林火干扰对广东省桉树林生态系统碳密度的影响

林火作为森林非连续的生态因子,引起森林生态系统碳库碳储量与碳分配的变化,影响森林演替进程及固碳能力。以桉树林不同林火干扰强度的火烧迹地为对象,采用相邻样地比较法,以野外调查采样与室内试验分析相结合为主要手段,研究不同林火干扰强度对森林生态系统各碳库及生态系统碳密度变化和空间分布格局的影响,探讨林火干扰对生态系统碳密度与碳分布格局的影响机制。结果表明:林火干扰降低了植被碳密度(P<0.05),轻度、中度和重度林火干扰样地植被碳密度依次为67.88、35.68和15.50 t·hm^-2,相比对照分别下降了15.86%、55.78%和80.79%;在轻度、中度和重度林火干扰样地中,凋落物碳密度分别为1.43、0.94和0.81 t·hm^-2,相比对照分别降低了28.14%、52.76%和59.30%;不同林火干扰强度样地土壤有机碳密度均低于对照,且减少幅度随土壤剖面深度增加而逐渐变小,轻度、中度和重度林火干扰样地土壤有机碳密度分别为103.30、84.33和70.04 t·hm^-2,相比对照分别下降了11.67%、27.89%和40.11%;轻度、中度和重度林火干扰后桉树林生态系统碳密度分别为172.61、120.95和86.35 t·hm^-2,相比对照依次下降了13.53%、39.41%和56.74%;林火干扰降低了桉树林的碳密度,表现为随林火干扰强度增加,碳密度呈递减的规律;与对照相比,轻度林火干扰强度对桉树林碳密度的影响不显著(P>0.05),而中度和重度林火干扰强度对桉树林碳密度的影响差异显著(P<0.05)。     

林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响研究进展

林火干扰是森林生态系统特殊而重要的生态因子,可改变生态系统的养分循环与能量传递。研究林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响,有助于理解森林生态系统中土壤碳固持和碳循环过程,为制定科学合理的旨在减缓全球变化的林火管理策略具有重要意义。从4个方面阐述了林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响及内在机制:分别从大尺度和小尺度两个方面阐述了林火干扰对土壤有机碳的影响及对森林生态系统碳循环与碳平衡的作用机制;探讨了不同林火干扰类型和林火干扰强度下,土壤活性有机碳对林火干扰的响应机制;阐明了林火干扰对土壤惰性有机碳的影响及作用机制;论述了林火干扰主要通过改变土壤有机碳的输入和输出过程进而影响土壤有机碳的稳定性及内在机制。最后提出了提高林火干扰对森林生态系统土壤有机碳影响定量化研究的4种路径选择:(1)全面比较研究不同林火干扰类型对土壤有机碳循环及其碳素再分配过程的功能特征;(2)进一步阐明林火干扰通过改变植被结构进而影响土壤生物群落结构,剖析土壤碳库循环的内在机制;(3)完善不同时空尺度下林火干扰对森林生态系统土壤碳库周转过程的定量化研究;(4)加强不同林火干扰类型土壤碳库稳定性差异的研究。     

