广东省黑石顶亚热带森林地上生物量分布和变异的研究

发布时间：2020-04-11 23:44

【摘要】：大气中二氧化碳的增加及其对气候的潜在影响是今天最受关注的全球环境问题之一。虽然热带和亚热带森林仅覆盖地球陆地面积的7-10%,但它们存储的碳大约占地上和地下碳总和的60%。因此,热带和亚热带森林是陆地生态系统碳循环中最为重要的节点。为了了解亚热带森林中的碳储量,我们必须对树木生物量进行测量,进而探讨控制森林生物量变化分布和变异的过程,这对于了解森林的生态系统功能和生产力是必要的。树木的直径,高度,木材密度以及树种组成是森林结构的重要特征,这些特征在影响地上碳(C)储存中起关键作用。本研究有以下两个研究目的:(i)估计和测量广东省黑石顶亚热带森林自然保护区的50公顷样地的藤本植物和树木地上生物量(Aboveground biomass,or AGB)的分布和变异,(ii)分析森林结构和物种分类属性在不同空间精细尺度上对地上生物量的影响。树木的地上生物量用木材比重(ρ,烘干木材重量与其新鲜体积之比),树木胸径和树木高度的函数来估计,而藤本植物的地上生物量用基底面积来估计。我们的研究结果表明,Chave(2015)的泛热带异速生长模型能够更好地预测黑石顶亚热带森林50公顷样地的地上生物量。尽管我们没有直接的数据来估测黑石顶50公顷样地的地上生物量,因为我们没有直接砍树。但是,我们有很好的参照数据说明Chave的泛热带异速生长方程为何是更好的。由于Chave的泛热带异速生长模型方程包括木材密度,生物气候变量和林分特性以最佳预测AGB,同时我们有陈章和和其他人(1993)的直接估计数据作为参照比较,因此我们认为Chave(2015)的泛热带异速生长模型估算的结果比其它两个模型的更好。我们发现,在这个次生亚热带森林中,结构多样性而不是物种多样性决定了碳储存的量。本文结果还表明,“大树”的密度是AGB变异的主要贡献者。因此,保持大树和关键树种的结构多样性和丰度是增加森林碳封存和储存的有效途径。本研究也评估了黑石顶50公顷大样地树木及藤本植物不同径级个体地上生物量的分布。结果表明,树木AGB的比例随着树木尺寸的增加而明显增加,但是在不同径级间变化很明显。直径40-45厘米内的个体,占样地个体数的百分之零点四七,对地上生物量的贡献的比例最高(占所有径级生物量的9.03%)。直径在25-30厘米内的树木也十分重要,对地上生物量的贡献占到了所有径级生物量的7.47%。相比而言,小树(10 cm直径)占据了森林中所有个体数的88%,但是它们仅占总活体地上生物量的3.79%。虽然大树(≥60 cm直径)仅占总个体数的0.36%,但是它们占地上生物量总存量的23.68%。而藤本植物的生物量只能代表黑石顶总地上生物量的0.01%。样地里地上生物量占最高比例的是中等直径尺寸(≥10和60 cm直径)的树木占(72.42%)。我们也发现在整个黑石顶样地中仅三十个树种就贡献了89.68%的总地上生物量。另外,与这个次生湿润森林中,具有较高的生物量的是生长缓慢的性状保守物种(“conservative species”)而不是快速生长的获取物种(“acquisitive species”)。但是马尾松作为快速生长的先锋物种贡献了最多的地上生物量。据我们所知,本研究首次估测了中国亚热带森林中藤本植物的地上生物量,并且分析了藤本植物对于地上生物量分布的影响。本研究也评估了森林结构和分类属性在不同空间精细尺度上对地上生物量的影响。我们已经知道AGB在整个森林中的变化是和树木密度,平均胸径和树木密度相关的。因此,现在不再需要考虑这些变量是否与AGB相关,而应该考虑每个变量对AGB影响的大小是多少。对于黑石顶50公顷大样地,我们计算了六个结构属性:总体树木密度,总体藤本植物密度,大树密度(≥60 cm直径),树胸径,树基部面积和树体积。并且,为了评估树木多样性与树木AGB之间的关系,我们计算出一个分类属性:物种丰富度(S)。关于树木AGB与森林属性之间的关系,结果表明,总体而言,在100×100米的最大空间尺度下,AGB随着大部分站结构属性而显着增加,包括树基部面积,树木胸径,体积和大树的密度(≥60 cm直径),但在较小尺度和较大尺度,藤本植物密度随着树木密度的增加而趋于降低(非显着)。AGB与基部面积,胸径和体积之间的存在显著的相关关系。在100×100米的最大空间尺度下物种丰富度(S)也对树木AGB的含量略有影响,但在比较小尺度上的影响最大。据我们所知,我们的研究首次评估了中国亚热带次生林中不同的精细空间尺度下树木AGB与森林属性之间的关系。根据Poorter et al.(2015)的结果,我们也发现分类学属性、物种丰富度与小尺度空间尺度上的AGB有着很强的关系,表现为一个驼峰形的关系(Tredennick et al.2016)。而结构属性在大和小空间尺度上与AGB都有很强的关系。因此,具有较高结构和树木多样性的森林将显著地提高碳封存和储存。本文缺乏变异的地形、土壤养分、光照等其他环境因子影响AGB分布和的相对重要性的探讨和研究。以后的研究可以进一步探索这一点,以便更好地了解控制树木AGB分布的驱动因素,同时更好地了解黑石顶森林自然保护区的生态系统功能。
【图文】：

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图 2 | 说明如何将空中激光扫描 (ALS) 图像整合到森林清单方案中的示意图。Figure 2 | Schematic diagram illustrating how airborne laser scanning (ALS) imagerycan be integrated into forest inventory programmes (Jucker et al. 2016).1.3 Why is it important to map AGB in tropical andsubtropical secondary forests?Firstly, because forest ecologists have already distinguished that biomass is themain driver of changes in forest ecosystem functioning and forest succession (seeLohbeck et al. 2015), at the same time, it is also known as an important parameter forcharacterizing the fertility of a forest ecosystem, due that the efficiency of carbonstorage in living organic matter reflects the quality of environmental conditions:climate, soil structure and nutrient availability (Chave et al. 2001).

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8图 3 | 拉丁美洲热带生物量弹性图显示了在放弃农业使用 20 年后预测的(AGB).Figure 3 | Biomass resilience map of the Latin American tropics showing thpredicted aboveground forest biomass (AGB) attained 20 years after abandonment oagricultural use (Poorter et al. 2016).
【学位授予单位】：中山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S718.5

【参考文献】