Effects of different rotations on carbon sequestration in Chinese fir plantations

Aims Under the context of global climate change, scientific management is the main way to enhance carbon sequestration of plantation forests. A reasonable rotation is one of the intensive management strategies, adjusting forest structure. The decline of productivity after continuous multigenerational cultivation is strongly related to its rotation. Therefore, it is necessary to study the effects of different rotations on carbon sequestration of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) plantations, which can provide a theoretical basis for their sustainable management.
Methods We set up sampling fields of Chinese fir plantations with different age sequences, and used the observation data to test the FORECAST model. We then simulated the effects of different rotations on Chinese fir plantations sequestration using FORECAST model.
Important findings The results showed that over a 150-year period, total carbon sequestration was highest under short rotation length (15-year). However the carbon persistence was poorest and the decline of carbon between each rotation was biggest, indicating an unsustainable management model. Compared with short rotation, the total carbon sequestration under normal rotation (25-year) and long rotation (50-year) was lower. However, the carbon persistence under long rotation was strongest, which was beneficial to maintaining carbon stability during each rotation. Under good site conditions (site index (SI) = 27), the shorter the rotation was, the more severely the soil fertility was consumed. In order to have persistent carbon sequestration rates in Chinese fir plantations, we suggest that rotation should be longer than 25 years. Application of FORECAST model can help quantitatively assess carbon sequestration capacity of forest plantations, which varies under different management strategies.     

人工林碳汇潜力新概念及应用

定量确定森林碳汇潜力有助于科学地评估森林对碳汇的潜在贡献及制定实现这种潜力所需要的经营管理措施。目前,国内外有关森林碳汇潜力缺乏统一的概念及计量方法。在综述国内外有关固碳潜力概念的基础上,引入时间动态构架和可持续性的概念,提出了针对人工林的固碳潜力概念并利用FORECAST模型以杉木人工林为例阐明此概念的实际意义与应用。     

轮伐期前后不同密度巨桉(Eucalyptus grandis)人工林土壤动物群落结构特征

在前期巨桉(E.grandis)人工林土壤生物多样性在轮伐期前(4年左右)降低,此后随林龄显著升高的研究基础上,在四川省丹棱县选择轮伐期前即4年和轮伐期后即8年的不同密度(D1:2000, D2:1600, D3:1200株/hm~2)巨桉人工林,研究了其土壤动物群落结构特征。结果显示:1)共捕获土壤动物2904只,隶属于4门8纲22目70科,其中大型土壤动物541只,以蚁科和康叭科为优势类群;中小型土壤动物2363只,以大翼甲螨科、等节虫兆科和线虫为优势类群。2)土壤动物类群数、个体数和密度随林分密度和林龄具有显著差异,4年生林地大型土壤动物个体数随密度降低显著增加,8年生巨桉人工林中小型土壤动物个体数及类群数随密度降低均显著增加;土壤动物个体数及类群数除D1密度时4年高于8年,其余密度均表现为8年高于4年。3)林分密度对土壤动物多样性指数有显著影响,4年生林地大型土壤动物Margalef丰富度指数随密度降低显著增加,8年巨桉人工林中小型土壤动物Shannon-wiener指数及Margalef丰富度指数随密度降低显著升高。4)巨桉人工林大型土壤动物以杂食性为主,枯食性次之,中小型土壤动物以腐食性为主,杂食性次之。5)RDA分析显示,林分密度、土壤含水量和土壤pH为对土壤动物的主要作用环境因子,4年时对奥甲螨科、长角长虫兆科、寄螨科、隐翅甲科、丽甲螨科等类群影响较大;8年时对线虫、蜚蠊科、康叭科、厉螨科、棘虫兆科等类群影响较大。为此,延长轮伐期、降低林分密度可改善巨桉人工林土壤动物生境、增加土壤动物多样性、促进土壤动物群落结构稳定性。     

