黃土高原西部3個降水量梯度近成熟油松人工林碳庫特征

孫美美,關(guān)晉宏,,吳春榮,岳軍偉,李國慶,,杜 盛,,*

1 西北農(nóng)林科技大學黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室, 楊凌 712100 2 中國科學院水利部水土保持研究所, 楊凌 712100 3 甘肅省治沙研究所, 蘭州 730070

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黃土高原西部3個降水量梯度近成熟油松人工林碳庫特征

孫美美1,關(guān)晉宏1,2,吳春榮3,岳軍偉2,李國慶1,2,杜 盛1,2,*

1 西北農(nóng)林科技大學黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室, 楊凌 712100 2 中國科學院水利部水土保持研究所, 楊凌 712100 3 甘肅省治沙研究所, 蘭州 730070

森林在陸地生態(tài)系統(tǒng)吸收碳素方面起著主要作用,了解其固碳特征對研究地區(qū)之間的碳循環(huán)至關(guān)重要。油松人工林是黃土高原地區(qū)一種典型的退耕還林樹種,研究其固碳特征有利于綜合分析評價油松人工林的生態(tài)效益。為了研究黃土高原西部地區(qū)油松人工林碳儲量及碳密度空間分布特征因降水量不同引起的差異,以黃土高原西部地區(qū)3個典型栽培區(qū)域的近成熟油松人工林為對象,研究了群落內(nèi)各組成部分的生物量和碳庫特征。喬木層生物量的估算采用以胸徑和樹高為基礎(chǔ)變量的生物量方程,灌木、草本、凋落物采用樣方收獲法,土壤碳庫依據(jù)土壤剖面(1 m)和土鉆取樣相結(jié)合的方法測算。結(jié)果表明：在蘭州官蘑灘地區(qū)(372 mm)、太子山(519 mm)和小隴山(632 mm)3個不同降水量區(qū)域,油松人工林生物量碳密度分別為(49.08±2.86)t/hm2、(73.90±9.36)t/hm2和(82.55±7.36)t/hm2。小隴山地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)總碳密度和生物量碳密度與蘭州地區(qū)存在顯著性差異。在3個不同降水量區(qū)域,土壤有機碳密度僅在表層土壤(0—10 cm)差異達到顯著水平(P<0.05),而土壤總碳密度間差異未達到顯著水平(P>0.05)。黃土高原半干旱區(qū)近成熟油松人工林的生物量碳密度與年均降水量間呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系。在半干旱地區(qū),降水量可能成為影響油松人工林生產(chǎn)力和碳固存的關(guān)鍵因素。

油松人工林；生物量碳密度；降水量；黃土高原西部

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,儲存著陸地生態(tài)系統(tǒng)2/3以上的有機碳[1],并在減緩大氣CO2濃度上升、調(diào)節(jié)碳平衡等方面發(fā)揮著重要作用[2]。隨著退耕還林工程和三北防護林工程等重大生態(tài)項目的實施,我國人工林在森林總面積中的比重大幅增加[3],人工林在CO2吸收和固定方面的作用也引起越來越多的關(guān)注[4-5]。油松(Pinustabulaeformis)廣泛分布于中國北方地區(qū),耐旱耐貧瘠,適應性強,是黃土高原人工造林的主要樹種之一,具有良好的保持水土和生態(tài)防護等功能[6]。油松人工林是黃土高原一種典型植被,分析研究不同降水量區(qū)域其近成熟林的碳庫特征,有利于綜合評價該種人工林類型的碳匯效益。

關(guān)于油松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳密度的研究已有一些報道,例如不同林齡階段碳儲量比較和特定地區(qū)固碳潛力的估算[7],與其他樹種間碳匯情況的比較[8],碳密度與立地因子之間的關(guān)系[9],以及生態(tài)系統(tǒng)中碳氮儲量和分配格局[10]等方面。程小琴等[11]研究報道了山西近成熟油松人工林的生物量與碳庫空間分布特征,估算了其凈生產(chǎn)力與年均凈固碳量。目前研究較多的是不同林齡之間的比較，盡管涉及近成熟林,但特意針對近成熟林齡段油松人工林的研究卻甚少。對近成熟林的研究有助于了解該種森林類型在特定地區(qū)的最大生產(chǎn)力和固碳潛力。迄今為止,關(guān)于較大空間尺度上油松人工林的碳庫特征差異及其對降水量響應的研究仍未見報道。本研究選取黃土高原西部油松人工林的3個重要栽培區(qū)域,分析油松人工林生態(tài)系統(tǒng)各層次間碳密度特征,揭示降水量對油松人工林碳固存的影響,為估算不同地區(qū)油松人工林碳匯潛力和科學指導人工林經(jīng)營提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省蘭州市榆中縣官蘑灘,地處內(nèi)陸,大陸性季風氣候明顯,特點是降水量少,日照多,光能潛力大,氣候干燥,晝夜溫差大,年日照時數(shù)約2600 h,年平均降水量400 mm左右,并集中分布在6—9月,年平均氣溫7℃左右。調(diào)查區(qū)海拔為2360 m,森林土壤為山地灰褐土。樣地內(nèi)喬木層油松林樹種單一,林下幾乎沒有灌木,草本以長芒草(Stipabungeana)和細裂葉蓮蒿(Artemisiagmelinii)為主。

