六盤山香水河小流域典型植被生長固碳及耗水特征.pdf

1、為在定量了解西北干旱缺水地區(qū)森林植被的生長固碳與耗水關(guān)系的基礎(chǔ)上準確評估森林植被的固碳功能，并為科學(xué)指導(dǎo)森林植被與水資源的綜合管理提供理論與技術(shù)支持，于2009年生長季在寧夏六盤山南部的香水河小流域，采用樹干解析、樣地植被與土壤調(diào)查、樹木年輪分析、熱擴散探針測定樹干液流、樹干徑向變化記錄儀測定徑向生長等方法，開展了相關(guān)測定和研究。主要結(jié)論如下：
　　1.典型植被類型的群落生物量
　　建立了華北落葉松、樺木各器官（干、枝、皮、

2、葉、根）的生物量與其胸徑、樹高的統(tǒng)計關(guān)系；建立了種類混合的灌木各器官（枝干、葉和根）生物量與地徑的統(tǒng)計關(guān)系。
　　各植被類型的平均生物量（t/hm2）為：森林（78.37）>灌叢（20.77）>草甸（2.29）>草地（1.07）。其中森林的生物量依次為華山松林（102.70）>樺木林（84.42）>山楊林（79.97）>華北落葉松人工林（58.37）>稀疏次生林（44.91），喬木層、灌木層和草本層的生物量比例分別為91.04、8

3、.09和0.87％；各器官生物量比例（%）對喬木層為：干（54.06）>枝（21.04）>根（16.92）>皮（5.34）>葉（2.65），對灌木層為枝干（62.68）>根（30.55）>葉（6.77），對草本層為地上莖葉（58.82）>根（41.18）。
　　各類森林的枯落物現(xiàn)存量（t/hm2）平均為12.56，大小依次為華北落葉松人工林（18.21）>華山松林（11.99）>樺木林（10.90）>山楊林（7.67）>稀疏次生林

4、（7.06），均遠大于灌木林（3.13）、草甸（0.82）和草地（0.49）的枯落物量。
　　2.植被含碳率
　　喬木全株平均含碳率為52.22%，各樹種含碳率（%）為：華山松（55.51）>華北落葉松（53.60）>白樺（51.13）>山楊（50.30）>紅樺（49.92）。喬木的器官含碳率為：葉（53.89）>干≈枝（52.6）>皮（52.1）>根（50.69）。灌木全株平均含碳率為47.81%，不同種的含碳率（%）依次

5、為忍冬（48.30）>峨嵋薔薇≈野李子（48.2）>荀子（46.65），各器官含碳率（%）依次為：枝干（50.34）>根≈葉（47.1）。草本植物含碳率（%）平均為36.92，其中地上莖葉含碳率（44.22）高于根系（29.63）。
　　3.典型植被類型的碳儲量
　　森林的植被碳密度（t/hm2）平均為37.65，其中喬木層、灌木層和草本層分別為33.42、3.97和0.26。各種林分依次為：華山松林（56.69）>山楊林（

6、43.43）>樺木林（42.99）>華北落葉松人工林（30.37）>稀疏次生林（22.67），均大于灌木林（10.16）。喬木層碳儲量占總量的比例（%）依次為華山松林(98.85)>華北落葉松人工林（92.40）>樺木林（89.36）>山楊林（87.61）>稀疏次生林（65.44）。
　　4.典型植被類型的土壤碳儲量
　　幾種植被類型的枯落物平均含碳率（%）為38.15，其中未分解層、半分解層和已分解層分別為：44.87、3

7、5.69和30.07。不同植被類型枯落物平均碳密度（t/hm-2）為4.94，各類型依次為：華北落葉松人工林（6.53）>華山松林（5.35）>樺木林（4.29）>山楊林（3.17）>稀疏次生林（2.59）>灌木林（1.03）>草甸（0.28）>草地（0.17）。0-45cm的礦質(zhì)土壤有機碳含量（%）為2.32-7.32，平均為4.42。礦質(zhì)土壤有機碳含量及其樣地間波動均隨土壤加深而減小；礦質(zhì)土壤有機碳密度（t/hm2）在94.10-3