杭州市不同土地利用类型的树木生长和碳固存

随着全球城市化的加剧,城市作为一个受强人类活动支配的生态系统,在显著改变土地利用的同时,也改变了城市内植被的碳吸收和碳储存能力.本文选取杭州具有代表性的2个树种香樟(Cinnamomum camphora)和悬铃木(Platanus acerifolia)为研究对象,调查并测量了720株树木的胸径、株高、株距和冠幅,测量了230株样木近10年的平均轮面积增量,对城市不同土地利用类型上不同树种的碳储存和碳吸收速率进行了估算和比较.结果表明,香樟碳储存为45 kg C·m-2,悬铃木104 kg C·m-2.香樟碳吸收速率在政府机关用地上最大,住宅区最小;而悬铃木在住宅区碳吸收速率远远大干商业区和政府机构用地.冠幅是影响香樟碳吸收速率的主要影响因子,而悬铃木的碳吸收速率与冠幅相关外还受到年龄的影响.在城市土地利用类型中乔木碳吸收是野外相同年龄乔木的5倍甚至更多.     

阔叶和杉木人工林对土壤碳氮库的影响比较

通过比较我国亚热带地区19年生阔叶人工林和杉木人工林土壤碳氮储量,探讨树种对土壤碳氮库的影响.结果表明：阔叶人工林0～40 cm土层碳储量平均为99.41 Mg·hm^-2,比杉木人工林增加33.1%;土壤氮储量为6.18 Mg·hm^-2,比杉木人工林增加22.6%.阔叶人工林林地枯枝落叶层现存量、碳和氮储量分别是杉木人工林的1.60、1.49和1.52倍,两个树种的枯落叶生物量、碳和氮储量均有显著差异.枯枝落叶层碳氮比值与土壤碳、氮储量之间呈显著负相关.阔叶人工林细根生物量(0～80 cm)是杉木林的1.28倍,其中0～10 cm土壤层细根生物量占48.2%;阔叶人工林细根碳、氮储量均高于杉木人工林.在0～10 cm土层,细根碳储量与土壤碳储量具有显著正相关关系.阔叶树种比杉木的土壤有机碳储存能力更大.     

西双版纳农田弃耕后橡胶园的建立对碳的固存作用

 由于温室气体的大量排放引起的全球气候变暖等环境问题日益严重,近年来人们开始考虑通过植被和土壤的碳固存,以缓解大气中CO2浓度的升高速度,减缓温室效应的影响。有研究表明,热带原始森林的保护和人工林的建立能有效地固存大气中的碳。但是,在建立热带种植园和人工林以固存大气CO2的可行性及其碳的固存潜力大小等方面还存在较大争议。云南省西双版纳自治州是我国重要的热带地区之一,目前橡胶(Hevea brasiliensis)园的面积为1.3×105 hm2,约占该地区林地面积的14%。在本研究中,选择11块在弃耕后的农田上建立的橡胶园（定植年限为3至38年）,初步探讨了橡胶园建立后植被和土壤中碳的固存规律。两个生物量模型（唐建维等的模型和Brown模型）的模拟结果显示,橡胶园建立后植被中生物量的平均增长速率分别为10.2×103和9.4×103 kg·hm-2·a-1,40和100 cm表层土壤碳的平均固存速率分别为0.61×103和0.72×103 kg C·hm-2·a-1,植被和100 cm表层土壤中碳的平均固存速率为5.82×103和5.42×103 kg C·hm-2·a-1,而定植40年后植被和100 cm表层土壤碳的固存潜力为232.8×103和216.8×103 kg C·hm-2。对两个模型的比较结果显示,唐建维等的模型生物量计算结果明显高于Brown模型,尤其是在对中幼龄橡胶园生物量估算时更是如此。     