甘肅省太子山林區(qū)(臨夏自治州康樂縣),氣候寒冷,生長期短,年均降水量在500—600 mm左右,土壤以山地褐土、棕壤為主[12]。調(diào)查區(qū)位于藥水保護站,海拔在2450 m左右,喬木層油松人工林樹種單一為絕對優(yōu)勢種,林下灌木主要有灰栒子(Cotoneasteracutifolius)和虎榛子(Ostryopsisdavidiana)等,草本主要以苔草(Carextristachya)、早熟禾(Poaannua)和三褶脈紫菀(Asterageratoides)為主。

甘肅省小隴山林區(qū),地處秦嶺西段,是暖溫帶向亞熱帶的過渡地帶,年平均氣溫7—12℃,年均降水量600—900 mm,雨季集中在7、8、9月份,屬濕潤和半濕潤類型區(qū),土壤多屬壤土、森林褐土[13]。調(diào)查區(qū)位于隴南市兩當縣境內(nèi),海拔在1400 m左右,樣地內(nèi)油松為絕對優(yōu)勢種,林下灌木主要有胡枝子(Lespedezabicolor)、虎榛子(Ostryopsisdavidiana)和繡線菊(Spiraeasalicifolia)等,草本以苔草(Carextristachya)和唐松草(Thalictrumaquilegifolium)為主。

1.2 研究方法

1.2.1 調(diào)查樣地設(shè)置

本研究遵循“代表性、均一性、連續(xù)性”原則設(shè)置調(diào)查標準地,原則上圍取標準地面積為1000 m2(50 m×20 m),但由于實際地形的限制，實際樣地中有部分設(shè)置為600 m2(30 m×20 m)。在甘肅省內(nèi)3個油松人工林重要栽培區(qū)(太子山、小隴山、蘭州)選取近成熟林(林齡40—60 a)的9塊樣地進行碳儲量和碳密度的研究。各標準地基本信息見表1。

表1 不同降水量區(qū)域油松人工林標準地基本信息

年降水量和年均氣溫的數(shù)據(jù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)30 a(1981—2010)平均值[14]

1.2.2 野外調(diào)查及樣品采集

喬木層調(diào)查 對每個標準地內(nèi)胸徑大于2 cm的喬木進行每木檢尺,記錄樹高和胸徑,統(tǒng)計株數(shù)。按大、中、小徑級分別選擇3—5株樣木,分葉、枝、干、皮、根5個器官取樣,將相同器官的樣品混合,再取各器官不少于200 g重量的混合樣帶回實驗室待處理分析。

灌木、草本和凋落物的調(diào)查 灌木調(diào)查是在每個喬木標準地內(nèi)沿對角線設(shè)置3個灌木樣方(2 m×2 m),調(diào)查樣方內(nèi)灌木種類,全部收獲后分葉、枝、根稱鮮重,將3個樣方內(nèi)枝、葉、根分別混合均勻后取混合樣,每個樣品重量不少于300 g；在每個灌木樣方內(nèi)設(shè)置一個1 m×1 m草本樣方,分地上與地下部分收獲后稱鮮重并取樣；凋落物的調(diào)查是將草本樣方內(nèi)的凋落物全部收獲后稱重并取重量不少于300 g的樣品。將灌木、草本和凋落物的樣品稱鮮重后帶回實驗室分析測定。

