京北山区不同间伐强度油松人工林固碳效应研究

发布时间：2020-11-05 01:48

　　 油松人工林是北京山区乃至华北地区主要的森林类型,对固碳减排、改善北京的生态环境起着举足轻重的作用,而抚育间伐是人工林结构优化、提高碳汇能力的重要手段。所以,探讨抚育间伐对油松人工林固碳效应的影响对提高油松人工林固碳能力,促进其可持续经营具有重要的实际意义。本文以北京北部山区30-35a生的油松人工林为研究对象,2002年进行林分抚育间伐处理形成12块固定标准地:对照(CK)、轻度间伐(Ⅰ)、中度间伐(Ⅱ)和强度间伐(Ⅲ)样地,2002年和2012年分别对标准地进行了生物量调查,同时2012年砍伐了 17株标准木建立生物量方程。通过生物量调查,本文从油松人工林林木生长、碳储量、固碳速率等方面,定量分析了油松人工林间伐l0a后,抚育间伐对林分各组分及综合固碳效应的影响,并通过主成分分析对不同间伐强度的油松人工林林木生长状况、林分碳储量和固碳速率以及林分固碳效应的综合效果进行了综合评价,同时通过控制实验分析了油松幼苗生长和日固碳量对不同环境因子的响应规律以期揭示油松人工林固碳效应对不同强度间伐响应的生理机制,主要研究结论如下:(1)间伐对油松人工林林木的平均胸径、平均冠幅及平均单株材积的生长均有显著的促进作用,且与间伐强度正相关,以强度间伐效果最佳。间伐10a后,各强度间伐样地的平均胸径、平均冠幅和平均单株材积增长量分别是对照样地的2.9倍、1.2倍、2.0倍;与对照相比,间伐降低了林分单位面积的蓄积增长量,且随着间伐强度的增大,单位面积蓄积增长量逐渐降低,强度间伐的样地单位面积蓄积增长量最低,为对照样地的59.65%;林木径级分布方面,中度间伐林分径阶分布更趋向于典型正态分布,林木的平均胸径较对照样地显著提高,还出现了对照样地没有的22cm和23cm径阶;林木连年生长量方面,不同间伐强度油松人工林林木年轮的连年生长量大小顺序为:强度间伐(III)中度间伐(II)对照(CK)轻度间伐(I)的林分,且各间伐强度的林分林木年轮的连年生长量随时间的变化规律不明显,呈波动状态。(2)间伐对油松人工林单株及各器官、乔木层及各组分碳储量的变化影响显著,以轻度间伐(I)最明显,其单株及乔木层总碳储量分别比对照提高80.32%和47.15%;间伐对油松人工林乔木层各组分碳储量的分布格局也有一定的影响,主要体现在间伐降低了树干碳储量的分配比例,提高了树枝碳储量的分配比例;间伐对油松人工林灌草层和土壤层碳储量无显著影响,却降低了凋落物层的碳储量;与对照(CK)相比,轻度间伐(Ⅰ)高了油松人工林生态系统总碳储量,而强度(Ⅲ)和中度(Ⅱ)间伐的样地与对照之间差异不显著。年际动态上,间伐后,不同间伐强度油松人工林的乔木层碳储量均呈现递增的趋势,且随着间伐强度的增大,不同间伐强度的林分间差异越来越大,均以轻度间伐(I)的林分乔木层碳储量最高,强度间伐(Ⅲ)的林分乔木层碳储量最低。(3)间伐后,轻度(Ⅰ)和中度(Ⅱ)间伐在提高油松人工林单株及乔木层固碳速率方面效果显著,其固碳速率分别是对照的1.52和1.57倍;间伐对林下灌草层固碳速率无显著影响,但能加速凋落物的分解及土壤有机碳的输入,间伐使得油松人工林生态系统总固碳速率中凋落物层固碳速率所占比例由对照样地的 34.05%下降到了 21.26%(Ⅰ)、26.06%(Ⅱ)、28.11%(Ⅲ),却使得土壤层碳储量的增长量所占比例由对照样地的21.19%提高到了 32.13%(Ⅰ)、35.12%(Ⅱ)、34.09%(Ⅲ)。