粤北不同经营措施对人工林年均固碳量的影响

基于粤北林农参与林业碳汇项目的人工林调查数据,分析了粤北不同经营措施对人工林年均固碳量的影响;并运用代表当地普遍经营水平所模拟的材积生长方程计算得出常规经营模式下的杉木碳储量,与参与林业碳汇项目情景所监测的杉木碳储量进行比较。结果表明,不同经营方式下的试验林的年均固碳量具体表现为VI（1.5667 t·hm^-2）-2）-2）-2）-2）-2）-2）,采用科学合理经营模式下的人工林与采用粗放经营模式下的人工林相比较,年均固碳量相对较高;试验林II、III 和IV 的年均固碳量总体呈III IV II 的趋势,而它们的林分密度总体呈III IV II 的趋势,在当地采用了更高林分密度的杉木人工林,其林分的年均固碳量反而较低;杉木的监测碳汇量与预估碳汇量相比有22%-53%的增长,参与林业碳汇项目的杉木人工林碳储量高于当地普遍经营水平的碳储量。该研究有助于了解粤北不同经营措施的人工林固碳情况以及促进林业碳汇的发展。     

不同蔬菜种植方式对土壤固碳速率的影响

近年来蔬菜地面积快速增加已成为我国农田土壤碳库变化的重要驱动因素,研究蔬菜种植方式对农田土壤固碳影响,对于揭示我国农田土壤碳库变化具有重要意义。通过实地调查与采样分析,研究了山东省苍山县3种蔬菜种植方式(大田种植、季节性大棚和长年性大棚种植)对农田土壤固碳速率影响及其随种植时间的变化规律。结果表明,3种种植方式下蔬菜地土壤有机碳含量均随种植时间的增加而增加;长年性大棚、季节性大棚和大田种植方式下0—100 cm土层土壤平均固碳速率分别达到1.44、2.73、1.60 Mg.hm-2.a-1;表层土壤(0—20 cm)平均固碳速率依次为0.64 Mg.hm-2.a-1、0.36 Mg.hm-2.a-1、0.20Mg.hm-2.a-1,3种蔬菜种植方式的土壤固碳速率存在显著差异。同样为蔬菜地,选择合理种植方式是提高农田土壤固碳速率的重要途径。     

不同施肥措施对我国南方稻田表土有机碳含量及固碳持续时间的影响

基于我国南方38个稻田试验点222个样本的表土有机碳数据,设5种施肥措施类型［无机氮肥(N)、无机氮磷肥配施(NP)、无机氮磷钾肥配施(NPK)、单施有机肥(O)和有机无机肥配施(OF)］,研究了不同施肥措施下我国南方稻田表土有机碳含量的相对年变化量和固碳持续时间.结果表明：5种施肥措施下,稻田表土有机碳含量相对年变化量集中在0～0.4 g·kg^-1·a^-1,两熟制和三熟制的表土有机碳含量相对年均增量分别为0.20和0.26 g·kg^-1·a^-1;有机肥处理(O和OF)比无机肥处理(N、NP和NPK)的表土有机碳含量相对年增量更高,其中,OF处理最高,为0.32 g·kg^-1·a^-1;随着时间的延长,土壤有机碳的累积速率逐渐降低,N、NP、NPK、O和OF处理下表土固碳持续时间分别为22、28、38、57和54年.从土壤固碳角度考虑,有机无机肥配施为我国南方稻田最佳施肥措施.     

氮沉降对森林生态系统碳吸存的影响

工业化带来的大气氮沉降增加是影响森林生态系统碳吸存的重要因素。将森林碳库分为地上和地下两部分,从3个方面综述了国内外氮沉降对森林生态系统碳吸存影响的研究现状。(1)地上部分:氮限制的温带森林,氮沉降增加了地上部分碳吸存。氮丰富的热带森林,氮沉降对地上部分碳吸存没有影响。过量的氮输入会造成森林死亡率的上升,从而降低地上部分碳吸存。(2)地下部分:相比地上部分研究得少,表现为增加、降低和没有影响3种效果。(3)目前的结论趋向于认为氮沉降促进森林生态系统碳吸存,然而氮沉降所带来的森林生态系统碳吸存能力到底有多大依然无法确定,这也将成为未来氮碳循环研究的重点问题。分析了氮沉降影响森林生态系统碳吸存的机理,介绍了氮沉降对森林生态系统碳吸存影响的4种研究方法。探讨了该领域研究的不足及未来的研究方向。     

