燕山典型流域两种造林树种生态系统碳储量及固碳潜力研究

选择燕山典型流域6个林龄序列的小叶杨（Populus simonii）和5个林龄序列的山杏（Prunus sibirica）主要造林树种为研究对象,利用时间替代空间样地测量法量化退牧还林后生物量碳储量、凋落物碳储量和土壤碳储量及生态系统碳储量的变化规律,同时以各组成碳库-林龄序列中的最大碳储量之和作为生态系统饱和碳储量,以未退牧的天然草地生态系统碳储量作为初始植被类型的碳储量,分析总结了退牧还林对生态系统碳储量和碳循环的影响。结果表明,退牧还林后生态系统的生物量碳储量、凋落物碳储量基本随退牧年限的增加而增加,土壤碳储量随退牧年限的增加呈现先减小后增加的趋势。在没有人为干扰的情况下,9、15、18、22及29 a生小叶杨林的生态系统碳储量分别为7147.45、7461.67、7509.895、8468.375及8247.85 g·m^-2,9、15、18、22及26 a生山杏林的生态系统碳储量分别为6695.44、6700.82、8011.86、8001.92及7981.92 g·m^-2;9、15、18、22、29及36 a生小叶杨林的生态系统固碳潜力分别为757.08、1071.3、1119.53、2078.01、1857.48及1312.21 g·m^-2,9、15、18、22及26 a生山杏林的生态系统固碳潜力分别为310.45、1621.49、1611.55、1591.55及757.08 g·m^-2。长期来看,研究区退牧还林对提高生态系统碳汇能力是可观的、积极的。研究结果对提高造林对碳汇影响的估测能力提供数据支持,也为政府参与国际全球气候变化的谈判提供一个很好的案例研究和科学根据。     

造林对区域森林生态系统碳储量和固碳速率的影响

量化连年造林对提升区域森林生态系统固碳能力的贡献,对于了解区域碳循环和应对气候变化具有重要意义。基于县域造林统计数据和森林资源规划设计调查数据,应用区域尺度森林碳收支模型(CBM-CFS3)设置造林情景与未造林情景(BS),评估和预测了2009—2030年造林对湖北省兴山县森林生态系统碳储量和固碳速率的影响。结果表明,模拟期间造林情景下兴山县森林生态系统碳储量和固碳速率平均值分别为16 540.55 Gg和208.04 Gg·a~(-1),比BS情景对应值高472.85 Gg(2.94%)和16.01 Gg·a~(-1)(8.34%)。在新造林生态系统中,生物量碳库和死亡有机质碳库的碳储量占比分别为19.11%和80.89%,这2个碳库的固碳速率分别占新造林生态系统固碳速率的94.15%和5.85%。造林使马尾松林和落叶阔叶林生态系统碳储量平均值分别增加237.23和235.63 Gg,使两者固碳速率分别增加6.44和9.57 Gg·a~(-1)。通过调整兴山县林龄结构,造林提高了森林生态系统碳储量和固碳速率。未来可适当增加落叶阔叶林造林面积,加强抚育管理,以增强该区域森林碳汇功能,促使森林资源持续发展。     

西双版纳森林植被碳储量动态与增汇潜力研究

科学评估区域森林碳储量动态与增汇潜力对理解陆地碳循环具有重要的意义。本文基于生物量转换因子连续函数法,对西双版纳1993—2006年间森林植被碳储量与碳汇潜力进行了研究,结果表明,（1）西双版纳1993—1994年间森林植被整体碳储量为60 770 378.37 t,碳汇增量表现为栎类（Quercus L.）〉经济林〉思茅松（Pinus kesiya）〉其它阔叶〉桤木（Alnus cremastogyne）,主要森林类型的碳密度范围为15.08～74.76 t.hm-2;2005—2006年间森林植被整体碳储量为62 347 715.19 t,比1994—1993年间上升2.60%,碳汇增量均表现为其它阔叶〉经济林〉栎类〉思茅松〉桤木〉杉木（Cunninghamia lanceolate）〉其它针叶,主要森林类型的碳密度范围为8.60～70.90 t.hm-2。（2）2005—2006年间,景洪森林植被整体碳储量为23 299 801.23 t,碳密度范围为8.78～73.35 t.hm-2;勐海森林植被整体碳储量为14 058 043.42 t,碳密度范围为7.95～59.51 t.hm-2;勐腊森林植被整体碳储量为25 050 562.32 t,碳密度范围为8.46～98.73 t.hm-2。可见,1993—2006年间,西双版纳森林植被起到了重要的碳汇功能,且其碳汇功能呈上升趋势。     