轻度间伐(Ⅰ)在提高油松人工林生态系统总固碳速率方面亦效果显著,使得油松人工林生态系统总固碳速率比对照提高了 44.23%。不同间伐强度油松人工林乔木层碳储量的年增加量均呈现递增的趋势,且不同间伐强度的林分之间增幅的差异越来越大,均以轻度间伐(Ⅰ)林分的年增加量最大。(4)林木生长状况综合评价结果表明:轻度间伐(Ⅰ)林分的综合得分最高,为1.2391,对照林分的综合得分最低,为-2.5289,间伐促进了油松人工林林木的生长,尤以轻度间伐的效果最明显。林分碳储量状况综合评价结果表明:轻度间伐(Ⅰ,15.6%)油松人工林的主成分综合得分最高,为1.8195,其次是强度间伐(Ⅲ,41.7%)的林分和中度间伐(Ⅱ,27.3%)的林分,其综合得分分别为0.7540和0.4441,对照(CK)林分的综合得分最低,为-3.0175,间伐促进了油松人工林碳储量的积累,尤以轻度间伐的作用效果最佳。轻度间伐(I)林分生态系统总碳储量比对照林分高出25.43%,其乔木层总碳储量比对照提高了47.15%;间伐对灌草层和土壤层碳储量无显著影响,却降低了凋落物层的碳储量。林分固碳速率综合评价结果表明:轻度间伐(Ⅰ,15.6%)油松人工林的主成分综合得分最高,为1.9844;其次是中度间伐(Ⅱ,27.3%)的林分,其综合得分为0.9759;再次是对照林分(CK),其综合得分为-1.4355;强度间伐(Ⅲ,41.7%)林分的综合得分最低,为-1.5249;轻度间伐和中度间伐提高了油松人工林的固碳速率,尤以轻度间伐的作用效果最佳。轻度间伐(I)林分生态系统总固碳速率比对照提高了 44.23%,其乔木层固碳速率是对照林分的1.57倍;间伐对林下灌草层固碳速率无显著影响,但能加速凋落物的分解及土壤有机碳的输入,使得油松人工林生态系统总碳储量的增长量中凋落物层碳储量增长量所占比例由对照样地的 34.05%下降到了 21.26%(Ⅰ)、26.06%(Ⅱ)、28.11%(Ⅲ),却使得土壤层碳储量的增长量所占比例由对照样地的21.19%提高到了 32.13%(Ⅰ)、35.12%(Ⅱ)、34.09%(Ⅲ)。(5)林分固碳效应的综合效果综合评价结果表明:轻度间伐(Ⅰ)林分中度间伐(Ⅱ)林分强度间伐(Ⅲ)林分对照(CK)林分,轻度间伐(Ⅰ)林分的综合得分最高,为3.3293,对照林分(CK)的综合得分最低,为-3.8981,间伐能够提高油松人工林的固碳效应综合效果,尤以轻度间伐的效果最佳。(6)间伐提高了油松人工林内距离地面不同高度的光照强度和温度,提高了林内土壤水分、有机质和全氮含量,尤以轻度间伐(Ⅰ,15.6%)的林分最显著。(7)通过控制实验得知,光照强度、土壤水分含量和土壤氮肥含量的高低以及氮水的交互作用对油松的光合固碳量影响显著,而间伐通过调整林分密度,改变林内的光照强度、温度、土壤含水量、土壤有机质含量和土壤全氮含量等,从而改变油松人工林林木的光合固碳量,影响林分的固碳效应。(8)油松人工林林木平均胸径、平均树高、单株材积、单位面积蓄积量、单株生物量、乔木层单位面积生物量、灌草层单位面积生物量、凋落物层单位面积生物量、随林分密度的变化规律,都呈现先增长后降低的趋势,林木的平均冠幅随林分密度的增大逐渐减小,而林木枝下高随林分密度的增大逐渐增大,土壤层有机碳储量随林分密度的增加呈逐渐下降的趋势,可见,油松人工林林木生长、生物量及碳储量积累与林分密度的响应关系是不一致的。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S718.5
【部分图文】：

