黄土丘陵区退耕还林地刺槐人工林碳储量及分配规律

采用样地调查与生物量实测方法,研究了甘肃黄土丘陵区不同坡向(阳坡、阴坡)和退耕年限(退耕5a、8a和11a)刺槐人工林乔木不同器官、灌草层、枯落物层和土壤层的碳含量,以及刺槐人工林乔木层、灌草层、枯落物层和土壤层碳储量及其分配特征。结果表明:刺槐不同器官碳含量均值变化范围为43.02%—50.89%%,从高到低排列顺序为树干细枝中枝粗枝叶根桩大根粗根小根中根树皮细根;灌木层碳含量为35.76%—42.74%;草本层碳含量为35.83%—43.64%;枯落物层碳含量为39.55%—41.77%;土壤层(0—100 cm)碳含量均值变化范围0.22%—0.99%,随退耕年限增加而增大,土壤深度的增加而逐渐下降。刺槐人工林生态系统碳库空间分布序列为土壤层(0—100 cm)植被层枯落物层。阳坡和阴坡退耕5a、8a、11a刺槐林生态系统碳储量分别为52.52、58.93、73.72 t/hm2和49.95、61.83、79.03 t/hm2。退耕年限和坡向是影响刺槐人工林碳储量增加的主要因素。刺槐人工林具有良好的固碳效益,是黄土丘陵区的理想树种。     

湖南省杉木人工林生态系统碳储量分配格局及固碳潜力

人工林生态系统碳储量的空间分配格局对全球陆地碳循环有重要的影响,但湖南省杉木人工林生态系统碳储量的分配格局并不清楚。本研究在湖南省样地野外调查的基础上,结合第八次全国森林资源清查的结果,计算出湖南省杉木人工林生态系统的碳储量空间分布格局。结果表明:杉木人工林生态系统碳密度随着林龄增加而增加,幼龄林、中龄林和成熟林分别为125.70、138.57、193.72 Mg·hm~(-2);其中,幼龄林、中龄林和成熟林的植被生物量碳密度分别为18.72、38.86、62.48 Mg·hm~(-2);土壤碳密度随着林分发育先降低后增加,幼龄林为105.49 Mg·hm~(-2)、中龄林为97.23 Mg·hm~(-2)、成熟林126.7 Mg·hm~(-2);湖南省杉木人工林生态系统碳储量为307.48 Tg,其中幼龄林为90.57 Tg,中龄林为91.87 Tg,成熟林为125.31 Tg;湖南省杉木人工林生态系统的固碳潜力为85.56 Tg,其中,植被固碳潜力为47.19 Tg,土壤的固碳潜力为34.82 Tg。确定杉木人工林固碳潜力有助于量化人工林对碳汇的贡献及其制定实现潜力的森林经营管理措施。     

青海省森林乔木层碳储量现状及固碳潜力

为阐明青海省森林生态系统乔木层植被碳储量现状及其分布特征, 该研究利用240个标准样地实测的乔木数据, 估算出青海省森林生态系统不同林型处于不同龄级阶段的平均碳密度, 并结合青海省森林资源清查资料所提供的不同龄级的各林型面积, 估算了青海省森林生态系统乔木层的固碳现状、速率和潜力。结果表明: 1) 2011年青海省森林乔木层平均碳密度为76.54 Mg·hm ^-2, 总碳储量为27.38 Tg。云杉(Picea spp.)林、柏木(Cupressus funebris)林、桦木(Betula spp.)林、杨树(Populus spp.)林是青海地区的主要林型, 占青海省森林面积的96.23%, 占青海省乔木层碳储量的86.67%, 其中云杉林的碳储量(14.78 Tg)和碳密度(106.93 Mg·hm ^-2)最高。按龄级划分, 乔木层碳储量表现为过熟林>中龄林>成熟林>近熟林>幼龄林。2)青海省乔木层总碳储量从2003年的23.30 Tg增加到2011年的27.38 Tg, 年平均碳增量为0.51 Tg·a ^-1。乔木层固碳速率为1.06 Mg·hm ^-2·a ^-1, 其中柏木林的固碳速率最大(0.44 Mg·hm ^-2·a ^-1); 桦木林的固碳速率为负值(-1.06 Mg·hm ^-2·a ^-1)。3)青海省乔木层植被固碳潜力为8.50 Tg, 其中云杉林固碳潜力最高(3.40 Tg)。该研究结果表明青海省乔木层具有较大的固碳潜力, 若对现有森林资源进行合理管理和利用, 将会增加青海省森林的碳固存能力。     