杉木人工林C库与C吸存的动态研究

对湖南会同10年生、14年生杉木人工林C库和C吸存的动态研究结果表明,杉木人工林生态系统的C库主要由植被层、死地被物层、土壤层组成的,按其C库大小顺序排列为土壤层>植被层>死地被物层。10年生、14年生杉木林生态系统的C库分别为120.52和171.40t.hm-2,具有一定的年龄阶段和地带性特点。随着杉木林年龄的增长,乔木层C贮量的优势逐渐加强,从10年生的30.38t.hm-2增加到14年生的61.24t.hm-2,分别占总C库的25.21%和38.50%,树干C贮量占林分C贮量的比例最大,可达47.17%以上,并随杉木林年龄的增长而明显增强,分布在枝、叶、皮和根中的C贮量占48.11%以上,地上部分的C贮量占总C贮量的84.73%以上。10年生和14年生林地土壤层(0~60cm)的C库分别为88.21和108.20t.hm-2,占生态系统总C库的63.13%以上,土壤表层(0~15cm)的C储量分别占土壤总C库的36.57%和34.26%,土壤0~30cm层中的C储量分别占土壤总C库的63.44%和61.05%。地上部分C贮量与地下部分C贮量之比为10年生时为1∶3.53,14年生时为1∶2.22。10年生和14年生杉木人工林生态系统的年净固定C量分别为5.488和9.285t.hm-2.a-1。湖南省现有杉木林植被C库为0.1916×108t,潜在C库为1.4710×108t,C吸存潜力为1.2794×108t,湖南省现有杉木林植被的C库仅为其潜在C库的13.03%,低于全国水平26.46%。     

氮磷添加对杉木林土壤碳氮矿化速率及酶动力学特征的影响

以江西杉木林红壤为研究对象,开展野外长期氮(N)、磷(P)添加控制试验,设置对照(CK)、N(50kg N hm~(-2)a~(-1))、P(50kg P hm~(-2)a~(-1))、NP(50kg N hm~(-2)a~(-1)+50kg P hm~(-2)a~(-1))处理,分析N、P添加对土壤碳矿化速率(C_(min))、氮矿化速率(N_(min))和相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)动力学参数的影响。结果表明:(1)N添加明显降低了C_(min)和N_(min),比CK分别减少了25%和18%;N添加减小了NAG的潜在最大酶活性(V_(max))、半饱和常数(K_m)、催化效率(V_(max)/K_m),但差异不显著(P0.05);N添加显著增加了βG的V_(max)、K_m,但对V_(max)/K_m有抑制作用。(2)P输入(P、NP)较CK使NAG的V_(max)、K_m减小26%—60%;NP同时添加明显提高βG和NAG的V_(max)/K_m(P0.05),但P输入(P、NP)对C_(min)和N_(min)影响不显著(P0.05)。(3)C_(min)与土壤溶解性有机碳正相关,N_(min)与pH显著正相关,与土壤NH_4~+-N、NO_3~--N显著负相关;βG和NAG的V_(max)/K_m均与NH_4~+-N、NO_3~--N负相关(P0.05),K_m均与NH_4~+-N、NO_3~--N正相关(P0.05)。βG的V_(max)与NH_4~+-N、NO_3~--N正相关(P0.05),NAG的V_(max)与有机碳、全氮、全磷、有效磷负相关(P0.05)。研究结果表明,在亚热带杉木人工林中,N添加降低土壤pH,增加土壤有效氮含量,抑制βG和NAG的V_(max)/K_m,对土壤C_(min)和N_(min)产生抑制作用;而NP添加增加土壤有效磷含量,增加土壤βG和NAG的V_(max)/K_m。     

