五種森林類(lèi)型固碳釋氧量的比較

五種森林類(lèi)型固碳釋氧量的比較

近年來(lái)，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，受人類(lèi)活動(dòng)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(diǎn)。科學(xué)家們和不少有識(shí)之士開(kāi)始從全球變化生態(tài)學(xué)的角度全面地認(rèn)識(shí)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(dòng)機(jī)制及其在全球變化中的作用與反饋關(guān)系等科學(xué)問(wèn)題。陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的估計(jì)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(guó)相繼啟動(dòng)了“中國(guó)陸地和近海生態(tài)系統(tǒng)碳收支研究”。我國(guó)學(xué)者對(duì)全國(guó)或區(qū)域植被或土壤碳的研究相對(duì)較多,但關(guān)于單個(gè)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(duì)二氧化碳吸收儲(chǔ)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(shí)提供并增加大氣中的02,這對(duì)維持地球大氣中的CO2和02的動(dòng)態(tài)平衡,減少溫室效應(yīng)以及提供人類(lèi)的生存基礎(chǔ)來(lái)說(shuō),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(jìn)行研究。選擇了清原縣大邊溝林場(chǎng)和灣甸子林場(chǎng)的長(zhǎng)白落葉松、紅松、油松、柞樹(shù)、核桃楸5種森林類(lèi)型作為研究對(duì)象。從這些森林類(lèi)型的生物量與蓄積量的相關(guān)關(guān)系入手,對(duì)不同森林生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的固碳釋氧量進(jìn)行計(jì)量研究。1自然概論與測(cè)量方法的研究1.1降雨、氣候條件試驗(yàn)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(zhǎng)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(shù)和灌木較少。1.2林木生物量測(cè)定本文擬對(duì)所選擇的森林類(lèi)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(gè)層次來(lái)測(cè)定林分生物量。用于分析5種森林類(lèi)型組成林分的生物量與蓄積量數(shù)據(jù)通過(guò)實(shí)地調(diào)查獲得。1.2.1喬木層生物量的測(cè)量對(duì)于森林喬木層的生物量測(cè)定,各森林類(lèi)型分別設(shè)置20m×30m的標(biāo)準(zhǔn)地各3塊并進(jìn)行每木調(diào)查及林下植被、枯落物的調(diào)查。1.2.1.樹(shù)干材積測(cè)量用每木調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)合材積數(shù)學(xué)模型,計(jì)算各森林類(lèi)型樹(shù)干的材積。在每塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)進(jìn)行每木調(diào)查,并分別選取3株標(biāo)準(zhǔn)木,測(cè)量其胸徑和樹(shù)高。將測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)木各因子帶入材積模型計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)干材積。樹(shù)干材積乘以樹(shù)干基本密度值即為樹(shù)干的生物量,并將其換算成每公頃樹(shù)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(shù)種的基本密度值及數(shù)學(xué)材積模型見(jiàn)表2。1.2.1.整株樹(shù)木枝條、葉的測(cè)定枝條生物量的推算與求樹(shù)干絕干重的步驟:(1)按枝條著生的層次,分層取下樹(shù)干上著生的枝條,分層統(tǒng)計(jì)和量測(cè)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(shù)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(shí)驗(yàn)室烘干,使之達(dá)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(jì)算整棵樹(shù)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(jì)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(jì)值。1.2.2枯落物生物量的測(cè)定林下植被的生物量的測(cè)定,在各標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)按對(duì)角線設(shè)置2m×2m的樣方5個(gè),首先統(tǒng)計(jì)每個(gè)樣方內(nèi)的灌木的種類(lèi)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(gè)地統(tǒng)計(jì)在該小樣方內(nèi)的草本植物(包括苔蘚、地衣等)的種類(lèi)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(shí)驗(yàn)室在105℃下烘干至恒重?？葜β淙~生物量的測(cè)定,在標(biāo)準(zhǔn)地的對(duì)角線上隨機(jī)選定1m×1m樣方5個(gè)。首先,測(cè)定枯枝落葉層的厚度,把樣方內(nèi)所有枯枝落葉取下來(lái),清除土壤顆粒后分別稱重,并且從每個(gè)小樣方內(nèi),用鋁盒采樣3～5個(gè)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(shí)烘8～10h)烘干后稱其重量。對(duì)于林下植被和枯落物生物量的測(cè)定,根據(jù)所調(diào)查的樣方數(shù)據(jù),計(jì)算各不同森林類(lèi)型林下植被和枯落物的平均生物量,然后根據(jù)各森林類(lèi)型面積及其林下植被和枯落物的平均生物量計(jì)算其總生物量。1.3固定co、釋放o2量對(duì)所收集到的各類(lèi)資料、數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析,然后將取得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)補(bǔ)充基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。將取得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)合光合作用方程式分別測(cè)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(jī)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(jì)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(shù)冠的固定co量和釋放o2量的順序5種森林類(lèi)型的不同器官固定CO2量和釋放02量的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)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(shù)干>樹(shù)枝>樹(shù)葉的順序排列。不同林分樹(shù)干固定CO2量和釋放O2量的順序是:長(zhǎng)白落葉松>核桃楸>柞樹(shù)>油松>紅松;樹(shù)枝的排列順序是:油松>紅松>柞樹(shù)>核桃楸>長(zhǎng)白落葉松;樹(shù)葉的排列順序是:油松>紅松>長(zhǎng)白落葉松>柞樹(shù)>核桃楸。2.2林下植被類(lèi)型及其釋放2量的比較5種主要森林類(lèi)型林下植被和枯枝落葉層固定CO2量和釋放02量的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知,5種主要森林類(lèi)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(shù)>紅松>長(zhǎng)白落葉松>油松;草本,紅松>長(zhǎng)白落葉松>核桃楸>油松>柞樹(shù);灌木,柞樹(shù)>長(zhǎng)白落葉松>核桃楸>油松>紅松。2.3森林類(lèi)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(lèi)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(shù)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(shù)干>樹(shù)枝>枯枝落葉>樹(shù)葉>草本、灌木。5種森林類(lèi)型的生物總的固定CO2量和釋放02量長(zhǎng)白落葉松林最高,紅松林最低,其排列順序是:長(zhǎng)白落葉松>柞樹(shù)>核桃楸>油松>紅松。對(duì)林下植被生物量的研究主要集中在灌木層與草本層。對(duì)于清原縣5種主要森林類(lèi)型林下植被生物量與上層喬木的相關(guān)性進(jìn)行了研究,在本文所搜集到的數(shù)據(jù)范圍內(nèi),各森林類(lèi)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(duì)各森林類(lèi)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(lèi)型總固碳釋氧量的排列順序(1)不同森林類(lèi)型的固碳釋氧量存在很大差異。5種森林類(lèi)型總的固定CO2量和釋放O2量分別為:長(zhǎng)白落葉松294.010t/hm2、216.449t/hm2,柞樹(shù)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(lèi)型總的固碳釋氧量的排列順序與其喬木層樹(shù)干固碳釋氧的排列順序基本相似。在5種森林類(lèi)型的各組分固碳釋氧量的比例變化中均以樹(shù)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(guò)對(duì)5種森林類(lèi)型地上部分的固碳量和釋氧量的計(jì)量研究,得到了用普通的林木計(jì)量途徑測(cè)定森林地上部分的碳儲(chǔ)量和釋氧量的方法。該計(jì)量方法只是一個(gè)初步的嘗試,為今后科學(xué)計(jì)量森林碳儲(chǔ)存提供