中国茶园生态系统碳平衡研究

摘要

最近几十年，种植园在全球不断扩张。种植园常常是砍伐森林或是由其他生态系统转变而来，这种转变常常会改变生态系统的碳平衡，种植园系统的人工管理，比如耕作、修剪、施肥和收获会改变茶园系统的碳流进而影响区域碳循环。
　　 茶是世界三大饮料（咖啡、茶和可可）之一，其种植面积约3百万公顷。2007年，中国植茶面积(1.64 million ha)超过世界茶园总面积的一半，在过去的60年里中国茶园扩张了900％。
　　 本文以中国茶园为研究对象，把中国茶园划分成三个茶区，共调查了全国12个主要产茶省15个样地，45个样点（年龄从5到50年）。本研究在物质平衡法的基础上用完整碳循环分析了茶园系统的碳循环；测定了茶园的生物量和净初级生产力(NPP)，通过实测数据和收集文献数据综合分析了土壤碳。在前人研究成果上，对各个茶区的生物量、凋落物量、生产力、碳储量进行了系统的研究。我们还比较了茶园与周边森林生态系统的碳吸收和碳储量，评价了中国茶园扩张对中国区域碳平衡的贡献和影响。本研究得到主要结果总结如下：
　　 1)中国茶园的植被总碳储量为83.29 Tg三个茶区茶园的生物量在48.93到52.89Mg C ha-l之间，平均生物量为50.90 Mg C ha-1。各区之间差异不显著(p>0.05)，但低于周边无干扰森林。
　　 2)全国茶园的土壤碳储量是235.47 Tg。地区差异也不显著，土壤碳密度差异幅度在132.27-158.70 Mg Cha-1之间，平均143.90 Mg C ha-l。新建成的茶园土壤碳损失能以平均每年0.68 Mg C ha-1的速度逐步恢复，42年后可恢复到周边常绿阔叶林的土壤碳密度。目前采收茶园的平均种植年龄35年，未达到恢复年限，平均碳密度低于周边森林。所以，在茶园的栽培管理中，不宜过频繁的更新茶园，应在保证一定经济收入的前提下，尽量地延长种植年龄，以利于土壤碳积累和储存。
　　 3)中国茶园的NPP为9.56 Mg Cha-1yr-l，区域之间差异不显著。是相近林龄（8-50年林龄）的周边常绿阔叶林NPP(4.18 Mg C ha-lyr-l)的2倍。很高的茶树植株密度(24，000-67，000丛ha-1)、高强度的修剪和施肥是茶园NPP高的原因。
　　 4)中国茶园生态系统碳密度（包括植被、凋落层和土壤）在185.98和217.10Mg C ha-l之间，平均为199.72 Mg Cha-1。中国茶园生态系统的总碳储量为326.80 Tg。茶园生态系统碳中，土壤碳占了很大一部分，平均土壤碳储量占生态系统碳储量的72.87％，而植被碳储量占总碳储量的24.51％，凋落层占2.62％。
　　 5)茶园的NEP为正值（意味着茶园为碳汇）。原因是大量的修剪物和凋落物返还土壤补充了耕作中土壤有机碳的损失，形成系统的碳积累。茶园比周边森林具有更高的NPP和异养呼吸，表明相对于森林，茶园是一个有高碳输入和高碳输出的高碳流系统。尽管茶园的总面积仅是森林面积的1.19％，是草地面积的0.49％，而茶园的NEP是森林的3.56％，是草地的26.31％。也就是说，中国茶园的平均NEP是中国森林平均NEP(0.7Mg C ha-1)的3倍，是中国草地平均NEP(0.04 Mg C ha-l)的50倍。这说明茶园在提供经济价值的同时，还起着碳汇作用。进一步减少在茶园建植过程中的土壤碳损失，将能使茶园生态系统更好地发挥碳汇作用。茶园对区域碳平衡的贡献的潜在价值值得进一步研究。
　　 6)对茶园系统的综合分析，我们发现茶园是一个能提供经济价值并同时能维持自身碳收支平衡的经济-生态双赢系统.

目录

文摘

英文文摘

致谢

缩写、术语及符号

1 绪论

1.1 陆地生态系统碳的研究现状与趋势

1.1.1 背景

1.1.2 陆地生态系统生物量和生产力研究进展

1.1.3 陆地生态系统碳储量研究进展

1.2 种植园对陆地碳贡献及研究现状

1.3 茶园对种植园和陆地碳贡献及研究现状

1.3.1 茶园系统物质循环（管理、收获与养分平衡等）相关研究

1.3.2 茶园碳（土壤碳和植被碳）相关研究

1.4 本研究目的、意义，科学问题、研究内容

2 研究方法论、研究区域概况和研究方法

2.1 方法论

2.1.1 系统边界，碳的输入和输出

2.1.2 计算原理

2.2 中国茶园的分布、分区及管理

2.2.1 西部茶区

2.2.2 南部茶区

2.2.3 东部茶区

2.2.4 茶园管理

2.3 样地设置及基本调查

2.4 数据采集与统计分析

2.4.1 数据收集和转换

2.4.2 统计分析

3 中国茶园生物量碳和凋落层碳

3.1 研究方法

3.1.1 基本参数测定

3.1.2 生物量取样测定

3.1.3 杂草生物量和凋落层干物质量的取样测定

3.1.4 碳储量计算

3.2 结果

3.2.1 茶园各组分的含碳率

3.2.2 茶园的生物量碳

3.2.3 茶园凋落层碳储量

3.3 讨论

3.4 小结

4 中国茶园的净初级生产力

4.1 研究方法

4.2 结果

4.3 茶园系统与其他林型平均NPP的比较

4.4 茶园系统NPP的动态

4.5 小结

5 中国茶园的土壤碳

5.1 野外取样

5.1.1 土壤有机质的野外土样采集

5.1.2 土壤容重的士样采集

5.2 茶园土壤碳密度和碳储量

5.3 茶园土壤碳的垂直分布

5.4 森林转变成茶园对系统土壤碳储量的影响

5.5 茶园土壤的可持续性及种植园栽培管理建议

5.6 小结

6 中国茶园的碳平衡与碳储量

6.1 中国茶园的碳平衡

6.2 中国茶园的碳贡献

6.3 中国茶园生态系统碳密度和碳储量

6.4 茶园生态系统的碳储量动态

6.5 小结

7 中国茶园扩张的意义

7.1 茶园扩张趋势及其对中国碳循环的意义

7.2 中国茶园扩张的驱动因子

8 主要结论与展望

8.1 主要结论

8.2 存在问题、展望和建议

参考文献

附件A

本研究的创新点

作者简历

茶园附件照片