不同施肥措施对我国南方稻田表土有机碳含量及固碳持续时间的影响

基于我国南方38个稻田试验点222个样本的表土有机碳数据,设5种施肥措施类型［无机氮肥(N)、无机氮磷肥配施(NP)、无机氮磷钾肥配施(NPK)、单施有机肥(O)和有机无机肥配施(OF)］,研究了不同施肥措施下我国南方稻田表土有机碳含量的相对年变化量和固碳持续时间.结果表明：5种施肥措施下,稻田表土有机碳含量相对年变化量集中在0～0.4 g·kg^-1·a^-1,两熟制和三熟制的表土有机碳含量相对年均增量分别为0.20和0.26 g·kg^-1·a^-1;有机肥处理(O和OF)比无机肥处理(N、NP和NPK)的表土有机碳含量相对年增量更高,其中,OF处理最高,为0.32 g·kg^-1·a^-1;随着时间的延长,土壤有机碳的累积速率逐渐降低,N、NP、NPK、O和OF处理下表土固碳持续时间分别为22、28、38、57和54年.从土壤固碳角度考虑,有机无机肥配施为我国南方稻田最佳施肥措施.     

杉木人工林凋落物生态化学计量与土壤有效养分对长期模拟氮沉降的响应

凋落物分解的快慢和养分释放的速度决定了生态系统中土壤有效养分的供应。探讨全球变化条件下森林生态系统凋落物与土壤养分的变化规律,有利于深入认识凋落物-土壤相互作用的养分调控因素,从而揭示生态系统C、N、P循环。通过模拟氮沉降增加试验,分4个水平处理,分别为0、60、120、240 kg N hm~(-2)a~(-1)。模拟氮沉降13年后,分析了杉木人工林凋落物中不同组分(落叶、落枝、落果)生态化学计量与土壤有效养分(有效氮、碱解氮、速效磷、速效钾)的关系。结果表明:氮沉降(N1、N2和N3)显著提高了落叶和落枝的N含量,平均增幅分别为35.27%和32.21%;高水平氮沉降(N3)处理显著降低了落叶和落枝的C/N,平均降幅分别为25.95%和22.32%,但N3增加了落枝和落果N/P,平均增幅分别为38.4%和31.7%;氮沉降对凋落物各组分的C、P和C/P均影响不显著。氮沉降处理显著增加了土壤NO_3~--N和NH_4~+-N含量,均表现为N3N2N1N0,其中NO_3~--N含量更容易受氮沉降处理的影响,表现为更大的增幅。N2显著增加0—20 cm土层的碱解氮含量,N1显著降低0—20 cm土层的速效钾,但氮沉降对速效磷含量没有影响。凋落物生态化学计量与土壤有效养分之间的Pearson相关和冗余分析(RDA)表明,凋落物生态化学计量与土壤有效养分之间关系紧密,凋落物P含量(蒙特卡罗检验,P=0.018)和C/P比值(P=0.037)对土壤有效养分影响显著。凋落物中C/N比值、C/P比值与土壤有效养分呈显著负相关,其比值越高越不利于土壤有效养分的累积。     

施氮对不同有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢的影响

土壤微生物群落碳代谢功能既受土壤氮素水平的影响,也与土壤有机碳水平密切相关,但二者如何共同影响土壤微生物群落碳代谢功能的研究尚不多见。以我国南方广泛种植的桉树林为对象,采用野外控制实验比较研究了4种施氮处理(对照:0kg/hm2,低氮:84.2 kg/hm2,中氮:166.8 kg/hm2,高氮:333.7 kg/hm2)对有机碳水平差异显著的两桉树林样地土壤微生物群落碳代谢功能的影响,结果表明:(1)两种有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢强度和代谢碳源丰富度显著不同,高有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢强度和代谢碳源丰富度显著高于低有机碳水平桉树林(P0.01);(2)施氮显著改变了桉树林土壤微生物群落的碳代谢强度和代谢碳源丰富度(P0.05),随着施氮水平的升高,土壤微生物群落碳代谢强度和代谢碳源丰富度均呈现先增加后降低的变化规律,但是高、低有机碳水平桉树林土壤微生物群落碳代谢强度和代谢碳源丰富度对施氮梯度的响应各不相同,高、低有机碳水平桉树林的土壤微生物群落碳代谢指标分别在中氮、低氮处理中达到最高值;(3)施氮影响土壤微生物群落代谢的碳源类型主要是碳水化合物类、氨基酸类和羧酸类,土壤微生物生物量是影响土壤微生物碳代谢强度和代谢碳源丰富度的重要因素。由此可知,施氮对土壤微生物碳代谢功能影响,也与土壤本底中有机碳水平的调节有关,所以在研究土壤微生物群落对施氮等条件的响应时,不能忽略土壤中有机碳水平。     

