大興安嶺興安落葉松林幼中齡林碳儲量及碳匯功能

大興安嶺興安落葉松林幼中齡林碳儲量及碳匯功能

由于人類意識到世界變化的嚴重性，許多科學(xué)家在世界范圍內(nèi)研究了熱帶雨林、溫帶針葉林和北海針葉林的生物量，并對世界不同地區(qū)和不同類型森林的碳儲量進行了估計。同時，最近的研究表明，北半球高緯度陸地生態(tài)系統(tǒng)是一個巨大的“碳組合”，其中大多數(shù)碳環(huán)包括去向不明的co2。我國的興安落葉松(Larixgmelini)林是歐亞大陸北方針葉林的一部分,屬于東西伯利亞南部落葉針葉林沿山地向南的延續(xù)部分,也是寒溫帶針葉林的主要建群種,其林分面積大,蓄積量多,面積和蓄積分別占我國寒溫帶有林地面積和蓄積量的55%和75%,是我國主要的木材生產(chǎn)基地。因此,研究興安落葉松林的生物量及固碳能力對研究全球CO2濃度及全球環(huán)境變化有重要的作用與意義。由于傳統(tǒng)上對木材的長期依賴,使得其資源受到破壞,森林結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,興安落葉松原始林和成熟林日漸減少,取而代之的是次生林和幼中齡林,因此,對興安落葉松的研究焦點是幼中齡林。森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫的估算方法有多種,本文以我國的主要用材林興安落葉松幼中齡林為研究對象,基于標準地及森林資源清查資料建立了興安落葉松生物量與蓄積量的關(guān)系模型,并對我國興安落葉松的主要集中地內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)的生物量和碳儲量進行了估算。提供了基于一類調(diào)查數(shù)據(jù)與實測生物量解析木數(shù)據(jù)的聯(lián)合應(yīng)用估算碳儲量的新方法,同時,也為近一步研究生物量和碳儲量的遙感宏觀估測奠定了基礎(chǔ)。1南大楊樹南山地帶n興安落葉松林主要分布于我國大、小興安嶺地區(qū)(43°～53°7′N,118°～135°5′E)。本研究地位于內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)(47°3′40″～52°20′N,119°36′20″～125°19′50″E),海拔425m到1760m,區(qū)內(nèi)山巒起伏,河流密布。本區(qū)屬亞寒帶,具有明顯的寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候,冬季漫長寒冷,夏季暫短溫?zé)?年均溫-3.5℃,極端最低氣溫為-52℃(圖里河1966年2月22日),極端最高氣溫37.5℃(大楊樹1969年7月21日)。年降水量300～450mm。區(qū)內(nèi)北部及中部以棕色針葉林土為主,南部是暗棕壤區(qū)。該區(qū)以興安落葉松為優(yōu)勢種,其中杜香興安落葉松林、杜鵑落葉松林、草類落葉松林為主要林型。2研究區(qū)與方法本文所用資料主要有兩部分,其中標準地及生物量解析木數(shù)據(jù)為“興安落葉松幼中齡林生長規(guī)律及經(jīng)營措施研究”課題的部分資料,面積與蓄積資料分別來自國家第5次和第6次森林資源一類連續(xù)清查數(shù)據(jù)。全部數(shù)據(jù)來源于天然林,且為相對同齡林,20a一個齡級,40a以下為幼齡林,41～80a為中齡林。本文的生物量,僅指以重量表示的單位面積上所有地上部分生物有機體的干重。本文用標準地法取樣,在內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)共選取28塊標準地,每塊標準地選取平均標準木一株,伐倒后,其中樹干從基部到梢頭按1m分段取樣,測得帶皮鮮重;在每段兩端取10cm長的皮樣稱鮮重計算全段的樹皮鮮重;枝、葉全部稱鮮重。稱重完后,分別在樹干、樹皮、枝、葉按比例取樣,將樣品放置于105℃烤箱中干燥至恒重,測出樣品干重,然后推算出各組分的干重。3結(jié)果與分析本文所用28塊標準地的因子及組分生物量的測定結(jié)果見表1.3.1興安落葉松幼林健康結(jié)果表明,生物量與蓄積量的比值,即生物量轉(zhuǎn)換因子(BEF)在0.4557與0.6988之間變動,平均值為0.5332(圖1)。3.2林分生物量分布林分各組分生物量的大小有明顯差異,林分的地上生物量主要體現(xiàn)為樹干的生物量,占地上總生物量的68.74%,其次為皮、枝、葉,分別占14.86%,10.54%,5.86%(圖2)。