滨海沙地不同树种人工林的碳储量及其分配格局北大核心CSCD

为促进沿海合理营林和碳库平衡,基于对福州市滨海后沿沙地上营造的人工林的调查,研究尾巨桉、木麻黄、纹荚相思3种人工林生态系统的碳含量、碳储量及分配格局.结果表明,尾巨桉、木麻黄、纹荚相思不同器官平均碳含量分别为456.08-482.68、431.89-464.90、472.93-505.10 g/kg.相同树种不同器官之间和相同器官不同树种之间的碳含量均存在显著差异（P〈0.05）.不同林分间乔木层的碳储量表现为木麻黄（32.89 t/hm^2）〉纹荚相思（31.33 t/hm^2）〉尾巨桉（30.20 t/hm^2）,其中,乔木层各器官碳储量均以树干（10.92 t/hm^2、10.36 t/hm^2、15.00 t/hm^2）最大,分别占各自乔木层碳储量的33.20%、33.06%、49.67%;地被层（包括林下植被层和凋落物层）的碳储量表现为尾巨桉（6.42 t/hm^2）〉纹荚相思（6.19 t/hm^2）〉木麻黄（4.57 t/hm^2）,其中凋落物层碳储量均远远大于草本层碳储量;土壤层的碳储量表现为木麻黄（8.02 t/hm^2）〉纹荚相思（7.31 t/hm^2）〉尾巨桉（6.42 t/hm^2）.这3种人工林生态系统总碳储量表现为木麻黄（45.48 t/hm^2）〉纹荚相思（44.83 t/hm^2）〉尾巨桉（43.04 t/hm^2）,且碳储量分布格局均为乔木层〉土壤层〉凋落物层〉草本层.因此,滨海沙地这3种人工林生态系统固碳效益无显著差异,纹荚相思、尾巨桉和木麻黄都是很好的固碳树种.     

中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展

草地为陆地生态系统的主体,是陆地上最主要的碳储库和碳吸收汇之一。近年来,随着“草原承包责任制”、“退耕还林还草”和“封育禁牧”等重大生态工程项目的实施及草地生态系统的恢复和草地生产力的提升,草地生态系统碳储量、固持潜力、土壤碳循环机制及稳定性机制越来越受到学术界的关切。文章全面综述了近年来我国草地生态系统碳储量及其碳过程的研究工作,总结了不同研究中,我国不同草地类型碳库的特征及其储量、分析了草地生态系统碳过程等,评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,指出了当前草地生态系统土壤碳储量及碳过程的研究进展、存在的问题,分析了未来草地生态系统土壤碳研究的重点研究方向和发展趋势。研究表明：草地生态系统在调节碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于草地类型的多样性、结构的复杂性以及草地对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对草地生态系统碳储量和变率的科学估算,以及草地生态系统土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限,随着高分辨率的MODIS、TM数据、数学模型及不同草地类型实测点的建立,以及通过枯落物碳库将植物碳库与土壤碳库的有机连接,草地生态系统的土壤碳储量及固持潜力取得了重要进展;土壤有机碳来源、组成,有机碳化学结构以及环境因子是影响土壤有机碳稳定性的重要因素,而固体赫兹共振、碳同位素示踪等对破解有机碳稳定性提供了重要手段。未来,还将进一步厘清草地生态系统土壤固碳的驱动机制,构建草地生态系统土壤固碳量化方法体系等。     

