森林生态系统粗死木质残体碳储量研究进展

粗死木质残体（CWD）是森林生态系统重要的结构性与功能性单元，作为连接植被碳库与土壤碳库的关键纽带，对全球森林生态系统碳循环发挥着重要而独特的作用，越来越多的学者开始关注CWD碳储量相关研究。系统阐述了国内外CWD碳储量研究的发展历程、研究范围与基本特征等内容，总结概括了CWD体积测算、CWD碳浓度估算等碳计量相关方法的研究进展。通过梳理发现：国内外学者对CWD碳储量的研究仍处于初级阶段，主要集中于探讨不同树种、不同林龄、不同腐解等级、不同海拔、不同存在形式的森林CWD碳储量分布特征，而较少关注CWD碳库对土壤碳库和植被碳库的作用机制以及对未来气候变化的响应和反馈机制；CWD碳计量方法较为单一，普遍采用的是传统的"生物量-碳浓度法"，而运用机器学习算法对CWD碳储量进行估算的研究尚不多见。此外，相对国外研究而言，国内研究主要局限于小尺度范围。文章据此提出未来CWD碳储量研究的发展方向：（1）拓展研究尺度，建立CWD碳储量长期观测体系；（2）深入开展不同森林生态系统CWD碳储量对气候变化的响应机制研究；（3）探索更加多元化的CWD碳储量计量方法；（4）深入探讨CWD碳库对土壤碳库与植被碳库的影响与作用机制。     

温带森林生态系统粗死木质物动态研究——以中美两个温带天然林生态系统为例

通过对我国长白山自然保护区红松针阔混交林和美国Andrews试验林异叶铁杉林的林木死亡量、粗死木质物(CWD)贮量、分解速率和它们在生态系统养分循环等方面动态研究表明,CWD是温带天然林生态系统的重要组成部分,它们在生态系统功能方面的重要性,因森林类型的不同而不尽相同,CWD在针叶林中比针阔混交林中更为重要。CWD在生态系统养分循环中的一个重要作用,很可能在于系统遭受重大外界扰动后,起到贮藏养分,增加系统稳定性的作用。未来全球森林凋落物C贮量估测时,应该包括CWD,否则将低估全球森林凋落物C贮量2.0—16×10~(13)kg,系统相对误差达2—10％。     

我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡

在广泛收集资料的基础上,估算了我国主要森林生态系统的碳贮量和碳平衡通量,分析了它们的区域特征。主要结果如下：1)我国森林生态系统的平均碳密度是258.83t·hm^-2,基本趋势是随纬度的增加而增加;其中植被的平均碳密度是57.07t·hm^-2,随纬度的增加而减小;土壤碳密度约是植被碳密度的3．4倍,其区域特点与植被碳密度呈相反趋势,随纬度升高而增加;凋落物层平均碳密度是8.21t·hm^-2,随水热因子的改善而减小。2)森林生态系统有机碳库包括植被、土壤和凋落物层3个部分,采用林业部调查规划设计院1989～1993年最新统计的我国森林资源清查资料,估算我国主要森林生态系统碳贮量为281.16×10⁸t,其中植被碳库、土壤碳库、凋落物层碳库分别为62.00×10⁸t、210.23×10⁸t、8.92×10⁸t。落叶阔叶林、暖性针叶林、常绿落叶阔叶林、云冷杉(Picea-Abies)林、落叶松(Larix)林占森林总碳贮量的87％,是我国森林主要的碳库。3)我国森林生态系统在与大气的气体交换中表现为碳汇,年通量为4.80×10⁸t·a^-1,基本规律是从热带向寒带,碳汇功能下降,这取决于系统碳收支的各个通量之间的动态平衡;阔叶林的固碳能力大于针叶林。我国森林生态系统可以吸收生物物质、化石燃料燃烧和人口呼吸释放总碳量(9.87×10⁸t·a^-1)的48.7％。     

