準(zhǔn)確估算森林的碳儲(chǔ)量和生產(chǎn)力對(duì)于評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中的作用具有重要意義。本研究以小興安嶺典型森林生態(tài)系統(tǒng)(原始闊葉紅松(Pinuskoraiensis)林、谷地云冷杉林、白樺(Betulaplatyphylla)次生林、紅松人工林和興安落葉松(Larixgmelinii)人工林)為研究對(duì)象,探討森林類(lèi)型轉(zhuǎn)換(原始林—次生林—人工林)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量、凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)和凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(NEP)的影響,量化處于衰退狀態(tài)的谷地云冷杉林的固碳能力,并結(jié)合特定森林生態(tài)系統(tǒng)分析不同碳庫(kù)(植被碳庫(kù)、碎屑碳庫(kù)和土壤碳庫(kù))碳儲(chǔ)量的影響因素。研究結(jié)果如下:(1)4種森林生態(tài)系統(tǒng)(闊葉紅松林、白樺次生林、紅松人工林和興安落葉松人工林)的碳儲(chǔ)量差異顯著,其中闊葉紅松林的碳儲(chǔ)量最高,為315.4 t C·hm-2。土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量占生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量的比例最高(55-70%),其次是植被碳儲(chǔ)量(28-43%),碎屑碳庫(kù)最低(2-6%)。兩種人工林生態(tài)系統(tǒng)的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量顯著低于闊葉紅松林和次生白樺林。4種森林生態(tài)系統(tǒng)之間總NPP沒(méi)有顯著差異,但其分配(地上部分NPP(NPPA)和地下部分NPP(NPPB))卻顯著不同。凋落物(44%-60%)和細(xì)根(43%-47%)生產(chǎn)分別是NPPA和NPPB的最大組分。4種森林生態(tài)系統(tǒng)中,紅松人工林(328.0 gC·m-2·yr-1)的NEP最高,其次依次是闊葉紅松林(311.9 gC·m-2·yr-1)、白樺次生林(231.1 gC·n-2·yr-1)和興安落葉松人工林(187.9gC·m-2·yr-1)。(2)2011年谷地云冷杉林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量為268.14 tC·hm-2,其中植被、碎屑和土壤的碳儲(chǔ)量分別為74.25 tC·hm-2、16.86 tC·hm-2和 177.03 tC·hm-2。2006-2011 年,喬木層碳儲(chǔ)量從80.86 t C·hm-2減少到71.73 t C·hm-2,優(yōu)勢(shì)樹(shù)種冷杉(Abiea ephrolepis)、云杉(Picea spp.)和興安落葉松的碳儲(chǔ)量年均減少比例分別為0.5%、2.7%和3.7%。森林NPP為4.69tC hm-2.yr-1,NPPB與NPPA的比值為0.56,凋落物是總NPP的最大組分。森林生態(tài)系統(tǒng)中2個(gè)主要碳輸出途徑土壤異養(yǎng)呼吸和粗木質(zhì)殘?bào)w(CWD)分解的年通量分別為293.67和119.29gC·m-2·yr-1。森林NEP為55.90gC·m-2·yr-1。研究結(jié)果表明處于衰退狀態(tài)的谷地云冷杉林仍具有一定的碳匯功能。(3)處于演替初期階段的白樺次生林的植被碳儲(chǔ)量和NPPA均僅受林分密度的影響,與其呈線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系(P0.05)。而處于演替后期階段的闊葉紅松林的植被碳儲(chǔ)量和NPPA受林分密度和物種豐富度的共同影響,植被碳儲(chǔ)量隨林分密度和物種豐富度的增加呈現(xiàn)出先增加后減少的駝峰型分布(P0.05);NPPA隨林分密度的增加而增加(P0.05),但與物種豐富度的關(guān)系則是駝峰型格局(P0.05)。