土壤 在每個喬木標準地中選擇一個未受人為干擾、植被結(jié)構(gòu)和土壤具有代表性的地段,挖取土壤剖面深至100 cm,不足100 cm的挖至基巖為止,沿剖面按0—10,10—20,20—30,30—50,50—100 cm分層,用環(huán)刀取各個土層的原狀土,用于測定土壤容重。同時按照上述土壤分層標準,使用內(nèi)徑為4 cm的土鉆,分3個取樣點鉆取土鉆土,將等層樣品混合均勻后取200 g帶回實驗室分析測定。

1.2.3 室內(nèi)樣品處理與碳、氮含量的分析測定

將野外采集的喬木器官、灌木器官、草本及凋落物樣品置于85℃烘箱烘至恒重求得含水量。用于植物有機碳含量測定的烘干樣品需磨碎過0.25 mm篩。每個樣地的待測樣品均包括以下10部分：喬木的葉、枝、干、根,灌木的葉、枝、根,草本的地上、地下部分以及凋落物。待測土壤樣品在室內(nèi)陰干,壓碎大塊土,揀出植物根系等雜物,粉碎并過2 mm篩,將大于2 mm石礫集中稱重。再用四分法取部分樣品研磨直至全部土樣通過0.25 mm篩。植物樣品有機碳和土壤有機碳含量測定均采用重鉻酸鉀-硫酸氧化外加熱法,氮含量的測定采用凱氏定氮法[15]。

1.2.4 生物量的測算

油松生物量估算采用程堂仁[16]在這一地區(qū)建立的生物量方程(表2),構(gòu)建該方程的區(qū)域與本研究基本屬于同一地理區(qū),油松樹形無明顯變化。由胸徑和樹高求得單株油松各器官生物量,進而求得整株油松生物量和全樣地喬木生物量。

表2 油松人工林生物量估算方程[16]

B：生物量 Biomass；D：胸徑DBH (Diameter at Breast Height)；H：樹高 Height

灌木、草本及凋落物生物量的估算：將所采樣品帶回實驗室后置于85℃烘箱中,烘干至恒重,稱重計算含水率,進而推算出樣地內(nèi)單位面積(hm2)灌木各器官、草本的生物量及凋落物量。

1.2.5 碳密度的估算

各組分生物量碳密度采用各組分的生物量與其碳含量的乘積進行計算。土壤層(0- 100cm)碳密度為各土壤層碳密度之和,單獨某一土層的有機碳密度(Si,g/cm2)計算公式為：

Si=Ci×Di×Ei×(1-Gi)

式中,Ci為土壤碳含量(g/kg),Di為土壤容重(g/cm3),Ei為該層土壤的厚度(cm),Gi為直徑>2mm的石礫所占的體積百分比,i代表某一土層。本研究中全部土壤剖面無直徑>2mm的石礫,所以式中Gi取0。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

野外調(diào)查所得數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2010簡單整理后,用SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)分析,選擇單因素方差分析(one-way ANOVA)比較參數(shù)之間的差異,用簡單相關(guān)分析和偏相關(guān)分析對林齡和年均降水量對生物量碳密度的關(guān)系進行分析,采用Sigmaplot 12.5軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同降水量地區(qū)油松人工林生物量、生物量碳密度差異

蘭州(372 mm)和小隴山(632 mm)兩個降水量區(qū)域的油松人工林生態(tài)系統(tǒng)總生物量差異達到顯著性水平,而太子山(519 mm)與其他兩個地區(qū)的總生物量差異均不顯著(表3)。各調(diào)查區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)生物量組分中喬木占比例最大,其中蘭州地區(qū)的喬木生物量與太子山、小隴山地區(qū)之間差異顯著。各降水量區(qū)域的凋落物生物量之間差異顯著性與總生物量之間趨勢一致,而草本生物量之間差異均未達到顯著水平(表3)。

表3 不同降水量地區(qū)植被層生物量及其組成

不同小寫字母表示同一組分在不同降水量區(qū)域間的差異性顯著(P<0.05)

蘭州(372 mm)與小隴山(632 mm)地區(qū)的生物量碳密度之間呈顯著差異,但蘭州與太子山(519 mm)之間和太子山與小隴山之間差異均未達到顯著水平(圖1)。在蘭州地區(qū)喬木碳密度的貢獻率最大達到98.91%,主要是因為該地區(qū)的樣地內(nèi)幾乎沒有林下灌木。3個不同降水量區(qū)域,喬木碳密度的貢獻率總體上在95.21%—98.91%之間,灌木、草本以及凋落物碳密度貢獻率很小(0.43%—2.48%)。