南亚热带典型森林演替类型粗死木质残体贮量及其对碳循环的潜在影响

森林生态系统中的粗死木质残体(Coarse woody debris, CWD)不仅能够为其它生物提供生境,维持森林结构,而且对生物地球化学循环起着不可忽视的作用,CWD作为森林生态系统中重要的结构和功能元素,已经引起广泛关注。然而,华南地区典型亚热带森林生态系统中CWD的结构和功能方面的研究很少。该文报道了鼎湖山自然保护区内典型南亚热带森林生态系统中CWD的贮量及其特征,所选择的森林包括马尾松(Pinus massoniana)林、针阔叶混交林和季风常绿阔叶林,它们分别代表该气候区域内处于森林演替早期、中期和后期3个阶段的森林类型。其中马尾松林和针阔叶混交林都起源于20世纪30年代人工种植的马尾松纯林,由于长期受到包括收割松针、CWD和林下层植物等在内的人为活动的干扰,到2003年调查时马尾松林仍属于针叶林;而混交林样地自种植之后就未受到人为活动的干扰,自然过渡为针阔叶混交林类型。人为干扰对马尾松人工林的结构和功能产生了巨大的影响,马尾松林的生物量仅为针阔叶混交林生物量的35%。组成马尾松林、针阔叶混交林和季风常绿阔叶林CWD的树种数量分别为7、18和29;马尾松林中几乎没有CWD存在(贮量仅为0.1 Mg C·hm^-2),针阔叶混交林CWD的贮量为8.7 Mg C·hm^-2,季风常绿阔叶林CWD的贮量为13.2 Mg C·hm^-2,分别占地上部分生物量的9.1%和11.3%;针阔叶混交林和季风常绿阔叶林中只有将近10%的CWD以枯立的方式存在。该区域内CWD的分解速率较快,在区域碳循环中将扮演重要角色,保留林地中的CWD是维持本区域森林生产力和森林可持续管理的重要举措。     

中国森林和草地凋落物现存量的空间分布格局及其控制因素

凋落物是陆地生态系统的重要组成部分,它对生态系统的养分循环非常重要。凋落物现存量是凋落物输入量与分解量的净累积量,理论上影响凋落物输入过程和分解过程的因素都会对凋落物现存量产生重要影响。目前,我国科学家对部分区域典型陆地生态系统凋落物现存量及其影响因素进行了探讨,但迄今为止,全国尺度下的关于凋落物现存量评估的结果还未见报道。因此,如何准确地评估凋落物现存量对揭示生态系统应对全球变化具有重要意义。收集了2000—2014年公开发表文献中的森林和草地凋落物现存量数据(共1864个样点),并结合气候、土壤和地上生产力探讨了中国森林和草地凋落物现存量的空间格局及其主要控制因素,此外,还利用森林和草地凋落物的碳氮含量,结合凋落物现存量估算了不同区域和全国尺度的凋落物的碳氮贮量。分析结果表明:中国森林和草地的凋落物现存量存在较弱的经度和纬度格局,然而按照不同经度和纬度间隔整理数据后凋落物现存量表现出显著的空间分布格局。森林的凋落物现存量表现为随着经度和纬度的增加而逐渐增加,主要控制因素为温度。草地的凋落物现存量表现为随着经度的增加而逐渐升高,其主要影响因素为降水。森林和草地凋落物现存量在局部(或区域内)存在非常大的变异,这是造成其大尺度格局较弱的重要原因。结合1∶100万中国植被图的森林和草地面积数据,估算出中国森林的凋落物现存量约为1135.56 Tg,其碳氮贮量约为517.93 Tg C和15.33 Tg N;此外,中国草地的凋落物现存量约为119.63 Tg,其碳氮贮量分别为47.11 Tg C和1.59 Tg N。首次尝试对全国尺度森林和草地凋落物现存量及其碳氮贮量进行估算,其研究结论有助于揭示凋落物在碳氮循环中的重要作用,并可为准确评估中国陆地生态系统碳氮贮量提供重要参考。     

气候变化对森林土壤有机碳贮藏影响的研究进展

森林土壤有机碳库是全球碳循环的重要组成部分,其积累和分解的变化直接影响陆地生态系统的碳贮藏与全球的碳平衡.气候变化将影响植物光合作用及土壤有机碳的分解和转化过程,进而影响森林土壤有机碳贮量及土壤碳动态.温度、降水、大气CO2浓度等气候因子对森林土壤碳贮藏均具有重要影响.了解气候变化对森林土壤有机碳贮藏的影响有助于人们科学管理森林碳库以及进一步寻找缓解气候变化的可行途径.为此,本文综述了森林土壤有机碳贮量的分布以及升温、降水变化和大气CO2浓度升高对森林土壤有机碳贮藏影响的国内外研究进展,并提出了有关的研究展望.     