研究結(jié)果認(rèn)為森林生態(tài)系統(tǒng)林分密度和物種豐富度與植被碳儲(chǔ)量和NPPA的關(guān)系受到森林演替階段的影響。(4)CWD作為谷地云冷杉林碎屑碳庫(kù)的主要組成部分,其碳儲(chǔ)量為13.25 t C·hm-2,其中云杉、冷杉和興安落葉松的CWD碳儲(chǔ)量分別為3.59、2.61和3.06 tC·hm-2。不同腐爛等級(jí)下CWD碳儲(chǔ)量呈近正態(tài)分布,多集中在Ⅱ和Ⅲ等級(jí),分別占總量的42.7%和35.4%。不同徑級(jí)的CWD碳儲(chǔ)量也呈近正態(tài)分布,主要分布在30-40 cm和40-50 cm徑級(jí)上。干中折斷、拔根倒、枯立木和干基折斷為谷地云冷杉林CWD碳儲(chǔ)量的主要存在方式。CWD碳儲(chǔ)量表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間異質(zhì)性,其隨著林分平均胸徑、最大胸徑和胸高斷面積的增加而下降(P0.05);而與林分密度、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均無(wú)顯著相關(guān)性。(5)闊葉紅松林固定樣地表層土壤有機(jī)碳含量(SOC)平均值為70.13 g·kg-1,變異系數(shù)為54.93%,表現(xiàn)為中等程度變異。SOC存在強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性,自相關(guān)變化尺度為18.0 m。隨著采樣密度的降低,SOC的空間自相關(guān)程度變?nèi)?空間分布格局越來(lái)越趨于均質(zhì)化。土壤含水率是影響表層SOC空間分布格局的最主要因素,其次依次是凋落葉干重、加權(quán)的倒木腐爛等級(jí)和土壤pH值,4個(gè)因子共同解釋了 SOC空間變異的51.9%。SOC與倒木體積不存在顯著關(guān)系,而與其加權(quán)的腐爛等級(jí)呈顯著正相關(guān),說(shuō)明倒木的腐爛程度而非倒木的數(shù)量對(duì)于SOC起著更為重要的作用。未發(fā)現(xiàn)林分結(jié)構(gòu)和地形因子對(duì)表層SOC的顯著影響。
【學(xué)位單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：S718.5
【部分圖文】：

（２８７．５?ｔ?Ｃ．ｈｎｆ２；）、紅松人工林（２４９．５１?Ｏｈｍ—２；）和興安落葉松人工林（２２２．１１?Ｏｈｍ＿２）（表?３－２）。??各組分間碳儲(chǔ)量的分布也存在顯著差異。白樺次生林的土壤碳儲(chǔ)量占森林總碳儲(chǔ)量的比??例最大，為７０％?（圖３－１）。??約２８－４３％的森林碳儲(chǔ)量?jī)?chǔ)存于植被中，大部分的植被碳儲(chǔ)存于喬木中（大于９９％），??而林下植被碳庫(kù)的比例低于１％?（表３－２＞除紅松人工林外，在其他三個(gè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，由??異速生長(zhǎng)方程引起的樹(shù)枝碳儲(chǔ)量估算的不確定性高于樹(shù)干、樹(shù)葉和粗根。紅松人工林總??喬木層碳儲(chǔ)量的不確定性最高，為１５％，白樺次生林最低為１０％?（表３－３）。??闊葉紅松林的碎屑碳儲(chǔ)量（１９．８１Ｏｈｍ—２）比白樺次生林（６．１?ｔＣ＿ｈｎｆ２）、紅松人工林（６．１??ｔ?Ｃｈｍ￣２）和興安落葉松人工林（４．７１?Ｃ＿ｈｎｆ２）高出約３－４倍（表３－２）。闊葉紅松林ＣＷＤ的碳??儲(chǔ)量（１６．７?ｔＣ＿ｈｎＴ２）顯著高于其他三個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，但各生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)枯落物的碳儲(chǔ)量沒(méi)有顯??著差異。??白樺次生林（９４．１?ｍｇ＿ｇＨ）和闊葉紅松林（８４．３?ｍｇ＇ｇ＿１）土壤Ａ層的有機(jī)碳濃度顯著高于??紅松人工林（５４．６?ｍｇ．ｇ＿１）和興安落葉松人工林（６６．０?ｍｇ．ｇ—１），而各生態(tài)系統(tǒng)間土壤Ｂ層的??有機(jī)碳濃度沒(méi)有差異（圖３－２）。闊葉紅松林和白樺次生林的土壤總有機(jī)碳儲(chǔ)量沒(méi)有差異，??但兩者均顯著高于紅松人工林和興安落葉松人工林（表３－２）。??－１７－??

