中国东北温带森林湿地碳储量与碳源/汇研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:vvpmlc
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湿地生态系统是地球上最重要的碳库之一,在全球碳循环以及应对和减缓全球气候变化等方面发挥着重要作用。目前,湿地碳储量与源/汇研究有两个重要科学问题尚未得到很好地解决:第一,湿地碳储量的空间异质性较高,导致区域碳储量估算的不确定性;第二,天然湿地既可以从大气中固定CO2,也可以向其中排放CH4,这导致湿地可能成为大气的碳汇或源,但仍缺乏对比研究作为证据。小兴安岭作为我国森林湿地最主要的分布区和全球变暖的敏感区,由于比较缺乏各类型森林湿地的生态系统碳储量数据进而影响该区域湿地碳储量地精确估算和碳库管理地有效开展;同时由于缺乏CO2和CH4的全年同步测定,使得小兴安岭温带森林湿地的碳源/汇功能仍不明确。针对这两个问题,本论文选取5种小兴安岭地区典型森林湿地类型(毛赤杨沼泽、白桦沼泽、落叶松苔草沼泽、落叶松藓类沼泽和落叶松泥炭藓沼泽)为研究对象,(1)根据植被碳储量和土壤活动层碳储量(深度50cm)估算其生态系统碳储量;(2)通过全年同步测定土壤CO2和CH4碳排放,结合植被净初级生产力,并依据生态系统净碳收支定量评价5种森林湿地的碳汇/源功能,同时根据生态系统冷却效应评价森林湿地在大气增温过程中的具体作用。结果表明:(1)小兴安岭5种森林湿地的植被碳储量分布在18.92±1.62~47.84±3.38tC·ha-1范围内,呈现出白桦沼泽和落叶松藓类沼泽>落叶松苔草沼泽和落叶松泥炭藓沼泽>毛赤杨沼泽变化趋势,植被碳储量的这种空间差异主要受生物量影响,而植被碳含量对其的影响比较有限。同时,生长季平均水位和水位波动幅度对5种森林湿地的生物量、碳含量和碳储量均具有显著影响,其中生长季水位波动幅度是影响植被生物量的关键环境因子,而生长季平均水位是影响植被碳含量的关键环境因子。(2)小兴安岭森林湿地的土壤有机碳储量分布在326.04±1.02~400.98±10.97tC·ha-1范围内,总体上呈现出永久水淹生境中的落叶松藓类沼泽和落叶松泥炭藓沼泽高于季节性水淹生境中的毛赤杨沼泽、白桦沼泽和落叶松苔草沼泽的变化规律。生长季水位和水位波动幅度可以显著影响森林湿地的土壤容重和有机碳含量,但由于对二者作用效果相反,导致水分因子对土壤碳储量的直接影响影响较为有限。(3)小兴安岭森林湿地的生态系统碳储量分布在344.96±2.25~448.82±14.3 5tC·ha-1范围内,以落叶松藓类沼泽为最高,落叶松泥炭藓沼泽和白桦沼泽较高,毛赤杨沼泽和落叶松苔草沼泽则最低,总体上呈现出永久水淹生境高于季节性水淹生境的水平空间分异规律。5种温带森林湿地的生态系统碳储量的分配格局基本一致,均以土壤碳储量占绝对优势地位(88.50%~94.52%),植被碳储量仅占次要地位(5.48%~11.50%),且生长季水位波动幅度对生态系统碳储量的分配格局具有显著影响。(4)小兴安岭森林湿地的土壤碳排放量介于3.83±0.70~4.37±0.28tC ha-1·yr-1,土壤CO2 排放量和土壤 CO2-C 排放量分别介于 13.60±2.28~15.52±1.40t ha-1·yr-1和 3.71±0.62~4.23±0.38tC ha-1·yr-1,5种森林湿地间均无显著差异性;土壤CH4排放量和土壤CH4-C排放量分别介于 0.001±0.001~0.67±0.33t ha-1·yr-1 和 0.0004±0.0001~0.50±0.25tC ha-1·yr-1,整体呈现出随生境升高而降低的变化规律。毛赤杨沼泽土壤的高CH4排放量尽管未对其碳排放产生显著影响,但却能够引起其增温效应的显著增强。此外,毛赤杨沼泽、白桦沼泽和落叶松苔草沼泽土壤CO2通量的主控因子是5cm 土壤层温度,而落叶松藓类沼泽和落叶松泥炭藓沼泽的主控因子则分别是10cm和15cm 土壤层温度;毛赤杨沼泽、白桦沼泽土壤CH4通量与40cm 土壤层温度相关性最强,而落叶松泥炭藓沼泽土壤CH4通量却主要受0cm地表温度所抑制。(5)小兴安岭森林湿地的植被净初级生产力为4.93±0.15~9.92±2.40t ha-1·yr-1或2.27±0.07~4.50±1.09 tC ha-1·yr-1,总体上保持恒定,且均以乔木层占优势(67.6%~78.0%和68.5%~81.0%)。生态系统净碳收支表明5种森林湿地中,除毛赤杨沼泽是大气的碳源外(-2.10±0.21tC ha-1·yr-1),其它4种湿地类型均为大气的碳吸收汇,且其碳汇强度接近,分布在0.14±0.05~0.60±0.29tC ha-1·yr-1范围内。水分因子对森林湿地的净碳排放无显著影响,但可以通过影响植被净初级生产力进而致生态系统碳汇强度的变化。同时,核算生态系统冷却效应得出毛赤杨沼泽在大气增温过程中具有较强烈的促进作用,白桦沼泽有轻微的促进作用,而其他3种森林湿地则有轻微的缓解作用。本文定量评价了我国东北小兴安岭地区5种温带森林湿地的碳储量,并探讨水分因子对其影响机制,同时,通过同步测量CO2和CH4全年排放,并结合植被净初级生产力和植被CO2固定速率定量评价5种森林湿地的碳源/汇作用和生态系统冷却效应,该研究表明:对于小兴安岭温带森林湿地,提高植被生产力是比控制土壤温室气体排放更有效的稳定或增强其碳汇现状的手段;同时,从维持森林湿地长期碳汇功能的角度出发,应着重于对土壤碳库的保护与管理、避免土壤碳的释放。该研究不仅有助于准确估算我国森林湿地生态系统的碳储量及固碳能力、评价源汇功能,而且对有效管理湿地碳库也具有一定的实践意义。
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