山西森林生态系统碳密度分配格局及碳储量研究

【摘要】由于人类大量使用化石能源资源等原因,导致了全球气候逐渐变暖,极大的威胁着人类生存,气候变化已经成为全世界各国共同面对的严峻挑战。而森林被称为陆地最大的“碳储库”和最经济的“吸碳器”,对全球碳循环起着重要的调节和控制作用,因此森林碳循环也成为全球气候变化研究的热点。估计区域森林生态系统碳储量也是森林生态系统碳循环研究的热点之一。本文以山西省森林生态系统为研究对象,基于自建异速生长方程,研究了不同起源、不同龄组林分生态系统各组成部分(乔木层、灌木层、草本层、枯落物层、土壤层)及各器官的碳含量、生物量、碳密度和分配格局,估算并分析了山西森林生态系统的碳储量及其动态变化。主要研究结果如下：(1)山杨和辽东栎各器官生物量拟合的最优模型形式均为CAR(ConstantAllometricRatio)型,而油松和侧柏各器官生物量拟合最优模型形式则均为VAR(VariableAllometricRatio)型,研究基于树木胸径(DBH)的山杨、油松、侧柏和辽东栎各器官单变量模型可解释量均达到或超过了90%。山杨的地下生物量占21%,地上生物量占79%,油松地下生物量占19.18%,地上生物量占80.82%,侧柏地下生物量占28.37%,地上生物量占71.63%,辽东栎地下生物量占30.09%,地上生物量占69.91%。(2)山西省森林无论是起源还是龄组,各器官碳含量、林分平均碳含量均有差异,针叶树种(林分)和阔叶树种(林分)差异明显,针叶树种(林分)碳含量普遍高于阔叶树种(林分),人工林普遍高于天然林。针叶林林分平均碳含量为475.61g/kg,阔叶林林分平均碳含量为468.72g/kg,小于50.00%,大于45.00%,山杨林、油松林、侧柏林、辽东栎林、落叶松林、刺槐林和白桦林平均碳含量分别为460.47g/kg、476.08g/kg.477.03g/kg.472.08g/kg.446.66g/kg.464.85g/kg和501.33g/kg,林分总体平均碳含量为472.17g/kg。(3)山西森林乔木层平均生物量和碳密度分别为81981.62kg/hm2和38849.91kg/hm2。乔木干的生物量和碳密度均最大,分别占整个乔木层的41.51%-58.64%和41.37%-58.79%,乔木层碳分配比例干>根>枝>叶,地上部分占乔木层碳密度的77.57%；灌木层、草本层和枯落物层的碳密度平均分别占生态系统碳密度的0.09%、0.11%、1.54%,合计占生态系统的1.74%,灌木层碳主要分配在枝上,草本层叶和枝的碳则平均分配；土壤层(0-100cm)平均碳密度为96229.96kg/hm2,平均占到生态系统的70.00%,土壤碳主要集中在0-50cm以上的土体中。山西森林生态系统生物量和碳密度平均分为91981.10kg/hm2和137472.14kg/hm2。(4)山西省4次森林资源连续清查森林生态系统总碳储量呈线性增长规律,分别为197.13Tg(1995年)、218.15Tg(2000年)、238.73Tg(2005年)、253.66Tg(2010年),平均每年固碳3.77Tg,年均增长率为1.61%。天然林总碳储量189.92Tg,平均每年固碳2.69Tg,人工林总碳储量63.74Tg,平均每年固碳1.08Tg。辽东栎和油松生态系统合计碳储量平均占山西总碳储量的54.78%,是山西省森林生态系统固碳的主力军,天然辽东栎林、油松林和白桦林生态系统合计碳储量平均占天然林总碳储量的79.69%,人工油松林和山杨林生态系统合计碳储量平均占人工林总碳储量的69.99%。(5)山西省森林生态系统乔木层、灌木层、草本层、枯落物层和土壤层碳储量分别为90.38Tg、0.24Tg、0.21Tg、5.80Tg和157.02Tg,天然林乔木层、灌木层、草本层、枯落物层和土壤层碳储量分别为68.86Tg、0.21Tg、0.15Tg、5.182Tg和115.52Tg,人工林乔木层、灌木层、草本层、枯落物层和土壤层碳储量分别为21.52Tg.0.03Tg、0.07Tg、0.61Tg和41.50Tg。