森林退化对生态系统生物量、碳储量分配格局的影响

摘要

生物量和碳储量是生态系统结构与功能的重要内容，对研究生态系统物质循环、能量流动及其与大气间碳交换具有重要意义。本研究在湘中丘陵区4种不同退化程度的植物群落:石栎-红淡比-青冈常绿阔叶林(LAG)、马尾松-石栎-檵木针阔混交林(PLL)、檵木-杉木-白栎灌木林(LCQ)和檵木-南烛-满山红灌草丛(LVR)内设置固定样地，结合植物群落调查，采用收获法和建立主要树种各器官生物量相对生长方程，测定各组分有机碳含量，估算群落生物量和碳储量，研究不同退化程度森林生态系统生物量、碳储量的空间分配格局及其影响因素，为揭示中亚热带森林生态系统退化机制，准确地反映人类活动与森林生态功能过程的关系，为中亚热带森林生态恢复与保护、环境与经济可持续发展提供科学依据。研究结果如下: (1)植被退化对群落生物量影响显著，群落总生物量、地上部分和地下部分生物量均随着植被退化而下降。LAG与PLL乔木层生物量差异不显著，4种群落灌木层生物量及其各器官、地上部分、地下部分生物量随着植被退化均呈先增加后下降的变化特征，草本层生物量及其地上部分、地下部分生物量先下降再增高，凋落物层现存量总体上呈减少趋势。不同退化程度群落生物量的空间分布格局不同，LAG和PLL群落乔木层生物量占绝对优势，灌木层、草本层和凋落物层生物量占群落总生物量低于10％，LCQ群落灌木层生物量占明显优势，草本层生物量下降，LVR群落灌木层、草本层生物量相当。群落总生物量与树种多样性指数呈显著的正相关，与土壤有机碳、全氮、水解氮、有效磷含量呈显著的正相关，表明不同退化程度群落树种多样性、土壤养分含量的变化，是导致群落生物量变化的主要因素。 (2)不同退化程度生态系统各组分碳含量具有一定差异。PLL乔木层各组分碳含量均显著高于LAG; LAG灌木层各组分碳含量最低，与其他3种群落差异显著，随着植被退化，灌木层各组分碳含量都呈现出先增高后下降的趋势;PLL、LCQ、LVR草本层地上部分和地下部分均显著高于LAG，4种群落地下部分碳含量均高于其地上部分。同一群落植被层碳含量表现为:乔木层(459.05-535.77 g/kg)＞灌木层(459.07-525.16 g/kg)＞草本层(366.52-473.36 g/kg)。地表凋落物层碳含量表现为PLL＞LAG＞LVR＞LCQ，各群落不同分解层凋落物均表现为:未分解层＞半分解层＞已分解层。4种群落同一土壤层有机碳含量随着植被退化而降低，均表现为LAG＞PLL＞LCQ＞LVR。 (3)植被退化对生态系统各组成部分碳储量影响显著，生态系统总碳储量、植被层和土壤层碳储量均随着植被退化而下降，凋落物层碳储量及其各分解层碳储量先增加后下降。LAG和PLL乔木层及其各组分碳储量的差异均不显著;4种群落灌木层各组分、地上和地下部分碳储量均呈现出先增加后减少的变化特征;草本层及其地上部分和地下部分碳储量均表现为先下降后上升的趋势;4种群落同一土层有机碳储量随着植被退化而下降，且不同群落之间差异显著。不同退化程度森林生态系统碳储量的空间分布格局不同，LAG和PLL群落植被层和土壤层碳储量具有明显优势，植被层中乔木层占有绝对的优势;LCQ和LVR群落土壤层碳储量占绝对优势，植被层和凋落物层碳储量较小。生态系统总碳储量、植被层碳储量和土壤层碳储量分别与植被总生物量、根系生物量、地上部分和地下部分生物量、土壤有机碳含量呈极显著正相关，表明植被层生物量、土壤有机碳含量等因子对生态系统碳储量影响显著。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 研究背景

1．2 中国不同地理区域森林生物量的研究

1．2．1 温带地区

1．2．2 亚热带地区

1．2．3 南亚热带和热带北缘地区

1．3 森林生态系统碳储量的研究方法

1．3．1 植被层碳储量的研究方法

1．3．2 森林凋落物层碳储量的研究方法

1．3．3 土壤层碳储量的研究方法

1．4 生态系统尺度上，森林生态系统碳储量的研究现状

1．4．1 温带地区

1．4．2 亚热带地区

1．4．3 南亚热带和热带北缘地区

1．5 研究目的及意义

2 研究地概况

3 研究方法

3．1 样地设置

3．2 样地群落调查

3．3 生物量的测定

3．3．3 马尾松-石栎-檵木针阔混交林

3．3．4 石栎-红淡比-青冈常绿阔叶林

3．3．5 相对生长方程的建立

3．4 土壤样品的采集、处理及分析方法

3．5 植物样品碳含量的测定

3．6 数据统计分析

4 结果与分析

4．1 不同退化程度森林群落生物量及其空间分配格局

4．1．1 乔木层生物量的分配

4．1．2 灌木层生物量的分配

4．1．3 草本层生物量的分配

4．1．4 地表凋落物层现存量

4．1．5 群落生物量的空间分配

4．1．6 不同退化程度群落生物量与物种多样性的相关性

4．1．7 不同退化程度群落生物量与土壤养分含量的相关性

4．1．8 小结与讨论

4．2 不同退化程度生态系统各层次碳含量特征

4．2．1 乔木层各组分的碳含量

4．2．2 灌木层各组分的碳含量

4．2．3 草本层各组分的碳含量

4．2．4 凋落物层的碳含量

4．2．5 土壤层有机碳含量

4．2．6 小结与讨论

4．3 不同退化程度生态系统碳储量的空间分配格局

4．3．1 植被层碳储量

4．3．2 地表凋落物层碳储量

4．3．3 土壤层有机碳储量

4．3．4 生态系统碳储量的空间分配格局

4．3．5 不同退化程度生态系统C库动态变化的影响因子

4．3．6 小结与讨论

5 结论

5．1 不同退化程度森林群落生物量空间分配特征

5．2 不同退化程度生态系统碳含量特征

5．3 不同退化程度生态系统碳储量空间分配特征

6 创新点

7 研究展望

参考文献

附录

致谢