8、35.09，平均為186.91；各植被類型土壤碳密度依次為華北落葉松人工林（197.66）>天然次生林（191.74）>亞高山草甸（163.11）>草地（160.74）>灌木林（140.06）。
　　5.土壤碳庫對造林時間和干擾程度的響應(yīng)
　　不論任何坡向，土壤有機碳含量在造林后均先下降后上升，對造林干擾的敏感程度隨土層加深而減弱。土壤有機碳密度（t/hm2）在陽坡半陽坡為幼齡林（96.33）<灌叢（122.12）<中齡林（

9、189.27），即土壤有機碳庫在造林20年時和灌叢對照相比已得到恢復(fù)；在陰坡半陰坡為幼齡林（192.37）<中齡林（222.03）<次生林（256.64），即造林20年后土壤碳庫與次生林對照相比仍未恢復(fù)。陰坡土壤碳庫在任何林齡階段都高于陽坡，說明陰坡森林土壤碳儲存能力更大。
　　對不同林齡樣地土壤碳含量的統(tǒng)計分析表明，相對陽坡灌叢的土壤碳含量（32.13 g/kg），陽坡半陽坡林地的土壤有機碳含量在造林后第8年時降至最低，降幅為3

10、.72 g/kg，恢復(fù)需16年。相對陰坡次生林土壤碳含量（66.30g/kg），造林后第16年土壤有機碳含量降至最低，降幅為22.77 g/kg，恢復(fù)需32年。
　　在造林10年后，0-45cm土層的有機碳含量（g/kg）為灌叢（35.55）>灌叢稀植造林地（31.05）>常規(guī)密度及全面整地造林地（23.17），說明減少造林整地干擾利于維持森林土壤的碳庫功能。
　　6.主要樹種優(yōu)勢木年際生長固碳特征
　　林木單株年固碳

11、量和累積固碳量與樹齡均有很好的二次函數(shù)關(guān)系，確定系數(shù)均在0.99以上?；跇淠灸贻喎治龅玫降母鳂浞N10-20齡間的優(yōu)勢木單株年固碳量（kg/a）依次為：華北落葉松（4.06）>紅樺（2.03）>華山松（1.80）>糙皮樺（1.52）>山楊（0.82）>白樺（0.65）>少脈椴（0.35）。
　　基于樹干徑向變化記錄儀測定得到的林分標準木的單株年固碳量（kg/a）平均值依次為白樺（3.74）>華北落葉松（3.28）>華山松（1.93

12、）>紅樺（0.86）?；跇藴誓居嬎愕娜A北落葉松人工林和華山松-樺木次生林年固碳量分別為2.1和1.05 t/hm2，且分別有75%和73.7%是在6-7月份積累的。
　　7.森林耗水量及固碳水分利用效率
　　林分標準木的單株生長季（5-9月）總耗水量（kg）對華北落葉松人工林為972.9，次生林中的白樺和華山松為2272.9和1860.4。折合的生長季耗水深度對華北落葉松人工林為426.4 mm，華山松-樺木天然次生林為3

13、43.0mm，分別是降水量的97%和78%。
　　林分標準木的單株水分固碳利用效率（tC/萬tH2O）為：華北落葉松（47）>白樺（16）>華山松（11）。華北落葉松人工林與次生林的植被固碳增長水分利用效率分別為4.9和3.0（tC/萬tH2O）；維持生態(tài)系統(tǒng)碳庫的水分利用效率分別為947和1851（tC/萬t H2O）。兩種林分的固碳增長耗水成本分別為2030.3和40607 tH2O/tC；碳維持耗水成本分別為10.6和5.4

14、 tH2O/tC。人工林的碳庫功能維持的耗水成本是次生林的1.95倍。
　　8.結(jié)論
　　總體來看，落葉松人工林雖有較好的生產(chǎn)力和生長固碳功能，但其碳庫維持的耗水成本接近次生林的2倍，且耗水量接近同期降水量會導(dǎo)致流域產(chǎn)流能力下降。同時，人工造林整地和撫育會造成土壤碳庫儲量大幅下降，且恢復(fù)周期長，需20-30年才能達到造林前的土壤碳庫水平?；诒疚碾A段研究成果可以認為，要盡量減少對現(xiàn)有森林的過度干擾，不要進行皆伐后造林和大面積