论文部分内容阅读
峨眉冷杉是四川特有的森林树种。天然林分布面积约23万hm2，蓄积量近8000万m3。贡嘎山位于青藏高原东缘，该区域地球各圈层相互作用剧烈，对全球气候变化也极为敏感。鉴于森林生态系统在全球碳循环中的重要作用，本研究以贡嘎山东坡峨眉冷杉林这一典型生态系统为对象，分析贡嘎山东坡峨眉冷杉成熟林、中龄林生态系统碳现存量及各个碳库间的碳流动，对比成熟林和中龄林的碳汇功能，补充和完善贡嘎山峨眉冷杉林碳循环研究，为全球变化背景下碳循环研究提供基础数据，同时为冷杉天然林保护和可持续发展提供决策依据。论文主要研究结果如下:
(1)成熟林冷杉各器官碳素含量变化范围为49.4％～53.4％，中龄林冷杉各器官碳素含量变化范围为49.3％～50.9％，冷杉各器官间的碳素含量存在细微差别;成熟林和中龄林中针叶树的各器官的碳素含量均显著大于阔叶树相应器官的碳素含量（成熟林的叶子除外）。成熟林灌木层的碳素含量变化范围为42.6％～46.1％，中龄林灌木层的碳素含量变化范围为44.1％～47.0％。成熟林和中龄林林下植被层各器官的碳素均含量明显低于乔木层中相应器官的碳素含量。
(2)成熟林土层碳素含量的变化范围为2.28％～8.73％，中龄林土层碳素含量的变化范围为0.78％～3.92％。两个林分的土壤碳素含量在垂直分布上均表现为随土壤深度的增加而降低的趋势。不同发育阶段的峨眉冷杉林土壤含碳率存在差异，表现为成熟林土壤各层的碳素含量都明显高于中龄林土对应土层的碳素含量。无论是在峨眉冷杉成熟林还是中龄林，土壤各层次有机碳含量与土壤全氮含量之间均存在显著的正相关性，而土壤pH值之间呈显著的负相关性。
(3)成熟林的植被生物量为590.6t/hm2，是中龄林植被生物量的2.2倍，成熟林植被层碳贮量为288.4tC/hm2，是中龄林植被碳贮量的2.2倍。成熟林凋落物和枯倒木的碳贮量分别是1.9tC/hm2和3.5tC/hm2，中龄林凋落物和枯倒木量分别为1.4tC/hm2和8.7tC/hm2。成熟林的土壤碳贮量为291.8tC/hm2，中龄林土壤碳贮量为63.8tC/hm2。综合以上结果可得，峨眉冷杉林成熟林生态系统的碳贮量为579.4t/hm2，中龄林生态系统的碳贮量为197.4t/hm2。成熟林生态系统中各组成部分的碳素贮量按大小顺序排列为:土壤层＞植被层＞死地被物层（凋落物和枯倒木）;中龄林生态系统中各组分的碳贮量大小顺序为:植被层＞土壤层＞死地被物层。
(4)峨眉冷杉成熟林和中龄林土壤呼吸速率均存在明显的季节变异。成熟林土壤呼吸率的季节变差系数CV为50.6％，中龄林土壤呼吸率的季节变差系数为48.5％;成熟林土壤呼吸速率（Rs）与5cm土壤温度(ST)之间的关系为Rs=1.27e0.115ST;中龄林土壤呼吸速率与5cm土壤温度之间的关系为Rs=0.9e0.097ST。基于土壤温度的指数模型可以分别解释成熟林和中龄林土壤呼吸速率66％和60％的变异。最终计算出成熟林土壤呼吸全年排放量为10.3tC/hm2，中龄林土壤呼吸全年排放量为6.5tC/hm2，峨眉冷杉成熟林土壤呼吸的年总排放量比中龄林的高出58.6％。按照成熟林和中龄林非根呼吸占总呼吸量的比例（成熟林取0.5，中龄林取0.58），可计算出峨眉冷杉成熟林非根土壤呼吸量为5.2tC/hm2，中龄林土壤非根呼吸量为3.8tC/hm2。
(5)峨眉冷杉成熟林和中龄林凋落物在各月分布很不均匀，峨眉冷杉中龄林月凋落物量变化呈双峰型，而成熟林月凋落物量变化呈单峰型。成熟林和中龄林的凋落物均以针叶为主，并且针叶的月凋落动态也和凋落物总量的月动态一致。峨眉冷杉中龄林年凋落物量为3.1t/hm2。凋落物中枯叶（针叶和阔叶）量占有较大比例，峨眉冷杉成熟林的年凋落物量为3.6t/hm2，其中针叶占绝大部分。根据凋落物各组分碳含量，最终计算出中龄林凋落物碳素的年归还量为1.5tC/hm2，成熟林凋落物碳素的年归还量为1.8tC/hm2。
由于贡嘎山地区常年温度较低，凋落物分解速度较慢，因此本文利用贡嘎山站峨眉冷杉林区（峨眉冷杉演替林）的多年（2007-2011年）定位观测数据，对峨眉冷杉林凋落物分解进行一个初步的研究。结果显示，随着时间的推移，凋落物的干物质重愈来愈小，即其损失量随时间的增加而加大。碳素含量也随着时间推移而逐渐减小，凋落物中碳素的释放速率为阔叶＞针叶＞枯枝。阔叶凋落物干物质的半衰期为3.8年，周转期为16.4年，碳素的半衰期为3.0年，周转期为12.8年;针叶凋落物干物质的半衰期为7.3年，周转期为30.4年，碳素的半衰期为5.3年，周转期为22.8年;枯枝凋落物干物质的半衰期为8.6年，周转期为37.3年，碳素的半衰期为6.5年，周转期为28.3年。凋落物中碳素的释放规律与总干物质的分解速度并不完全一致。结合凋落物量数据，最终计算出演替林每年通过阔叶、针叶和枯枝经分解后当年释放的碳素量分别为1.55kg/hm2、48.57kg/hm2和9.86kg/hm2，凋落物各组分在分解过程中碳素的总年释放量约为59.98kg/hm2，占凋落时碳素量的4.67％。结合成熟林和中龄林年凋落物数据，按照同样的方法，可计算出峨眉冷杉成熟林和中龄林年凋落物（主要取阔叶、针叶和枯枝）分解过程中的碳素释放量为79.27kg/hm2和65.54kg/hm2。
(6)根据碳平衡计算公式可得，峨眉冷杉成熟林碳素的净吸存量为+5.3tC/hm2，中龄林的碳素净吸存量为+4.5tC/hm2，成熟林和中龄林均表现为“碳汇”。