中度强度森林火灾对马尾松次生林土壤有机碳密度的影响

森林火灾作为森林非连续的干扰因子, 是生物地球化学循环的驱动因子, 显著改变生态系统的结构和功能及养分循环与能量传递, 引起森林碳库与碳分配格局的变化, 进而影响森林演替进程及固碳能力。该研究以广东省马尾松(Pinus massoniana)次生林为研究对象, 采用相邻样地比较法和空间代替时间法, 以野外调查采样与室内试验分析为主要手段, 定量研究突发性森林火灾对土壤有机碳密度的影响, 探讨森林火灾对土壤有机碳固持的影响机制。结果表明: 与对照相比, 森林火灾后的幼龄林、中龄林和成熟林的土壤有机碳密度分别为35.12、40.80和52.34 t·hm^-2, 依次降低了10.93%、8.52%和7.56%。相比对照, 幼龄林、中龄林和成熟林土壤剖面(0-60 cm)的土壤有机碳密度变化范围分别为5.04-7.76、5.26-10.27和6.33-13.58 t·hm^-2, 依次降低了2.51%-16.83%、1.31%-11.85%和1.09%-12.50%; 森林火灾显著降低了幼龄林和中龄林0-30 cm的土壤有机碳密度, 显著降低了成熟林0-20 cm的土壤有机碳密度。马尾松次生林土壤有机碳密度与土壤理化性质具有显著相关关系。通径分析表明, 对照样地和过火样地中, 土壤全氮含量均对土壤有机碳密度的直接作用最大, 土壤细根生物量对土壤有机碳密度的直接作用较小, 但其通过土壤全氮含量对土壤有机碳密度的影响均表现在间接作用上。嵌套方差分析表明, 土壤深度解释了土壤有机碳密度变异的70.60%, 林龄解释了其变异的25.35%, 森林火灾解释了其变异的2.34%。研究发现: 森林火灾减少了马尾松次生林各林龄的土壤有机碳密度。在水平方向上, 随着林龄增长, 土壤有机碳密度的减少幅度降低; 在垂直方向上, 土壤有机碳密度随着土壤土层深度加深而降低, 且随林龄增长减少幅度下降。研究森林火灾对森林生态系统土壤有机碳的影响, 有助于理解森林生态系统土壤碳固持和碳循环过程, 对制定旨在减缓全球变化的科学合理的林火管理策略具有重要意义。     

三工河流域琵琶柴群落凋落物对土壤有机碳固定的影响

土壤有机碳是土壤碳库的重要组成部分,对生态系统生产力和全球碳循环有着重要作用。采用凋落物收集器和DIRT法(添加和去除凋落物法)研究三工河流域两处不同琵琶柴群落凋落物的产量、现存量、凋落物处理对土壤有机碳的影响。结果表明:群落1和群落2的凋落物产量季节变化趋势相同,均呈"N"型变化,在10月份达到最大值,7月或8月份达到次大值。凋落物现存量随季节均呈现"W"型变化,在10月份达到最大值,最大值分别为30.65 g/m~2和57.87 g/m~2。土壤有机碳随土壤深度的增加均逐渐降低,群落1和群落2分别下降了61.73%—62.39%和18.24%—25.84%。与对照处理相比,去除凋落物处理(NL)的群落1和群落2土壤有机碳分别降低了6.97%和18.38%;添加凋落物处理(DL)的土壤有机碳分别增加了19.64%和13.66%;去除凋落物处理(NL)的群落1和群落2土壤有机碳储量分别为1007.36 kg/hm~2和709.30 kg/hm~2,添加凋落物处理(DL)的土壤有机碳储量分别为1197.88 kg/hm~2和1010.78 kg/hm~2。双因素方差分析表明群落1的土层深度和三种处理对土壤有机碳的交互作用不显著,群落2的交互作用显著。回归分析显示:土壤水分、电导率、pH、容重和温度是导致两琵琶柴群落土壤有机碳不同的主要生态因子。相对较高的土壤pH和盐分含量抑制了凋落物的分解,导致凋落物现存量较高、土壤有机碳含量低;相对较高的土壤含水量和较小的容重,有利于土壤生物的活性和土壤有机碳的矿化,导致土壤有机碳含量降低。     

三峡库区森林生态系统有机碳密度及碳储量

森林生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,在减缓全球气候变化过程中发挥重要作用.基于104块样地调查和森林资源二类清查数据,运用GIS平台,对三峡库区森林生态系统有机碳密度及储量进行研究,结果表明:(1)三峡库区森林优势树种各器官的含碳率为44.59%～54.45%,森林凋落物含碳率为30.61%～42.73%,平均为36.38%;(2)三峡库区森林生态系统平均碳密度为117.68t · hm-2,低于我国森林平均水平;植被层碳密度平均为24.15 t · hm-2,其中常绿阔叶林植被层碳密度最高,达42.80 t · hm-2;枯落物层平均碳密度为2.74 t · hm-2,土壤有机碳密度平均为9.09 kg · m-2;(3)三峡库区森林生态系统总有机碳储量为286.14×106t,其中植被层碳储量为58.72×106t,凋落物碳储量为6.67×106t,土壤碳储量为220.74×106t;(4)三峡库区马尾松林分布面积最大,其总有机碳储量为77.24×106t,占三峡库区森林有机碳总储量的26.99%;在各森林类型中,马尾松林植被层、凋落物层和土壤层有机碳储量均最高,分别达到20.70 × 106t、2.66×106t和53.89×106t;(5)三峡库区森林有机碳密度呈现"东高西低"分布格局,巴东-秭归、巫山-巫溪、石柱-武隆及江津南部有机碳密度较高.在三峡库区提高森林质量、扩大森林面积是增强森林生态系统碳汇功能的有效途径.     