土壤层是生态系统固碳的主要层次,其次是乔木层,枯落物层、灌木层和草本层合计碳储量虽所占的比例虽较小,但如果忽略,将造成碳储量估算的不精确。(6)山西森林生态系统碳储量主要以近熟林(81.71Tg)、中龄林(78.38Tg)和幼龄林(53.54Tg)为主,三者合计占山西森林生态系统总碳储量的84.23%；山西省天然林生态系统碳储量主要以近熟林(68.18Tg)和中龄林(58.45Tg)为主,两者碳储量合计占天然林生态系统总碳储量的66.67%；人工林生态系统碳储量主要以中龄林(19.94Tg)和幼龄林(19.25Tg)为主,两者碳储量合计占人工林生态系统总碳储量的61.48%。(7)预计到2015年,山西省森林生态系统总碳储量为274.47Tg,其中乔木层98.09Tg,灌木层0.262Tg,草本层0.222Tg,枯落物层6.287Tg,土壤层169.60Tg。随天然林保护工程的开展,山西省天然林得到充分的保护,天然森林生长健康和自然演替更新良好,同时近年来山西省加大人工林种植面积,加之对人工林进行抚育更新,人工林生长与演替良好。总体上山西森林在全国森林碳储量中扮演着重要的角色并发挥了重要的碳汇功能。
【作者】王宁；
【导师】王百田；
【作者基本信息】北京林业大学，生态环境工程，2014，博士
【关键词】异速生长方程；生物量；碳含量；碳密度；分配格局；森林生态系统；

【参考文献】
[1]于雪龙.基于JBPM的工作流管理平台的设计与实现[D].北京邮电大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[2]李大杰.山东省工业结构调整升级研究[D].山东财经大学,政治经济学,2013,硕士.
[3]刘胜.一个水稻‘斑马叶’叶色突变体基因zebra leaf 2（zl2）的图位克隆[D].杭州师范大学,遗传学,2013,硕士.
[4]姚海根.图文信息处理纵横谈(二)[J].出版与印刷.1995(03)
[5]徐芳.XXX软件公司质量管理体系建设的研究[D].吉林大学,工商管理,2012,硕士.
[6]陈杰.轨道交通建设安全管理有效性研究[D].石家庄经济学院,工商管理,2014,硕士.
[7]孙晶.基于并行计算的移动通信网络定位研究[D].北京邮电大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[8]阎巧,谢维信.异常检测技术的研究与发展[J].西安电子科技大学学报,2002,01:128-132.
[9]刘阳.间隔层对超硬碳基涂层结构和性能的影响[D].中国地质大学（北京）,材料科学与工程,2013,硕士.
[10]梁红.城市化背景下青岛城市森林植被多样性格局成因及其维持[D].华东师范大学,生态学,2014,博士.
[11]徐瑶.几种果壳活性炭的制备及微波催化降解双酚A的比较研究[D].辽宁大学,环境科学,2012,硕士.
[12]李琳.含硫脲基对称与不对称双Schiff碱及其配合物研究[D].华东师范大学,无机化学,2004,硕士.
[13]王彩红.组蛋白H3K27三甲基化和乙酰化调控小鼠胚胎发育能力的研究[D].安徽大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[14]卡夫（InnocentKafodya）.弯曲和水环境耦合作用下CFRP拉挤板材耐久性能研究[D].哈尔滨工业大学,结构工程,2014,硕士.
[15]叶君谨.基于全固态离子选择性电极分析性能的改善研究[D].吉林大学,2014.
[16]邹涛.智能网络入侵检测系统关键技术研究[D].国防科学技术大学,2004.
[17]王玮蔚.蛋白核小球藻碳酸酐酶基因筛选及环境因素对其调控的研究[D].宁波大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[18]马贞.论契丹金属面具[D].内蒙古大学,考古及博物馆学,2014,硕士.
