北京北部山区不同林龄的油松和侧柏人工林碳库研究
【摘要】：由于大气中温室气体浓度的升高引起的全球变暖已成为目前人类面临的严峻挑战。森林作为陆地生态系统的主体,在陆地生态系统与大气碳库之间的碳循环过程中发挥着重要的调节作用,但由于森林生态系统本身的复杂性和人类认知的局限性,目前关于森林碳库的研究中仍存在着诸多不确定性。本文为探讨林龄对森林碳库的影响,以北京山区分布面积最广的两种针叶林(油松和侧柏)为研究对象,比较分析了不同林龄的油松(25a,65a和105a)和侧柏(12a,32a和51a)林乔木层生物量、林下植物生物量以及植被含碳率和碳密度,同时对相应林分中的土壤碳库也进行了比较分析。本文的研究工作,不仅有利于推进北京山区油松和侧柏林碳库的精确估算,同时也为北京山区人工林碳库研究提供了理论和实践依据。本文研究结论如下：
(1)除侧柏根生物量以外,以胸径(D)为单一变量的Power模型可以较好地预测油松和侧柏人工林乔木层各组分生物量；预测油松叶生物量和侧柏各组分生物量时须考虑林龄的影响。
(2)随着林龄的增大,油松和侧柏人工林乔木层各组分单位面积生物量均呈增大趋势,油松乔木层总生物量的变化范围在40.284-202.136 t.hm-2,侧柏乔木层生物量的变化范围在10.241～51.679 t.hm-2。
(3)油松地下与地上部分生物量的比值波动很小,稳定在0.2左右；而51a侧柏的地下部分与地上部分生物量的比值达到了0.319,显著高于其他两个林龄侧柏的相应比值。
(4)林下植物生物量的大小与森林类型有关,也受森林发展阶段的影响。油松人工林林下植物各层及其总生物量均随林龄的增大呈逐渐减小的趋势,林下植物总生物量的变化范围在8.680～3.533 t·hm-2之间；侧柏人工林林下植物各层生物量及其总生物量随林龄的增大呈逐渐增大的趋势,林下植物总生物量的变化范围在2.399～6.274t·hm-2之间。
(5)油松各器官含碳率的变化范围在0.485～0.567,数值大小关系表现为,树皮树叶树枝去皮树干树根,侧柏各器官含碳率的变化范围在0.495～0.577,数值大小关系表现为,树叶去皮树干树枝树皮树根；不同林龄的油松、侧柏林乔木层地上部分和全树平均含碳率无显著性差异。
(6)油松和侧柏人工林分植被碳密度随林龄的增大而增大,油松人工林植被碳密度的变化范围是24.470～105.326 t.hm-2,侧柏人工林植被碳密度的变化范围在6.398～30.137 t·hm-2。
(7)油松和侧柏人工林中地表枯落物含碳率均随林龄的增大而增大；油松人工林土壤有机碳含量在三个土层中,均表现出随林龄增大而增大的趋势,而侧柏人工林土壤有机碳含量只在上层(0-20cm)土壤中表现出了增大的趋势；土壤有机碳含量在土壤剖面中均随土层深度的增加而减小；油松人工林中土壤总有机碳密度的变化范围在59.637～102.195 t·hm-2,侧柏人工林中土壤总有机碳密度的变化范围在49.420～69.663 t·hm-2,且二者均随着林龄和植被生物量的增大而增大。
(8)油松和侧柏林中的两种土壤活性有机碳含量的变化规律与土壤总有机碳含量的变化规律相似,且三者之间具有极显著相关性。
【关键词】：碳库 林龄 油松人工林 侧柏人工林 北京 【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S791
【目录】：
- 摘要3-5
- ABSTRACT5-10
- 1 引言10-25
- 1.1 增强的温室效应引起全球变暖10
- 1.2 森林的固碳功能10-12
- 1.3 森林植被碳库研究进展12-15
- 1.3.1 森林植被碳库的推算基础12-13
- 1.3.2 森林植被碳库的影响因素13-15
- 1.4 森林土壤碳库研究进展15-20
- 1.4.1 森林土壤碳库的分配特征15