黄土丘陵区油松人工林生态系统碳密度及其分配

以子午岭林区油松(Pinus tabulaeformis)人工林为研究对象,通过野外调查与室内分析,探讨了幼龄9a、中龄23a、近熟33a和成熟47a等不同林龄林分的生物量、含碳率、碳密度及其时空分布特征。结果表明:(1)油松林各群落平均生物量大小排序为:乔木层(76.12 t/hm2)枯落物层(14.56 t/hm2)林下植被层(3.66 t/hm2)。乔木层生物量随林龄增大而持续增加,各器官中树干所占比例最大(38%—46%),其次为叶和根,枝和皮所占比例最小;林下植被层生物量随林龄增大呈先降低后增加趋势;枯落物层生物量随林龄增大则明显增加。(2)油松乔木、林下灌木、草本、枯落物平均含碳率依次为50.2%、44.5%、43.8%和40.6%。林龄对乔木各器官含碳率无显著影响,不同器官之间含碳率存在显著性差异,具体表现为叶(53.3%)枝(51.4%)皮(50.6%)干(49.8%)根(47.3%);灌木各器官含碳率表现为枝(46.0%)叶(44.8%)根(42.5%),草本则是地上(45.2%)地下(40.2%)。土壤(0—100 cm)含碳率在0.3%—2.7%之间,且具有明显的垂直分布特征:表层含碳率高,并随土壤深度的增加逐渐降低。(3)9、23、33和47年生油松林生态系统碳密度分别为70.49、100.48、167.71和144.26 t/hm2,其空间分布序列表现为土壤层植被层枯落物层,且植被层和土壤层是油松人工林的主要碳库。林龄是影响油松林木及群落碳密度积累的主导因子之一。随林龄增加,土壤碳密度所占生态系统碳密度份额逐渐降低,乔木层和枯落物层则逐渐增加。     

安徽省森林碳储量现状及固碳潜力

为阐明安徽省不同林龄的森林生态系统的碳储量现状, 以及现有自然环境条件下顶极森林生态系统的固碳潜力, 采用野外样地调查和BIOME4模型方法对此进行研究。安徽省森林生态系统的现状总碳储量为714.5 Tg C, 其中植被碳402.1 Tg C、土壤碳312.4 Tg C。从幼龄林至过熟林的生长过程中, 森林生态系统的总碳密度和植被碳密度都呈现增长趋势。但土壤碳密度从幼龄林至近熟林阶段呈增加趋势, 近熟林以后出现减少趋势。安徽省幼龄林和中龄林占森林总面积的75%, 若幼、中龄林发展到近熟林阶段, 将增加125.4 Tg C。BIOME4模拟显示: 当森林发展到气候顶极森林时, 安徽省森林生态系统将增加245.7 Tg C, 即总固碳潜力包括植被固碳153.7 Tg C, 土壤固碳92.0 Tg C。     

甘肃省5种典型人工林生态系统固碳现状与潜力

基于野外调查与室内实测数据,结合第八次全国森林资源清查资料,分析了甘肃省5种典型人工林生态系统(刺槐、杨树、油松/华山松、落叶松及云杉林)森林生态系统碳密度、碳储量,并估算了乔木层固碳潜力.结果表明: 5种典型人工林生态系统平均碳密度和总碳储量分别为139.65 t·hm^-2和85.78 Tg,不同人工林类型之间差异较大.不同龄组间碳密度表现为近熟林(250.70 t·hm^-2)最大,其次是成熟林(175.97 t·hm^-2)和中龄林(156.92 t·hm^-2),幼龄林(117.56 t·hm^-2)最低.碳储量表现为幼龄林(45.47 Tg)>中龄林(19.54 Tg)>成熟林(11.84 Tg)>近熟林(8.93 Tg),幼中龄林碳储量占总碳储量的75.9%.5种典型人工林乔木层现实固碳潜力合计为7.27 Tg,刺槐林(2.49 Tg)和杨树林(2.10 Tg)最大;各龄组中,幼龄林现实固碳潜力最大(3.78 Tg),其次是中龄林(2.04 Tg),近熟林最小(0.45 Tg).5种典型人工林乔木层最大固碳潜力达27.55 Tg,表现为刺槐林(9.42 Tg)>落叶松林(6.22 Tg)≈云杉林(6.36 Tg)>杨树林(3.18 Tg)>油松/华山松林(2.37 Tg);其中,幼、中龄林最大固碳潜力分别为18.48和6.89 Tg,占总最大固碳潜力的92%.     