[19]邹肇村.宝钢三期焦炉加热控制系统[J].冶金自动化,1999,05:16-19+24.
[20]肖琼.电网规划的方法和关键技术研究[D].华中科技大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[21]付浦君.基于信息化的供应链协同物流管理研究[D].北京林业大学,企业管理,2013,硕士.
[22]吴铭.低碳经济背景下浙江省产业结构优化实证研究[D].浙江大学,产业经济学,2013,硕士.
[23]宋丹丹.重组HER2胞外段的表达及其卵黄抗体的制备[D].吉林大学,免疫学,2013,硕士.
[24]孟凡立.社会养老服务体系中的政府责任[D].华中科技大学,法律,2013,硕士.
[25]陈金玉.碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的制备及力、热性能影响机理[D].哈尔滨理工大学,2014.
[26]顾涛.新型无卤阻燃环氧树脂层压板的制备及性能研究[D].东华大学,化学工程（专业学位）,2014,硕士.
[27]李秋元.A公司战略绩效管理系统构建研究[D].浙江工业大学,2013.
[28]欧阳星峰.计量泵数显装置及自动控制系统的研究与开发[D].浙江工业大学,2007.
[29]刘乃臻.章学诚学论研究[D].复旦大学,中国哲学,2012,硕士.
[30]陈颖.《俄狄浦斯王》的符号学解读[D].西北民族大学,比较文学与世界文学,2012,硕士.
[31]祝琳.操作系统对流媒体QoS支持技术研究[D].华东师范大学,系统分析与集成,2002,硕士.
[32]艾青,刘华,夏新林,韩杰才.高温复合隔热结构组成对其瞬态热特性的影响[J].化工学报.
[33]王学惠.并行程序解析性能模型的自动生成技术研究[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2014,硕士.
[34]王永东.放牧补饲和休牧舍饲对绒山羊母羊生产性能及营养物质消化的影响[D].内蒙古农业大学,动物营养与饲料科学,2013,硕士.
[35]贺美.荆州市农村公路建设问题研究[D].华中科技大学,行政管理,2012,硕士.
[36]朱凤,郗鑫鑫.疗养用房功能定位及室内环境营造研究[J].设计,2014,07:51-52.
[37]王腾.中国海洋经济发展效率及其可持续性研究[D].华中师范大学,区域经济学,2013,硕士.
[38]李峤.计算机考试系统自动阅卷的研究与实现[D].东北师范大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[39]李长胜.基于灰色理论的CFB-FGD过程的脱硫效率预报[D].东北大学,控制理论与控制工程,2010,硕士.
[40]杨婕.养阴清热、化瘀解毒法治疗EGFR-TKIs相关皮疹的临床研究[D].北京中医药大学,中西医结合临床,2013,硕士.
[41]武世捷,翟桂萍.发展多媒体广播的三要素[J].中国传媒科技.2003(04)
[42]王海元.微爆破预处理对杉木、刺槐渗透性和干燥特性的影响[D].北京林业大学,木材科学与技术,2013,硕士.
[43]高立彬.中小规模工程项目质量提升研究[D].西南交通大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[44]李英.日本高等教育大众化研究[D].河北大学,比较教育学,2003,硕士.
[45]斯琴.企业社会责任与员工幸福感的关系研究[D].大连海事大学,企业管理,2014,硕士.
[46]高波,张卫信,刘素萍,邵元虎,熊燕梅,周存宇,傅声雷.西土寒宪蚓和三叉苦植物对大叶相思人工林土壤CO_2通量的短期效应[J].植物生态学报,2010,11:1243-1253.
[47]代朋.基于PMS的船舶机械维修决策研究[D].大连海事大学,船舶与海洋工程,2013,硕士.
[48]岳宏亮.转录因子结合位点位置频率矩阵的聚类方法研究[D].西安电子科技大学,计算机软件与理论,2011,硕士.
[49]刘丽娜.基于低秩约束的随机缺失地震数据重建[D].哈尔滨工业大学,应用数学,2014,硕士.
[50]黄建.大学生篮球运动员球商构成诸因素分析[D].湖南师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.