黄土丘陵区两典型森林生态系统生物量、碳氮库和碳固存特征研究

发布时间：2017-04-16 15:16

  本文关键词：黄土丘陵区两典型森林生态系统生物量、碳氮库和碳固存特征研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：黄土高原是我国水土流失最为严重的地区之一。主要突出的环境问题是水土流失和植被退化。植被恢复和重建是防止水土流失、改善生态环境的根本途径。植被恢复重建技术主要为天然恢复和人工重建(即人工林种植)。为此国家在该区域开展了“三北”防护林工程、天然林保护工程和退耕还林还草等一系列重大生态工程。这些生态项目实施以来,生态环境得到明显改善;黄土丘陵区作为植被建设重点区,也是重要的增汇潜力区。森林碳汇是当前生态学研究热点,且黄土丘陵区正面临植被恢复后固碳氮现状、速率与潜力评估的迫切实际需求。为此,本研究以黄土丘陵区为研究对象,选择黄土丘陵区两种典型的植被恢复方式下森林生态系统(自然恢复的顶级群落辽东栎天然次生林和种植面积最大的刺槐人工林),利用固定样地长期监测资料、样地清查和二次分析相结合的方法,分析了黄土丘陵区两典型森林生态系统生物量、碳氮库和碳固存特征,旨在为定量评价当地及类似地区乃至全国的森林固碳能力和养分循环研究提供科学依据,对该区域植被恢复和生态补偿具有一定的现实指导和战略决策意义。本研究主要结论如下:(1)辽东栎天然次生林和人工刺槐林总生物量分别为183.58和163.51 t ha-1。其中,乔木层生物量占总植被层的比例在辽东栎和刺槐林中分别为84.74%和86.27%。辽东栎林下植物种类和生物量较刺槐高。(2)辽东栎天然林和人工刺槐林生态系统的植被碳密度分别为78.8和67.6 t ha-1,氮密度分别为1.47和2.79 t ha-1。刺槐林根系氮密度占乔木层的比例明显高于辽东栎林,表现出较好较好的氮固定能力。(3)土壤深层中仍有大量碳氮储量。传统0~100cm深度土层,辽东栎和人工刺槐林有机碳密度分别为88.97和71.41 t ha-1,氮密度为8.14和7.04 t ha-1;0~200 cm土层有机碳密度为128.85和117.83 t ha-1,全氮密度为12.08 t ha-1、11.59 t ha-1,较0-100 cm土层高1/3左右,且在100~200 cm范围内,土壤有机碳和全氮含量不随深度变化而变化,而处于一个相对稳定值。传统测定土壤深度显著低估了土壤层碳氮密度。(4)森林生态系统碳氮绝大部分贮存于土壤中。辽东栎天然次生林和人工刺槐林生态系统碳密度(以0~100 cm深度土层计算)分别为167.8和139.9 t ha-1,氮密度分别为13.5和14.4 t ha-1。而土层以0~200 cm计入,辽东栎和刺槐林生态系统有机碳密度分别为207.7和186.3 t ha-1。土壤全氮贡献率辽东栎和刺槐林分别为89.1和80.6%。刺槐林植被层氮密度明显高于辽东栎林,但是在土壤层尤其是表土层显著低于辽东栎林,总从整个生态系统层面并未表现其固氮优势。(5)辽东栎林植被层年固碳量显著高于刺槐林,而固氮量却显著低于刺槐林。两生态系统主要固氮主体为枯落物,印证了水土流失导致的枯落物积累效应差是刺槐生态系统固氮优势不明显的主要因素。(6)刺槐林生态系统净碳固存表现为重要碳汇。辽东栎林生态系统亦为碳汇。结果表明该区实行的退耕还林和天保工程对减缓CO2浓度上升有一定的贡献。
【关键词】：生物量 碳氮库 碳固存 森林生态系统 黄土高原
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S718.55
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 绪论14-32
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 研究目的和意义15-16
• 1.3 森林生物量和固碳研究综述16-29
• 1.3.1 森林生物量和碳库国内外研究进展16-18
• 1.3.2 森林净固碳研究进展18-21
• 1.3.3 森林生物量及固碳估算方法21-28
• 1.3.4 NEP估算方法28-29
• 1.4 现阶段存在的问题29-30
• 1.4.1 生物量和碳储量估算30
• 1.4.2 生态系统净固碳力30
• 1.4.3 生态系统储量氮储量及固氮动态30
• 1.5 主要研究内容30-32
• 第二章 研究区域概况与技术路线32-36
• 2.1 研究区域概况32-34
• 2.1.1 地理位置32-33
• 2.1.2 气候特征33
• 2.1.3 土壤类型33-34
• 2.1.4 植被状况34
• 2.2 研究技术路线34-36
• 第三章 两典型森林生态系统生物量36-52
• 3.1 研究方法37-42
• 3.1.1 样地设置37
• 3.1.2 样地调查37-40
• 3.1.3 生物量估算方法40-42
• 3.2 结果分析42-48
• 3.2.1 乔木层生物量及分配特征42-43
• 3.2.2 灌木层生物量及分配特征43-45
• 3.2.3 草本层生物量及分配特征45-46
• 3.2.4 枯落物生物量及分配特征46-47
• 3.2.5 细根生物量及分配特征47-48
• 3.2.6 总植被层生物量及分配特征48
• 3.3 讨论48-50
• 3.4 小结50-52
• 第四章 两典型森林生态系统植被碳氮库52-66
• 4.1 研究方法52-54
• 4.1.1 样地调查与取样53
• 4.1.2 植物样品测定53
• 4.1.3 森林生态系统植被碳氮储量估算53-54
• 4.2 结果分析54-63
• 4.2.1 植被碳氮含量分析54-58
• 4.2.2 植被碳氮库58-63
• 4.3 讨论63-64
• 4.4 小结64-66
• 第五章 两典型森林生态系统土壤碳氮库66-82
• 5.1 研究方法66-68
• 5.1.1 土壤调查66-67
• 5.1.2 土壤样品测定67
• 5.1.3 土壤碳氮储量估算67-68
• 5.1.4 数据处理分析68
• 5.2 结果分析68-77
• 5.2.1 土壤容重分析68-69
• 5.2.2 土壤碳氮含量69-73
• 5.2.3 土壤碳氮库73-77
• 5.3 讨论77-80
• 5.3.1 土壤碳氮含量分析77-78
• 5.3.2 土壤碳氮密度分析78-80
• 5.4 小结80-82
• 第六章 两典型森林生态系统碳氮库82-92
• 6.1 研究方法82-83
• 6.2 结果分析83-88
• 6.2.1 生态系统碳储量及其分布特征83-86
• 6.2.2 生态系统氮储量及其分布特征86-88
• 6.3 讨论88-89
• 6.4 小结89-92
• 第七章 两典型森林生态系统固碳能力估算92-102
• 7.1 研究方法92-96
• 7.1.1 生物生产力的“3P”概念及估算方法92-93
• 7.1.2 样地设置93
• 7.1.3 NEP估算93-96
• 7.2 结果分析96-99
• 7.2.1 净初级生产力96
• 7.2.2 植被净固碳速率96-98
• 7.2.3 土壤异养呼吸98
• 7.2.4 净生态系统生产力98-99
• 7.3 讨论99-100
• 7.4 小结100-102
• 第八章 结论与展望102-105
• 8.1 主要结论102-104
• 8.2 研究展望104-105
• 参考文献105-117
• 作者简介117

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