桤木人工林生态系统碳密度、贮量及空间分布

论文摘要

四川桤木（Alnus cremastogyne）属桦木科（Betulaceae）桤木属,为中国特有种,是喜温、喜湿、耐水和耐瘠薄的优良纤维材和水土保持树种,是适合湖南退耕还林工程和生态建设工程的优良树种。现已成为长江流域平原水网地区防护林、丘陵山区水土保持林和短周期工业用材林基地建设中的重要造林树种。桤木人工林生态系统碳密度、贮量及空间分布的研究旨在为能准确估算桤木林生态系统的碳素贮量和在区域或国家尺度上估算森林生态系统碳素贮量以及碳平衡提供基础数据,为正确估算森林的生态效益提供参考。主要研究结果如下：不同层次桤木叶中碳素密度平均值的大小顺序排列为：上层叶>中层叶>下层叶,变化范围为0.5340gC／g-0.5531gC／g,不同层次桤木枝中碳素密度平均值的大小依次排列为：中层枝>下层枝>上层枝,在0.5167gC／g-0.5432gC／g之间变化。3年生桤木各器官的平均碳素密度变化范围为0.3955gC／g-0.5199gC／g,5年生为0.4199gC／g-0.5435gC／g,8年生为0.4337gC／g-0.5453gC／g,14年生为0.4250gC／g-0.5513gC／g,变异系数均在0.25%-9.58%之间变化。不同年龄桤木各器官碳素密度表现大致为：树干>树枝>树叶>树根>树皮。3年生桤木各器官碳素密度的算术平均值为0.4613gC／g,5年生为0.4788gC／g,8年生为0.4857gC／g,14年生为0.4958 gC／g,即随年龄的增长而增加。花垣县与泪罗市同一年龄桤木器官碳素密度算术平均值分别为0.4788gC／g和0.5397gC／g,泪罗市桤木各器官碳素密度排序为树干>树叶>树皮>树枝>树根。桤木林年龄的增长并未明显地影响林下植被、死地被物的碳素含量变化规律。同一林分不同年龄桤木中各层次植物的碳素密度依高低顺序排列为：乔木层>活地被物层>死地被物层。不同年龄桤木人工林生态系统土壤层平均碳素密度随着年龄的增加逐渐增加,且土壤各层的碳素密度随着土层深度的增加而逐渐下降。不同年龄、不同地域桤木人工林土壤不同层次有机碳密度的分异均表现为0-15cm土层>15-30cm土层>30-60cm土层。桤木人工林不同层次土壤有机碳密度与土壤pH成线性正相关,与土壤全氮含量、C／N比之间存在显著线性正相关。桤木人工林生态系统中的碳素贮量主要由三个部分组成,即植被层、死地被物层和土壤层,按碳素贮量的大小顺序排列为：土壤层>植被层>死地被物层。5年生、8年生和14年生桤木林生态系统中的碳素贮量分别为95.89 t/hm2、120.82t/hm2和130.75t/hm2。随着桤木林分年龄的增长,乔木层的碳素贮量优势逐渐增强,乔木层的碳素贮量从5年生的25.88t/hm2增加到14年生的49.63t/hm2。5年生时占整个生态系统碳素贮量的26.99%,8年生时占29.73%,14年生时占37.96%。林地土壤层（0～60cm）的碳素贮量是相当可观的,3年生、5年生、8年生、14年生桤木林地土壤碳素贮量分别为68.24t/hm2、68.61t/hm2、83.55t/hm2和77.69t/hm2,占整个生态系统碳素贮量的59.42%以上。在土壤层中,3年生、5年生、8年生和14年生桤木林地土壤表层（0～15cm）的碳素贮量分别占其总碳素贮量的41.08%、38.71%、34.63%和46.87%。而0～30cm的土壤层中的碳素贮量分别占其总碳素贮量的69.03%、61.72%、61.68%和66.55%。不同年龄桤木人工林生态系统中地上部分碳素贮量与地下部分碳素贮量之比为：5年生为1：2.51,8年生为1：2.24,14年生为1：1.46。随着桤木林分年龄的增长,地上部分与地下部分碳素贮量之比有逐渐下降的趋势。花垣县和汨罗市桤木林生态系统碳贮量分别为95.89t/hm2和104.91 t/hm2,土壤层碳素贮量分别为68.61t/hm2和75.07 t/hm2,占整个生态系统碳素贮量的71.55%和71.56%。