【word】 辽宁冰砬山长白落叶松林人工林碳储量及其碳吸存特征

【word】 辽宁冰砬山长白落叶松林人工林碳储量及其碳吸存特征 辽宁冰砬山长白落叶松林人工林碳储量及 其碳吸存特征 第32卷第3期 2011年7月 内蒙古农业大学 JournalofInnerMongoliaAgriculturalUniversity Vo1.32No.3 Ju1.201l 辽宁冰砬山长白落叶松林人工 林碳储量及其碳吸存特征 魏文俊,尤文忠,赵刚,张慧东,颜廷武,霍常富 (辽宁省林业科学研究院,沈阳l10032) 摘要:本文以辽宁东部山区广泛分布的长白落叶松人工林为研究对象,在冰砬山森林生态站研究了不同林龄长白 落叶松单木碳储量动态及其群落碳密度的差异,并且估算了长白落叶松人工林年净固碳量.结果显示,长白落叶松 单木碳储量与林龄,胸径和树高显着正相关,其群落碳密度随着林龄的增加而增大.总体来看,乔木层碳密度是干 >根>枝>叶.灌木层,草本层和枯落物层碳密度亦随着林龄的增加而增大.长白落叶松人工林乔木年净固碳量 随着林龄增加而降低,由7,93t.hm,.a减少到3.98t.hm,.a,,折合 c02量由29.03t.hm,.a减少到14.59t. hm,.a,. 关键词:冰砬山;长白落叶松;碳储量;年净固碳量 中图分类号:$791.229.02文献标识码:A文章编 号:1009—3575(2011)03—0053—05 CARBONSTORAGEANDCARBONSEQUESTRATIONOFLarix olgensisPLANTATlONINBINGLASHANMOUNTAIN lNLIAONINGPROVlNCE WEIWen—jun,YOUWen—zhong, YANTing—WM, ZItAOGang,Z1IANGHui—dong, tlUOChang—fIJ (LiaoningAcademyofForestry,Shenyang110032,China) Abstract:Inthispaper,L.olgensisplantationswhichdistributewidelyineaste rnLiaoningmountainousregionsarestudiedinBin— glashanForestEco—station.Wefocusondynamicoftreecarbonstorageof.olgensisandtheirbiomasscarbondensityofcommunity indifferentages.andwealsocalculatetheirannualnetcarbonaccumulationatl ast.ItshowsthattreecarbonstorageofL.olgensiswas correlatedwiththeirages,DBIIsandtreeheights.BiomasscarbondensityofL.olgensisPlantationcommunityincreasedwiththeira— ges.Overal1.thecarbondensityofthetreelayerisstem>root>branch& gt;leaf.Carbondensityofshrublayer,herblayerandlitter layerincreasedwiththeirstandagesaswel1.Treeannualnetcarbonaccumulat ionofL.olgensisPlantationreducedwiththeirages, thevdecreasefrom7.93t.hm一.a一t03.98t.hm一.a 一.andEquivalentamountofCO,isfrom29.03t.hm一.a一to14.59t.hm一. a一 . Keywords:BinglashanMountain;olgensis;carbonstorage;carbonsequestr ation 随着《京都议定书》的签订和生效,寻找控制或 减轻碳释放的途径已成为当前和今后世界各国需迫 切解决的重大问题,而通过造林,再造林和森林管理 等活动来增加陆地生态系统中的碳固定量,减缓 CO在大气中的积累速度,无疑是一个极其重要的 途径-6].