- 1.4.2 森林土壤碳的组分构成及其表征15-17
- 1.4.3 土壤碳库的影响因素17-20
- 1.5 森林碳库计量监测方法研究进展20-24
- 1.5.1 样地清查法20-22
- 1.5.2 涡度相关法22
- 1.5.3 应用遥感等新技术的模型模拟法22-23
- 1.5.4 小结23-24
- 1.6 存在的问题24
- 1.7 研究目的和意义24-25
- 2 研究区概况25-27
- 2.1 地理位置25
- 2.2. 地质地貌25
- 2.3 气候与土壤25
- 2.4 森林资源25-27
- 3 研究内容与方法27-31
- 3.1 研究内容27
- 3.2 研究方法27-30
- 3.2.1 乔木层生物量测定27-28
- 3.2.2 林下植物和枯落物生物量测定28
- 3.2.3 土壤样品采集28
- 3.2.4 植物和土壤有机碳含量测定28
- 3.2.5 土壤活性有机碳组分测定28-29
- 3.2.6 森林土壤有机碳密度计算公式29
- 3.2.7 森林植被平均含碳率和碳密度计算公式29-30
- 3.3 技术路线30-31
- 4 乔木层生物量研究31-49
- 4.1 生物量预测模型的选择31-35
- 4.2 乔木层生物量分配特征35-37
- 4.3 乔木层地上与地下部分生物量比值的变化特征37-40
- 4.4 相关性分析40-45
- 4.5 讨论和小结45-49
- 4.5.1 乔木层生物量方程选择45-46
- 4.5.2 乔木生物量分配特征46-47
- 4.5.3 乔木层地上与地下部分生物量比值的变化特征47-48
- 4.5.4 乔木层生物量与林分生长因子的相关性分析48
- 4.5.5 小结48-49
- 5 林下植物生物量研究49-58
- 5.1 林下植物生物量分布特征49-56
- 5.1.1 灌木层植被生物量分配特征49-51
- 5.1.2 林下植物生物量在不同层次中的分配特征51-53
- 5.1.3 林下植物生物量与林分的关系53-56
- 5.2 讨论与小结56-58
- 5.2.1 林下植物生物量分配特征56
- 5.2.2 林下植物生物量与林分的关系56-57
- 5.2.3 小结57-58
- 6 植被含碳率和碳密度研究58-72
- 6.1 植被含碳率58-62
- 6.1.1 乔木层含碳率58-59
- 6.1.2 林下植物含碳率59-62
- 6.2 植被碳密度62-70
- 6.2.1 乔木层碳密度62-65
- 6.2.2 林下植物碳密度65-70
- 6.3 讨论与小结70-72
- 6.3.1 植被含碳率70-71
- 6.3.2 植被碳密度71
- 6.3.3 小结71-72
- 7 土壤有机碳密度的比较72-80
- 7.1 土壤总有机碳含量72-74
- 7.1.1 矿质土壤有机碳含量72-73
- 7.1.2 地表枯落物含碳率和生物量73-74
- 7.2 土壤活性有机碳组分含量74-76
- 7.3 土壤有机碳密度76-78
- 7.4 讨论和小结78-80
- 7.4.1 土壤有机碳含量78
- 7.4.2 土壤活性有机碳组分含量78
- 7.4.3 土壤有机碳密度78-79
- 7.4.4 小结79-80
- 8 结论与讨论80-83
- 8.1 乔木层生物量80
- 8.2 林下植物生物量80-81
- 8.3 植被含碳率和碳密度81
- 8.4 土壤有机碳密度81
- 8.5 本文创新点81
- 8.6 讨论81-83
- 参考文献83-94
- 附录7 种数学模型拟合的单木生物量方程参数94-116
- 个人简介116-117
- 导师简介117-119
- 博士在读期间成果清单119-120
- 致谢120
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