黄淮海平原杨农间作系统碳贮量研究

论文摘要

碳循环研究是日前环境科学家关注的焦点之一,碳循环对全球气候变化研究至关重要,而碳循环的研究首先是碳贮量和碳通量,近年来大尺度的碳平衡研究已被广泛用来分析国家和地区、生物群落和经济区的碳状况,尤其陆地生态系统森林和土壤的碳循环是世界各国生态学家关注的热点,但各地区对复合农林业碳循环、碳平衡研究还很少有报道,本文以黄淮海平原农林复合系统为研究对象,将其分为林木、农作物、土壤三个子系统,分别研究林木碳贮量,间作农作物固碳能力及土壤碳库大小,为发展复合农林业这一有效的、可持续的土地利用方式提供支撑,更为区域乃至全球碳循环研究提供理论支持与部分基础研究数据。本文选择黄淮海平原农区杨农间作系统为具体研究对象,采用标准样地、回归等方法,分别调查了黄淮海平原农区3年、5年、9年、11年、13年、17年杨树-农作物间作样地杨树和农作物的生物量,同时采取各样地土壤样品,分析测定各自碳含量,估算杨农间作系统碳贮量,具体研究结果如下:（1）黄淮海平原杨农间作系统生物量调查黄淮海平原农区3年、5年、9年、11年、13年、17年杨农间作系统杨树林带生物量分别为12.71、16.35、90.49、92.82、127.82、162t/hm2,各器官生物量分配均呈现出:干>枝>根>叶的规律,并且干、枝、叶及总生物量与林龄达到极显著正相关关系（P<0.01）,根系生物量与林龄呈显著正相关关系P<0.05)。六个样地农作物（夏季和秋季作物）年生物量分别为17.49、15.95、15.36、14.35、13.55、12.77 t/hm2,随着间作年限增加,农作物生物量逐渐下降,说明随着林龄增加,“胁地”作用明显,分析表明,作物生物量与间作年限呈显著负相关关系。六个样地凋落物生物量分别为0.68、0.97、2.14、4.82、6.00、7.06 t/hm2·a,11、13、17年间作系统具有较高的凋落物生物量。（2）黄淮海平原杨农间作系统杨树各器官含碳率测定杨树含碳率分别为干0.4527、枝0.4574、叶0.4482、根0.4587、皮0.4364,器官之间含碳率变异系数仅为2%,平均含碳率为0.4507,凋落物平均含碳率为0.4359,器官中根的碳含量最大,而皮的碳含量最小。（3）黄淮海平原杨农间作系统土壤有机碳测定黄淮海平原农区3年、5年、9年、11年、13年、17年杨农间作系统0～60cm土壤平均有机含碳率分别为0.493%、0.517%、0.562%、0.608%、0.638%、0.651%,是单一农田对照地含碳率0.203%的2.43～3.2倍,在垂直分布上均表现为随着土壤深度的增加而降低的趋势,不同土层含碳率两两间的差异均达到极显著水平（P<0.01）,而且随着土壤深度增加,这种差异逐渐减小。（4）黄淮海平原杨农间作系统碳贮量分析与估算黄淮海平原农区3年、5年、9年、11年、13年、17年杨农间作系统土壤碳贮量分别为40.97、45.55、51.06、55.94、60.49、63.83 t/hm2,土壤碳贮量和含碳率一样随着土层深度增加而减少,碳贮量主要集中在0～40cm,占同龄间作样地贮量的77.6%～83.5%,土壤碳贮量随着林龄增长而增加,并且二者达到极显著正相关水平（P<0.01）,同一土层随着间作年限增加,碳贮量也呈现出增长趋势,并且二者达到极显著正相关关系（P<0.01）。六个林龄间作杨树林分碳贮量分别为6.09、7.86、42.07、44.11、60.71、76.69 t/hm2,各个林龄阶段,树干碳贮量最大,其次是树枝、树根,树叶和凋落物碳贮量较小。