燕山北部山地白桦天然次生林的碳循环

摘要

森林生态系统在碳汇方面发挥着重要作用。但森林碳汇功能受抚育采伐及轮伐期等多方面因素影响，是一个不断变化的复杂过程，从生物量碳、土壤碳和木质林产品碳多方面来全面认识其动态变化过程和碳汇作用具有重要的科学和现实意义。本研究以我国华北地区的主要落叶树种白桦为研究对象，以林分收获表为基础，利用CO2FIX V.2模型，在林分尺度上研究了一个完整的轮伐期内天然次生林及其各组分的碳动态，并与当地华北落叶松人工林碳动态进行比较，以求全面系统地认识该地区天然次生林的碳汇作用，为该地区森林经营提供合理建议。研究的主要结果为:
　　 (1)在承德围场地区现行的轮伐期制度下，白桦天然次生林生物量、土壤和木质林产品三个碳库的碳储量均随轮伐期（50年）呈周期性变化，在每个周期内生物碳储量起伏较大，变化范围在0-50 t·hm-2之间;土壤碳储量先小幅降低，后上升，再缓慢降低，轮伐期末又因皆伐导致的凋落物量增加而增加;木质林产品碳经过短期内快速增加和降低后缓慢减少，各碳库碳储量由大到小依次为:长期填埋场、中期产品、长期产品、能量（薪材）、垃圾场、短期产品。华北落叶松人工林各碳库周期变化规律与白桦林相似，生物碳储量变化范围在0-55 t·hm-2之间，高于白桦林，木质林产品各碳库碳储量长期产品、垃圾场比中期产品、能量（薪材）大。
　　 在120年模拟期内，两种林分土壤碳储量均随时间呈上升趋势，白桦林的变化范围在79-106 t·hm-2之间，落叶松林略高，在82-116 t·hm-2之间。同时，两种林分木质林产品碳储量整体上也呈增加趋势。
　　 (2)白桦天然次生林总碳储量随轮伐期呈周期变化，每个周期内，总碳储量先小幅降低，后升高，最后再降低。模拟期内，白桦林呈缓慢增加趋势，变化范围在80-150 t·hm-2之间，落叶松林呈增加趋势，变化范围为90-166 t·hm-2。模拟期内林分各碳库贡献率不断变化，白桦林土壤、生物和木质林产品碳储量对总碳储量的平均贡献率分别为75％、22％和3％，华北落叶松林分别为70％、22％和8％。
　　 (3)白桦天然次生林在林分初期和后期表现为碳源，中间大部分时间（约30年）表现为碳汇，华北落叶松人工林的碳汇时间较长，约40年。从年平均净碳平衡来看，两种林分成林后都是明显的碳汇，平均每年每公顷白桦林约固碳0.5 t，落叶松林约固碳0.9t。
　　 (4)在研究地区，每公顷白桦天然次生林两个轮伐期（100年）约截存404t碳(NPP)，其中84％通过凋落物和采伐剩余物的方式进入土壤，其余16％进入木质林产品加工利用过程。轮伐期结束后，约有NPP的80％的碳通过土壤呼吸释放到大气，8％通过林产品分解和能量燃烧回归大气，生物碳储量为零，3％储存在土壤碳库中，碳储量约12.82 t·hm-2，8％储存在林产品碳库中，碳储量约为35.26 t·hm-2。
　　 每公顷华北落叶松人工林的NPP约为501t，其中70％通过凋落物和采伐剩余物的方式进入土壤，其余30%进入木质林产品加工利用过程。轮伐期结束后，约有NPP的66％的碳通过土壤呼吸释放到大气，23％通过林产品分解和能量燃烧回归大气，生物碳储量为零，5％储存在土壤碳库中，碳储量约23.00 t·hm-2，7％储存在林产品碳库中，储量约为33.19 t·hm-2。
　　 (5)30a、40a、50a、60a、70a轮伐期下白桦天然次生林的总碳储量和各碳库碳储量均有不同:从总碳储量看，适宜的轮伐期长度为60a;生物碳储量适宜的长度约为60a;土壤碳储量适宜的长度约为40a;缩短轮伐期有助于林产品碳的积累。华北落叶松人工林适宜轮伐期与白桦林不同，总碳储量适宜的长度是40a;生物碳储量随轮伐期延长而增加;土壤碳储量适宜的长度约为50a;缩短轮伐期有助于林产品碳的积累。综合来看两种林分现行的轮伐期长度(50a)较合理。
　　 (6)白桦天然次生林与华北落叶松人工林土壤碳储量随温度升高或降水增加均引起土壤呼吸增强，进而导致土壤碳储量降低。气候变化如温度、降水等因子的改变，通过影响土壤呼吸等进而影响土壤碳储量及生态系统的问题值得关注。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究意义

1．2 森林生态系统和木质林产品碳循环研究

1．2．1 森林生态系统碳库

1．2．2 森林生态系统碳储量及其动态

1．2．3 森林生态系统碳循环

1．2．4 木质林产品碳库

1．2．5 森林生态系统生物量-土壤-木质林产品碳碳循环

1．2．6 当前研究的问题与展望

2 研究区概况

2．1 地理位置

2．2 自然环境概况

2．3 木材加工概况

3 研究内容与方法

3．1 研究内容

3．1．1 白桦天然次生林碳动态分析

3．1．2 轮伐期长度对白桦天然次生林碳储量的影响

3．1．3 温度和降水变化对白桦天然次生林土壤碳的影响

3．2 研究技术路线

3．3 研究方法

3．3．1 数据来源

3．3．2 模型模拟

3．3．3 主要结果指标的推算

4 结果与分析

4．1 CO2FIX的模型验证

4．2 白桦天然次生林碳动态模拟

4．2．1 白桦天然次生林碳储量的变化

4．2．2 白桦天然次生林碳通量的变化

4．3 轮伐期长度对白桦天然次生林碳储量的影响

4．4 温度和降水变化对白桦天然次生林土壤碳的影响

4．4．1 温度变化对白桦天然次生林土壤碳的影响

4．4．2 降水变化对白桦天然次生林土壤碳的影响

5 结论

6 关于CO2FIX模型的不确定性

参考文献

在读期间发表论文

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致谢