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福建邵武杉木成熟林碳储量研究

李燕  
【摘要】: 本文以福建邵武28年生杉木(Cunninghamia lanceolata)密度试验林为研究对象,通过林木实测数据拟合优选生物量估算模型,结合生态系统中乔木(叶、枝、去皮干、干皮、根蔸和根)、灌木、草本、凋落物和土壤的有机碳含量以及林分调查数据,系统研究了杉木成熟林生态系统的碳储量、空间分布格局及其与林分初植密度和立地指数的关系。取得了三个方面的重要结果: 1.生物量估算模型的拟合与优选 采用11种生物量模型,分别对杉木幼林龄(7年生)、中龄林(16年生)、成熟林(28年生)和不分林龄的单木各器官(叶、枝、干皮、去皮干、根蔸和根)和全株生物量进行拟合,共得到生物量估算模型308个。结果表明:(1)11种生物量模型都能较好的模拟杉木单木生物量,其中幂函数模型( W1 = aDb、( )W = a DHb和( )W = a D H)拟合效果最优,其次为指数模型( ( )W 8 = a expbD、W 9 = a exp(b D2)、( )W1 0 = a expbDH、W1 1 = a expbD H),再次之为多项式模型( W 4= a + bD + cD2、W 5= a + bD 2 + cD4、W 6= a + bDH + c DH、( )2 22W 7= a + bD H + c D H);共选出估算杉木幼林龄、中龄林和成熟林各器官和全株生物量的最优模型21个(18个器官模型,3个全株模型),不分林龄的杉木单木各生物量的最优模型7个(6个器官模型,1个全株模型),均为幂函数模型;(2)不同林龄的单木生物量最优模型的通用性较差,而不分龄林的单木生物量最优模型具有一定的通用性,精度较高,可用于估算不同林龄的单木生物量;(3)应用福建邵武单木生物量模型对江西28年生的成熟林单木各生物量的预测效果显示,不分林龄的大样本生物量模型精度比较高,可在较大范围应用。而区域小样本模型仅限于区域小范围应用。 2.不同立地不同密度杉木成熟林土壤碳储量 基于75个土壤剖面(0~100 cm)的数据,分析了不同密度(5个初植密度)和立地指数级(6个立地指数级)杉木成熟林土壤有机碳密度及其分布特征。结果表明:(1)不同初植密度和立地林分土壤有机碳含量存在显著差异(P0.05),各林分整个土层(0~100 cm)的平均有机碳含量为0.9126%~1.3886%,其中初植密度为6667株·hm-220立地指数级的林分最高,初植为密度10000株·hm-214立地指数级的林分最低。土壤有机碳含量整体随深度增加而降低,但各林分的降幅不同,其中初植密度为5000株·hm-216立地指数级的杉木成熟林降幅最大,达84.22%。(2)不同初植密度和立地林分土壤有机碳密度差异极显著(P0.01),其各土层的平均有机碳密度变化范围为4.9591~35.7399 Mg·hm-2。75个土壤剖面土壤碳密度随深度增加而降低,各林分整个土层(0~100 cm)平均土壤碳密度为114.2279~187.2361 Mg·hm-2,总平均值为150.3215 Mg·hm-2。(3)林分土壤有机碳表层富集明显,0~30 cm土层土壤碳储量占整个土层(0~100 cm)的57.08%。研究发现,土壤表层0~10 cm的碳密度与林地立地指数呈显著正相关关系(P0.05),这一结论对林地质量评价和土壤管理具有重要意义。(4)林分密度和林地立地质量是影响土壤碳汇水平的主要因素。从碳汇林地经营角度考虑,在低立地指数级(SI≤14 m)林地造林时建议采用高初植密度≥6667株·hm-2),中等及以上立地指数级(SI≥16 m)的林地应采用低初植密度≤6667株·hm-2。 3.杉木成熟林生态系统的碳储量及其空间分布特征 福建邵武15个样地28年生的杉木各器官和成熟林生态系统各组分的含碳量和碳储量的研究结果表明: (1)杉木不同器官的有机碳含量差异极显著(P0.01),各器官的平均有机碳含量变化范围为49.1829%~53.4352%,其由大到小为:叶(53.4352%)去皮干(53.2206%)根蔸(51.6617%)枝(51.1115%)干皮(50.9420%)根(49.1829%)。各器官的有机碳含量的差异可能与杉木的生长规律有关,因此,应对林木分器官测定有机碳含量,以达到精确估算杉木成熟林碳储量的目的。研究发现,杉木去皮干的有机碳含量在树高垂直分布上差异不明显,可视为垂直均匀分布。林下地被物各层的有机碳含量由大到小为:凋落物层(47.6355%~52.8923%,平均为50.6268%)灌木层(39.8711%~46.5126%,平均为44.0429%)草本层(35.9797%~43.9649%,平均为40.5909%)。 (2)不同初植密度和立地指数级的杉木成熟林各器官碳储量的平均值和分配率为:去皮干(78.8943 Mg·hm-2,58.0832%~64.6194%)地下部分(22.8704 Mg·hm-2,16.0528%~20.9624)干皮(13.1020 Mg·hm-2,9.3927%~10.7423%)枝(7.0874 Mg·hm-2,4.0841%~7.5481%)叶(5.5873 Mg·hm-2,3.0739%~5.6319%)。相同初植密度且林分密度相差不大的杉木成熟林,立地指数越高,杉木各器官的碳储量越大,其中79.0376%~83.9472%的碳储存于地上部分器官;相同初植密度和立地的杉木成熟林林分的碳储量的差异主要是由林分密度不同造成的。杉木单木各器官的碳储量是单木的生长状况和林分密度共同作用的结果。 (3)不同初植密度和立地杉木成熟林生态系统各组分碳储量的平均值和分配率排序为:土壤(150.3215 Mg·hm-2,45.4608%~63.7434%)乔木层(127.5417 Mg·hm-2,33.4074%~52.0212%)凋落物层(4.8947 Mg·hm-2,1.0893%~2.2838%)草本层(0.7065 Mg·hm-2,0.0797%~0.4246%)灌木层(0.2103 Mg·hm-2,0.0070%~0.2685%)。高立地指数且单木生物量较高的林分,其乔木层的碳储量高于土壤层,立地指数级为20 m初植密度为1667和6667株·hm-2的林分以及立地指数级为22 m初植密度为1667和5000株·hm-2的林分,均为此类林分。在同一初值密度,林分密度相差不大的情况下,立地指数级正向影响乔木层及各组分总的碳储量。


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