不同经营模式对蒙古栎天然次生林碳储量的影响

栎类是中国第一大树种,固碳潜力巨大。以黑龙江省哈尔滨市丹清河实验林场蒙古栎(Quercus mongolica)天然次生林为研究对象,研究了目标树经营(经营强度 45%、40%、70%)、综合抚育经营(经营强度 45%、40%)、无干扰经营对林分碳储量及其分布的影响,为评估蒙古栎天然次生林的碳汇潜力提供理论依据。结果表明,(1)经过 17 年的经营实践,无干扰模式下蒙古栎天然次生林林分碳储量(279.01 t·hm^-2)显著(P<0.05)高于目标树经营(183.01 t·hm^-2)和综合抚育经营(218.81 t·hm^-2),但后两者之间差异不显著。(2)土壤层碳储量占林分碳储量的比重最大(82.71%—89.56%),乔木层次之(9.53%—16.41%),灌木层、草本层和凋落物层合计占 1%左右。(3)乔木层碳储量在 3 种经营模式之间差异显著(P<0.05),碳储量大小顺序为无干扰经营 (45.78 t·hm^-2)>综合抚育经营 (27.17 t·hm^-2<...     

我国毛竹林生态系统碳储量的地带性差异

地带性差异可能是影响毛竹Phyllostachy edulis林生态系统碳储量估算的一个重要因素。本文通过系统调查分析安徽省霍山县、浙江省临安市、浙江省龙游县、福建省建瓯市、福建省华安县、江西省奉新县及湖南省桃江县7个代表性县市的毛竹林生态系统的各组成碳量,比较地带性差异对毛竹林生态系统碳储量的影响。结果表明,不同地区所采毛竹单株的生物量均以竹秆为主,占到全株的44.72%-63.84%(平均51.78%),其次为枝叶(平均13.39%),竹鞭最少(占6.91%);毛竹生物碳量(以C计)以江西奉新最高(为31.5 t·hm 2),湖南桃江最低(仅为18.4 t·hm 2);毛竹林土壤碳量(以C计)(0-60 cm)以浙江临安最高(为119.5 t·hm 2),福建华安最低(仅为85.1 t·hm 2);毛竹林生态系统总碳量(以C计)同样以浙江临安最高(为149.7 t·hm 2),湖南桃江最低(仅为107.4 t·hm 2)。由北至南,毛竹林生态系统碳量呈显著下降的趋势。可见,地带性差异会影响毛竹林生态系统碳储量。     

立地条件对麻栎人工林碳储量的影响

在江淮山地丘陵区,通过样地调查,研究了坡向和w对麻栎（Quercusacutisima）人工林系统碳密度及其空间分布的影响。结果表明：阴坡（SHS）树木碳密度显著高于阳坡（sus）（P〈0．05）,Wt镕i《1低的立地（sus）树木碳密度显著高于w、高的（suss）（P〈0．05）。3种立地条件下麻栎各器官碳密度分配均为：干碳密度〉根碳密度〉枝碳密度〉叶碳密度。SUS和SHS林木分配较多的碳同化物供给树干生长,SUSS林木分配较多的碳同化物供给根系和枝的生长。凋落物碳密度在SUS和SHS之间没有显著差异（P〉0．05）,而SUSS则显著低于SUS和SHS（JPl〈0．05）。整个剖面（0～50cm）土壤有机碳密度SHS显著高于SUS和SUSS（P〈O．05）,SUS和SUSS之间没有显著差异（P〉0．05）。麻栎人工林系统总碳密度大小为SHS（146．9t·hm^2。）〉SUS（116．9t·hm^-2）〉SUSS（102．6t·hm^-2）,SHS显著高于其他2种立地条件（P〈0．05）,SUS与SUSS之间没有显著差异（P〉0．05）。3种立地条件下均为土壤碳密度〉树木碳密度〉凋落物碳密度,凋落物碳密度占林分总碳密度的比例仅为2．1％～3．6％。SUS和SHS土壤碳密度占林分总碳密度的比例低于SUSS,而树木碳密度占林分总碳密度比例则相反。由此可见,在江淮山丘区,w较低的阴坡（SHS）最有利于麻栎人工林碳储量的累积,相对于w、较高的立地（suss）,较低的Wf±镕6砾1（sus）更有利于树木碳储量的增加。     

不同轮作模式对潮土团聚体及其有机碳分布的影响

为揭示不同轮作模式下潮土土壤团聚体及其有机碳含量变化规律,于2018-2019年在山西大同进行了田间试验.设置处理为油菜—荞麦(RB)、玉米—荞麦(CB)、马铃薯—荞麦(PB)和燕麦—荞麦(OB)4种轮作模式,荞麦—荞麦(BB)连作和休闲—休闲(FF)为对照,测量指标为土壤团聚体组成、稳定性和团聚体内有机碳分布.结果显...     

