海岸帶木麻黃人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳吸存與碳平衡.pdf

1、隨著大氣溫室氣體含量上升，全球氣候變暖，森林作為固定二氧化碳的綠色植物主體，其CO2吸收和儲(chǔ)存功能越來(lái)越受到人們的關(guān)注。森林現(xiàn)有植物中碳儲(chǔ)量和森林生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)是評(píng)價(jià)森林CO2吸收功能的主要尺度。隨著近年來(lái)天然林資源的減少，人工林面積不斷增加，人工林在森林生態(tài)系統(tǒng)中占有越來(lái)越重要的地位，中國(guó)現(xiàn)有人工林保存面積已達(dá)到5300多萬(wàn)公頃，但目前有關(guān)人工林生態(tài)系統(tǒng)碳吸存與碳平衡的研究不多，特別是我國(guó)南亞熱帶地區(qū)人工林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究，這就限

2、制了對(duì)我國(guó)南亞熱帶人工林生態(tài)系統(tǒng)碳匯源的準(zhǔn)確評(píng)估。 有鑒如此，本文選擇我國(guó)南亞熱帶地區(qū)海岸帶不同發(fā)育階段(幼齡林、中齡林、成熟林)的木麻黃人工林為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定木麻黃人工林喬木層各器官、凋落物層和土壤層含碳率，結(jié)合各組分生物量和年凈生產(chǎn)量，計(jì)算了木麻黃人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量和不同發(fā)育階段木麻黃人工林的年凈固碳量。采用靜態(tài)箱式法(結(jié)合便攜式CO2分析儀)和LICOR-8100AutomatedSoilCO2FluxSystem

3、兩種方法對(duì)不同林齡木麻黃人工林土壤呼吸尤其是異養(yǎng)呼吸在2006年5月至2007年12月間的日動(dòng)態(tài)、月動(dòng)態(tài)與年際差異及其與土壤水熱因子的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究，通過(guò)測(cè)定樣地的土壤含碳率和碳儲(chǔ)量，以及木麻黃生態(tài)系統(tǒng)地上部分的年固碳量，分析評(píng)價(jià)了木麻黃人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳源-碳匯能力，以期為準(zhǔn)確評(píng)估我國(guó)南亞熱帶木麻黃人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下： 1.木麻黃人工林喬木層、凋落物層和土壤層(0～100cm)含碳率在不

4、同發(fā)育階段以及同一發(fā)育階段不同器官間存在顯著差異，各器官含碳率隨發(fā)育階段而有所變化。其中，土壤含碳率在垂直方向上表現(xiàn)為隨土層深度的增加而降低，且不同土層間含碳率差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)，同一土壤層含碳率表現(xiàn)出隨林齡增大而升高的趨勢(shì)。幼齡、中齡和成熟木麻黃人工林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量分別為76.80、164.11和222.69t·hm-2，隨林齡升高而升高，植被層碳儲(chǔ)量分別為62.75，139.70和165.30t·hm－2;凋落物層碳儲(chǔ)量

5、則表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律；土壤層碳儲(chǔ)量在生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量中的比例隨林齡增大而降低；而喬木層碳儲(chǔ)量在總碳儲(chǔ)量中的比重隨林齡增大而升高。 2.木麻黃幼齡林、中齡林和成熟林年凋落物量分別為4.84、9.25和13.33t·hm-2，不同發(fā)育階段間存在顯著差異。年凋落物量中小枝占85.05％，樹(shù)枝占10.01％，果實(shí)占4.94％。凋落量的峰值出現(xiàn)在梅雨季節(jié)(5月)和臺(tái)風(fēng)多發(fā)季(7～9月)，以9月凋落量最大。凋落物碳素含量的季節(jié)變化為冬季＞秋

