五種森林類型固碳釋氧量的比較

五種森林類型固碳釋氧量的比較

近年來，隨著工業(yè)化進程的加快，受人類活動影響的溫室氣體（如大氣二氧化碳）濃度持續(xù)增加，世界氣候變化很大，碳結(jié)合研究成為研究的重點。科學家們和不少有識之士開始從全球變化生態(tài)學的角度全面地認識陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)特征、自然和人為因素的驅(qū)動機制及其在全球變化中的作用與反饋關(guān)系等科學問題。陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的估計是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究中的重要組成部分。我國相繼啟動了“中國陸地和近海生態(tài)系統(tǒng)碳收支研究”。我國學者對全國或區(qū)域植被或土壤碳的研究相對較多,但關(guān)于單個森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳釋氧量研究資料并不多。森林生態(tài)系統(tǒng)是對二氧化碳吸收儲存最為有效的方法,森林與大氣中的物質(zhì)交換主要是CO2和02的交換,即森林固定并減少大氣中的CO2,同時提供并增加大氣中的02,這對維持地球大氣中的CO2和02的動態(tài)平衡,減少溫室效應以及提供人類的生存基礎來說,有著巨大的不可替代的作用和地位。因此,本文從森林固碳釋氧的角度進行研究。選擇了清原縣大邊溝林場和灣甸子林場的長白落葉松、紅松、油松、柞樹、核桃楸5種森林類型作為研究對象。從這些森林類型的生物量與蓄積量的相關(guān)關(guān)系入手,對不同森林生態(tài)系統(tǒng)類型的固碳釋氧量進行計量研究。1自然概論與測量方法的研究1.1降雨、氣候條件試驗地的平均海拔400～550m,年降水量700～850mm,降雨量集中在7～8月份。植物生長季在4～9月。年平均氣溫3.9～5.4℃,最冷出現(xiàn)在1月,最熱出現(xiàn)在7月。土壤以棕壤和暗棕壤為主,土層厚度20～100cm。人工林下幼樹和灌木較少。1.2林木生物量測定本文擬對所選擇的森林類型分別森林喬木層與林下植被(包括灌木、草本)和枯落物層3個層次來測定林分生物量。用于分析5種森林類型組成林分的生物量與蓄積量數(shù)據(jù)通過實地調(diào)查獲得。1.2.1喬木層生物量的測量對于森林喬木層的生物量測定,各森林類型分別設置20m×30m的標準地各3塊并進行每木調(diào)查及林下植被、枯落物的調(diào)查。1.2.1.樹干材積測量用每木調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)合材積數(shù)學模型,計算各森林類型樹干的材積。在每塊標準地內(nèi)進行每木調(diào)查,并分別選取3株標準木,測量其胸徑和樹高。將測得的標準木各因子帶入材積模型計算出標準木樹干材積。樹干材積乘以樹干基本密度值即為樹干的生物量,并將其換算成每公頃樹干總的生物量。其中木材基本密度為木材的絕干質(zhì)量/生材體積。各樹種的基本密度值及數(shù)學材積模型見表2。1.2.1.整株樹木枝條、葉的測定枝條生物量的推算與求樹干絕干重的步驟:(1)按枝條著生的層次,分層取下樹干上著生的枝條,分層統(tǒng)計和量測枝條數(shù)目及枝條基部直徑。(2)按照各層的枝條數(shù)和這一層枝條基部直徑的平均值的大小,抽取2～3枝樣枝。(3)分別稱量樣枝枝條及其上著生樹葉的鮮重。(4)分層取樣枝的小樣品,少量葉的樣品,每層樣品各2袋。將樣品帶回實驗室烘干,使之達絕干狀態(tài)后稱重,并求出各層枝條和葉的干、鮮重比。(5)最后計算整棵樹木枝條、葉的絕干重。方法是根據(jù)樣枝、葉求出的干鮮重比和各層枝條、葉的鮮重,計算各層枝條、葉的絕干重;將各層枝條、葉的絕干重相加,得到全部枝條絕干重的估計值。1.2.2枯落物生物量的測定林下植被的生物量的測定,在各標準地內(nèi)按對角線設置2m×2m的樣方5個,首先統(tǒng)計每個樣方內(nèi)的灌木的種類和數(shù)量。全部伐倒直接稱其鮮重,混合采取部分植株的樣品。在灌木調(diào)查的各樣方中選取1m×1m的小樣方。