Anthropogenic nitrogen deposition enhances carbon sequestration in boreal soils

It is proposed that carbon (C) sequestration in response to reactive nitrogen (N_r) deposition in boreal forests accounts for a large portion of the terrestrial sink for anthropogenic CO₂ emissions. While studies have helped clarify the magnitude by which N_r deposition enhances C sequestration by forest vegetation, there remains a paucity of long‐term experimental studies evaluating how soil C pools respond. We conducted a long‐term experiment, maintained since 1996, consisting of three N addition levels (0, 12.5, and 50 kg N ha^?1 yr^?1) in the boreal zone of northern Sweden to understand how atmospheric N_r deposition affects soil C accumulation, soil microbial communities, and soil respiration. We hypothesized that soil C sequestration will increase, and soil microbial biomass and soil respiration will decrease, with disproportionately large changes expected compared to low levels of N addition. Our data showed that the low N addition treatment caused a non‐significant increase in the organic horizon C pool of ~15% and a significant increase of ~30% in response to the high N treatment relative to the control. The relationship between C sequestration and N addition in the organic horizon was linear, with a slope of 10 kg C kg^?1 N. We also found a concomitant decrease in total microbial and fungal biomasses and a ~11% reduction in soil respiration in response to the high N treatment. Our data complement previous data from the same study system describing aboveground C sequestration, indicating a total ecosystem sequestration rate of 26 kg C kg^?1 N. These estimates are far lower than suggested by some previous modeling studies, and thus will help improve and validate current modeling efforts aimed at separating the effect of multiple global change factors on the C balance of the boreal region.     

草地土壤固碳潜力研究进展

土壤固碳功能和固碳潜力已成为全球气候变化和陆地生态系统研究的重点。草地土壤有机碳库,作为陆地土壤有机碳库的重要组成部分,其较小幅度的波动,将会影响整个陆地生态系统碳循环,进而影响全球气候变化。因此,深入研究草地土壤固碳功能和固碳潜力对于适应和减缓气候变化具有重要意义。在土壤固碳潜力相关概念界定基础上,结合《2006年IPCC国家温室气体清单指南》,从样点及区域尺度上综述了目前关于草地土壤固碳潜力的一般估算方法,同时对各类方法的特点及适用性进行了评述,提出了草地生态系统固碳潜力研究概念模型。最后在对草地土壤固碳的影响因素及固碳措施总结的基础上,阐明了草地土壤有机碳固定研究中存在的问题和发展前景。     

Vegetation carbon sequestration in Chinese forests from 2010 to 2050

Forests store a large part of the terrestrial vegetation carbon (C) and have high C sequestration potential. Here, we developed a new forest C sequestration (FCS) model based on the secondary succession theory, to estimate vegetation C sequestration capacity in China's forest vegetation. The model used the field measurement data of 3161 forest plots and three future climate scenarios. The results showed that logistic equations provided a good fit for vegetation biomass with forest age in natural and planted forests. The FCS model has been verified with forest biomass data, and model uncertainty is discussed. The increment of vegetation C storage in China's forest vegetation from 2010 to 2050 was estimated as 13.92 Pg C, while the average vegetation C sequestration rate was 0.34 Pg C yr^?1 with a 95% confidence interval of 0.28–0.42 Pg C yr^?1, which differed significantly between forest types. The largest contributor to the increment was deciduous broadleaf forest (37.8%), while the smallest was deciduous needleleaf forest (2.7%). The vegetation C sequestration rate might reach its maximum around 2020, although vegetation C storage increases continually. It is estimated that vegetation C sequestration might offset 6–8% of China's future emissions. Furthermore, there was a significant negative relationship between vegetation C sequestration rate and C emission rate in different provinces of China, suggesting that developed provinces might need to compensate for undeveloped provinces through C trade. Our findings will provide valuable guidelines to policymakers for designing afforestation strategies and forest C trade in China.