圖1 不同降水量區(qū)域生物量碳密度及各組分所占比例Fig.1 Biomass carbon density and component proportions in the three sites across a precipitation gradient不同字母表示同一生態(tài)系統(tǒng)組分不同降水量區(qū)域存在顯著性差異(P<0.05)

2.2 不同降水量地區(qū)油松人工林土壤碳密度差異

3個不同降水量地區(qū),樣地土壤表層(0—50 cm)各土層之間的碳密度存在較大差異,1 m深的整個土層內(nèi)總碳密度水平比較接近(圖2),差異沒有達到顯著性水平。降水量最多的小隴山林區(qū)(632 mm)表層土壤(0—10 cm)碳密度高于其他兩個地區(qū),但其50—100 cm土層的土壤碳密度與其他兩個地區(qū)差異不大,可能與該區(qū)域林地較高的凋落物生產(chǎn)量和因水分較充足的腐殖質(zhì)分解速率較快有關(guān)。

2.3 不同降水量地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳庫差異

生態(tài)系統(tǒng)總碳庫中土壤層是最大的碳庫,土壤碳密度在184.90—207.07 t/hm2之間,是生物量碳密度的2—3倍(表4),且3個不同降水量地區(qū)之間的差異沒有達到顯著性水平。不同降水量地區(qū)僅在生物量碳密度之間存在一定顯著性差異,而土壤層碳庫和總碳庫之間差異不顯著。

2.4 不同降水量地區(qū)近成熟油松人工林生物量碳密度與降水量之間的關(guān)系

圖2 不同降水量區(qū)域各層土壤碳密度 Fig.2 Soil carbon density in the three sites across a precipitation gradient

3個調(diào)查區(qū)中小隴山的年均降水量最大,分別是太子山和蘭州地區(qū)降水量的1.38和1.57倍,同時該區(qū)生物量碳密度是太子山和蘭州地區(qū)的1.12和1.68倍。簡單相關(guān)分析結(jié)果表明：近成熟油松人工林生物量碳密度與林齡之間不存在顯著相關(guān)性,而與年均降水量之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系,Pearson相關(guān)系數(shù)為0.820。由表5的偏相關(guān)分析結(jié)果可知,林齡與年均降水量影響近成熟油松人工林的生物量碳密的偏相關(guān)系數(shù)分別是-0.264和0.76,雙側(cè)檢驗結(jié)果顯示年均降水量對生物量碳密度的影響顯著,而林齡不顯著。3個調(diào)查區(qū)的近成熟油松人工林生物量碳密度隨降水量的增加而呈現(xiàn)出增加的趨勢,且降水量較少的蘭州地區(qū)的生物量碳密度與降水量較多的小隴山地區(qū)之間存在顯著性差異,表明降水量是決定區(qū)域間油松近成熟林生物量累積和碳固存差異的重要因素之一。

表4 不同降水量地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳庫變異

不同小寫字母表示同一組分在不同降水量區(qū)域的差異性顯著(P<0.05)

表5 近成熟油松人工林生物量碳密度與年均降水量和林齡的Pearson相關(guān)系數(shù)和偏相關(guān)系數(shù)

*表示P<0.05, ** 表示P<0.01

3 討論

3.1 油松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫特征

本研究表明太子山和小隴山調(diào)查區(qū)的生物量碳密度分別是73.90 t/hm2和82.55 t/hm2,而蘭州地區(qū)的生物量碳密度則只有49.08 t/hm2,其中喬木層碳密度分別是71.01,78.60,48.54 t/hm2。這均比李?？黐17]等人估算的中國油松林平均碳密度28.98 t/hm2分別高2.5,2.7倍和1.7倍,且只有蘭州地區(qū)的喬木層碳密度略低于我國溫帶針葉林和森林植被平均碳密度(分別為54.60 t/hm2和65.28 t/hm2)[18]。本研究調(diào)查的油松均是40—60 a的近成熟人工林,基本反映了相應區(qū)域該類人工林的碳庫特征?？傮w而言,地處半干旱區(qū)的蘭州調(diào)查區(qū)油松人工林的碳固存現(xiàn)狀較低,而且,林下灌草植物也較少,應該已經(jīng)受到了水資源短缺的影響。

