基于净生态系统生产力的毛竹与苦竹林碳汇能力估测

摘要

森林是陆地生态系统最大的碳库，科学准确的森林碳计量，是评价森林减缓大气CO2浓度增加、应对气候变化能力的关键。竹林作为我国重要的森林资源，由于分布广、生长快、产量高、用途多，因此在固碳增汇、减缓大气CO2浓度升高方面具有一般森林所没有的优势与特点。目前对于我国竹林生态系统碳汇计量的研究较少，尤其对我国西南地区盆地气候下的竹林生态系统科学、准确的碳汇计量尚未见报道。本文从竹林净生态系统生产力（Net Ecosystem Productivity，NEP）的角度，以生物量研究为出发点，系统探讨了蜀南毛竹（Phyllostachys edulis）与苦竹（Pleioblastus amarus）林生态系统的现存碳储量、净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP）、异养呼吸（Heterotrophic Respiration，Rh），通过计算NEP（NPP－Rh），评估了蜀南毛竹与苦竹林生态系统的碳汇能力。本文的主要结果如下：
　　（1）现存碳储量：
　　①毛竹与苦竹林生态系统现存碳储量分别为156.566 t·hm-2、156.823 t·hm-2，其中立竹碳储量分别为40.920 t·hm-2、19.432 t·hm-2，土壤碳储量分别为113.538 t·hm-2、132.568 t·hm-2。毛竹与苦竹林生态系统各组分占总碳储量的比例中，立竹碳储量分别为26.14％、12.39%，土壤碳储量分别为72.52%、84.53%，林下植被与枯落物碳储量分别为1.35%、3.08%。毛竹与苦竹林生态系统总碳储量较为接近，但毛竹立竹碳储量显著大于苦竹，为苦竹的2.11倍，而苦竹的土壤碳储量却显著大于毛竹，为毛竹的1.17倍。
　　②毛竹与苦竹含碳率分别为472.818 g·kg-1、450.792 g·kg-1，不同龄级立竹各器官含碳率差异不显著。毛竹与苦竹立竹碳储量的一半左右（51.49%、49.13%）位于竹杆中，而竹杆、竹枝、竹叶三部分地上碳储量总计分别为26.760 t·hm-2、13.346 t·hm-2，占立竹总碳储量的比例分别为65.39%、68.68%。毛竹与苦竹立竹地上、地下碳储量比例分别为1.89、2.19。
　　③土壤碳库是两种竹林生态系统最大的碳库。毛竹与苦竹林土壤有机碳含量分别为15.770 g·kg-1、19.410 g·kg-1，不同土层有机碳含量差异极显著。毛竹与苦竹0~30 cm土层是土壤碳储量的主体，分别为土壤总碳储量的69.02%、72.02%。
　　（2）净初级生产力
　　毛竹与苦竹林植被层净初级生产力分别为9.428 tC·hm-2·a-1、8.262 tC·hm-2·a-1，相当于每年从大气中固定的CO2量分别为34.569 t·hm-2、30.294 t·hm-2，毛竹林植被层年固碳量高于苦竹。
　　（3）土壤异养呼吸
　　①毛竹与苦竹土壤异养呼吸速率年平均值分别为1.389μmol·m-2·s-1、1.939μmol·m-2·s-1，苦竹大于毛竹。不同月份毛竹与苦竹土壤异养呼吸速率变化趋势基本相似，与林地10cm土壤温度变化规律较为一致，变化曲线均呈单峰型。毛竹土壤异养呼吸变异系数总体大于苦竹。
　　②毛竹与苦竹土壤异养呼吸量分别为16.72 tCO2·hm-2·a-1、23.414 tCO2·hm-2·a-1，苦竹土壤异养呼吸量为毛竹的1.39倍。处于生长季（3~11月份）的土壤异养呼吸作用明显高于非生长季（12月~次年2月）。毛竹土壤异养呼吸作用7月份最强，苦竹8月份最强。毛竹土壤异养呼吸对气温变化的敏感性高于苦竹。
　　（4）净生态系统生产力与碳汇
　　毛竹与苦竹林生态系统净生态系统生产力分别为4.865 tC·hm-2·a-1、1.876 tC·hm-2·a-1，相当于每年固定大气CO2量分别为17.840 t·hm-2、6.880 t·hm-2。毛竹林生态系统碳汇能力为苦竹的2.59倍。蜀南毛竹与苦竹林生态系统碳汇能力高于亚热带常见的其他树种。
　　综上所述，毛竹与苦竹是碳汇能力较强的竹种，宜加大推广营造毛竹与苦竹碳汇林，使盆地气候下的毛竹与苦竹林在应对气候变化中发挥更大的碳汇功能。本文研究结果可为碳减排政策的制定、生态补偿机制的形成、国际气候谈判和碳贸易市场的构建提供基础数据和科学借鉴。

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表目录

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第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究的目的与意义

1.2 国内外研究现状及评述

1.2.1 碳汇及其计量方法

1.2.2 生态系统生产力与碳汇研究进展

1.2.3 土壤异养呼吸及其研究进展

1.2.4 竹林碳汇研究进展

1.2.5 研究评述

1.3 研究目标和主要研究内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究主要内容

1.4 研究技术路线

第二章 材料与方法

2.1 研究区概况

2.2 研究方法

2.2.1 碳储量测定

2.2.2 NPP估算

2.2.3 异养呼吸测定

2.2.4 NEP估算与碳汇评估

第三章 结果与分析

3.1 竹林生态环境因子与林分生长

3.1.1 竹林生态环境因子

3.1.2 土壤温度与气温相关分析

3.1.3 林分生长状况

3.2 碳储量及其分配

3.2.1 立竹碳储量

3.2.2 林下植被与枯落物碳储量

3.2.3 土壤碳储量

3.2.4 生态系统各组分碳储量空间分配

3.3 净初级生产力

3.4 异养呼吸

3.4.1 土壤异养呼吸季节变化

3.4.2 土壤异养呼吸日变化

3.4.3 土壤异养呼吸量估算

3.5 净生态系统生产力与碳汇估算

第四章 结论与讨论

4.1 结论

4.1.1 毛竹与苦竹生态系统现存碳储量

4.1.2 毛竹与苦竹净初级生产力

4.1.3 毛竹与苦竹林土壤异养呼吸

4.1.4 毛竹与苦竹净生态系统生产力

4.2 讨论

4.2.1 立竹各器官含碳率

4.2.2 立竹生物量与碳储量

4.2.3 两种竹林净初级生产力与固碳能力

参考文献

在读期间的学术研究

致谢