中国中亚热带东部森林生态系统生产力和碳储量研究

论文摘要

森林是主要的陆地碳库。准确评估森林碳储量和碳平衡是估算未来大气CO2浓度,预测气候变化及其对陆地生态系统影响的关键。切实评估不同类型植被和土壤的碳储存能力,制定合理政策措施,从而提高世界植被和土壤的碳吸收速度,增加陆地碳储量。浙江省森林被人类利用和干扰已有数千年历史,特别是解放后和1950s全民大炼钢铁期间破坏严重,与中国大部分森林的历史变化一致。改革开放以来,浙江经济迅猛发展,经济总量位于全国第四位。工业和经济的迅猛发展也有力地推进了全省城市化进程,在每年有大片土地转变成城市用地的同时,野外森林也由于人口密度的降低而得到恢复,到2004年浙江省森林覆盖率达60.5%。浙江省的经济发展和生态恢复都走在全国各地前列,对本地区森林生态效益和城市化对森林及区域碳储量和碳积累效应的研究,也可以为中西部省市的未来发展中将要遇到的相似情况所借鉴。本文以浙江省的生态公益林为研究对象,共调查了全省21个县149个样地（年龄从5到50年）,包括常绿阔叶林、针阔混交林、马尾松林和杉木林四种主要林型。基于1999～2000年野外实地调查资料并结合TRIPLEX模型、气候、土地利用/覆盖和遥感,并在前人研究成果上,对该区域四种主要森林类型的生物量、凋落物量、生产力、碳储量和碳平衡进行了较为系统的研究。并以大杭州为案例,评估了城市化对区域NPP变化的影响。本研究得到如下主要结果:1)常绿阔叶林、针阔混交林、马尾松林和杉木林的群落生物量的平均值分别为89.19、70.06、51.25、54.15 t ha-1。不同于典型样地的群落植被研究,由于本研究样本大且跨越全省,结果对浙江省而言具代表性。2)浙江省生态公益林的群落生物量、凋落物、生产力和碳储量为常绿阔叶林最高,其次为针阔混交林,而针叶林最低。3)中亚热带东部浙江森林四种主要林型的NEP差距较大。对亚热带森林四种林型碳平衡进行了估算,提供了用来校正全国碳源汇的数据,也填补了北纬25-30度之间数据空白。4)我们利用浙江亚热带森林149个样地对TRIPLEX模型进行检验。将模拟的立地生长变量,凋落物,生物量,NPP与森林样地观测到的数据相比较,显示出模拟的结果与样地的实测值有很好的一致性。说明TRIPLEX也适合用于亚热带森林生态系统。5)我们以杭州地区（大杭州GHA,包括市区和杭州行政区）为例的城市化对区域生产力影响研究发现,从1975到2003年,GHA中除了针叶林以外的各种土地覆盖类型的NPP都相应的增加。整体来看,GHA的NPP从1975年以来,28年间年均增长率达1.22%。这说明,城市化没有降低GHA区域NPP,反而有所增加。意味着城市化占用土地后,对区域植被NPP有补偿作用。6)浙江省的森林绝大部分是幼年林,在成长过程中吸收CO2能力强,但离成熟状态还相差很远,尤其是针叶林远低于全国平均水平和中高纬度地区碳密度。如果这些人工林和次生林都恢复到成熟林的碳密度水平,将吸收大量的CO2,故浙江省生态公益林在碳积累上还有很大的潜力。未来50年中幼龄林成熟期将是浙江省加强碳汇的重要阶段。根据本研究,要提高生态效益,必须降低针叶林在生态公益林中的比例,这需增加间伐强度。建议通过补种苦槠、青冈、木荷和其他常绿树种来提高乔木层的多样性,从而加速植被恢复的过程。目前野外森林林龄较低但质量不高,城市扩张迅速但植被建植和抚育少。建议野外继续封山育林基础上,通过择伐补阔、以灌促阔和乔灌同植使得针叶林加快向NPP更高的针阔混交林直至常绿阔叶林演替来提高野外NPP;建成区不仅要显著增加植被面积还要减少干扰,提高城市化对区域植被NPP的补偿能力。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 符号清单
• 目录
• 1 前言
• 1.1 研究现状与趋势
• 1.1.1 背景
• 1.1.2 陆地生态系统生物量和生产力研究进展
• 1.1.3 陆地生态系统碳储量研究进展
• 1.2 研究方法论
• 1.3 研究方法进展
• 1.3.1 样地清查法
• 1.3.2 模型模拟法
• 1.3.3 遥感估算法
• 1.4 中亚热带东部森林相关研究概况