土壤碳作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫,在地球碳循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用,稍有變動就會對全球碳儲量產(chǎn)生較大影響[19]。以往對中國土壤有機碳密度的研究結(jié)果差異較大,李克讓等[20]對中國常綠針葉林土壤有機碳密度的估算結(jié)果為179.80 t/hm2,孟蕾等[21]估算的子午嶺油松人工林土壤有機碳密度為93.83 t/hm2,本研究結(jié)果顯示油松人工林的土壤碳密度在200 t/hm2左右處于偏高水平。這可能是由于土壤類型、植被結(jié)構(gòu)、林齡的不同以及氣候和立地條件的差異造成了相關(guān)研究結(jié)果的不一致,說明今后針對不同地區(qū)、林分土壤有機碳庫的研究有著重要的意義。本研究表明3個降水量區(qū)域,土壤碳庫均是森林生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫,占森林生態(tài)系統(tǒng)總碳庫的63.66%—78.57%。蘭州地區(qū)表層(0—10 cm)的碳密度較小,可能是因為蘭州地區(qū)的林下植被較少,凋落物少且降水量少,從而影響了土壤表層有機碳積累。隨著土層的加深土壤碳密度基本穩(wěn)定,這與生態(tài)系統(tǒng)中土壤有機碳的蓄積規(guī)律相吻合。

本研究中3個降水量地區(qū)油松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫之間差異不顯著,生物量碳密度和土壤層碳密度的不同差異使得總碳庫之間的差異微小。其中蘭州地區(qū)油松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳庫最小251.70 t/hm2,太子山地區(qū)最大280.97 t/hm2,均比王寧等[22]研究報道的山西油松林生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度127.53 t/hm2高,并且比馬欽彥等[23]研究的全國油松林平均碳密度138.00 t/hm2高。這可能是因為本研究中調(diào)查的油松人工林林齡均處于40—60 a之間,而山西省油松林90%屬于中幼齡林且森林質(zhì)量不高。本研究的結(jié)果與周玉榮等[17]研究的全國森林生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度258.83 t/hm2基本一致。

3個降水量區(qū)域的油松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳密度均表現(xiàn)為土壤層碳密度>生物量碳密度,這與之前的研究結(jié)果一致[24-25]。3個降水量區(qū)域的土壤層碳密度分別是油松人工林生物量碳密度的4.13,2.80倍和2.24倍。蘭州地區(qū)(372 mm)生物量碳密度最小,所以土壤碳密度比生物量碳密度高出較多,隨著降水量增加,生物量碳密度增加。

3.2 油松人工林生物量碳密度與降水量的關(guān)系

Liu等[26]研究了全球尺度上成熟林的地上生物量碳密度與氣溫和降水量緯度地區(qū)之間的關(guān)系,結(jié)果表明在中緯度地區(qū)降水量1000—2500 mm之間的地區(qū)地上生物量達到最大值。Mehta等[27]研究指出年均降水量是空間尺度上均衡植被覆蓋、人工林及入侵物種等因素引起森林碳儲量變異的主要因素,且在研究4個不同降水量地區(qū)的熱帶森林時年均降水量與地上生物量呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。本研究結(jié)果說明油松人工林的生長與年均降水量之間也呈現(xiàn)較強的線性正相關(guān)關(guān)系。張首軍[28]報道指出年均降水量是影響油松碳固存的主要因子之一,在油松適生的范圍內(nèi)較高的降水量更有利于其積累碳素,這與本研究結(jié)果一致。Chen[29]等研究結(jié)果表明在加拿大西部森林中,年均可利用降水每減少1 cm,演替初期針葉林和演替后期針葉林的地上生物量分別減少0.03 Mg hm-2a-1和0.17 Mg hm-2a-1。Wang[30]等研究報道了青藏高原冷杉林的活生物量碳在海拔梯度上的特征,結(jié)果表明杉木林活生物量碳與年均降水量呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系,這與我們的研究結(jié)果一致。

Kimball等[31]研究指出溫度和降水量的變化可能會引起森林生長季長度的變化。特別是在干旱半干旱區(qū)土壤條件和水分條件是制約人工林生長的重要因素,降水量的增加可能誘導生長季延長,從而提高碳素的固定量。另外,降水量與人工林的凈初級生產(chǎn)力密切相關(guān),特別是在半干旱地區(qū),降水量可能成為影響油松人工林生產(chǎn)力和碳固存的關(guān)鍵因素,所以在降雨量不充足的半干旱地區(qū)應注意采取一些適當?shù)谋Ｋ胧﹣肀ＷC油松林生長所需要的水分,適當?shù)慕?jīng)營管理措施也可提高人工林生態(tài)系統(tǒng)的固碳潛力和綜合服務功能。

