思茅松中幼龄人工林生物量和碳储量动态研究
【摘要】：在全球气候变化的背景下,森林的碳汇功能越来越受到重视,“造林和再造林”(afforestation and reforestation)已成为目前开展的最重要的林业清洁发展机制项目。生物量和碳储量的分配及变化规律对于人工林碳汇功能的监测评估和碳汇造林技术的开发具有重要的科学和技术意义。思茅松是云南重要的造林树种,思茅松林是云南南亚热带重要的植被类型,但目前思茅松人工林碳储量估算的不确定性较高,也缺乏思茅松碳汇造林的相关技术。本研究在思茅松集中分布区内的云南4个县市开展了系统的思茅松人工林样地调查,采用生物量收获法测定了标准株生物量,实测了林木的含碳率,建立了单株生物量模型,基于实测数据计算了思茅松人工林的生物量、碳储量和相关的碳计量参数,并分析了它们的空间分配格局和变化动态,最后,基于研究结果对思茅松人工林的碳储量计量与监测技术进行了探索。研究结果表明：
(1)思茅松中幼龄人工林的生物量在中幼龄期积累迅速,林分各层的生物量比例和各层生产力随林龄变化明显。林龄3～26a生林分生物量为22.39～308.96t·hm-2。其中：乔木层、灌木层和草本层生物量分别为7.07～295.74 t·hm-2、1.73～52.46t·hm-2、和0.78～16.40 t·hm-2,枯落物层现存量为0.90～11.00 t·hm-2。乔木层、枯落物层和林分生物量与林龄存在显著的线性正相关,灌木层和草本层生物量与林龄呈负相关但不显著。林分生物量、乔木层生物量和枯落物层现存量随林龄增加呈逻辑斯蒂增长。3～26a生思茅松人工林林分生产力为9.52±1.31 t-hm-2·a-1,乔木层、灌木层和草本层的生产力分别为6.29±1.19t·hm-2·a-1、2.52±0.83t·hm-2·a-1和0.71±0.31t·hm-2·a-1。随林龄增长,乔木层生产力呈逻辑斯蒂增长,灌木层和草本层生产力呈指数函数减少。
(2)思茅松中幼龄人工林的生物量转化与扩展因子(BCEF)和生物量扩展因子(BEF)与IPCC缺省值存在较大差异,根茎比(R)与缺省值基本一致。思茅松中幼龄人工林生物量转化与扩展因子(BCEF)的平均值为0.5483 Mg·m-3(n=30,95%置信区间：0.5357～0.5609),低于IPCC缺省值。BCEF和平均树高(H)、林分形高(FH)、蓄积量(V)和林龄(A)存在显著负相关(P0.05),与林分因子的关系函数拟合效果不佳。思茅松中幼人工林生物量扩展因子(BEF)的均值为1.78378(n=30,95%置信区间：1.71714～1.85043),高于IPCC缺省值。BEF和D、H、FH、V和A存在极显著的负相关(P0.01),可实现良好的函数拟合。思茅松中幼龄人工林的根茎比(R)均值为0.2400(n=30,95%置信区间：0.2194-0.2606),与IPCC缺省值基本一致。R与D、H、FH、V和A有极显著的负相关关系(P0.01),可用函数拟合。
(3)思茅松中幼龄人工林林木的含碳率低于通用缺省值(50%),随林龄增长呈增加的趋势,林木不同构件间的含碳率存在显著差异。根据生物量权重值计算得到思茅松中幼龄人工林单株的全株含碳率为47.91%。主干的平均含碳率最高(48.48%),由基部向梢头含碳率呈下降的趋势。其它构件的含碳率依次为树枝(48.13%)、主干皮(47.49%)、松针(47.27%)、球果(47.02%)和树根(46.80%)。
(4)思茅松中幼龄人工林具有较高的生物量碳密度,显示了较强的碳汇能力。林龄为3-5a、6-10a、11-20a和21-30a思茅松人工林的生物量碳密度分别为(20.15±3.09)、(27.24±2.25)、(94.89±9.90)和147.58 t-hm-2。随林龄增长,乔木层、枯落物层和林分的碳密度显著增加,灌木层和草本层的碳密度有所减少。林分、乔木层和枯落物层的生物量碳密度随林龄的变化用逻辑斯蒂模型可实现良好拟合。林龄为3-5a、6-10a、11-20a和21-30a的思茅松人工林的年均固碳量分别为(4.92±0.63)、(3.52±0.25)、(6.44±0.30)和5.68 t·hm-2·a-1。乔木层的年均固碳量与林龄存在显著正相关,灌木层和草本层的年均固碳量与林龄存在显著负相关,林分年均固碳量与林龄呈较弱的正相关。乔木层和草本层的年均固碳量与林龄的关系以逻辑斯蒂模型拟合效果较好,灌木层年均固碳量和林龄关系以Gauss模型拟合效果较好。
(5)研究结果可为较好的应用于思茅松固碳造林项目的碳汇计量和监测。本研究采用的相关参数与模型的定义及研究方法与IPCC及国家林业局的相关技术指南一致,在其适用范围内(立地、林龄和经营水平),这些碳汇计量参数和模型可以直接应用于思茅松人工林的碳汇计量与监测。
该研究获得了思茅松人工林的生物量碳计量参数及其动态,有助于降低思茅松人工林生物量和碳储量估算的不确定性。基于研究成果初步提出了思茅松人工林碳汇计量和监测的配套技术,可以用应于林分层次的思茅松人工林碳汇计量与监测。本研究还分析了思茅松人工林生物质生产、分配和积累过程,对掌握思茅松人工林生物量和碳储量的分配与变化规律,了解碳储量积累与环境因子和培育措施的关系有一定的帮助,也可以为开发固碳增汇的人工林培育技术提供理论参考。
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