保护性耕作对土壤有机碳、氮储量的影响

以辽宁彰武县保护性耕作示范推广基地土壤为研究对象,通过实地调查和取样分析,对比研究了传统犁耕和6年免耕秸秆覆盖条件下的土壤有机碳、氮储量,为广泛评价保护性耕作的土壤碳、氮截获功能和合理选择农业耕作方式提供科学依据。研究结果表明,与犁耕相比,免耕覆盖不同程度地提高了0～5cm和5～15cm土层的有机碳、氮储量,对15cm以下土层没有影响,从而增加了0～100cm土体总的有机碳、氮储量,证明了免耕覆盖的土壤碳、氮截获功能,年均截获率分别为1.37Mg·hm-2和0.84Mg·hm-2。有机碳、氮在犁耕土壤0～30cm剖面的垂直分布较为均匀,免耕覆盖后则发生明显的分层,产生表聚现象。     

温带阔叶红松林中不同树种和倒木对土壤性质的影响

以长白山温带阔叶红松林为研究对象,通过野外采集土壤样品,综合研究老龄树及倒木对周边表层土壤性质的影响。研究结果显示,在本研究样地条件下,不同树种周边的表层土壤性质存在显著性差异,红松（Pinus koraiensis）周边土壤中水溶性有机碳WSOC的质量分数和特征吸光系数SUVA254值都高于紫椴（乃砌amurensis）和水曲柳（Fraxinus mandshurica）,但是土壤水溶性总氮WSTN和交换性无机氮的质量分数却是红松低于紫椴和水曲柳。对倒木影响的森林表层土壤性质的研究结果显示,倒木下方森林表层土壤中WSOC、WSTN以及交换性矿质氮的质量分数都明显地高于林间土壤,说明在小尺度空间区域内,倒木可能是森林表层土壤活性碳、氮库的重要输入源。此外,本研究还利用主成分分析探讨了受树种影响的森林表层土壤不同性质之间的关联性,并对树种和倒木影响周边土壤性质的可能性机制进行分析。     

Predicting a ‘tree change’ in Australia's tropical savannas: Combining different types of models to understand complex ecosystem behaviour

In this study, key ecological modelling limitations of a process-based simulation model and a Bayesian network were reduced by combining the two approaches. We demonstrate the combined modelling approach with a case study investigating increases in woody vegetation density in northern Australia's tropical savannas. We found that by utilising the strengths of a simulation model and a Bayesian network we could both forecast future change in woody vegetation density and diagnose the reasons for current vegetation states. The local conditions of climate, soil characteristics and the starting population of trees were found to be more important in explaining the likelihood of change in woody vegetation density compared to management practices such as grazing pressure and fire regimes. We conclude that combining the strengths of a process and BN model allowed us to produce a simple model that utilised the ability of the process model to simulate ecosystem processes in detail and over long time periods, and the ability of the BN to capture uncertainty in ecosystem response and to conduct scenario, sensitivity and diagnostic analysis. The overall result was a model that has the potential to provide land managers with a better understanding of the behaviour of a complex ecosystem than simply utilising either modelling approach in isolation.     

Carbon sequestration and soil microbes in purple paddy soil as affected by long-term fertilization