自20世纪80年代以来,国内外许多学 者们对森林生态系统的固碳功能开展了大量的研 究,人工林在CO,的吸收和固定及减缓全球气候变 化等方面的作用也随之得到重视,它作为一种新 增碳汇的主要途径,以木材收获与碳吸存为双重目 标,已成为国际研究热点J,其碳汇作用被认为是减 缓全球变化的一种可能机制和最有希望的选择而成 收稿日期:2011一Ol—ll 基金项目:囤家林业公益性行业科研专项(200804006/rhh一03和2o0704oo5/wb05);辽宁省自然科学募金(20092018);困家重点基础研究发展 (2011CIM03201)资助项目 作者简介:魏文俊(1982一),女,工程师,硕:L,主要从事森林碳储量方面的研究. 通讯作者:E—mail:wwj0318@126.conl 内蒙古农业大学2011拄 为全球变化减缓研究的核心内容之一.我国是世界 上人工林面积最大的国家,从20世纪70年代开始, 森林面积和覆盖率持续增加,不仅对改善我国的生 态环境状况起到了重要作用,而且在固定大气中的 cO:方面发挥了积极作用,人工造林也将成为 中国林业发展的主要方向之一.本文以长白落叶松 (.船)人工林为研究对象,在单木(单株林 木)和群落(包括乔木,林下灌草以及地表枯落物)两 种水平上探讨不同林龄长白落叶松人工林的碳素分 配规律,为研究长白落叶松人工林群落储碳功能和 辽宁东部山区人工林碳汇造林提供科学依据. 1试验地概况 mm,年均蒸发量1379.8mm,无霜期达133d.土壤 以暗棕色森林土为主,其次为棕色森林土,土壤多为 粉沙壤土和壤土质地,土层深厚,有机质含量高,pH 值为6—7.现存森林植被为以蒙古栎(Qrc础non— golia)等为主的天然次生林和以长白落叶松( .e),日本落叶松(Larixkaempferi),红松(P. nitskoraiensisSieb.etZucc),油松(Pinustabulaefor- mis),樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)人工 林. 2试验方法 2.1标准地调查 依据辽宁省森林资源规划设计调查技术暂行规 长白落叶松人工林广泛分布于辽宁东部山区,定(1999年),落叶松人工林幼龄林为1a,20a,中龄 本文以位于辽宁省西丰县境内(东经124.45,125.林为21a一30a,近熟林为3la一40a,成熟林为41a— l5,北纬42.20,42.40)的辽宁冰砬山暖温带一中60a,过熟林为大于60a.冰砬山林场自20世纪5O 温带过渡型森林生态系统定位研究站(简称冰砬山年代中期开始大规模栽植长白落叶松人工林,到目 森林生态站)为依托,进行试验地布设与调查.冰砬前为止人工栽植长白落叶松林尚未达到过熟,因此 山属吉林哈达岭的西南延续地带,低山丘陵地貌,平本文选取长白落 叶松幼龄林标准地2块,中龄林3 均海拔为500m,600m,最高峰海拔达870m.属温块,近熟林2块和成熟林2块,综合每木检尺胸径资 带大陆性气候,春季气温回温迅速,夏季雨量集中,料,同龄林标准地内各径阶分化不明显,因此本文采 秋霜较早,冬季寒冷.7月份气温最高,平均温度为用平均木法对林分生物量进行估测.标准地面积均 23.2,极端高温35.2oC;1月份气温最低,平均为600m(20mx30m),在每块标准地中分别选取1 为一l7.2?,极端低温一41.1cc;具有典型的山株平均木作为标准木,标准木及其所在标准地的基 区气候特征,年均气温5.2?,年均降水量684.8本情况见表1. 表1长白落叶松标准木及其标准地的基本概况 Tab.1SampletreescharacteristicsofLarixolgenis H韶拳/cin 龄组年龄坡向坡度郁闭度————,树高/m 2.2生物量和净生产力测定 将标准木从地径处伐倒,分别在树干的0m,1.3 ITI,3.6m,5.6m……处截得3cm厚的圆盘进行树干 解析,收获树干,树枝,树叶并且现场称取其鲜重,然 后取样测定含水率,推算各部分的干重.