湖北省主要森林类型生态系统生物量与碳密度比较

利用野外调查数据对湖北省封山育林下的次生林、次生林、人工林森林生态系统碳密度进行了分析,结果表明:封山育林下的次生林、次生林和人工林生态系统乔木层平均碳密度分别为133.87、73.42和111.62t·hm-2,灌木层平均碳密度分别为1.65、1.40和1.52t·hm-2,草本层平均碳密度分别为0.13、0.09和0.13t·hm-2,枯落物层平均碳密度分别为0.47、1.34和0.93t·hm-2,乔木层碳密度作为生态系统碳储量的主要贡献者占总生物碳密度的98.35%、96.29%和97.74%,林下植被(灌木层和草本层)碳密度分别占1.31%、1.95%和1.44%,凋落物层碳密度分别占0.34%、1.76%和0.82%。土壤(0～100cm)碳密度平均值分别为57.04、66.92和54.12t·hm-2,土壤碳密度的60%储存在0～40cm土壤中,并随土层深度增加,各层次土壤碳密度逐渐减少。森林生态系统的乔木层、灌木层、草本层、凋落物层生物量和土壤层碳密度均表现出:封山育林下的次生林、次生林大于人工林。封山育林下的次生林、次生林和人工林碳密度分布序列为土壤(0～100cm)>乔木层>灌木层>草本层>枯落物层。可见,封山育林下的次生林更有助于提高森林碳汇,实施近自然林经营是提升该区域森林碳汇能力的重要途径。     

关帝山林区退化灌木林转变为华北落叶松林对生态系统碳储量的影响

针对我国大量灌木林出现退化而宜林地又日益减少的现状,在适宜种植乔木的地区,将退化灌木林转变为乔木林被认为是一种可行的植被恢复方式。以关帝山林区退化灌木次生林转变而成的不同林龄（10、18、23、27年和35年）华北落叶松（Larix principis-rupprechtii Mayr.）林为研究对象,并以相邻的退化灌木次生林为对照,探究这种转变对生态系统碳储量及其组分的影响,将为我国开展造林/再造林、林业碳汇项目等工作提供科学依据和数据支撑。与灌木林相比,造林初期的生态系统碳储量及其组分均出现不同程度的下降。10年生华北落叶松林的生态系统碳储量相对于灌木林显著下降了32.9%（P < 0.05）,但并非所有组分的下降都显著（P < 0.05）。植被碳储量下降34.7%,其植被地上和地下碳储量分别下降5.4%和70.9%,但只有植被地下碳储量是显著减少的（P < 0.05）;凋落物碳储量下降42.8%,但并不显著（P=0.71）;土壤有机碳储量（0-50 cm）显著下降32.6%（P < 0.05）,其不同土层（0-10、10-30 cm和30-50 cm）的碳储量也都出现显著减少（P < 0.05）。林龄从10年到35年,华北落叶松林生态系统碳储量增加了1.6倍,植被及其组成（地上和地下）、凋落物、土壤有机碳及其不同土层（0-10、10-30 cm和30-50 cm）等的碳储量也随之不断增加,从而使得生态系统碳储量及其组分逐渐达到并全面超过灌木林。但是,不同组分要达到灌木林的碳储量水平,需要的时间存在较大差异：土壤有机碳库 > 植被地下碳库 > 植被地上碳库,其中深层土壤有机碳 > 表层土壤有机碳（0-10 cm）。     

