五种森林类型固碳释氧量的比较

五种森林类型固碳释氧量的比较

近年来，随着工业化进程的加快，受人类活动影响的温室气体（如大气二氧化碳）浓度持续增加，世界气候变化很大，碳结合研究成为研究的重点。科学家们和不少有识之士开始从全球变化生态学的角度全面地认识陆地生态系统碳循环特征、自然和人为因素的驱动机制及其在全球变化中的作用与反馈关系等科学问题。陆地生态系统碳储量的估计是陆地生态系统碳循环研究中的重要组成部分。我国相继启动了“中国陆地和近海生态系统碳收支研究”。我国学者对全国或区域植被或土壤碳的研究相对较多,但关于单个森林生态系统的固碳释氧量研究资料并不多。森林生态系统是对二氧化碳吸收储存最为有效的方法,森林与大气中的物质交换主要是CO2和02的交换,即森林固定并减少大气中的CO2,同时提供并增加大气中的02,这对维持地球大气中的CO2和02的动态平衡,减少温室效应以及提供人类的生存基础来说,有着巨大的不可替代的作用和地位。因此,本文从森林固碳释氧的角度进行研究。选择了清原县大边沟林场和湾甸子林场的长白落叶松、红松、油松、柞树、核桃楸5种森林类型作为研究对象。从这些森林类型的生物量与蓄积量的相关关系入手,对不同森林生态系统类型的固碳释氧量进行计量研究。1自然概论与测量方法的研究1.1降雨、气候条件试验地的平均海拔400～550m,年降水量700～850mm,降雨量集中在7～8月份。植物生长季在4～9月。年平均气温3.9～5.4℃,最冷出现在1月,最热出现在7月。土壤以棕壤和暗棕壤为主,土层厚度20～100cm。人工林下幼树和灌木较少。1.2林木生物量测定本文拟对所选择的森林类型分别森林乔木层与林下植被(包括灌木、草本)和枯落物层3个层次来测定林分生物量。用于分析5种森林类型组成林分的生物量与蓄积量数据通过实地调查获得。1.2.1乔木层生物量的测量对于森林乔木层的生物量测定,各森林类型分别设置20m×30m的标准地各3块并进行每木调查及林下植被、枯落物的调查。1.2.1.树干材积测量用每木调查数据结合材积数学模型,计算各森林类型树干的材积。在每块标准地内进行每木调查,并分别选取3株标准木,测量其胸径和树高。将测得的标准木各因子带入材积模型计算出标准木树干材积。树干材积乘以树干基本密度值即为树干的生物量,并将其换算成每公顷树干总的生物量。其中木材基本密度为木材的绝干质量/生材体积。各树种的基本密度值及数学材积模型见表2。1.2.1.整株树木枝条、叶的测定枝条生物量的推算与求树干绝干重的步骤:(1)按枝条着生的层次,分层取下树干上着生的枝条,分层统计和量测枝条数目及枝条基部直径。(2)按照各层的枝条数和这一层枝条基部直径的平均值的大小,抽取2～3枝样枝。(3)分别称量样枝枝条及其上着生树叶的鲜重。(4)分层取样枝的小样品,少量叶的样品,每层样品各2袋。将样品带回实验室烘干,使之达绝干状态后称重,并求出各层枝条和叶的干、鲜重比。(5)最后计算整棵树木枝条、叶的绝干重。方法是根据样枝、叶求出的干鲜重比和各层枝条、叶的鲜重,计算各层枝条、叶的绝干重;将各层枝条、叶的绝干重相加,得到全部枝条绝干重的估计值。1.2.2枯落物生物量的测定林下植被的生物量的测定,在各标准地内按对角线设置2m×2m的样方5个,首先统计每个样方内的灌木的种类和数量。全部伐倒直接称其鲜重,混合采取部分植株的样品。在灌木调查的各样方中选取1m×1m的小样方。首先按小样方逐个地统计在该小样方内的草本植物(包括苔藓、地衣等)的种类和数量,然后切割直接称其鲜重并取样品。将灌木和草本植物的样品带回实验室在105℃下烘干至恒重。枯枝落叶生物量的测定,在标准地的对角线上随机选定1m×1m样方5个。