干（带皮）碳贮量在林分总碳贮量中所占比例随着林龄的增加而增加,所占其总贮量的比例达到35%～57.9%,枝、叶碳贮量随着林龄增加而呈下降趋势。各林带总碳贮量和间作年限呈极显著正相关关系（P<0.01）,除了根系碳贮量与间作年限呈显著正相关关系（P<0.05）外,其它各组分碳贮量均与间作年限呈极显著正相关关系（P<0.01）。农作物年碳贮量分别达到7.92、7.40、6.96、6.51、6.14、5.79 t/hm2,平均每年可吸收CO26.8 t/hm2,小麦年碳贮量占总碳贮量的35.5%～38.2%,花生年碳贮量占总贮量的61.8%～64.5%,夏季作物小麦年碳贮量要低于秋季作物花生的年碳贮量,平均低于其38.6%,说明花生具有较高的固碳能力。（5）黄淮海平原杨农间作系统总碳贮量及其分配这六个林龄间作系统总碳贮量分别达到54.98、60.81、100.09、106.76、127.34、146.31 t/hm2,各个年龄阶段杨树和土壤碳贮量均最大,可占其总贮量的85.1%～93.9%,并且杨树、土壤、农作物、凋落物四个子系统各占间作系统总贮量的33%、57%、8%、2%,土壤碳贮量占百分比最大,其次是杨树、农作物,而凋落物最小仅占2%,土壤碳贮量比重是杨树贮量的1.73倍,植被和土壤是陆地生态系统最主要的两大的碳库。通过分析,黄淮海平原杨农间作系统碳贮量明显高于农田生态系统碳贮量,而与不同类型森林生态系统碳贮量相比,也具有较高的优势,因此杨农间作系统具有很高的碳贮量潜力。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 国内外森林植被碳贮量研究状况
• 1.2.2 国内外土壤碳贮量研究状况
• 1.2.3 国内外农林复合系统碳研究状况
• 1.3 问题与展望
• 1.3.1 不同环境条件下土壤有机碳动态变化机理不甚明确
• 1.3.2 土地利用／土地覆盖变化（1and use and land cover change，LUCC）对土壤有机碳影响的研究较少
• 1.3.3 研究的结果具有很大的不确定性
• 1.3.4 继续加强不同生态系统长期定位观测
• 2 引言
• 2.1 研究目的及意义
• 2.2 研究内容与技术路线
• 3 材料与方法
• 3.1 研究区概况
• 3.2 样地选择
• 3.3 研究内容与方法
• 3.3.1 黄淮海平原杨农间作系统生物量测定
• 3.3.2 杨农间作系统各组分含碳率分析
• 3.3.3 黄淮海平原杨农间作系统碳贮量计算
• 4 结果与分析
• 4.1 黄淮海平原杨农间作系统生物量分析
• 4.1.1 黄淮海平原杨农间作系统杨树生物量分析
• 4.1.2 黄淮海平原杨农间作系统农作物生物量分析
• 4.1.3 黄淮海平原杨农间作系统凋落物生物量分析
• 4.2 黄淮海平原农区杨农间作系统各组分含碳率分析
• 4.2.1 土壤有机碳分析
• 4.2.2 杨树各器官含碳率分析
• 4.3 黄淮海平原农区杨农间作系统碳贮量分析
• 4.3.1 土壤碳贮量分析
• 4.3.2 杨树及凋落物碳贮量分析
• 4.3.3 农作物碳贮量分析
• 4.4 黄淮海平原杨农间作系统总碳贮量及其分布特征
• 4.4.1 黄淮海平原杨农间作系统总碳贮量分布
• 4.4.2 黄淮海平原杨农间作系统总碳贮量分配特征
• 4.4.3 杨农间作系统碳贮量潜力
• 5 结论与讨论
• 5.1 结论
• 5.2 讨论
• 参考文献
• Abstract