6、季＞夏季＞春季。木麻黃人工林的年固碳量介于8.457～14.889t·hm-2之間，年固碳量以中齡林最大，幼齡林次之，成熟林最小。這種差異主要是由喬木層各器官年固碳量差異引起的。 3.隨著林齡的逐漸增大，土壤中DOC含量逐漸升高，幼齡林的20.15mg·kg-1增大為中齡林的31.68mg·kg-1和成熟林的41.52mg·kg-1。三種林分0～20cm土層中MBC平均含量分別為94.03、40.14和20.01mg·kg-1。

7、 4.以木麻黃中齡林為例，土壤異養(yǎng)呼吸通量在2006年7月、10月和2007年1月、4月的日均值分別為3.22、2.24、1.81和2.27μmolCO2·m-2·a-1。土壤呼吸(包括異養(yǎng)呼吸和總呼吸)的日動(dòng)態(tài)均呈現(xiàn)出比較明顯的雙峰曲線(xiàn)，白天的變化幅度略高于夜晚，上午8時(shí)和下午14-16時(shí)出現(xiàn)了兩個(gè)峰值，最小值出現(xiàn)在晚上20-22時(shí)。木麻黃林分土壤異養(yǎng)呼吸速率的季節(jié)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為單峰曲線(xiàn)，最大值出現(xiàn)在6或7月，最小值一般出現(xiàn)在11

8、或12月；土壤總呼吸速率與異養(yǎng)呼吸的月際變化規(guī)律基本一致，這與林地的氣象因子(主要是5cm土壤溫度和土壤體積含水量)有著相似的變化動(dòng)態(tài)；木麻黃中齡林土壤異養(yǎng)呼吸速率和總呼吸速率的月際變化幅度都高于幼齡林和成熟林，其中幼齡林、中齡林和成熟林異養(yǎng)呼吸速率月際變化幅度分別為1.41、3.37和2.53μmolCO2·m-2.a-1，土壤總呼吸速率分別為1.21、4.37和3.52μmolCO2·m-2·a-1。土壤呼吸速率(異養(yǎng)呼吸和總呼吸)

9、在2007年間總體上低于2006年。2006年土壤異養(yǎng)呼吸速率和總呼吸速率分別為2007年的81.97％和82.04％，但土壤呼吸速率在兩年間的變化動(dòng)態(tài)基本一直。 5.本研究主要從溫度與水分兩個(gè)方面來(lái)探討土壤呼吸速率的影響因子并構(gòu)建了呼吸模型。土壤呼吸速率與氣溫、地表溫度和5cm土溫3個(gè)指標(biāo)均有較好的指數(shù)關(guān)系(R=αebT)，其中擬和度最好的是5cm土溫，幼齡林、中齡林和成熟林中的R2分別為0.6343、0.5437和0.667

10、7，基于5cm土溫的Q10值分別為1.385、1.438和1.948。土壤呼吸速率與表層土壤體積含水量之間也具有顯著的線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系(Y=αX+b)，三種林分R2值分別達(dá)到了0.5713、0.7839和0.8207。土壤溫度和水分的交互作用對(duì)呼吸速率有顯著影響，利用模型R=α×ebT×WC對(duì)土壤呼吸速率與5cm土溫和土壤體積含水量的交互作用作二元非線(xiàn)性回歸分析，二元模型的R2值分別為0.690、0.919和0.902。 6.三種林

11、分土壤異養(yǎng)呼吸速率平均值分別為1.86、2.60和2.23μmol·m-2·s-1；總呼吸速率分別為2.44、3.56和3.09μmol·m-2·s-1，三種樣地的日變化規(guī)律基本一致。不同林齡林分中土壤異養(yǎng)呼吸在總呼吸中所占的比例在一年中的變化幅度為68.59～76.87％，基本穩(wěn)定在72％左右。 7.靜態(tài)法的測(cè)定結(jié)果較動(dòng)態(tài)法高，前者是后者的1.327倍，且靜態(tài)法的測(cè)定結(jié)果較不穩(wěn)定。但對(duì)兩種方法的線(xiàn)性回歸分析表明，兩種方法的測(cè)定