树枝,树叶 在冠层的上,中,下3个层次取样,并且在同一层次 内区分树枝基部,中部和稍端3个部位进行树枝和 树II-f.的取样,然后带回实验室等比例混合树枝和树 叶的3个样品.标准木树干分为4个部分(按照树 干高度等分4段在各段基部)进行取样,带回实验 室等量混合4个样品.树干,树枝,树叶的混合样在 85%烘干至恒重,混合样的含水率作为各器官的平 均含水率,推算其各自的于重.树根生物量测定则 以干基为中心,取营养面积大小(大于标准木冠幅范 第3期魏文俊等:辽宁冰砬山长白落叶松林人工林碳储量及其碳吸 存特征55 围即可)作为其调查范围,采用全挖法挖出所有根 系,按须根(细根d?2.0cm,粗根d>2.0cm)和根 茎来区分根系,再用水仔细漂洗,用筛子在水中筛后 捡出所有的根,风干表面水后称其鲜重;然后将各组 分取样后带回实验室,在85~C烘干至恒重,推算根系 的干重.考虑到林区内长白落叶松同龄人工林特 点,采用年平均生物量作为净生产力的估算指 标”J.由于长白落11.r松属于落叶乔木树种,叶完全 是当年生长的,因此其叶净生产力相当于其当年的 叶生物量,本文的叶净生产力用其当年叶生物量代 替. 2.3碳索含量测定 取烘干的树干,树枝,树叶和树根混合样品粉碎 来测定其碳素含量.考虑到在分析时样品的实际用 量较少,为了保证取样均匀,采用3次粉碎法制样, 即初次粉碎时取样量较大,在初粉碎的基础上按四 分法取其中的1/4进行第2次粉碎,然后依法进行 第3次粉碎,经粉碎的样品过0.02mm筛后装瓶备 用.所有粉碎后的样品在分析前,再次放人85?的 恒温箱中烘干至恒重.采用经典的浓HSO一 KCrO水合热法测定树干,树枝,树叶,树根的碳素 含量.两种树种的器官碳素含量及其生物量权重值 见表2. 表2不同林龄长白落叶松器官碳紊含量 Tab.2CarboncontentofLarixolgenisindifferentages 图1长白落叶松人工林单木碳储量随林龄(a),胸径(b)和树高(C)的变化 Fig.1DynamicsoftrcescarbonstorageofL.olgenisplantationwithforestage( a),bread—heightdiameter(b)andheight(C) 表3不同林龄长白落叶松单木器官碳储量 Tab.3TreecarbonstorageofL.olgenisplantationindifferentages 3结果分析 3.1长自落叶松单木碳储量动态 长白落11t松单木碳储量与林龄,胸径和树高的 相关趋势(见图1).长白落叶松单木碳储量随着林 木年龄的增加而增加,枝,根和干碳储量也随着年龄 的增加而增加,叶碳储量近熟林最大,中龄林次之, 成熟林其次,幼龄林最小(见表3),针叶量增加主要 为了满足长白落叶松速生期(即中龄和近熟阶段)的 需要. 叶碳储量依次为,幼林龄1.66kg一1.70kg,中龄 林1.51kg一3.44kg,近熟林2.93kg一3.93kg,成熟 )一 ?? .? ?S ?, m j .卅 ?T ?5 r1 ?? 帅m 一,占 ,{ . “ ?? S ?7 4n.盯m 4 ?4 h, -4 ? ? 1一 ? ;;;; 之,彗 . . . . . . . .:: ?4 - 三一. 56内蒙古农业大学2011年 林2.48kg一2.75kg;枝碳储量依次为,幼林龄4.24kg - 4.41kg,中龄林4.57kg一12.92kg,近熟林10.23kg 一 11.88,成熟林l3.91kg一14.12kg;根碳储量依 次为,幼林龄3.26kg一3.83kg,中龄林7.97kg一14. 