森林重建下碳储量

森林重建下碳储量 近年来,气候变化成为世界环境领域关注的焦点,并已经演化为国际的政治经济问题.而人类活动产生的大量二氧化碳则被认为是导致气候变化的主要原因,全球碳循环也因此成了当今研究的热点问题之一.森林生态系统作为陆地生态系统的主体,拥有陆地生态系统80%的地上碳库和40%的地下碳库1,2,且在维持自身巨大碳库的同时,还吸收了约33%由人类活动引起的碳排放3,在全球碳循环和潜在的碳存储中扮演着积极且十分重要的角色.减少毁林、加强森林管理、扩大森林面积被认为是增汇减排的重要措施4,5.为积极应对气候变化,我国于2009年联合国气候变化峰会上提出到2020年新造林4.0×107hm2,进一步提高我国森林的固碳效益.那么如何更有效地营造这些碳汇林,既经济又能高效固碳,值得人们思考.人工造林是森林重建的最常见手段,通过定向培育生长迅速、高出材率的树种,以期生产更多的木材,获取更大经济效益.但是,材积高的林分是否一定能带来较高的碳储量,这种传统的营林模式对于碳汇林建设是否依然适用,还有待进一步探索和研究.传统的造林方式通常伴随着迹地清理(割除林下灌草或炼山)、整地(局部整地或全面整地),以利于林木的成活与快速生长,但是这些活动不可避免地会对巨大的土壤碳库产生影响,导致土壤有机碳大量释放.越来越多的研究证实,造林会减少土壤碳储量,不同的造林方式会不同程度地削弱土壤碳库68;而土壤碳储量能够恢复到何种水平,取决于森林类型以及当地的温度和降雨量等环境因子7.Huang等人9研究表明,在我国亚热带地区人工造林后,植被碳库随着时间呈直线递增趋势,但森林土壤碳库却是经历了78年的持续降低之后才开始增加,造林20年后才基本达到了造林前的土壤碳库水平.这些结果显示出碳汇林的营造方式必将与传统林业经营管理有所区别,因为碳汇林关注的不仅是林木等植被生产力,还必须考虑对森林土壤碳库的影响.森林自然更新可以有效减少对土壤碳库的扰动;但是地上生物量累积速率则很大程度上取决于环境因子(水热、土壤等条件)和树种特性.我国亚热带地区水热条件优越,次生植被的生产力较高,有研究表明,江西信丰21年生的次生米槠林蓄积量为191±35m3hm2,年平均增长量可以达到9.1±1.7m3hm210;次生栲树、木荷林37年生林分平均蓄积量可达240300m3hm2;年平均生长量6.58.1m3hm211;浙江杭州35年生木荷林群落年均生产力高达18.47thm212.传统森林经营以收获更多木材和更高的出材率为目标,因而主要关注树干,而碳汇林则应该关注整个生态系统的碳汇功能.Laclau13和Zheng等人14研究表明,次生林的固碳效益优于人工林,而Cuevas等人15的研究则显示人工林与次生林之间的碳汇功能没有显著差异.还有一些研究表明人工林的植被固碳能力高于次生林1618,但其土壤碳库与次生林无显著差异19.针对我国新增4.0×107hm2碳汇林、全面提升我国森林碳汇能力以应对气候变化的承诺,明晰不同重建方式对森林生态系统碳汇功能影响,阐明其对生态系统不同碳库的内在影响机制,对我国碳汇林建设将具有重要指导意义.1研究区概况研究区位于江西省龙南县境内的南岭九连山国家级自然保护区虾公塘保护站,在24°31′24°35′N和114°26′114°29′E之间.九连山保护区总面积约13411.6hm2,海拔高度2801430m,坡度在20°40°之间20,地势南高北低,属于南岭东段九连山山脉的北坡.本区属于典型亚热带气候,温暖湿润,年均气温约16.7,年均降水量1954.6mm21.区内土壤依海拔高度自下而上依次为山地红壤、山地黄红壤、山地黄壤和山地草甸土22.研究区是中亚热带湿润常绿阔叶林与南亚热带季风常绿阔叶林的过渡地带23,保存有完整的原生性常绿阔叶林,生物多样性极其丰富,植被类型有亚热带常绿阔叶林、亚热带低山丘陵针叶林、常绿落叶阔叶混交林、山顶矮林及山地草甸,其中以天然常绿阔叶林分布最广24.本区地带性植被为常绿阔叶林,主要树种包括栲树(Castanopsisfargesii)、米槠(Castanopsiscarlesii)、罗浮栲(Castanopsisfabri)、樟树(Cinnamomumcam-phora)、鹿角栲(Castanopsislamontii)、木荷(Schimasuperba)等.2研究方法2.1样地选择经前期踏查后,于2010年9月和次年11月在保护区内选取了天然次生林(secondaryforest)、人工杉木林(Cunninghamialancedataplantation)和人工蓝果林(Nyssasinensisplantation)3种同期建立的森林类型作为研究对象,并同时调查了该区原始常绿阔叶林(原始林,primaryforest)作为对照.除原始林以外的3种森林类型,位置相近且为同一时期(1978年)采伐原始林后重建,具有较高可比性.杉木林、蓝果林经炼山、整地后人工栽植,并在前3年进行抚育,之后进行封育保护.天然次生林在采伐乔木后封育使之自然更新,无炼山、整地等人为扰动.原始林为核心区保存较为完整的常绿阔叶林(地带性植被).在各森林类型中选取典型地段,布设20m×20m的样方(次生林、人工杉木林和人工蓝果林各3个,原始林4个),测量并记录样地的位置、经纬度、海拔、坡位、坡度等样地信息(表1).2.2植被碳储量()乔木层.在样方内测定胸径(DBH)3cm所有乔木树种的胸径和树高.根据立地条件尽可能相似原则,从已发表的相关文献中筛选出适用于本地区调查样地的乔木生物量相对生长方程(表2)来计算样地乔木层生物量.对缺少生物量方程的树种,采用与其木材密度和干型结构相近树种的生物量方程;对缺少地下生物量方程的树种,其地下生物量根据相应树种的地上与地下生物量之比来计算25.乔木层生物量乘以0.526的碳转化系数,得到乔木层碳储量.()灌木层.在样方对角线的4个顶点及交点处布设2m×2m的灌木样方共5个,调查灌木的种类、地径和高度.确定样地内灌木层的优势种,建立嵌套回归生物量模型33.步骤如下:选择其中结构完整且具有最大基径的植株作为模型构建的样木.基于枝条分枝系统的规律性,枝条系统可看作由若干单一枝轴组成,将这些枝轴看作微型树干,测量各枝轴的基径与长度,并记录各级轴间的从属关系.抽样实测部分枝轴的生物量,根据测量数据,利用嵌套式回归拟合优势种的生物量回归模型(表3)估算样地灌木层地上生物量.由于样地位于保护区的核心区,不宜进行破坏性采样并实测灌木地上与地下生物量,灌木地下生物量按地上生物量的19.84%25来估算.灌木层生物量乘以碳转化系数0.526得到灌木层碳储量.()草本层.在5个灌木样方内各布设1个1m×1m的草本样方,调查草本种类、株丛数、高度和盖度.采用收获法收集样方内的草本植物,室内烘干并称其干重,再乘以0.4534的碳转化系数得到草本层碳储量.