南亚热带典型人工林碳储量研究

【摘要】：通过造林再造林来减缓气候变化已经成为国际社会的普遍共识，我国南亚热带地区是进行造林再造林的优先发展区域，然而在我国南方林区普遍存在着人工针叶纯林所占比重较大，生态稳定性较差和生态服务功能低等问题，而采用乡土阔叶树种改造针叶纯林已成为我国人工林经营的发展趋势。然而关于乡土珍贵阔叶树种，人们过多关注其木材收益，缺乏对其固碳功能的研究和定量评价，特别是不同乡土阔叶树种和不同经营模式固碳功能的变化了解很少。本文以中国林科院热带林业实验中心为研究地点，结合样地实测与森林资源二类调查数据，主要研究了以下内容：1)不同形式、不同自变量对生物量生长方程估测精度的影响。2）不同林龄红锥人工林碳储量及动态变化。3）米老排人工林碳储量及分配特征。4）不同人工林类型土壤碳储量及影响因素。5）利用森林资源二类清查资料，对热林中心人工林碳储量及分配格局进行了研究。6）构建层次结构模型对热林中心不同类型人工林碳储量进行综合评价，并对人工林经营提出建议。主要研究结果如下： 1)以胸径D为单一变量，通过7种模型（Power、Linear、Logarithmic、S-curve、Growth、Exponential、Logistic）拟合红锥、米老排、杉木和马尾松四个树种生物量异速生长方程，结果发现以Power模型拟合效果最优：马尾松（R~2=0.982±0.01，SE=0.067±0.035）、杉木（R~2=0.960±0.035，SE=0.084±0.081）、红锥（R~2=0.967±0.024，SE=0.042±0.021）、米老排（R~2=0.955±0.062，SE=0.064±0.098）。同时发现树高（H）变量的引入不能明显改善方程的预测精度，以Power模型为例引入树高变量后R~2增加范围为（-0.38%～1.40%）。 2)通过样地实测，对10、20和27年生红锥人工林碳储量及动态变化进行研究。不同林龄红锥人工林器官碳含量在49.7%～57.9%之间，林龄对器官碳含量无显著影响。凋落物层的碳含量在40.8%~50.5%，为未分解层＞半分解层。土壤层(0～60cm)碳含量随林龄增加而增大，随土层深度增加而下降。10、20和27年生红锥人工林碳贮量分别为182.42、234.75和269.75t hm~(-2)，其中乔木层分别占19.8%、32.0%和32.8%；凋落物层分别占1.5%、1.6%和1.3%；土壤层分别占78.7%、66.4%和65.9%。10～20年阶段是红锥人工林乔木层迅速发育时期，乔木层碳贮量占总碳库比例由19.9%迅速增加到32.0%，而土壤层所占比例却由78.7%减少为66.4%；在20~27年期间，红锥人工林各碳库所占比例相对稳定，乔木层的比例在32.0%～32.9%，土壤层在65.9%～66.4%。3个林龄红锥人工林的年净固碳量分别为4.70、5.64和5.18t hm~(-2)。 3）通过样地实测对20年生米老排人工林碳储量及分配特征进行了研究。不同器官碳含量变化范围51.47%～57.38%，不同器官之间碳含量差异显著。凋落物层碳含量变化范围49.87%～56.02%，0-100cm土层土壤碳含量变化范围0.62%—2.91%。20年生米老排人工林乔木层，凋落物层和土壤层的碳贮量分别为154.07、2.74和174.80t/hm~2，其中乔木层、凋落物层的年均净固碳量分别为8.97t/hm~2和0.91t/hm~2。 4）同龄的5种人工林土壤有机碳含量有显著差异，且差异主要集中在表层土壤（0～20cm），表现为：红锥*马尾松混交＞米老排＞红锥＞马尾松＞杉木。随着土层加深，不同林分之间土壤碳含量差异逐渐减弱，至40～60cm土层，不同林分土壤碳含量无显著差异。不同人工林各土层土壤全氮含量未发现显著差异。0-60cm土层，土壤有机碳含量与全氮含量和土壤含水量呈显著相关（P＜0.01），相关系数分别为0.838和0.416。体现出土壤碳、氮、水之间较好的耦合关系。0～20cm土层土壤有机碳含量与全磷含量呈显著正相关（P＜0.01），与全钾和碱解氮呈负相关（P＜0.05），而与其他养分含量之间无显著相关性。5种人工林土壤碳储量的差异性与土壤碳含量有相似的规律。 5）利用森林资源二类清查数据进行人工林碳储量估算，结果表明：中国林科院热带林业实验中心主要优势树种（组）人工林碳贮量411709.6t，生物量碳密度为30.93t/hm~2。马尾松人工林在该地区占较大比例，碳储量占人工林总碳储量的65.2%。不同人工林碳密度大小顺序为：乡土阔叶树种（35.38t/hm~2）＞马尾松（32.05t/hm~2）＞杉木（31.74t/hm~2）＞速生桉（16.16t/hm~2）＞经济林（14.55t/hm~2）。从龄组来看，中龄林、近熟林和成熟林碳储量所占比重较大，分别为39.40%、30.37%和17.96%。随着林龄的增加，林分碳密度逐渐增大，从幼龄林到近熟林增加较为显著（8.19t/hm~2-49.52t/hm~2），而从成熟林到过熟林碳密度较为稳定（55.64t/hm~2-58.46t/hm~2）。而热林中心中、幼龄林面积相对较大，占人工林面积的68.69%，因此，加强中幼龄林抚育将是中国林科院热带林业实验中心提高人工林碳储量的主要经营方向。 6）通过层次分析法对中国林科院热带林业实验中心主要人工林碳储量进行评价，其权重分别为：针阔混交林（0.3509），乡土阔叶林（0.2643），针叶纯林（0.1864），速生桉（0.1092），经济林（0.0892），对比现有不同类型人工林面积，应当将大面积针叶纯林改造为针阔混交林和乡土阔叶林，改造方法包括林下套种、补植等。通过马尾松林龄-公顷蓄积方程得到马尾松人工林的数量成熟龄和碳储量成熟龄均为22年，可为马尾松人工林经营提供参考依据。