首先,测定枯枝落叶层的厚度,把样方内所有枯枝落叶取下来,清除土壤颗粒后分别称重,并且从每个小样方内,用铝盒采样3～5个称鲜重。将取得的枯落物样品装入密封袋中带回,放入烘箱内(在60～80℃时烘8～10h)烘干后称其重量。对于林下植被和枯落物生物量的测定,根据所调查的样方数据,计算各不同森林类型林下植被和枯落物的平均生物量,然后根据各森林类型面积及其林下植被和枯落物的平均生物量计算其总生物量。1.3固定co、释放o2量对所收集到的各类资料、数据进行整理分析,然后将取得的各项数据补充基础数据库。将取得的各项数据结合光合作用方程式分别测定出林分各组分固定CO2量和释放O2量。根据光合作用方程式确定生物量转换成有机碳量的系数。其方程式为:CO2(264g)+H2O(108g)—葡萄糖(180g)+O2(192g)→多糖(162g)上式表明每生产1g干物质需要1.63gCO2,并释放1.19gO2。根据求得的生物量计算出森林固定CO2和释放O2的量。2结果与分析2.15不同林分树冠的固定co量和释放o2量的顺序5种森林类型的不同器官固定CO2量和释放02量的测定结果见表3。由表3可知,林分乔木层固定CO2量和释放O2量基本上与生物量成正比,以树干>树枝>树叶的顺序排列。不同林分树干固定CO2量和释放O2量的顺序是:长白落叶松>核桃楸>柞树>油松>红松;树枝的排列顺序是:油松>红松>柞树>核桃楸>长白落叶松;树叶的排列顺序是:油松>红松>长白落叶松>柞树>核桃楸。2.2林下植被类型及其释放2量的比较5种主要森林类型林下植被和枯枝落叶层固定CO2量和释放02量的测定结果见表4。由表4可知,5种主要森林类型林下植被和枯枝落叶层固定CO2量和释放02量的顺序分别是:枯枝落叶,核桃楸>柞树>红松>长白落叶松>油松;草本,红松>长白落叶松>核桃楸>油松>柞树;灌木,柞树>长白落叶松>核桃楸>油松>红松。2.3森林类型林下植被生物量由表5可知,林木部分所占比例在85%～95%之间;5种林分类型地上部分固定CO2量和释放O2量的各组分占总量的比例以树干最大,在50%～75%之间;草本和灌木所占比例最小,排列顺序是:树干>树枝>枯枝落叶>树叶>草本、灌木。5种森林类型的生物总的固定CO2量和释放02量长白落叶松林最高,红松林最低,其排列顺序是:长白落叶松>柞树>核桃楸>油松>红松。对林下植被生物量的研究主要集中在灌木层与草本层。对于清原县5种主要森林类型林下植被生物量与上层乔木的相关性进行了研究,在本文所搜集到的数据范围内,各森林类型林下植被生物量与上层乔木生物量大小及林分密度大小等因子的相关性不明显;对各森林类型枯落物现存量与林分密度的相关性研究结果也不明显。3种森林类型总固碳释氧量的排列顺序(1)不同森林类型的固碳释氧量存在很大差异。5种森林类型总的固定CO2量和释放O2量分别为:长白落叶松294.010t/hm2、216.449t/hm2,柞树240.906t/hm2、177.353t/hm2,核桃楸235.341t/hm2、178.206t/hm2,油松232.954t/hm2、171.500t/hm2,红松225.908t/hm2、166.312t/hm2。(2)5种森林类型总的固碳释氧量的排列顺序与其乔木层树干固碳释氧的排列顺序基本相似。在5种森林类型的各组分固碳释氧量的比例变化中均以树干所占比例最大,大约在50%～75%之间;均以草本和灌木所占的比例最小,并且都小于1%。(3)本文通过对5种森林类型地上部分的固碳量和释氧量的计量研究,得到了用普通的林木计量途径测定森林地上部分的碳储量和释氧量的方法。该计量方法只是一个初步的尝试,为今后科学计量森林碳储存提供