土地利用变化对陆地生态系统碳贮量的影响

陆地生态系统是重要的碳库之一,在碳素生物地球化学循环中起着重要作用．本文就森林、农田生态系统,综述了土地利用变化对陆地生态系统碳贮量的影响及其可能的作用机制．土地利用变化显著地影响陆地生态系统的结构和功能,造成系统碳贮量的变化,这很大程度取决于生态系统类型和土地利用方式的改变．森林砍伐后变为农田和草地,使生态系统中植被和土壤碳贮量大大降低．土壤碳含量的降低主要是由于凋落物输入的减少,有机质分解速度的提高,以及耕种措施对有机质物理保护的破坏造成的．土壤碳损失主要发生在森林砍伐后较短的时期内,而其降低速率取决于诸多因素以及土壤理化和生物过程．农田和草地弃耕恢复为森林,以及农田保护性管理措施的利用．能够使大气中的碳在植被和土壤中得到汇集．森林恢复过程中植被可以大量汇集大气中的碳,而由于农田耕种历史不同以及土壤空间异质性。导致土壤碳汇集速率差异极大．保护性农田管理措施(诸如免耕、合理的种植制度、化肥的施用等)可以影响土壤理化特性、作物根系生长以及残茬数量和质量、土壤微生物数量和活性,维持和提高土壤碳含量水平．     

我国主要森林生态系统炭贮量和碳平衡

在广泛收集资料的基础上,估算了我国主要森林生态系统的碳贮量和碳平衡通量,分析了它们的区域特征。主要结果如下：１）我国森林生态系统的平均碳密度是２５８．８３ｔ．ｈｍ＾－２,基本趋势是随纬度的增加而增加;其中植被的平均碳密度是５７．０７ｔ．ｈｍ＾－２,随纬度的增加而减少;土壤碳密度约是植被碳密度的３．４倍,其区域特点与植被碳密度呈相反趋势,随纬度升高而增加;凋落物层平均碳密度是８．２１ｔ．ｈｍ＾－２,     

溪流粗木质残体的生态学研究进展

粗木质残体（CWD）是森林或溪流生态系统中残存的超过一定直径大小的站杆、倒木、枝桠及根系等死木质物的总称,溪流CWD对于溪流生态系统的稳定,水生生物多样性,河槽形态及其变化过程有着重要的作用。对溪流CWD的产生和分类,溪流CWD对于溪流生态系统的稳定,水生生物多样性,河槽形态及其变化过程有着重要的作用。对溪流CWD的产生和分类,溪流CWD贮量,分布和动态,以及溪流CWD的功能和管理分别进行了总结,并指出应尽快在国内开展溪流CWD的研究和管理。     

森林生态系统中的粗死木质残体及其功能

粗死木质残体（Coarse Woody Debris,CWD)是指所有地上和地下小头直径＞2．5cm的死木质物,林分中CWD主要来源于个体的死亡和干扰所造成的死亡,在森林群落的生长发育过程中,CWD的数量变化呈“U”型,CWD的分解是动物和微生物吸收吸收养分,淋溶和自然破碎综合作用的结果,CWD的分解过程就是其发挥功能的过程,在此过程中各阶段都会有不同类型的生物群体利用其提供生境食物;CD具有吸收和释放养分的能力,是植物生长的营养库,是森林树木更新的良好介质;CWD是许多陆生生物和水生生物的食物来源,栖息地,避难所,哺育地,迁移通道等,在生物多样性保持方面发挥着不同替代的,在CWD的形成过程产生了林窗斑块,推动了森林生态系统的小循环,因此,CWD是森林生态系统中重要的结构性和功能性组成要素,在保持森林生态系统和水生生态系统的生物多样性及其生态过程完整性等方面起着不可替代的作用,应当给予了充分的重视。     

