陕西黄土高原人工刺槐林碳固持特征与影响因子

发布时间：2017-06-08 17:03

  本文关键词：陕西黄土高原人工刺槐林碳固持特征与影响因子，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：有关森林生态系统碳储量、格局与潜力及气候变化对森林碳循环的影响是当前森林生态学的热点研究问题。本研究以陕西黄土高原人工刺槐林(Robinia pseudoacacia)为研究对象,在陕西省绥德县、安塞县与永寿县三个不同降雨区域(年平均降雨量约为450 mm、500 mm与600 mm)共获取了206个刺槐样木。并且在每个区域分别调查了完整的人工刺槐林林龄序列(约5-55年)。分析了人工刺槐林发育过程中碳储量、格局及其碳/源汇变化特征。同时探讨了降雨梯度下刺槐林生态系统碳储量以及不同区域森林碳循环长期动态的差异。最后,分析了影响人工刺槐林固碳速率的主要气候因子。主要结论如下:(1)构建了陕西黄土高原人工刺槐林不同降雨量区域森林生物量估算的本地模型、一般模型与幼龄林模型,为准确估算该区域刺槐林生物量提供了工具。研究表明随个体胸径增加,人工刺槐林地上与地下生物量呈指数增加,根冠比则呈显著线性降低趋势(p0.05)。在个体与林分尺度,450 mm与600 mm区域森林生物量根冠比无显著性差异,且均显著小于中间降雨量区域(500 mm)。随着降雨量升高,森林生物量急剧增加(p0.001)。且不同降雨区域刺槐林生物量与根冠比的年际动态存在差异。随着森林发育,450 mm与600 mm区域森林生物量持续增加,根冠比呈显著线性降低趋势(p0.05)。在500 mm区域,刺槐林生物量先持续增加,然后在老龄林阶段急剧下降;而根冠比则先增加再降低。该结果显示林龄与降雨量对森林生物量的积累与分配有着重要的影响。(2)黄土高原半干旱区人工刺槐林在发育过程中从碳汇转化为碳源状态。5年至38年生态系统持续积累碳,其碳储量从30.45 Mg C ha-1增加到79.44 Mg C ha-1。老龄林时期(38-56年),由于乔木大量死亡引起生态碳储量急剧降低(p0.001),整个森林成微弱的碳源状态。森林土壤则呈显著线性持续积累有机碳。随林龄增加,灌木碳库呈显著线性增加趋势,草本与枯落物碳库则与林龄无显著线性关系。造林导致了土壤有机碳库在不同土层之间重新分配,表层(0-20 cm)土壤有机碳占0-100 cm土壤有机碳储量的比例呈显著线性增加(p0.05)。(3)随降雨量增加,黄土高原人工刺槐林乔木碳库、土壤有机碳库与生态系统碳储量均显著增加(p0.001),森林最大碳固持量分别为57.57 Mg C ha-1、79.44 Mg C ha-1与182.66 Mg C ha-1。在本区域,降雨量变化影响了刺槐林碳固持长期动态特征。较干旱区域(450与500 mm区域)刺槐林土壤有机碳储量随林龄增加呈显著线性增加趋势(p0.05),但较湿润区域(600 mm),造林初期(5-10年)土壤有机碳储量急剧降低。此外,450 mm与600 mm区域乔木碳库呈显著线性持续增加(p0.05),而500 mm区域森林发育后期则急剧下降。林分在早期(600 mm区域)与后期(500 mm区域)为碳源状态。上述结果显示降雨量差异改变了森林碳固持林龄动态与最大碳固持量。(4)对不同研究区域的气候数据分析表明,近30年来本研究区域存在显著变暖与干旱的趋势。线性回归显示,影响陕西黄土高原刺槐林不同组分固碳速率的气候因子不同。其中,乔木固碳速率主要受年降雨量的影响(R=0.71,p0.01)。而土壤固碳速率则受年降雨量与生长季平均温度的影响,两者共同解释了80%的变异。刺槐林生态系统固碳速率则主要受到年降雨量与年平均温度的影响,两个因子共同解释了90%的变异。该结果对预测气候变化背景下黄土高原刺槐林生态系统固碳能力的潜在变化提供了参考。
【关键词】：碳储量 分配格局 最大碳固持量 气候因子 异速生长模型
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S718.55
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 研究背景与意义14
• 1.2 国内外森林碳固持研究进展14-19
• 1.2.1 森林碳循环研究进展14-16
• 1.2.2 异速生长模型16-17
• 1.2.3 森林碳储量与分配17-18
• 1.2.4 森林碳固持功能的影响因子18-19
• 1.3 黄土高原刺槐林碳储量研究进展19-20