98kg,近熟林23.89kg一31.94kg,成熟林34.08kg一 85.4lkg;干碳储量依次为,幼林龄14.39kg一15.15 kg,中龄林41.39kg一63.92kg,近熟林54.14kg一 79.29kg,成熟林134.65kg一187.52kg;总碳储量依 次为,幼林龄24.32kg,中龄林56.32kg一86.92kg, 近熟林91.19kg一127.04kg,成熟林185.12kg, 289.81kg(见表3). 3.2不同林龄长自落叶松林群落碳密度差异 长白落叶松林群落碳密度随着林龄的增加而增 大(见表4).其中,乔木层碳密度的结果为成熟林 >近熟林>中龄林>幼龄林,成熟林是幼龄林的3.9 倍,是中龄林的1.9倍,是近熟林的1.2倍,可以看 出随着林龄的增加落叶松林乔木层的碳密度增加呈 现先快后慢趋势,其中干和根碳密度随着林龄的增 加在增大,叶和枝碳密度则没有明显增加的趋势,总 体来看碳密度是干>根>枝>叶.落叶松林灌木, 草本和枯落物碳密度亦随着林龄的增加而增大. 3.3长白落叶松人工林年净固碳量估算 表4不同林龄长白落叶松林群落碳密度 Tab.4TreecarbondensityofL.olgenisplantationindifferentages(t.hm) 林龄 于 幼龄林中龄林近熟林成熟林 枝 叶 根 合计 年净固碳量 折合CO量 年净固碳量 折合CO量 年净固碳量 折合CO量 年净固碳量 折合CO 年净固碳量 折合CO量 3.52(44.4) 12.90 0.64(8.12) 2.36 2.87(36.24) 1O.53 0.89(11.24) 3.27 7.93(1O0) 29.06 2.21(36.84) 8.1O 0.27(4.51) 0.99 2.89(48.26) 10.61 0.62(10.39) 2.28 5.99(100) 21.98 根据乔木层各组成部分年净生产力及相应的 碳素密度计算出年固碳量u,同时可以确定林分 同化CO,的能力.由表5可知,长白落叶松幼龄林 年净固碳量为7.93t.hm,.a,折合CO量为 29.03t.hm.a,,中龄林年净固碳量为6.08t. hm,.a,,折合CO量为22.28t.hm,.a,,近熟林 年净固碳量为5.99t.hm,.a一,折合CO量为21. 98t.hm,.a一,成熟林年净圃碳量为3.98t.hm,. a一 ,折合CO量为14.59t.hm-2.a,.乔木层干年 净固碳量占36.84%一44.4%,枝3.45%一8.12%, 叶36.24%一48.26%.根10.09%一11.35%. 4结论与讨论 长白落叶松单木碳储量随着林龄的增长而增 加,10年生到54年生,总碳储量由24.32kg增加到 289.81kg,其中树干增加最为明显,树干碳储量占总 碳储量的百分比从1O年生的59.15%增加到54年 生的74.72%.地上部分的碳贮量占长白落叶松单 木碳贮量的73.8%一86.38%,根冠碳储量比在l5. 46%一35.5%之问,表明地上部分的固碳贡献远大 于地下部分. 长白落叶松林群落碳储量随着林龄的增长而增 加-14],幼,中龄林碳储量,乔木层>枯落物层>灌 叭, , ?如朋L 7)39) 279O0 Lm 3.76. . O..622O 第3期魏文俊等:辽宁冰砬山长白落叶松林人工林碳储量及其碳吸 存特征57 木>草本;近熟,成熟林碳储量:乔木层>灌木>枯 落物层>草本.灌木层碳储量贡献增加,而枯落物 层降低,草本层变化不明显,表明植被层碳贮量主要 取决于乔木层的生物量.枯落物层碳储量随着 林龄在不断增加,由0.7t.hm增加到3.1t.hm,, 主要因为枯落物碳储量很大程度取决于水热条件, 地域特点等?.一般纬度越高,分解条件越差,积 累越多;反之,分解越迅速,积累较少?. 乔木层中,树干碳储量增加最显着?”],然而长 白落叶松非木材的枝,叶,根占18%一19%的比例, 因此,采伐剩余物的处理和森林恢复更新对碳贮量 的影响很大l,如采伐后大量枝,叶等作薪材,土壤 表层有机质也迅速氧化分解,将导致大量的CO排 放?’”. 长白落叶松人工林乔木年净固碳量随着林龄增 加而降低,由7.93t.hm,.a减少到3.98t.hm,. a,折合CO量由29.03t.hm,.a减少到14.59 t.hm,.a,.