• 1.4.1 已有研究
• 1.4.2 存在问题
• 1.5 本研究目的和意义
• 2 研究区域与方法
• 2.1 地区概况
• 2.1.1 地理位置和地形地貌特征
• 2.1.2 气候
• 2.1.3 植被
• 2.1.4 人口行政状况
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 野外调查
• a) 乔木层调查
• b) 灌木层（下木层）
• c) 草本层调查
• d) 具体流程
• 2.2.2 其他数据来源
• a) 遥感
• b) 模型
• c) 文献收集
• 2.2.3 数据分析
• 3 中亚热带东部森林生物量
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 调查取样
• 3.1.1.1 标准木选取
• 3.1.1.2 植物组织含水量测定
• 3.1.2 生物量模型
• 3.1.3 各层生物量估算
• 3.2 生态公益林生物量及其空间分布
• 3.3 生态公益林生物量增长趋势
• 3.4 生态公益林和商用林生物量的差异
• 3.5 讨论
• 3.5.1 本地研究的代表性和必要性
• 3.5.2 生态公益林与其他森林类型生物量比较
• 3.6 小结
• 4 中亚热带东部森林凋落物和生产力
• 4.1 研究方法
• 4.1.1 凋落物的测定
• 4.1.2 NPP的计算
• 4.2 凋落物量与树木生长性状及群落特征的关系
• 4.3 生态公益林主要林型间年凋落物量比较
• 4.4 生态公益林生产力与年龄关系
• 4.5 生态公益林主要林型间生产力比较
• 4.6 讨论
• 4.6.1 生态公益林和商用林年凋落物量比较
• 4.6.2 生态公益林与其他森林类型生产力比较
• 4.6.3 针叶林和阔叶林生态公益比较
• 4.7 小结
• 5 中亚热带东部森林碳储量
• 5.1 研究方法
• 5.1.1 植被碳储量的估算
• 5.1.2 地被层碳储量的估算
• 5.1.3 土壤碳储量的估算
• 5.1.4 净生态系统生产力的估算
• 5.2 中亚热带东部森林植被碳库
• 5.3 中亚热带东部森林生态系统总碳库
• 5.4 讨论
• 5.4.1 浙江省公益林主要林型之间碳储量比较
• 5.4.2 浙江省公益林与其他森林类型碳储量比较
• 5.4.3 中亚热带东部森林碳预算
• 5.5 小结
• 6 中亚热带东部森林生物量和生产力模拟
• 6.1 模型研究进展
• 6.1.1 经验模型
• 6.1.2 机理模型
• 6.1.3 混合模型
• 6.2 研究方法
• 6.2.1 TRIPLEX描述
• 6.2.2 初始化和运行
• 6.3 模型检验
• 6.4 中亚热带东部森林生物量和生产力时间动态模拟
• 6.4.1 模型有效性
• 6.4.2 四种主要林型的树高和胸径模拟
• 6.4.3 四种主要林型的凋落物库和生物量模拟
• 6.4.4 浙江省森林净初级生产力空间格局
• 6.5 模型敏感性分析
• 6.6 和亚热带区域其他森林结果模拟比较
• 6.7 小结
• 7 城市化对区域NPP的影响
• 7.1 研究区域
• 7.2 方法论
• 7.2.1 假说
• 7.2.2 城市-野外复合区NPP计算
• 7.2.2.1 NPP计算原理
• 7.2.2.2 城市植被NPP
• 乔木层
• 灌木层
• 草本层
• 7.2.2.3 野外植被NPP
• 森林NPP
• 农田NPP
• 7.3 大杭州土地覆盖和净积累生物量随城市化的变化
• 7.4 城市聚集人口和对森林恢复的积极作用
• 7.5 城市化对整个地区生产力的影响
• 7.6 小结
• 8 主要结论与研究展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 存在问题、展望和建议
• 参考文献
• 附表A 中国东部浙江省生态公益林主要林型分布和立地条件
• 附表B 文献中常绿阔叶林、马尾松林和杉木林三种林型的林龄和生物量
• 本研究的创新点
• 个人简历
• 教育经历
• 工作经历和完成项目
• 在校期间发表论文