黄土丘陵区三种典型退耕还林地土壤固碳效应差异

探讨了黄土丘陵区退耕种植10—40a的柠条、沙棘及刺槐林地土壤总有机碳库及其活性组分密度随退耕时间、土层分布及相对比例的变化差异。结果表明:100 cm深土壤碳库在退耕10a时仅柠条林地碳库未比坡耕地显著增加,但退耕20—40a3种林地比退耕10a时都已有显著增加,且增幅均为刺槐>沙棘>柠条,其中总有机碳的最大增幅分别达到90.92、27.87、14.89Mg/hm2,活性有机碳的分别达到30.28、10.51、9.67 Mg/hm2。各还林地碳库增加在退耕10a时主要来自0—40 cm浅层土,而40—100 cm深层土碳库到退耕20a起才开始显著增加。对比退耕10a时,到退耕40a时柠条、沙棘及刺槐林地0—20 cm表层土分别平均累积了35.4%、27.9%、27.1%的总有机碳,20.2%、45.1%、23.1%的活性有机碳,而20—100 cm各土层间对碳库累积比例大小变化无一致规律,平均每20 cm厚土层累积了17.4%的总有机碳和17.6%活性有机碳。并且相比坡耕地,各林地均使100 cm深土壤活性有机碳占总有机碳的比例提高,改良了碳库质量。综上分析,长期退耕下3种林地固碳效应有明显差异,以刺槐林地碳累积效应较强。     

黄土丘陵区土壤有机碳固存对退耕还林草的时空响应

研究了黄土丘陵区土壤有机碳固存对退耕还林草的时空响应特征,分析了退耕还林草对土壤有机碳的近期影响和长期效应。结果表明,1)从黄土丘陵区退耕还林草的土壤固碳效应整体而言,相对于坡耕地,退耕还林和退耕撂荒具有显著的土壤碳增汇效应,而退耕还草、退耕还果没有明显土壤碳增汇效应。以天然草地土壤有机碳密度为目标,撂荒地表层土壤有机碳增汇潜力可达8.3 t/hm2。2)以10a为界,退耕还林草的近期土壤碳增汇效应不明显,而10a后土壤碳增汇效应逐渐明显,退耕还林、还灌、撂荒和坡耕地的固碳效应差异显著。3)在评估黄土丘陵区退耕还林草的土壤固碳效应时应当注重长期固碳效应。4)退耕还林草的土壤固碳效应主要受还林草方式及年限的影响,二者分别可解释55.6%和24.1%的有机碳变异性;地形因子可解释8.5%的有机碳变异性。在评估该区退耕还林的土壤固碳效应时应当充分考虑退耕年限和地形因子的影响。5)人工刺槐林地、人工柠条林地以及撂荒地深层土壤(100—200 cm)有机碳密度占2 m土体有机碳密度的35%—40%,而且随着植被恢复深层土壤有机碳密度显著增加。6)在估算黄土丘陵区退耕还林土壤固碳效应时应该考虑深层碳累积。如果按1 m土层的土壤有机碳密度计算,会严重低估退耕还林草的土壤固碳量。     

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。     

黄土丘陵区植被恢复对深层土壤有机碳的影响

以恢复9、15、24a和34a的刺槐林为研究对象,探究黄土丘陵区深层土壤有机碳(SOC)积累以及对植被恢复的响应。区域深层土壤(50-200cm)SOC含量高达1.35-2.39g·kg-1,约为浅层土壤(0-50cm)SOC含量的25%;深层土壤SOC储量高达26.28-46.50t.hm-2,占2m土层SOC储量的50%以上,显著高于浅层SOC储量;植被恢复20多年后与恢复9a相比,深层SOC含量和储量都有极显著提高。2m土层SOC含量随植被恢复20多年后较9a提高1倍左右;2m土层SOC储量增幅为43.02.thm-2(9-34a),明显高于1m土层SOC储量增幅34.65t.hm-2(9-34a)。浅层土壤中的0-30cm相邻土层间SOC含量差异显著,而深层SOC含量较稳定。深层SOC含量与刺槐盖度、基径、高度呈极显著正相关。在评价黄土丘陵区植被恢复的土壤固碳效应时应充分考虑深层土壤有机碳储量和变化。     