岷江上游高山森林溪流木质残体碳、氮和磷贮量特征

森林溪流木质残体是森林生态系统与水域之间物质循环和能量流动的主要联结之一,其碳、氮和磷贮量不仅可影响森林与溪流生态系统的结构和功能,而且与下游水体环境密切相关。因此,于2013年8月雨季以岷江上游典型高山森林为研究对象,调查了12条森林溪流木质残体的碳、氮和磷贮量分配特征,并汇算了研究区域内碳、氮和磷在溪流中单位面积的总贮量。结果表明,高山森林溪流木质残体碳、氮和磷的溪流单位面积总贮量分别为312.1 g/m2、809.5 mg/m2和110.9 mg/m2;在溪流中,木质残体碳、氮和磷贮量以径级为1—2.5 cm和2.5—5 cm的木质残体分布居多,分别共占碳、氮和磷总贮量的86.71%、87.20%和84.55%;木质残体碳、氮和磷贮量以Ⅴ腐烂级分配最多,分别共占碳、氮和磷总贮量的65.86%、67.86%和60.31%;尽管溪流各项特征与碳、氮和磷元素贮量的相关性不显著,但基本达到中度相关关系。这些结果为认识森林生态系统中以木质残体为载体的碳、氮和磷输出潜力提供了基础数据。     

天山雪岭云杉林粗木质残体储量特征

粗木质残体(coarse woody debris,CWD)在天山雪岭云杉林生态系统中起着重要的结构性和生物地球化学作用,解释其储量特征是研究CWD的基础,但尚未有大尺度研究见诸报道。以天山雪岭云杉8 hm~2森林动态监测样地为研究对象,采用野外调查、室内试验以及数据分析相结合的方法,调查了样地内CWD的储量组成、径级以及分解等级分布格局等基本特征及其影响因子。结果表明:(1)天山雪岭云杉8 hm~2森林动态监测样地内共有直径≥10 cm的CWD 936株,CWD的密度、体积、储量分别为117株/hm~2,15.13 m~3/hm~2,4.52 t/hm~2;其中倒木是CWD的主要贡献者,占CWD总储量的52.21%;(2)样地内各径级CWD的数量呈典型的倒"J"型结构,直径30 cm的CWD个体占全部CWD的83%;(3)样地内CWD总体上处于以Ⅱ、Ⅲ分解等级为主的中度分解状态,CWD径级越大,分解程度越高;(4)林分密度、郁闭度和海拔是影响天山雪岭云杉林CWD储量特征的主要因素。研究可为天山雪岭云杉林的可持续发展与经营提供科学依据。     

林火干扰对广东木荷林生态系统碳库的影响

森林碳库在调节CO₂浓度及减缓温室效应中发挥重要作用。选择广东木荷林为研究对象,通过相邻样地法,进行植被生物量、凋落物生物量和土壤样品的采样与分析,研究不同林火干扰强度对生态系统各碳库(植被、凋落物和土壤有机碳)及生态系统碳库产生的变化规律和空间分布格局及其影响因素。结果表明:(1)植被碳密度随着林火干扰强度增强而减少,但不同组分的植被碳密度表现不同,乔木碳密度在不同林火干扰强度下变化与植被碳密度变化一致,而草本碳密度则呈现相反的变化趋势。相同林火干扰强度下,植被各组分碳密度均以乔木层降低幅度最大。林火干扰均显著降低了凋落物碳密度(P<0.05),并随林火干扰强度的增加其降低幅度增大,但不同林火干扰强度对凋落物碳密度的影响有所差异。林火干扰降低了土壤有机碳密度,且降低幅度随土层深度增加而逐渐变小。(2)林火干扰有效改变了生态系统碳库的空间分布格局。对照样地木荷林土壤有机碳库占比为61.59%,重度林火干扰后,土壤有机碳库占比为70.96%呈上升趋势,占生态系统碳库的优势地位,而植被和凋落物碳库占比呈下降趋势,处于生态系统碳库的次要地位。(3)双因素方差分析表明,林火干扰强度和土层深度及其交互作用均对土壤有机碳密度有显著影响。林火干扰强度解释了土壤有机碳密度变异的8.78%,土层深度解释了土壤有机碳密度变异的70.29%,林火干扰强度和土层深度之间的交互作用解释了土壤有机碳密度变异的8.16%。研究发现:林火干扰降低了生态系统碳库,且随林火干扰强度增加,生态系统碳库减少幅度增大。轻度林火干扰对森林生态系统碳库的影响差异不显著,而中度和重度林火干扰对森林生态系统碳库的影响差异显著。研究结果对深化亚热带森林固碳效应的影响机制提供理论支撑。     