1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的模拟

基于中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN,对模型水分模块进行优化,加入了降雨截留、降雪截留以及下层植物和凋落物层截留,模拟了1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的时空分布格局.结果表明：1981—2002年间,中国东北地区森林生态系统起着碳“汇”的作用,总碳储量约12.37 Pg C·a^-1,其中植被和土壤碳储量分别为4.01和8.36 Pg C·a^-1;研究期间,植被碳储量和土壤碳储量均呈增长趋势,气温升高对该区森林生态系统碳储量增加的贡献大于降水的变化;研究区植被碳密度的空间分布具有东南高、西北低的特点,平均约10.45 kg C·m^-2;东北各地区森林生态系统土壤有机碳密度普遍较高,最大值出现在大小兴安岭及长白山的部分地区,平均约21.78 kg C·m^-2;中国东北地区森林碳库在全国森林碳库中占有重要位置,研究区有林地面积占全国森林的31.4%,其植被、土壤碳储量分别为全国森林的74.28%、63.88%,植被、土壤碳密度分别为全国森林的2.70和1.22倍.     

采伐对长白山阔叶红松林生态系统碳密度的影响

采伐对森林生态系统碳密度和固碳能力有重要的影响,且影响的程度因采伐强度和方式不同而有巨大差异。以长白山地区原始阔叶红松林在不同采伐方式、采伐强度干扰后形成的次生林为研究对象,通过对2007至2009年建立的11块1 hm2永久样地中植被层、凋落物层和土壤层碳密度在采伐前后变化特征的分析,研究了采伐强度与恢复时间对阔叶红松林生态系统碳密度的影响。结果表明:在短期内,采伐导致了植被层和土壤表层(0—20cm)碳密度值的减少,其中植被碳密度与采伐强度有显著的线性负相关关系(y=-0.9x+91.17,R2=0.626,P<0.01),而后,随着植被的恢复,生态系统碳密度增加,其中植被、土壤层碳密度呈显著线性正相关关系。根据植被碳密度与恢复时间之间的相关关系,确定以生态系统恢复、木材生产与固碳三者兼顾的合适采伐强度为30%,轮伐期为45a。     

不同氮素添加频率模拟氮沉降对桤木人工林生态系统碳储量的影响

为探究不同频率氮素添加模拟大气氮沉降对桤木人工林生态系统碳储量的影响, 采用野外固定样地观测的方法, 研究1年12次氮素添加(高频率)和1年2次氮素添加(低频率), 对桤木人工林生态系统乔木层、林下植被层、凋落物层、土壤层生物量及碳储量的影响。经过3年不同氮沉降模拟实验, 结果表明: (1) 高频与低频施氮均能增加桤木叶、枝、皮、根、总生物量及碳储量, 其中高频施氮显著增加根生物量及碳储量, 较对照增加了22.98%、24.05%; 而低频施氮显著增加叶、干生物量及枝、叶碳储量。(2) 低频与高频施氮均显著降低了桤木林下植被生物量及碳储量, 较对照分别降低67.95%、83.97%和79.73%、70.27%, 对碳含量影响不显著。(3)高频与低频施氮均显著增加L层(0—20 cm)凋落物生物量及L层和F层(20—40 cm)凋落物碳储量, 且高频施氮>低频施氮; 低频施氮显著降低20—40 cm土壤碳储量, 较对照降低20.83%, 高频施氮则对土壤碳含量和土壤碳储量无显著影响。高频施氮显著增加桤木林人工生态系统中凋落物层碳储量, 显著降低林下植被层碳储量, 生态系统总碳储量增加; 低频施氮显著降低乔木层、林下植被层和凋落物层碳储量, 导致桤木林生态系统碳储量降低, 但两种处理影响均不显著。     

