退耕造林与弃耕撂荒形成的植被群落特征和碳储量比较

发布时间：2020-02-22 14:42

【摘要】：如何减缓全球气候变暖和保护物种多样性是当前各国学者关注的热点问题。我国自1998年开始实施退耕还林工程,其固碳效益逐渐引起人们的重视。与此同时,由于山区人口外出打工,山区人口越来越少,也出现了耕地撂荒的现象。本论文以湖南省会同县耕地经造林和撂荒恢复14年后所形成的退耕还林地(杉木纯林)和农田撂荒地为研究对象,研究它们的群落特征和碳储量差异。基于野外样地调查的方法,在调查两个样地物种组成的基础上,对比分析了耕地在两种恢复方式下灌木层和草本层的物种重要值、物种多样性和物种相似性系数等群落特征;采用野外调查和室内测定相结合的方法,利用生物量方程估算退耕还林地和农田撂荒地植被层生物量以及根据凋落物层生物量的干/鲜重比获得凋落物层生物量,并根据生物量和碳含量计算出各部分碳储量;在挖土壤剖面和土钻法获得各层数据的基础上估算土壤层的碳储量。最后,以耕地为两个样地的初始状态,采用碳储量变化法分别估算农田撂荒地和退耕还林的碳汇量;并以农田撂荒地为基线情景,估算在耕地上造林所产生的净碳汇量。得到的主要结论如下:(1)农田撂荒地的物种组成较退耕还林地更为丰富。农田撂荒地共调查到植物89种,其中乔木9种,分别属于8科9属,优势种为枫香;灌木50种,隶属于27科44属,优势种是梵天花;草本30种,分别属于22科28属,芒萁为优势种。相比之下,退耕还林地调查到植物仅39种。其中乔木1种;灌木20种,分别属于18科20属,菝葜为优势种;草本18种,分别属于14科18属,优势种为狗脊。此外,农田撂荒地的灌木层的生态优势度指数、多样性指数以及均匀度指数分别为0.886、2.736、0.699,草本层分别为0.892、2.561、0.753;退耕还林地的灌木层的生态优势度指数、多样性指数以及均匀度指数分别为0.759、1.928、0.644,草本层分别为0.718、1.736、0.589。前者的灌木层、草本层各种指数均高于后者。耕地在两种恢复方式下灌木层和草本层的相似系数分别为0.34、0.33,均表现为中等不相似水平。总的来说,耕地通过撂荒的方式恢复更有利于物种多样性的保护。(2)退耕还林地的乔木层碳储量(71.26 t·hm~(-2))显著高于农田撂荒地(25.81 t·hm~(-2)),前者是后者的2.76倍。退耕还林地的乔木层各器官碳储量分配格局为树干(35.01t·hm~(-2))树叶(22.14 t·hm~(-2))树皮(5.84 t·hm~(-2))树枝(5.06 t·hm~(-2))树根(3.21 t·hm~(-2)),而农田撂荒地为树干(11.19 t·hm~(-2))树根(6.04 t·hm~(-2))树枝(5.19 t·hm~(-2))树皮(1.80 t·hm~(-2))树叶(1.59 t·hm~(-2))。然而,退耕还林地的林下植被层碳储量(0.430 t·hm~(-2))低于农田撂荒地(1.044 t·hm~(-2)),后者为前者的2.42倍。凋落物层碳储量结果为退耕还林地(3.363 t·hm~(-2))是农田撂荒地(0.819 t·hm~(-2))的4.11倍。退耕还林地的0~80cm深土壤碳储量(75.46 t·hm~(-2))略高于农田撂荒地(72.55 t·hm~(-2)),但两者没有显著的差异。耕地通过造林和撂荒两种方式恢复14年后土壤碳含量均随土壤深度的增加而依次减小。农田撂荒地土壤碳储量随土壤深度的增加也依次减小,但退耕还林地土壤碳储量的大小为20~40 cm0~10 cm40~60 cm10~20 cm60~80 cm。耕地在两种恢复方式下各组分碳储量的大小均为土壤层乔木层凋落物层草本层灌木层。经研究显示,在恢复14年时,耕地通过造林恢复后生态系统整体固碳能力要优于撂荒地。此外,耕地在两种恢复方式下植被层碳储量在物种间的分配也有所不同。退耕还林地与农田撂荒地乔木层碳储量最大的树种分别为杉木和化香;灌木层碳储量最大的物种分别为细齿叶柃和鱼藤;草本层碳储量最大的物种分别是狗脊和芒。(3)依据国家林业局《造林项目碳汇计量与监测指南》计量在耕地上造林14年后产生的净碳汇量。其中,两个样地的起始状态均为耕地,采用空间代替时间的方法,将已发表的关于湖南湘西农田的土壤平均碳储量40.48 t·hm~(-2)作为耕地的生态系统碳储量(作为基线)。经估算,耕地在撂荒和造林14年后,产生的碳汇量分别为59.74 t·hm~(-2)、110.03t·hm~(-2)。在此基础上,进一步估算出耕地经造林可以产生的净碳汇量当量为184.40tCO2-e·hm~(-2),这说明实施退耕还林可以增加森林碳汇,其在减缓气候变化方面的作用不应被忽视。综合上述结果,从物种多样性的角度考虑,在耕地周围林分条件较好的条件下(种源充足、物种多样性丰富),采取耕地撂荒的方法可以减缓物种多样性丧失的速率;从碳汇角度考虑,退耕还林的方法将获得更高的净碳汇量。
【图文】：

技术路线图

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【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S718.5

【参考文献】