3.3x+1.9765首先,分別樹干、樹皮、枝、葉等組分,對其生物量與蓄積量的關(guān)系,選用多種方程進行了擬合,并對擬合結(jié)果進行綜合分析,建立了多組分生物量蓄積量的相關(guān)模型,分別是:干y=0.4683x-11.291;皮:y=0.0472x+3.5674;枝:y=0.0415x+1.6787;葉:y=0.0197x+1.3405,林分各組分的生物量與林分蓄積量均存在著不同程度的線性相關(guān)性,干材的生物量與林分的蓄積量有明顯的線性關(guān)系,且相關(guān)系數(shù)達到了0.99,其他三類的生物量則與蓄積量的關(guān)系也具有較好的相關(guān)性,各組分的生物量隨林分蓄積量的增加表現(xiàn)為不同程度的線性上升趨勢(圖3)。然后,對地上生物量隨其蓄積量的變化關(guān)系進行了擬合與分析,表明其生物量隨其蓄積量的增加而增加,且表現(xiàn)出明顯的線性關(guān)系(圖4),其生物量與蓄積量的關(guān)系可表示為:B=0.5767V-4.7042R2=0.9758,n=28式中,B為森林生物量(t/hm2),V為森林蓄積量(m3/hm2)這一結(jié)果與Brown和Lugo及方精云提出的生物量與蓄積量間存在線形關(guān)系基本相符合。也說明這一關(guān)系式可以作為估測地上森林生物量的基礎(chǔ)。3.4總含碳率的計算根據(jù)國家第5次與第6次森林資源清查資料中內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)興安落葉松幼中齡林的蓄積量、森林面積等資料(表2),利用本文3.3生物量與蓄積量的關(guān)系式,先估算生物量,進而對大興安嶺興安落葉松林碳儲量和碳密度進行估算。碳儲量C=B×Cc式中,C為碳儲量(t);B為地上生物量;Cc為含碳率。碳密度Cp=C/S,式中,Cp為碳密度(t/hm2);S為森林面積(hm2)。有關(guān)文獻[14,18,19,20,14,18,19,20]所用的含碳率為0.45或0.5,而馬欽彥等的研究結(jié)果表明,我國喬木樹種平均含碳率值均大于0.45,而闊葉樹的平均含碳率值大多低于0.5,針葉樹的平均含碳率大多等于或高于0.5,所以用0.5作為轉(zhuǎn)換系數(shù)要優(yōu)于0.45。但更準確的估算應(yīng)該是分森林類型而采用不同的含碳率轉(zhuǎn)換系數(shù)。故本文中的含碳率采用同為落葉松林的華北落葉松的含碳率(0.5097)。估計結(jié)果表明:近期幼中齡林總的生物量9.49×107t、單位面積生物量38.4854t/hm2、碳儲量4.84×107t、碳密度為19.616t/hm2(見表2)。3.5碳儲量和碳密度不斷增加從表2看出,內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)的興安落葉松幼齡林的面積在減少,中齡林的面積增大,整體上幼中齡林的固碳能力不斷增強,碳密度從19.212t/hm2上升到了19.616t/hm2,增加了0.404t/hm2。興安落葉松幼中齡林的碳儲量從1998年的第5次全國森林清查的3.95×107t上升到了2003年第6次森林清查時的4.84×107t,增加了0.89×107t,表現(xiàn)出了明顯的碳匯作用。由于良好的森林經(jīng)營和保護,以及幼中齡林的不斷發(fā)展,大興安嶺地區(qū)的興安落葉松林碳儲量和碳密度不斷增加,興安落葉松林是重要的碳匯貢獻者。同時,看出固碳能力總體水平不高,碳密度還遠低于我國森林植被的平均水平[14,18,19,20,14,18,19,20],一方面由于我國北方森林所處自然條件的局限性,另一方面興安落葉松林尚未達到演替過程的穩(wěn)定階段。4多組分生物量與蓄積量關(guān)系的線性關(guān)系及其碳匯作用聯(lián)合應(yīng)用標準地生物量解析木數(shù)據(jù)與森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)研究森林碳匯的新方法,適用于對興安落葉松幼中齡林的生物量轉(zhuǎn)換因子(BEF)、生物量及碳儲量、碳密度、碳匯功能等進行系統(tǒng)估算。通過實測數(shù)據(jù)分析,BEF在0.4557與0.6988之間變動,平均值為0.5332。干、皮、枝、葉各組分生物量的分配比為:68.74∶14.86∶10.54∶5.86。分別樹干、樹皮、枝、葉等組分,對其生物量與蓄積量的關(guān)系進行了擬合,建立了多組分生物量蓄積量的相關(guān)模型,分別是:干:y=0.4683x-11.291;皮:y=0.0472x+3.5674;枝:y=0.0415x+1.6787;葉:y=0.0197x+1.3405,表明各組分生物量同蓄積量均有很好的線性關(guān)系。地上生物量隨蓄積量的增加而增加,其線性關(guān)系為:B=0.5767V-4.7042。利用清查數(shù)據(jù),按材積源生物量法推算總生物量為9.49×107t,按0.5097的含碳率計算,得出興安落葉松林幼中齡林總的碳儲量為4.84×107t,結(jié)合一類清查的面積,得出興安落葉松林幼中齡林的碳密度為19