在４種森林生態(tài)系統(tǒng)中，闊葉紅松林的碳儲(chǔ)量最高，這反映了植被和碎屑的??碳積累過(guò)程是依靠于時(shí)間的。??土壤有機(jī)碳庫(kù)，特別是Ａ層的有機(jī)碳，在生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量中發(fā)揮重要作用（圖３－１）。??白樺次生林Ａ層的土壤有機(jī)碳濃度顯著高于紅松人工林和興安落葉松人工林（圖３－２），這??可能是由于次生林內(nèi)采伐碎屑分解的碳大量的輸入到土壤碳庫(kù)中，而人工林土壤中的碳??因采伐和造林過(guò)程中采伐剩余物的移除而減少，Ｊｏｈｎｓｏｎ和Ｃｕｒｔｉｓ１１１９］發(fā)現(xiàn)了相似的研究結(jié)??－２２－??

圖４－ｉ谷地云冷杉林細(xì)根（ｉ）、中根（ｎ）碳儲(chǔ)量的垂直分布??－１?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｉｎ?ｃａｒｂｏｎ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｏｆ?ｆｉｎｅ?ｒｏｏｔｓ?（Ｉ）?ａｎｄ?ｍｅｄｉｕｍ?ｒｏｏｔｓ?（ＦＩ）?ｉｎ?ｓｐｒｕｃｅ－ｆｉｒ?ｖａｌｌｅｆｏｒｅｓｔ．??同一土層深度不同小寫(xiě)字母表示細(xì)根和中根碳儲(chǔ)量間差異顯著（ａ?＝?０．０５）。??ｅｎｔ?ｓｍａｌｌ?ｌｅｔｔｅｒｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｓａｍｅ?ｓｏｉｌ?ｄｅｐｔｈ?ｍｅａｎｔ?ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｃａｒｂｏｎ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｏｆ?ｆｉｎｅｒｏｏｔｓ?ａｎｄ?ｍｅｄｉｕｍ?ｒｏｏｔｓ?ａｔ?０．０５?ｌｅｖｅｌ．??屑中地表枯落物碳儲(chǔ)量為３．６１?ｔ?Ｃ．ｈｍ＿２。而ＣＷＤ碳儲(chǔ)量作為碎屑碳儲(chǔ)量的主要，為１３．２５?ｔＣ．ｈｍ—２，占碎屑總量的７８．５％?（表４－３）。云冷杉林土壤碳儲(chǔ)量為１７７．２。土壤有機(jī)碳濃度隨土壤深度的增加而降低，Ａ層的碳濃度（６３．７６?ｇ＇ｋｇＨ）約度（３１．７９?ｇ．ｋｇ—１）的２倍；而Ｂ層的土壤容重和土壤碳儲(chǔ)量均顯著高于Ａ層，兩深度增加而增加（表４－４）。??表４－４不同土壤發(fā)生層土壤容重、碳濃度和碳儲(chǔ)量??ａｂｌｅ?４－４?Ｓｏｉｌ?ｂｕｌｋ?ｄｅｎｓｉｔｙ，?ｃａｒｂｏｎ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，?ａｎｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｓｔｏｒａｇｅ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｏｉｌ?ｈｏｒｉｚｏｎｓ??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2859143