• 1.4 研究内容与技术路线20-22
• 1.4.1 研究内容20
• 1.4.2 技术路线20-22
• 第二章 研究区概况与研究方法22-28
• 2.1 研究区概况22-23
• 2.2 样木解析23-24
• 2.3 实验设计24-25
• 2.4 森林生物量碳储量调查25-26
• 2.4.1 乔木25-26
• 2.4.2 灌木26
• 2.4.3 草本26
• 2.4.4 枯落物26
• 2.5 土壤有机碳调查26-27
• 2.6 植物与土壤样品测定27
• 2.6.1 植物样品碳含量测定27
• 2.6.2 土壤样品碳含量测定27
• 2.7 数据处理与统计分析27-28
• 第三章 降雨梯度下刺槐林生物量及其分配格局28-39
• 3.1 材料与方法28-30
• 3.1.1 样地选择28-29
• 3.1.2 异速生长模型的构建29
• 3.1.3 森林生物量调查29-30
• 3.1.4 数据处理与统计分析30
• 3.2 结果与分析30-36
• 3.2.1 异速生长模型30-32
• 3.2.2 个体尺度乔木胸径与区域降雨量对生物量与根冠比的影响32-34
• 3.2.3 林分尺度下森林生物量与根冠比随林龄与降雨量变化规律34-36
• 3.3 讨论36-38
• 3.3.1 森林生物量积累的时空差异36-37
• 3.3.2 林龄与降雨对森林生物量分配的影响37
• 3.3.3 森林生物量估算37-38
• 3.4 小结38-39
• 第四章 半干旱区刺槐林碳储量及其林龄动态39-47
• 4.1 研究方法39-40
• 4.1.1 样地设置39-40
• 4.1.2 刺槐林生物量碳储量40
• 4.1.3 数据处理与统计分析40
• 4.2 结果与分析40-45
• 4.2.1 刺槐含碳率40-41
• 4.2.2 林龄序列下人工刺槐林碳储量动态41-42
• 4.2.3 生物量碳储量及其年际动态42-44
• 4.2.4 土壤有机碳分配格局44-45
• 4.3 讨论45-46
• 4.3.1 黄土高原半干旱区人工刺槐林碳储量动态45
• 4.3.2 刺槐林生物量碳库分配及其动态45
• 4.3.3 造林对土壤有机碳的影响45-46
• 4.4 小结46-47
• 第五章 降雨梯度下刺槐林碳储量与格局变化47-59
• 5.1 研究方法47-48
• 5.1.1 实验设计47-48
• 5.1.2 立枯木生物量碳估算48
• 5.1.3 数据处理与统计分析48
• 5.2 结果与分析48-55
• 5.2.1 降雨梯度下乔木碳储量变化48-50
• 5.2.2 降雨梯度下土壤有机碳储量变化50-51
• 5.2.3 降雨梯度下其他生物量碳储量变化51-52
• 5.2.4 降雨梯度下生态系统碳储量变化52-53
• 5.2.5 生态系统碳储量年际动态区域差异53-55
• 5.2.6 降雨梯度下刺槐林碳储量分配格局55
• 5.3 讨论55-58
• 5.3.1 降雨梯度下森林碳储量变化55-56
• 5.3.2 降雨对森林固碳长期动态的影响56-57
• 5.3.3 降雨对刺槐林碳库分配的影响57-58
• 5.4 小结58-59
• 第六章 刺槐林固碳速率及其影响因子59-74
• 6.1 研究方法60-62
• 6.1.1 固碳速率计算60-61
• 6.1.2 气候数据收集与处理61
• 6.1.3 统计方法61-62
• 6.2 结果与分析62-71
• 6.2.1 不同区域气候变化62-64
• 6.2.2 不同区域刺槐林固碳速率64-67
• 6.2.3 刺槐林固碳速率的变化规律67-70
• 6.2.4 刺槐林固碳速率的影响因子70-71
• 6.3 讨论71-72
• 6.4 小结72-74
• 第七章 研究结论与展望74-76
• 7.1 主要结论74
• 7.1.1 陕西黄土高原刺槐林生物量分配格局及其长期动态74
• 7.1.2 降雨梯度下刺槐林碳储量、潜力及其区域分异74
• 7.1.3 刺槐林固碳速率的影响因子74
• 7.2 本研究的特色与创新之处74-75
• 7.2.1 黄土高原刺槐林生物量分配格局74-75
• 7.2.2 降雨梯度下刺槐林碳固持特征的研究75
• 7.2.3 气候变化对刺槐林固碳速率的影响75
• 7.3 研究不足与展望75-76
• 参考文献76-90
• 致谢90-91
• 作者简介91

【参考文献】

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4 薛

本文编号：433131