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Carbon storage features ofPinustabulaeformisplantations that are approaching maturity at three sites across a precipitation gradient in western Loess Plateau

SUN Meimei1, GUAN Jinhong1, 2, WU Chunrong3, YUE Junwei2, LI Guoqing1, 2, DU Sheng1, 2,*

1StateKeyLaboratoryofErosionandDrylandFarmingonLoessPlateau,NorthwestA&FUniversity,Yangling712100,China2InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResource,Yangling712100,China3GansuDesertControlResearchInstitute,Lanzhou730070,China

Forest is an important vegetation type of terrestrial ecosystems that maintains the dynamic balance of the biosphere and geosphere, and it plays a key role in terrestrial ecosystem carbon sequestration. With the implementation of Grain for Green Project, the Three-North Shelterbelt Project, and other major ecological projects, the total area of plantations has dramatically increased; thus, the role of plantations in absorbing and fixing CO2has attracted more attention. Investigating carbon storage of major forest types is important for understanding regional carbon cycles.Pinus.tabulaeformisis a common plantation species in sub-humid and semi-arid regions for the restoration of forest ecosystems. In western Loess Plateau, artificial forests ofP.tabulaeformisprovide a substantial proportion of the terrestrial ecosystem carbon sink. To understand the carbon storage features of these plantations in response to the precipitation gradient, three typical distribution regions on western Loess Plateau were selected for plot surveys. Tree biomass was estimated separately for stems, branches, leaves, and roots, using previously constructed allometric biomass equations based on the diameter at breast height (DBH) and tree height. Carbon contents in the different parts and layers of the tree were each measured by collecting corresponding samples. Carbon density was calculated by multiplying the biomass of each plant part (from a specific forest area) and the corresponding carbon content. The results showed that in the three sites (Lanzhou, Taizishan, Xiaolongshan) with precipitation of 372 mm, 519 mm and 632 mm, respectively, biomass carbon densities ofP.tabulaeformisplantations were (49.08±2.86) t/hm2, (73.90±9.36) t/hm2, and (82.55±7.36) t/hm2, respectively. Both the carbon density of the ecosystem and biomass carbon density were significantly different (P<0.05) between Xiaolongshan and Lanzhou. Because the shrubs were sparse, the contribution of trees was greatest, reaching 95.21%—98.91% of the biomass carbon density across the precipitation gradient. Overall density of organic carbon in soil did not differ between the three sites. Soil organic carbon in the upper soil layers showed significant differences among the sites, but were not statistically different (P>0.05) in other soil layers. Correlative analysis showed that the biomass carbon density was positively correlated with annual precipitation, with a Pearson coefficient of 0.820. However, there were no significant positive correlations between the biomass carbon density and the age of stand. Similarly, partial correlative analysis showed that there was a significant positive correlation between the carbon density ofP.tabulaeformisplantations and precipitation in this sub-humid and semi-arid region of the Loess Plateau. These results indicate that precipitation is a key factor that affects biomass production and carbon fixation in semi-arid forests. Furthermore, it implies that appropriate water conservation measures are necessary, particularly in semi-arid areas, to satisfy the hydric demands ofP.tabulaeformisplantations and to maintain normal growth. Such measures may also be helpful for improving carbon sequestration potential and comprehensive services of plantation ecosystems. Therefore, this study provides valuable insight into how carbon storage characteristics of plantations respond to precipitation gradients, and provides useful information for regional forest management with respect to productivity and carbon storage.

Pinustabulaeformis;biomass carbon density; precipitation; western Loess Plateau

中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項資助項目(XDA05050202)

2015- 12- 23; 網(wǎng)絡出版日期:2016- 10- 29

10.5846/stxb201512232562

*通訊作者Corresponding author.E-mail: shengdu@ms.iswc.ac.cn

孫美美,關(guān)晉宏,吳春榮,岳軍偉,李國慶,杜盛.黃土高原西部3個降水量梯度近成熟油松人工林碳庫特征.生態(tài)學報,2017,37(8):2665- 2672.

Sun M M, Guan J H, Wu C R, Yue J W, Li G Q, Du S.Carbon storage features ofPinustabulaeformisplantations that are approaching maturity at three sites across a precipitation gradient in western Loess Plateau.Acta Ecologica Sinica,2017,37(8):2665- 2672.