收能力，促进碳增汇，减少碳排放，发挥森林生态系统的碳效应，加强森林生态系统的可持续经营与管理均有重要意义，并提出了森林生态系统碳增汇管理策略，亦为正确认识森林生物碳储量对区域碳平衡及生态环境的影响，以及有效实施森林生态系统管理提供参考依据。

　　１材料与方法

　　１．１研究区概况

　　黑龙江省大兴安岭地区地处我国东北部，是我国位置最北、纬度最高且面积又最大的林区（５０°１０′—５３°３３′Ｎ，１２１°１２′—１２７°００′Ｅ）。西接内蒙古呼伦贝尔盟，南临松嫩平原，北部与俄罗斯隔江相望，东靠黑河市，边境线长７８６ｋｍ，全区土地总面积８．３５×１０６ｈｍ２，是我国唯一的寒温带针叶林区。该区有林地面积为６７８．４万ｈｍ２，森林覆盖率８１．２３％。大兴安岭植物区的地带性植被属于寒温带针叶林（北方森林），以兴安落叶松（Ｌａｒｉｘｇｍｅｌｉｎｉｉ）为主要优势建群种。其他乔木树种主要有针叶乔木樟子松（Ｐｉｎｕｓｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓｖａｒ．ｍｏｎｇｏｌｉｃａ）、偃松（Ｐｉｎｕｓｐｕｍｉｌａ）、云杉（Ｐｉｃｅａｋｏｒａｉｅｎｓｉｓ）等和阔叶乔木白桦（Ｂｅｔｕｌａｐｌａｔｙｐｈｙｌｌａ）、黑桦（Ｂｅｔｕｌａｄａｈｕｒｉｃａ）、蒙古栎（Ｑｕｅｒｃｕｓｍｏｎｇｏｌｉｃａ）、山杨（Ｐｏｐｕｌｕｓｄａｖｉｄｉａｎａ）、紫椴（Ｔｉｌｉａａｍｕｒｅｎｓｉｓ）等［２６］。该林区的森林具有下列结构特征：（１）植物种类较少，多样性较低，树种以兴安落叶松为主，并混生有白桦，同时灌草层的结构亦较为单一，次生林以杨桦林混生为主。（２）垂直层较少，属于明亮针叶林区。（３）生活型结构较为特殊，乔木以兴安落叶松和白桦这两种树种占主流分布。

　　１．２森林生物量调查

　　采用地理信息技术（ＧＩＳ），结合森林资源调查资料、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大兴安岭行政区划图，选择大兴安岭典型林分分布区，在大兴安岭北部的漠河林业局和塔河林业７４７５１７期胡海清等：大兴安岭５种典型林型森林生物碳储量局，同时在大兴安岭南部的松岭林业局和新林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与采样。漠河林业局采样时间为２０１２年７月上旬，塔河林业局的采样时间为２０１２年７月中旬，松岭林业局的采样时间为２０１２年８月上旬，新林林业局的采样时间为２０１２年８月中旬。根据大兴安岭各林型林分分布的特点与采样时的实际情况，选择有代表性的５种林型（落叶松林、白桦林、樟子松林、蒙古栎林和山杨林），按照４种龄组（幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林），由于过度开发，过熟林在大兴安岭地区较为少见，因此采样时没有对过熟林进行取样。大兴安岭５种主要林型树种龄级与龄组划分标准见表１，并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２４０块（５种林型×３个重复×４龄组×４个林业局）

　　２结果与分析

　　２．１各组分单位面积生物量

　　单位面积森林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１．２节森林生物量的调查所得到各龄组不同组分的样本数，乔木合计７２０个样本（标准木），灌木、草本和凋落物的样本数分别为１２００个。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。

　　２．２各林型单位面积生物量

　　各林型单位面积生物量包括乔木层生物量、灌木层生物量、草本层生物量和凋落物层生物量，结合表３和表４可得出各林型不同龄组单位面积生物量。总体上看各林型不同龄组单位面积生物量由大到小的排列顺序为：樟子松林＞兴安落叶松林＞山杨林＞白桦林＞蒙古栎林。兴安落叶松林不同龄组中幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的单位面积生物量分别为３１．００、１０１．２９、１８８．４６ｔ／ｈｍ２和２１５．２３ｔ／ｈｍ２；白桦林不同龄组幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的单位面积生物量分别为３３．１３、６５．６４、８８．６７ｔ／ｈｍ２和１３６．３８ｔ／ｈｍ２；樟子松林不同龄组中幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的单位面积生物量分别为６１．２２、１２０．３０、１７９．１０ｔ／ｈｍ２和２２９．４３ｔ／ｈｍ２；蒙古栎林不同龄组中幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的单位面积生物量分别为２３．８９、２５．００、７０．７０ｔ／ｈｍ２和１２６．２０ｔ／ｈｍ２；山杨林不同龄组中幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的单位面积生物量分别为４７．２８、６１．７１、９１．１６ｔ／ｈｍ２和１３５．５３ｔ／ｈｍ２。

　　３结论与讨论

　　黑龙江省大兴安岭是我国典型的明亮针叶林分布区，该区植被和土壤中储存的碳量，在区域碳循环与碳平衡中发挥重要作用。研究发现大兴安岭５种典型林型不同龄组的森林生物碳储量均随着林龄（幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林）的增长而增加，但不同林型的碳汇功能存在差异，同一种林型在不同林龄的生物碳储量增幅差异也较大。５种林型的生物碳储量分别为：兴安落叶松幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林分别为１５．２０、５０．９６、９５．８０ｔ／ｈｍ２和１０９．３３ｔ／ｈｍ２；白桦幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林分别为１５．３６、３０．６７、４１．６２ｔ／ｈｍ２和６４．３５ｔ／ｈｍ２；樟子松幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林分别为２９．８９、５９．９２、９０．０１ｔ／ｈｍ２和１１７．０８ｔ／ｈｍ２；蒙古栎幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林分别为１１．１７、１１．９０、３４．９４ｔ／ｈｍ２和５９．４９ｔ／ｈｍ２；山杨幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林分别为２１．８１、２８．５８、４２．８４ｔ／ｈｍ２和６４．３９ｔ／ｈｍ２。其中兴安落叶松林单位面积生物碳储量从幼龄林到成熟林增加了７．１９倍，增幅较大，随着林龄的增长碳汇功能较强。白桦林单位面积生物碳储量从幼龄林到成熟林增加了４．１９倍。樟子松林单位面积生物碳储量从幼龄林到成熟林增加了３．９２倍。蒙古栎林单位面积生物碳储量从幼龄林到成熟林增加了５．３３倍。山杨林单位面积生物碳储量从幼龄林到成熟林增加了２．９５倍，增幅较小。

　　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：

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　　胡海清１，罗碧珍１，魏书精１，２，３，魏书威４，文正敏２，３，孙龙１，罗斯生１，王立明１，马洪斌１，＊

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