不同器官的年净固碳量以叶,干最大, 其年净固碳量占乔木层年净固碳量的36.24%一 48.26%,36.84%一44.4%,其次是根和枝,分别占 乔木层年净固碳量10.09%一11.35%和3.45%一 8.12%,何斌(2009)的研究结果为干最大,叶次之, 枝其次,根最小?.二者的差别主要与树种自身生 长密切相关,还有待于今后进行深人地研究. 参考文献: [1]ZhaoM,ZhouGS.2005?Estimationofbiomassandnet primaryproductivityofmajorplantedforestsinChina basedODforestinventorydata(J].Forest.Ecologyand Management207:295—313. [2]张小全,李怒云,武曙红.中国实施清洁发展机制造林 和再造林项目的可行性和潜力[J].林业科学,2005, 41(5):139—143. [3]武曙红,张小全,李俊清.CDM造林或再造林项目的基 线问题[J].林业科学,2006,41(4):112—116. [4]何英,张小全,刘云仙.中国森林碳汇交易市场现状与 潜力[J].林业科学,2007,43(7):106—111. [5] [6] [7] [8] [9] [10] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] 马泽清,刘琪,徐雯佳,等.江西千烟洲人工林生态系 统的碳蓄积特征[J].林业科学,2007,43(11):1—7. 黄从德,张国庆.人工林碳储量影响因素[J].世界林业 研究,2009,22(2):34—39. WinjumJK.SchroederPE.Forestplantationsofthe world:Theirextent,ecologicalattributes,andcarbonstor— age[J].AculturalandForestMeteorology,1997,84: 153—167. OnigkeitJ,SonntagM,AlcamoJ.2000.Carbonplanta— tionsintheIMAGEmodel——modeldescriptionandscenar— los.CenterforEnvironmentalSystemsResearch(J].Uni— versityofKassel,Germany,35—113. FangJY,ChenAP,PengCH,eta1.Changesinforestbi— omasscarbonstorageinChinabetween1949and1998 [J].Science,2001,292:2320—2322. 胡会峰,刘国华.中国天然林保护工程的固碳能力估 算[J].生态,2006,26(1):291—296. 潘维俦,田大伦.森林生态系统第一性生产量的测定 技术与方法[J].湖南林业科学,1981,(2):1—12. 方晰,田大伦,项文化,等.第二代杉木中幼林生态系 统碳动态与平衡(J].中南林学院,2002,22(1):1 — 6. 杜红梅,王超,高红真.华北落叶松人工林碳汇功能的 研究[J].中国生态农业,2009,17(4):756— 759. 文仕知,田大伦,杨丽丽,等.桤木人工林的碳密度, 碳库及碳吸存特征[J].林业科学,2010,46(6):15— 21. 康冰,刘世荣,蔡道雄,等.南亚热带杉木生态系统生 物量和碳素积累及其空间分布特征[J].林业科学, 2009,45(8):147—153. 周玉荣,于振良,赵士洞.我国主要森林生态系统碳贮 量和碳平衡[J].植物生态,2000,24(5):518— 522. 何斌.秃杉人工林速生阶段的碳库与碳吸存[J].山地 ,2009,27(4):427—432. 雷丕锋,项文化,田大伦,等.樟树人工林生态系统碳 素贮量与分布研究[J].生态学杂志,2004,23(4):25 , 3O