Soil organic carbon (SOC) sequestration impacts on food security and climate change and may be affected by soil microbes in fertilized croplands. A 12-year field experiment under the rice–wheat system was used to evaluate the effect of the long-term fertilization on the SOC accumulation, culturable soil microbes, and their interaction in purple paddy soil. Results showed that varied fertilizations resulted in a significant increase of the SOC content and stock in the plow layer, as well as rise in populations of major soil microbes, including bacteria, actinomycetes, and fungi compared with no fertilization. Soil with combined application of chemical NPK fertilizer and organic amendment (pig manure or rice straw return) on average had the highest organic carbon content and stock, amounts of bacteria, actinomycetes, and fungi, which were 7.8%, 5.8%, 75.8%, 130.5%, and 16.2% higher than the NPK fertilization alone. Fertilization differentially altered populations of the functional anaerobic bacteria in paddy soil. With the combined application of chemical NPK fertilizer and organic amendment, soil displayed higher amounts of anaerobic cellulolytic bacteria, anaerobic fermentative bacteria, hydrogen-producing acetogen, methanogenic bacteria, denitrifying bacteria, and sulphate-reducing bacteria than that with the NPK fertilization alone or no fertilization. Populations of all three major soil microbes showed significantly positive correlations with the SOC content, indicating their interaction was of mutual promotion. Data suggest that the combined application of the NPK fertilizer with organic amendment especially by the rice straw return is recommended to sustain the soil biological fertility and mitigate the emission of the greenhouse gas by the SOC sequestration in purple paddy soil.     

不同混交类型对毛竹林土壤有机碳和土壤呼吸的影响

为了解不同混交类型对毛竹林土壤有机碳含量和组成以及土壤呼吸的影响,为武夷山地区毛竹林土壤环境改善和可持续生产经营积累实验数据,以武夷山地区毛竹(Phyllostachys edulis J.Houz.)纯林、毛竹-阔叶树混交林、毛竹-油茶(Camellia oleifera Abel.)混交林、毛竹-杉木[Cunnin...     

Parameter uncertainties in the modelling of vegetation dynamics—Effects on tree community structure and ecosystem functioning in European forest biomes

Dynamic vegetation models are useful tools for analysing terrestrial ecosystem processes and their interactions with climate through variations in carbon and water exchange. Long-term changes in structure and composition (vegetation dynamics) caused by altered competitive strength between plant functional types (PFTs) are attracting increasing attention as controls on ecosystem functioning and potential feedbacks to climate. Imperfect process knowledge and limited observational data restrict the possibility to parameterise these processes adequately and potentially contribute to uncertainty in model results. This study addresses uncertainty among parameters scaling vegetation dynamic processes in a process-based ecosystem model, LPJ-GUESS, designed for regional-scale studies, with the objective to assess the extent to which this uncertainty propagates to additional uncertainty in the tree community structure (in terms of the tree functional types present and their relative abundance) and thus to ecosystem functioning (carbon storage and fluxes). The results clearly indicate that the uncertainties in parameterisation can lead to a shift in competitive balance, most strikingly among deciduous tree PFTs, with dominance of either shade-tolerant or shade-intolerant PFTs being possible, depending on the choice of plausible parameter values. Despite this uncertainty, our results indicate that the resulting effect on ecosystem functioning is low. Since the vegetation dynamics in LPJ-GUESS are representative for the more complex Earth system models now being applied within ecosystem and climate research, we assume that our findings will be of general relevance. We suggest that, in terms of carbon storage and fluxes, the heavier parameterisation requirement of the processes involved does not widen the overall uncertainty in model predictions.     

滇西北香格里拉森林4个建群种的含碳率

森林群落的生物量及其组成树种的含碳率是研究森林植被碳储量2个关键因子,对其测定可为估算区域和全国森林生态系统碳储量的提供依据。采用重铬酸钾容量法对滇西北香格里拉县4主要树种的含碳率进行了测定,并对不同树种不同林龄不同器官的含碳率进行分析。结果表明：4树种中,云南松Pinus yunnanensis的林分平均含碳率最大达到51.48%,其次是高山松Pinus densata 51.31%,冷杉Abies georgei 50.79%,川滇高山栎Quercus aquifolioides的含碳率最小为48.71%,通过统计检验,4树种之间的含碳率差异显著;同一树种不同林龄之间的含碳率也存在着差异,但是变化较小,均未超过3%;不管是同一树种不同器官之间还是同一器官不同树种之间的含碳率都存在差异,但含碳率变化不大,变异系数均未超过6%;针叶树种平均含碳率普遍高于阔叶树种。     