首先按小樣方逐個地統(tǒng)計在該小樣方內(nèi)的草本植物(包括苔蘚、地衣等)的種類和數(shù)量,然后切割直接稱其鮮重并取樣品。將灌木和草本植物的樣品帶回實驗室在105℃下烘干至恒重?？葜β淙~生物量的測定,在標準地的對角線上隨機選定1m×1m樣方5個。首先,測定枯枝落葉層的厚度,把樣方內(nèi)所有枯枝落葉取下來,清除土壤顆粒后分別稱重,并且從每個小樣方內(nèi),用鋁盒采樣3～5個稱鮮重。將取得的枯落物樣品裝入密封袋中帶回,放入烘箱內(nèi)(在60～80℃時烘8～10h)烘干后稱其重量。對于林下植被和枯落物生物量的測定,根據(jù)所調(diào)查的樣方數(shù)據(jù),計算各不同森林類型林下植被和枯落物的平均生物量,然后根據(jù)各森林類型面積及其林下植被和枯落物的平均生物量計算其總生物量。1.3固定co、釋放o2量對所收集到的各類資料、數(shù)據(jù)進行整理分析,然后將取得的各項數(shù)據(jù)補充基礎數(shù)據(jù)庫。將取得的各項數(shù)據(jù)結(jié)合光合作用方程式分別測定出林分各組分固定CO2量和釋放O2量。根據(jù)光合作用方程式確定生物量轉(zhuǎn)換成有機碳量的系數(shù)。其方程式為:CO2(264g)+H2O(108g)—葡萄糖(180g)+O2(192g)→多糖(162g)上式表明每生產(chǎn)1g干物質(zhì)需要1.63gCO2,并釋放1.19gO2。根據(jù)求得的生物量計算出森林固定CO2和釋放O2的量。2結(jié)果與分析2.15不同林分樹冠的固定co量和釋放o2量的順序5種森林類型的不同器官固定CO2量和釋放02量的測定結(jié)果見表3。由表3可知,林分喬木層固定CO2量和釋放O2量基本上與生物量成正比,以樹干>樹枝>樹葉的順序排列。不同林分樹干固定CO2量和釋放O2量的順序是:長白落葉松>核桃楸>柞樹>油松>紅松;樹枝的排列順序是:油松>紅松>柞樹>核桃楸>長白落葉松;樹葉的排列順序是:油松>紅松>長白落葉松>柞樹>核桃楸。2.2林下植被類型及其釋放2量的比較5種主要森林類型林下植被和枯枝落葉層固定CO2量和釋放02量的測定結(jié)果見表4。由表4可知,5種主要森林類型林下植被和枯枝落葉層固定CO2量和釋放02量的順序分別是:枯枝落葉,核桃楸>柞樹>紅松>長白落葉松>油松;草本,紅松>長白落葉松>核桃楸>油松>柞樹;灌木,柞樹>長白落葉松>核桃楸>油松>紅松。2.3森林類型林下植被生物量由表5可知,林木部分所占比例在85%～95%之間;5種林分類型地上部分固定CO2量和釋放O2量的各組分占總量的比例以樹干最大,在50%～75%之間;草本和灌木所占比例最小,排列順序是:樹干>樹枝>枯枝落葉>樹葉>草本、灌木。5種森林類型的生物總的固定CO2量和釋放02量長白落葉松林最高,紅松林最低,其排列順序是:長白落葉松>柞樹>核桃楸>油松>紅松。對林下植被生物量的研究主要集中在灌木層與草本層。對于清原縣5種主要森林類型林下植被生物量與上層喬木的相關(guān)性進行了研究,在本文所搜集到的數(shù)據(jù)范圍內(nèi),各森林類型林下植被生物量與上層喬木生物量大小及林分密度大小等因子的相關(guān)性不明顯;對各森林類型枯落物現(xiàn)存量與林分密度的相關(guān)性研究結(jié)果也不明顯。3種森林類型總固碳釋氧量的排列順序(1)不同森林類型的固碳釋氧量存在很大差異。5種森林類型總的固定CO2量和釋放O2量分別為:長白落葉松294.010t/hm2、216.449t/hm2,柞樹240.906t/hm2、177.353t/hm2,核桃楸235.341t/hm2、178.206t/hm2,油松232.954t/hm2、171.500t/hm2,紅松225.908t/hm2、166.312t/hm2。(2)5種森林類型總的固碳釋氧量的排列順序與其喬木層樹干固碳釋氧的排列順序基本相似。在5種森林類型的各組分固碳釋氧量的比例變化中均以樹干所占比例最大,大約在50%～75%之間;均以草本和灌木所占的比例最小,并且都小于1%。(3)本文通過對5種森林類型地上部分的固碳量和釋氧量的計量研究,得到了用普通的林木計量途徑測定森林地上部分的碳儲量和釋氧量的方法。該計量方法只是一個初步的嘗試,為今后科學計量森林碳儲存提供