采伐对豫西退耕还林工程固碳的影响

以豫西退耕还林工程重点县嵩县为研究对象,收集了嵩县2002—2010年退耕还林工程逐年实施的造林面积、树种等数据,利用合适的人工林蓄积量生长方程和和中国退耕还林后的土壤有机碳变化的研究结果,结合各树种的木材密度、生物量扩展因子、碳含量等参数,在采伐和无采伐两种情景模式下对其退耕还林工程在2002—2050年的碳储量及其变化进行估算。结果表明:2010年,工程林总碳储量为0.470 Tg(Tg=10~(12)g),工程实施期间,工程前期碳储量高于后期;土壤有机碳库在2002—2010年期间年固碳量均为负值,表现为碳排放,2011年后土壤年固碳量开始增加;在两种情境模式下,工程林年固碳量最高峰都在2015年,2033年以后采伐情景的年固碳量大于无采伐情景。预计到2020、2030、2040和2050年,嵩县退耕还林工程在无采伐情境下的固碳增汇潜力分别为0.760、1.464、1.852和1.985 Tg,在采伐情景下的固碳增汇潜力分别为0.760、1.240、1.657和2.000 Tg,从长时间来看,豫西退耕还林工程林在采伐情景下具有较大的碳汇潜力,因此,对退耕还林工程林实施适度的采伐可以提高工程的碳汇能力。     

黄土高原不同气候区刺槐林恢复年限对水、碳及植物多样性的影响

分析植被恢复对黄土高原人工林生态系统服务的影响,对黄土高原新一轮植被恢复和可持续发展有重要意义。通过文献搜索对已发表的92篇文献中的241组对照试验结果运用整合分析方法,以黄土高原不同气候区内不同恢复年限的刺槐林为代表,选取土壤水分、碳和植物多样性三个指标评价黄土高原刺槐林的生态系统服务变化。结果表明:与对照相比,种植刺槐林后整体上显著提高了土壤碳储量和植物多样性,相对增长率分别为81.30%和32.60%(P<0.05),而土壤储水量显著下降,相对变化率为-35.58%(P<0.05);半湿润地区土壤储水量相对变化率(-22.98%)(P<0.05)和植物多样性相对增长率(149.1%)(P<0.05)显著高于半干旱地区,土壤碳储量相对增长率(57.21%)(P<0.05)低于半干旱地区;刺槐林土壤储水量、碳储量和植物多样性的相对变化率随恢复年限增加依次为-27.57%、-41.80%、35.92%,16.84%、78.58%、156.27%和51.38%、26.37%、27.56%。     

黄土高原中西部刺槐人工林生态系统碳密度及其影响因子

为阐明黄土高原中西部刺槐人工林碳密度区域分布特征及其主要影响因子,基于野外样地调查和室内样品分析估算了黄土高原中西部4个栽培区域的刺槐人工林生态系统碳密度及其分布特征,并利用相关性分析和主成分分析分析了影响生态系统碳密度的主要因子(林分、地形、土壤和气候等)。结果表明:调查区5个林龄的刺槐人工林生态系统生物量为34.13—133.08t/hm~2,不同区域之间各组分生物量存在显著性差异。植被层平均碳含量为221.93—454.67 g/kg,总体上表现为乔木层平均碳含量高于灌、草层,枯落物层平均碳含量最低,不同区域乔木、灌木、草本平均碳含量均存在显著性差异。刺槐人工林生态系统碳密度均值为106.86 t/hm~2,其中土壤层碳密度占刺槐人工林生态系统总碳密度的64.09%,是刺槐人工林生态系统碳密度的主要组成部分。植被层碳密度为38.68 t/hm~2,其中乔木层碳密度(33.88 t/hm~2)占植被层碳密度的87.58%,灌木、草本、枯落物所占比例依次为1.98%(0.77 t/hm~2)、2.00%(0.77 t/hm~2)、8.43%(3.26 t/hm~2)。不同区域土壤、生态系统碳密度均存在显著性差异。相关性分析和主成分分析表明,刺槐人工林生态系统碳密度与林龄、降水量呈显著正相关关系,与林分密度、平均气温、海拔和坡度的相关关系不显著,上述林分因子、地形因子和环境因子转化的主成分方差累积贡献率为91.07%,其中林龄和降水量是影响刺槐人工林生态系统碳密度的主要因子,方差贡献率为37.22%。     