Ｆｉｇ．３－１?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｆｏｒｅｓｔ?ｇｒｏｗｔｈ?（ａｖｅｒａｇｅ?ＤＢＨ，?ａｖｅｒａｇｅ?ｈｅｉｇｈｔ，?ａｖｅｒａｇｅ?ｃｒｏｗｎ??ｄｉａｍｅｔｅｒ，?ｔｈｅ?ｓｔａｎｄ?ｕｎｄｅｒ?ｔｈｅ?ｂｒａｎｃｈ?ｈｉｇｈ，?ｔｈｅ?ａｖｅｒａｇｅ?ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ?ｖｏｌｕｍｅ，?ｔｈｅ?ｐｅｒ?ｕｎｉｔ?ａｒｅａ?ｆｏｒｅｓｔ??ｖｏｌｕｍｅ，?ｔｈｅ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｈｅｉｇｈｔ?ａｎｄ?ＤＢＨ）?ａｎｄ?ｓｔａｎｄ?ｄｅｎｓｉｔｙ??３．１．５．单株材积与林分密度的关系??将１７株标准木运用区分求积法得到各自的单株材积，然后建立材积与胸径??的相对生长方程，见表３－１。用此方程估测林分的平均单株材积。??表３－１油松单株材积相对生长方程??Ｔａｂ３－１．?Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ?ｖｏｌｕｍｅ?ａｌｌｏｍｅｔｒｉｃ?ｅｑｕａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｐｉｎｕｓ?ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ??回归方程?样本量?判定系数及２??２?Ｆ?显著性??Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ?ｅｑｕａｔｉｏｎ?Ｓａｍｐｌｅ?ｓｉｚｅ?Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ?ｏｆ?ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ?Ｒ??Ｆ＝０．０００５Ｄ２３１３３?１７?０．９８８４?１２７６．２６９９?０．０００１??由图３－ｌｅ可知，林分密度对平均单株材积生长的影响同它对平均胸径生长??一

油松人工林单位面积平均蓄积量随林分密度的变化规律与平均单株材积随??林分密度的变化规律一致，即随着林分密度的增长单位面积蓄积量也是呈现先增??加后降低的趋势（图３－ｌｆ）。但是，与平均单株材积不同的是，当林分密度达到??１９８３株／ｈａ时，林分的单位面积蓄积量就达到了最大３９８．６５ｍ３／ｈａ，且随着林分密??度的继续增大，林分单位面积蓄积量下降的趋势较平均单株材积要平缓，当林分??密度达到２４３３株／ｈａ以后单位面积蓄积量不再变化，这与随着密度的增加立木株??数的增加有关。??３．２．油松人工林乔木层生物量与林分密度的关系??３．２．１．

Ｆｉｇ．３－４?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ｔｒｅｅ?ｌａｙｅｒ?ｂｉｏｍａｓｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｏｒｇａｎ?ａｎｄ?ｓｔａｎｄ?ｄｅｎｓｉｔｙ??３．３．油松人工林林下各层生物量与林分密度的关系??３．３．１．灌草层生物量与林分密度的关系??油松人工林灌草层生物量随林分密度的增加呈先增加后减少的趋势（图??３－５ａ），密度为２４３３株／ｈａ的样地灌草层单位面积生物量最大；且小密度范围（１６５３??株／ｈａ？２４３３株／ｈａ）较大密度范围（２４３３株／ｈａ￣２５１２株／ｈａ）灌草层单位面积生物??量随密度增加变化的幅度要小。??３．３．２．凋落物层生物量现存量与林分密度的关系??对不同密度油松人工林凋落物层各组分生物量现存量进行测定分析（见图??３－５ｂ），凋落物层生物量现存量随着林分密度增加呈先增加后减小的趋势，密度??为１９８３株／ｈａ的样地凋落物层生物量现存量最大。凋落物层生物量现存量随林分??密度变化范围为ｌ〇．７６ｔ／ｈａ￣４４．１７ｔ／ｈａ，其中分凋层生物量现存量在??２．ｔ／ｈａ￣６．６８ｔ／ｈａ，６．６９ｔ／ｈａ￣３６．７１ｔ／ｈａ，??

本文编号：2870934