森林生态系统细根周转规律及影响因素

根系周转是陆地生态系统碳循环的关键过程, 对研究土壤碳库变化及全球气候变化均具有重要意义。然而由于根系周转率的测量计算方法较多, 不同方法得出的结果差异较大, 且目前对全球区域尺度上森林生态系统根系周转的研究还不够充分, 使得全球森林生态系统根系周转变化规律仍不清楚。该研究通过收集文献数据并统一周转率计算方法, 对全球5种森林类型的细根周转空间格局进行整合, 同时结合土壤理化性质和气候数据, 得出影响森林生态系统细根周转的因子。结果表明, 不同森林类型细根周转率存在显著差异, 且随着纬度的升高逐渐降低; 森林生态系统细根周转率与年平均温度和年平均降水量呈正相关; 森林生态系统细根周转率与土壤有机碳含量呈正相关但与土壤pH值呈负相关。该研究为揭示森林生态系统细根周转规律及机制提供了科学依据。     

森林生态系统细根周转规律及影响因素

根系周转是陆地生态系统碳循环的关键过程,对研究土壤碳库变化及全球气候变化均具有重要意义。然而由于根系周转率的测量计算方法较多,不同方法得出的结果差异较大,且目前对全球区域尺度上森林生态系统根系周转的研究还不够充分,使得全球森林生态系统根系周转变化规律仍不清楚。该研究通过收集文献数据并统一周转率计算方法,对全球5种森林类型的细根周转空间格局进行整合,同时结合土壤理化性质和气候数据,得出影响森林生态系统细根周转的因子。结果表明,不同森林类型细根周转率存在显著差异,且随着纬度的升高逐渐降低;森林生态系统细根周转率与年平均温度和年平均降水量呈正相关;森林生态系统细根周转率与土壤有机碳含量呈正相关但与土壤pH值呈负相关。该研究为揭示森林生态系统细根周转规律及机制提供了科学依据。     

氮沉降对森林生态系统土壤碳库的影响

森林土壤碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,对维持全球碳平衡具有重要意义。不断加剧的全球氮沉降有可能改变森林生态系统中碳元素的地球化学循环过程,从而引起森林土壤碳储量的变化。本文从森林土壤碳收支的角度,将氮沉降对森林生态系统土壤碳库影响的复杂过程划分为凋落物分解、细根周转、土壤呼吸和土壤可溶性有机碳淋失4个相对独立的过程。综合国内外研究现状,对其进行了简要评述,指出了目前研究的不足,并探讨了这一研究领域的发展方向。     

暖温带落叶阔叶林碳循环的初步估算

 森林生态系统碳循环过程与大气中二氧化碳含量有密切的关系,直接影响着大气成分的组成,进而对全球气候变化有重要影响。以我国暖温带落叶阔叶林生态系统近10年的定位研究为基础,初步建立了该类生态系统碳循环数值模式。结果表明：暖温带落叶阔叶林典型生态系统每年从外界主要是大气中吸收的碳是10.3 t·hm-2·a-1,植物呼吸释放到大气中的碳通量为5.5 t·hm-2·a-1。森林植物干物质积存的碳量为4.8 t·hm-2·a-1,通过凋落物分解释放到大气中的碳通量为2.46 t·hm-2·a-1。森林同化的碳绝大部分以活生物呼吸和凋落物分解的形式释放到大气中去了,存留在活生物体和凋落物中的很少。通过对碳现存量的研究发现,所研究的森林生态系统碳现存量为165.05 t·hm-2,其中活生物体碳现存量为61.2 t·hm-2,死生物体碳现存量为104.05 t·hm-2 (包括土壤中碳),土壤碳现存量为96 t·hm-2。土壤碳储量占总碳储量的58%,土壤是该地区森林生态系统主要的碳库,森林生态系统土壤中碳储量的变化必然引起整个区域碳储量整体动态的变化。     