黄土高原南北样带刺槐林土壤碳、氮、磷生态化学计量特征

为了解黄土高原南北样带刺槐林土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）化学计量特征,采集了黄土高原南北样带上12个典型样点的刺槐林土壤,测定了土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量并分析其生态化学计量特征。结果表明：刺槐林土壤SOC、TN、TP含量均随降水量降低而降低,且土壤SOC与TN的空间变化具有一致性;土壤SOC、TN、TP及其生态化学计量比与降雨量呈显著正相关（P < 0.05）,且TN、C：P、N：P与土壤含水量也呈显著正相关（P < 0.05）。     

北长山岛森林乔木层碳储量及其影响因子

人工林是庙岛群岛典型的陆地生态系统的组成部分,对维护海岛地区生态环境具有重要作用。采用现有生物量相对生长方程和样地调查数据相结合的方法,以庙岛群岛中北长山岛为研究区,对海岛黑松纯林与黑松×刺槐混交林两种林型的碳储量进行了估算,并分析了土壤质地及其理化性质对海岛乔木层碳储量的影响。结果表明:黑松乔木层平均碳储量为84.00 t/hm²,接近于世界平均水平(86.00 t/hm²);黑松×刺槐混交林乔木层平均碳储量为29.60 t/hm²,高于山东省乔木层的平均碳储量(27.62 t/hm²)。应用因子分析法研究影响乔木层碳储量的主要因子,结果表明:土壤质地、pH值、含水量及含盐量是影响海岛乔木碳储量重要的影响因子。北长山岛土壤全氮、总磷、土壤有机质、碳氮比等其他理化性质对乔木层碳储量影响不是非常明显。     

气候变化驱动下黄土高原刺槐林气候适宜性和脆弱性

刺槐是黄土高原乡土树种,具有优良的水土保持和固碳功能。黄土高原生态恢复实践中实施了大规模的植树造林,刺槐林面积占沟壑丘陵区人工植树造林面积90%以上。由于种植时没有考虑刺槐的气候适宜性,一些地区的刺槐林出现了退化现象。采用最大熵模型,在0.5km×0.5km空间精度上分别模拟了1961—1990、1966—1995、1971—2000、1976—2005、1981—2010,以及2100年(典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5气候情景下)黄土高原刺槐的气候适宜性和敏感性。模拟结果显示：黄土高原刺槐分布及其动态变化主要受到最冷月温度、极端低温、降水量、年辐射量等气候因子影响,低温(最冷月温度、极端低温)是影响刺槐的最关键因子。黄土高原西北和北部广大地区,自然环境条件不适合刺槐林生长;黄土高原东南部(关中平原和山西南部)比较适合刺槐生长。相对1961—1990年,1961—2010年期间刺槐林适宜区分布格局基本没有改变,RCP4.5和RCP8.5气候情景下刺槐林适宜区分布格局也没有显著改变。图层叠加分析发现,刺槐的气候适宜度(即存在概率)发生了明显改变。黄土高原西部和北部属于不适宜刺槐生...     

Effect of land use conversion on soil organic carbon sequestration in the loess hilly area, loess plateau of China

Changes in land use may alter land cover, which results in carbon stock changes in biomass as well as in the soil. In China’s loess plateau, vegetation restoration has been conducted since 1950s to control soil erosion and improve the ecosystem, with significant investment of money and manpower. Despite these efforts, soil erosion has still been severe. To reduce soil erosion and improve land quality, China initiated another state-funded project, Grain-for-Green, in 1999 in the loess plateau. However, it is not clear how effective this newly initiated project will be. In this study, we evaluated the effect of land-use conversion on soil organic carbon (SOC) and the potential effect of the current project on SOC sequestration in the Anjiapo catchment area of the loess hilly area of the loess plateau in China. This evaluation is based on SOC measurements in cropland versus in other converted land use types. We found that SOC sequestration mainly occurred in the surface soil after land use conversion took place. Land use conversion from cropland to shrubland or wild grassland (i.e. undisturbed land) was better for SOC sequestration than tree plantation in the semi-arid loess hilly area. By using the land use change in the study area as a scenario, the potential contribution of land use change on SOC sequestration due to the Grain-for-Green project was estimated. It was found that this project in the loess plateau of China would be helpful for SOC sequestration if successfully implemented.