兴安落叶松林火干扰后土壤有机碳含量变化

在大兴安岭兴安落叶松林区,选择不同恢复年限各种火烧强度(重度、中度、轻度)的火烧迹地进行调查并采集土壤样品,对火后有机层和矿质层有机碳含量变化进行研究,以期为进一步开展森林火灾对区域碳平衡影响的定量评估提供科学依据。研究结果表明:火干扰对土壤有机碳含量变化的影响包括火烧即时影响和火后生境条件变化带来的间接影响。火干扰样地有机层的积累与转化主要是通过火后林冠郁闭度的变化影响的,其有机碳总储量低于对照样地。对于矿质层土壤,重度和中度火干扰后,如果样地发生植被序列演替,即阔叶林植被入侵,样地郁闭度增加迅速,凋落物积累量增大,土壤有机碳含量将随着过火年限的增加而增加;如果样地发生自我更新,样地郁闭度增加缓慢,凋落物分解量大于积累量,土壤有机碳含量将会在一定时间内随着过火年限的增加而减少;但是,无论样地发生植被序列演替还是自我更新,土壤有机碳含量短时间内均无法恢复到火前水平。轻度火干扰后,土壤有机碳含量短期内先增加,随着植被更新情况的发展最终趋于平衡。     

火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响研究进展

土壤呼吸是陆地生态系统与大气碳交换的主要方式,主要分为自养呼吸和异养呼吸。土壤呼吸不仅是森林生态系统碳循环过程的关键环节,也是森林生态系统能量流动和物质循环的重要生态过程。火作为森林生态系统中一个重要的生态因子,可以在短时间内对土壤呼吸组分造成巨大的影响。火干扰对土壤呼吸组分的影响与火烧强度、火烧频率、火烧持续时间以及火后恢复等因子有关,通过影响植被的根系与组成、微生物群落数量与结构,凋落物的数量以及生态系统的环境和小气候等,进而对土壤呼吸产生影响。火干扰对土壤呼吸影响整体表现为火烧后土壤呼吸速率下降,在几个月至几年内恢复到火烧前水平,之后火继续对土壤呼吸产生影响长达数年至数十年。通过描述火烧强度、火烧频率以及火后恢复时间,阐述火干扰对土壤呼吸组分的直接影响,以及通过火后环境对土壤呼吸组分产生的间接影响,来揭示火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响。同时针对火干扰对土壤呼吸组分的影响进行以下3个方面的研究展望：（1）火后产生的黑碳对土壤呼吸组分的影响;（2）火后植被恢复对土壤呼吸组分产生的影响;（3）火后土壤呼吸组分的长期变化规律。     

秦岭中段南坡油松林生态系统碳密度

在秦岭中段南坡油松林分布较为广泛的不同区域,采用典型取样的方法设置油松林标准地50块。通过样地调查和室内分析,对本区油松林生态系统植被层、枯落物层及土壤层有机碳密度进行了研究与估算,分析了油松林生态系统各层次的有机碳密度在不同立地因子下的分布规律。结果表明:秦岭中段南坡油松林生态系统总有机碳密度为150.12 t/hm2,其中土壤碳分库的碳密度占油松林生态系统总碳密度的56.74%,是构成油松林生态系统碳的主体组成部分。植被层碳密度为62.29 t/hm2,占油松林生态系统总碳密度的41.49%,高于我国森林生态系统植被碳密度平均值,且仍有较大的固碳潜力。枯落物层碳密度为2.66 t/hm2,占油松林生态系统总碳密度的1.77%。在植被碳分库中,乔木层碳密度是其主体构成部分,为61.22 t/hm2,占植被层碳密度的98.30%;灌木层、草本层碳密度及其所占植被层碳密度的比例分别为:0.65 t/hm2(1.04%)、0.41 t/hm2(0.66%)。碳在乔木不同器官中的分配大小顺序为:树干(55.82%)、树枝(21.25%)、树根(10.28%)、树叶(7.35%)、树皮(5.30%)。灌木层碳密度和草本层碳密度受地形因子影响不显著。随海拔的升高,乔木层碳密度呈先增后减的变化趋势,在海拔1500—1700 m处达到最大值,枯落物层碳密度、土壤层碳密度及总碳密度变化不显著;随着坡度的增大,油松林生态系统枯落物层碳密度、土壤层碳密度及总碳密度显著减小,乔木层碳密度呈先增后减的变化趋势,在坡度为26—35°范围达到最大值;下坡位土壤层碳密度高于中坡位和上坡位,而中坡位乔木层碳密度和生态系统总碳密度高于下坡位和上坡位,枯落物层碳密度受坡位影响不明显;阳坡乔木层碳密度大于阴坡,枯落物层碳密度、土壤层碳密度及总碳密度受坡向影响不明显。     

