小流域防护林碳汇效应及空间配置研究

【摘要】大气中温室气体浓度的上升引起的全球气候变化,严重地威胁着人类的生存与经济社会的可持续发展,并已成为各国政府和科学家关注的重大环境问题。因此,有效减缓全球变暖是当前重要的生态任务之一。森林作为陆地最大的碳库,森林碳汇已被认为是减缓全球变暖的一种较好选择。防护林作为森林资源的重要组成部分,在生态环境保护和重建中发挥着巨大的作用。目前大规模营造的防护林多数因树种选择不合理、造林密度过高、空间配置不合理等特点,使防护林不能充分发挥其生态功能及碳汇功能。本文以赤峰市敖汉旗黄花甸子小流域防护林为研究对象,在全面调查小流域境内不同立地条件、不同林分类型的前提下,分析了小流域主要林分类型的碳汇效应及固碳潜力；利用干扰指数来定量描述林分结构,分析林木生长因子与碳汇功能的关系;研究了小流域典型农田防护林网与林网内作物固碳耦合效应。以此为基础,提出小流域以碳汇功能最大为目标,兼顾生态、经济及社会效益协调发展的小流域防护林空间配置模式。以期为内蒙古中东部的生态环境建设提供科学依据,为进-步制定造林固碳政策技术措施提供科学指导,为政府参与国际全球气候变化的谈判提供一个案例研究和科学根据。通过研究得出以下结论：1.对不同林龄、主要林分类型的防护林固碳效应进行研究后得到：植被层碳储量及固碳潜力最大(乔木层>灌木层),其次为土壤层,最小为凋落物层；以成熟林为参照,林木及生态系统固碳潜力具体表现为小叶杨林>白榆林>油松林>山杏林>沙棘林>柠条林；林木平均碳汇速率峰值分别出现在小叶杨的幼龄期、油松和白榆的中龄期,山杏、沙棘的10a及柠条的6a。为使林分向健康稳定的方向发展,同时使林分充分发挥其碳汇功能,当林木超过各自速生期之后,应给予必要的抚育管理措施。2.利用竞争理论分析林木生长因子与碳汇功能的关系后得到：在林龄相同,立地条件相似的条件下,林分密度是制约林木生长的主要因素；密度较大的林分,林木干扰指数较大,林木生物量碳储量则较小；密度在很大程度上决定了林分内部结构,从而决定了林分碳储量结构,所以,在防护林空间配置时应考虑林分密度。3.对黄花甸子小流域典型农田防护林网与林网内作物生物量碳储量及作物产量的耦合效应研究后得到：农田防护林网的营建有利于林网内碳储量和作物产量的提高；视农田林网为一个单元,该单元内生态系统碳储量及作物产量仍高于对照,表明小流域典型农田防护林网的设计规格是合理的,该结构模式的农田防护林网可为黄花甸子小流域防护林空间配置时提供指导。4.经以碳汇目标最大,兼顾三大效益协调发展的防护林空间水平配置后得到,耕地、林地、草地、建设用地及未利用地面积的合理比例为3.6：4.8：0.4：0.5：0.8;防护林,经济林,用材林及特用林面积的合理比例为3.4：2.9：2.6：1.2；小叶杨纯林、白榆纯林、油松纯林、柠条纯林、沙棘纯林、山杏纯林、油松山杏混交林、油松沙棘混交林及其他林地面积的合理比例为4.1：0.1：0.9：0.3：0.5：2.0：0.9：0.9：0.2。小流域防护林经空间配置后,小流域系统碳储量增加了2.29×107kg,较配置前增加了10.36%。5.运用主成分分析法选取防护林空间对位配置的主导立地因子——坡度和坡向,以此作为防护林空间对位配置的依据。通过研究后得到：阴坡比阳坡更适宜防护林的生长；低坡度比高坡度更适宜防护林的生长；混交林比纯林有更广的适生范围。所以在防护林空间配置时,应优先考虑将其配置在阴坡、低坡度的地块,且优先考虑配置混交林。立地条件较差的地块,优先考虑配置油松树种：灌木树种在该地区适生性较强,配置时对立地条件不作要求,其中山杏表现出较广的适生范围,其次为沙棘；乔木落叶树种对立地条件要求苛刻,应配置在水肥条件相对较好的地块。
【作者】郭月峰；
【导师】姚云峰；秦富仓；
【作者基本信息】内蒙古农业大学，水土保持与荒漠化防治，2014，博士
【关键词】碳汇效应；空间配置；防护林；小流域；

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