东北东部山区11种温带树种粗木质残体分解与碳氮释放

采用长期定位跟踪实测方法,比较分析了我国东北温带森林4个水热状况不同的立地条件(红松(Pinus koraiensis)人工林、硬阔叶林、蒙古栎(Quercus mongolica)林和林外空旷地)下11个温带树种粗木质残体(CWD)分解初期3年中的碳氮动态及其影响因子。测定树种包括:白桦(Betula platyphylla)、山杨(Populus davidiana)、紫椴(Tilia amurensis)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、蒙古栎、色木槭(Acer mono)、春榆(Ulmus japonica)、红松、黄檗(Phellodendron amurense)、兴安落叶松(Larix gmelinii)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)。结果表明:在分解过程中,所有树种CWD的碳浓度没有明显变化(p0.05),但其干重、碳密度、氮浓度和氮密度均随分解进程不同程度地减小,碳氮比(C/N)则增大,而且树种间差异显著(p0.001)。针叶树种的CWD分解速率显著地低于阔叶树种,其中白桦的3年CWD干重损失率(65%)约为兴安落叶松(22%)的3倍。径级大的CWD分解较慢。CWD分解与碳氮释放均与CWD的初始N含量呈正相关,而与初始C/N呈负相关。4个立地条件下CWD的干重和碳氮含量的变化差异不显著,均表现出一致的变化趋势。该研究指出,在分解初期的前3年中,CWD基本上是一个碳源和氮源。     

丰林自然保护区阔叶红松林粗木质残体研究

粗木质残体(CWD)是森林生态系统的重要组成部分,对维持森林生态系统健康具有不可忽视的贡献.采用典型取样法在黑龙江丰林国家级自然保护区设置了17块20×20m的标准样地,拟对保护区内阔叶红松林中粗木质残体的贮量、形态组成、直径、长度及腐烂度等特征进行研究.研究结果表明:(1)CWD总贮量为75.1m³·hm^-2,其中倒木,枯立木和树桩的贮量分别为.24 m³·hm^-2,2.03m³·hm^-2和7.34m³ ·hm^-2.(2)倒木和枯立木的优势径级范围分别为11cm～20cm(占CWD总数的4%)和0-10cm(45%);倒木和枯立木的优势长度范围分别为0-5m (%)和m-10m(49%).(3)CWD腐烂度呈近正态分布,且主要分布在Ⅱ(28%),Ⅲ(35%)和Ⅳ(2%)腐烂等级上.     

广州三种森林粗死木质残体（CWD）的储量与分解特征

粗死木质残体(Coarse Woody Debris, CWD)对森林生态系统的稳定性具有不可忽视的贡献.对广州3种森林CWD的储量与分解特征进行了调查分析,结果表明:(1)CWD储量及其与相应森林总生物量比值均表现为常绿阔叶林>针阔混交林>针叶林;枯立木与倒木为CWD的主要成分,其中,针叶CWD主要物种为马尾松(Pinus massonianai),阔叶CWD物种主要为荷木(Schima superba)与黄杞(Engelhardtia chrysolepis)等.(2)CWD径级主要集中在<10cm的范围内,存在状态主要为中级腐烂状态,干扰与竞争是3种森林CWD产生的主要因素.(3)针叶林、针阔混交林与常绿阔叶林CWD的分解常数k分别为0 0244、0.0407和0.0487,即分解速率为常绿阔叶林>混交林>针叶林;随着CWD的分解,N、P与木质素的含量逐渐升高,C、C/N与木质素/N呈降低趋势.