火烧对森林土壤有机碳的影响研究进展

对国内外火烧影响森林土壤有机碳动态的研究成果进行了综合述评。较多研究表明低强度火烧不会造成土壤有机碳贮量的明显变化,但火烧非常强烈而彻底,土壤有机碳明显减少。有限研究表明火烧对森林土壤呼吸的影响结果有增加、降低或无影响,因火烧强度、火后观测时间、森林类型、火烧迹地上植被恢复进程和气候条件等而异。同时,火烧对土壤有机碳组分(活性有机碳和黑碳)也具有不同程度的影响。随着全球变化研究的深入,火烧作为森林主要管理措施对大气CO2浓度影响亦愈来愈受重视,今后应着重开展以下几方面研究:(1)扩大气候和经营管理的变化对森林土壤有机碳贮量时空动态影响研究;(2)深入探讨火烧影响土壤CO2释放的过程及机理;(3)加强火烧历史和频率对黑碳影响的研究;(4)从广度和深度上加强火烧等经营措施对亚热带森林土壤碳动态影响的研究。     

基于CENTURY模型模拟火烧对大兴安岭兴安落叶松林碳动态的影响

火作为森林生态系统重要的自然干扰因子之一,对森林的碳动态有着不可忽视的影响.本研究使用CENTURY模型模拟了大兴安岭呼中林区兴安落叶松林的碳收支对不同强度火烧的响应.结果表明:在不同强度火烧后,土壤总碳库呈先升后降再逐渐恢复的变化趋势,而林分生物碳库则先降后升,其中,林分细小组分碳库的恢复速度明显快于大组分,各碳库的波动程度随火烧强度的增大而增大.森林植被的净初级生产力(NPP)和土壤异养呼吸在火后均先降后升,但NPP的恢复快于土壤异养呼吸,二者的动态变化改变了林分的碳源/汇作用.轻微火烧后,兴安落叶松林仍表现为弱碳汇,并很快恢复到火前水平;其他强度的火烧使兴安落叶松林在短期内(9～12年)表现为碳源,随后逐渐转为碳汇.较低强度的林火不仅可以促进落叶松林的更新、减少死可燃物,也不会对林分的碳汇功能造成太大影响;高强度的严重林火对土壤和林木碳库造成严重损失,延缓森林的恢复,并可使林分表现为较长时间的碳源.     

不同放牧强度下短花针茅荒漠草原植被-土壤系统有机碳组分储量特征

草地生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用。以内蒙古短花针茅荒漠草原不同放牧强度样地为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系、土壤中有机碳和土壤轻组有机碳,研究草原植被-土壤系统有机碳组分储量的变化特征,从碳储量角度为合理利用草原提供指导。研究结果表明:(1)不同放牧强度荒漠草原地上植物碳储量为11.98—44.51 g/m~2,凋落物碳储量10.43—36.12 g/m~2,根系(0—40cm)碳储量502.30—804.31 g/m~2,且对照区(CK)均显著高于中度放牧区(MG)、重度放牧区(HG);(2)0—40cm土壤碳储量为7817.43—9694.16 g/m~2,其中轻度放牧区(LG)碳储量为9694.16 g/m~2,显著高于CK、HG(P0.05);(3)植被—土壤系统的碳储量为8342.14—10494.80 g/m~2,LGMGCKHG,有机碳主要储存于土壤当中,占比约90.54%—93.71%,适度放牧利用有利于发挥草地生态系统的碳汇功能;(4)土壤轻组有机碳储量为484.20—654.62 g/m~2,LG储量最高,表明适度放牧有助于草原土壤营养物质的循环和积累。