马尾松不同林型对土壤理化性质的影响

以安徽省枞阳县大山村3种马尾松不同林型（马尾松纯林、马尾松-麻栎混交林、马尾松-枫香混交林）0~60 cm土层为研究对象,探讨3种马尾松林型的土壤理化性质变化规律,旨在为该区马尾松人工林的可持续发展和生产提供科学依据。结果表明：（1）0~60 cm土层,3种马尾松林型土壤容重随深度的增加而逐渐增加,混交林土壤容重显著低于纯林;土壤含水量随土层的加深而逐渐减小,其大小为：马尾松-枫香混交林>马尾松-麻栎混交林>马尾松纯林,马尾松-枫香混交林在土壤容重降低,土壤孔隙度增加及土壤含水量方面优于马尾松-麻栎混交林;（2）土壤pH值介于4.5~5.0之间,3种林型pH值随土层深度的增加而增大,但差异均不显著,其中马尾松-枫香混交林土壤pH值较高;（3）3种林型土壤有机质、全N、有效P和速效K均随土层深度的增加而减少,呈现明显的“表聚”现象,其质量分数表现为：马尾松-枫香混交林>马尾松-麻栎混交林>马尾松纯林;（4）土壤容重与土壤水分质量分数、有机质、全N、有效P和速效K等养分质量分数均呈负相关,土壤有机质与全N、有效P和速效K呈极显著的正相关,这说明土壤有机质在改善土壤理化性质和促进养分循环方面起着非常重要的作用。     

密云水库上游流域不同林分土壤有机碳分布特征

在全球气候变化背景下,森林土壤有机碳库作为全球土壤碳库的重要组成部分,已成为全球碳循环研究的重点之一。以密云水库上游流域天然次生山杨（Populus davidiana Dode）、白桦（Betula platyphylla Suk.）混交林、天然次生辽东栎（Quercus wutaishanica Blume）林、人工华北落叶松（Larix principis-rupprechtii Mayr.）林、人工油松（Pinus tabulaeformis Carr.）林和灌丛等5种典型林分为研究对象,选取典型样区,进行密集采样和试验分析,探讨了不同林分土壤有机碳质量分数和密度的分布特征。结果表明：在整个土壤剖面上（0~40 cm）,不同林分土壤有机碳质量分数和密度大小顺序均为：杨桦林〉辽东栎林〉灌丛〉落叶松林〉油松林,总体上呈现出随土地利用强度和人为干扰程度增加而降低的变化趋势,即天然次生林比人工林更有利于土壤有机碳的储存和积累;不同林分类型土壤有机碳质量分数和密度均在表层（0~10 cm）最大,并随着土层深度的增加呈下降趋势,剖面分布差异明显;此外,不同林分在0~20 cm土层中的单位面积土壤有机碳储量均占其剖面总储量的57%以上,即土壤有机碳富集在0~20 cm深的表层土体中。因此,为增加森林土壤固碳,应加强对天然次生林的保护,减少人类活动对森林及其表土层的干扰。     

The sensitivity of carbon sequestration to harvesting and climate conditions in a temperate cypress forest: Observations and modeling

The role of disturbance and climate factors in determining the forest carbon balance was investigated at a Japanese cypress forest in central Japan with eddy flux measurements, tree-ring analyses, and a terrestrial biosphere model. The forest was established as a plantation after intermittent harvesting and replanting between 1959 and 1977, and acted as a strong carbon sink of approximately 500 g C m⁻² year⁻¹ for the measurement years between 2001 and 2007. A terrestrial biosphere model, BIOME-BGC, was validated using the eddy flux data at daily to interannual timescales, and the tree-ring width data at interannual to decadal timescales. According to the model simulation, during the observation period 270 ± 55 g C m⁻² year⁻¹ was additionally sequestered due to the indirect effects of the harvesting and planting, whereas the increase of CO₂ concentration and the change in climate increased the sink of 110 ± 40 and 30 ± 80 g C m⁻² year⁻¹, respectively. The model simulation shows that the forest is now recovering from harvesting, and that harvesting is a more important determinant of the current carbon sink than either interannual climate anomalies or increased atmospheric CO₂ concentration. We found that harvesting with long rotation length could be effective management activity in order to increase carbon sequestration, if the harvested timber is converted into products with long lifecycles.