地上部分和地下部分碳贮量之比为1：2.51和1：2.52。随着土层深度的增加,土壤碳贮量逐渐减小,但不同层次（0～15cm、15～30cm、30～60cm）土壤碳贮量比例接近,花垣县为38.71%、23.01%和38.28%,汨罗市为38.70%、22.43%和38.87%。5年生、8年生和14年生桤木人工林生态系统的净第一性生产力分别为11.93、11.62和13.11t/hm2·a,其年净固定碳素量分别5.84、5.20和6.08t/hm2·a,年凋落物中固定的碳素量分别为0.66、0.71和1.29t/hm2·a。湖南省现有桤木林植被的碳素贮量为2.2641×106t,潜在碳素贮量为4.7658×106t。湖南省桤木林现有碳素贮量为潜在碳素贮量的47.51%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 森林生态系统碳贮量的估算方法
• 1.2.1 样地实测估计法
• 1.2.2 模型估算
• 1.2.3 基于遥感技术的估算
• 1.3 森林植被碳贮量研究进展
• 1.3.1 区域植被碳贮量的估算
• 1.3.2 人工林生态系统碳库研究
• 1.4 森林生态系统土壤碳库研究
• 1.4.1 森林土壤碳储量的估算
• 1.4.2 影响土壤有机碳贮量的因素
• 1.4.2.1 自然因素的影响
• 2浓度上升的作用'>1.4.2.2 大气CO₂浓度上升的作用
• 1.4.2.3 氮循环对土壤碳库的影响
• 1.5 桤木的研究动态
• 1.5.1 桤木的氮素积累和改良土壤效应研究
• 1.5.2 桤木的群落特征及生物量研究
• 1.5.3 桤木光合生理特性研究
• 2 问题的提出及研究意义
• 3 试验地概况与研究方法
• 3.1 试验地概况
• 3.2 研究方法
• 3.2.1 生物量及净第一性生产量的测定
• 3.2.2 样品采集
• 3.2.3 分析方法
• 3.2.4 桤木人工林碳贮量的估算
• 3.2.5 数据处理与分析
• 4 研究结果与分析
• 4.1 桤木人工林植被层的碳素密度
• 4.1.1 同一年龄桤木枝、叶中碳素密度的空间变化
• 4.1.2 不同年龄桤木不同器官的碳素密度
• 4.1.3 不同年龄桤木林下活地被物、死地被物中碳素密度的变化
• 4.1.4 不同地域桤木人工林生态系统碳素密度
• 4.1.5 小结与讨论
• 4.2 桤木人工林土壤有机碳密度的垂直分布特征
• 4.2.1 不同年龄桤木人工林土壤的碳素密度
• 4.2.2 不同地域桤木人工林土壤碳素密度比较
• 4.2.3 桤木人工林土壤有机碳密度与pH值相关性分析
• 4.2.4 桤木人工林土壤有机碳密度分布与土壤全氮含量、C/N的相关性分析
• 4.2.5 小结与讨论
• 4.3 桤木人工林生态系统碳素贮量
• 4.3.1 桤木林分各器官的碳素贮量动态与分配
• 4.3.1.1 不同年龄桤木林分各器官的碳素贮量
• 4.3.1.2 不同地域桤木林各器官的碳素贮量
• 4.3.2 桤木人工林土壤碳素贮量
• 4.3.2.1 不同年龄桤木人工林土壤碳素贮量动态
• 4.3.2.2 不同地域桤木人工林土壤碳素贮量比较
• 4.3.3 不同年龄桤木林生态系统中碳素贮量的空间分布
• 4.3.4 不同地域桤木人工林生态系统中碳贮量的空间分布比较
• 4.3.5 桤木人工林生态系统生物量与碳贮量相关关系回归方程的推算
• 4.3.6 桤木净第一性生产力与年固定碳量的初步估算
• 4.3.7 湖南省现有桤木林的碳素贮量及其碳素吸存潜力的估算
• 4.3.8 小结与讨论
• 5 结论
• 5.1 桤木人工林生态系统的碳素密度
• 5.2 桤木人工林生态系统的碳素贮量
• 5.3 桤木人工林生态系统的净第一性生产力及年固定碳量
• 6 创新点
• 7 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录:攻读学位期间的主要学术成果