基于碳儲量分布狀態(tài)分析黑龍江省典型林型碳匯結(jié)構(gòu)

李丹 王文帆 劉強 李靖彤 張亞楠

摘要： ?基于碳儲量分布狀態(tài)分析黑龍江省典型林型，對黑龍江省小興安嶺地區(qū)典型樹種進行碳匯測定分析。結(jié)果表明，不同樹種間不同組分（根、干、冠）碳比例存在顯著的差異，但同一樹種不同組分的碳密度比例不存在顯著差異。不同林型不同樣地針闊混交林垂直空間上不同組分（根、干、冠）的碳密度比例存在一定的差異，垂直空間碳比例平均值差異不明顯，樹根、樹冠、樹干的平均垂直碳密度比例平均值分別為：25.05±1.14%、16.35±0.96%、58.59±1.62%。

關(guān)鍵詞： ?碳儲量； ?小興安嶺； ?碳匯樹種

中圖分類號： ? Q 945. 11 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： ? A ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：１００1 － 9499（２０23）02 － 0042 － 03

Analysis on Carbon Sink Structure of Typical Forest Types in Heilongjiang Province Based on Carbon Storage Distribution

LI Dan WANG Wenfan LIU Qiang LI Jingtong ZHANG Yanan**

（Heilongjiang Academy of Forestry， ?Heilongjiang Harbin 150081）

Abstract Based on the distribution of carbon reserves， the typical tree species in Heilongjiang Province were analyzed. There are significant differences in the carbon proportion of different components （root， stem and crown） among different tree species， but there is no significant difference in the carbon density proportion of different components of the same tree species. The carbon density proportion of different components （roots， trunks and crowns） in vertical space of coniferous and broad-leaved mixed forests in different forest types and different plots has certain differences. The average vertical carbon density proportion of roots， crowns and trunks is 25.05 ±1.14%， 16.35 ±0.96% and 58.59 ±1.62% respectively.

Key words carbon storage; Xiaoxing′an Mountain; carbon sink tree species

黑龍江省小興安嶺地區(qū)是我國東北地區(qū)主要的地帶性森林植被、典型的溫帶針闊混交林，具有建群種獨特、物種多樣性豐富、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，從尺度變化的角度入手分析空間分異規(guī)律是空間異質(zhì)性研究的基本手段，也是揭示不同尺度陸地碳循環(huán)過程相互作用機理的基礎(chǔ)，目前森林植被碳儲量的研究對空間異質(zhì)性的分析不夠深入，主要原因就是沒有充分考慮尺度效應(yīng)[ 1 - 4 ]。

不同樹種碳匯分布起到直接影響其碳匯能力的重要因素，不同結(jié)構(gòu)特征也會對森林其他組分（ 如土壤等） 的碳匯起到影響作用，基于碳儲量分布狀態(tài)分析黑龍江省典型樹種，對黑龍江省小興安嶺地區(qū)典型樹種進行碳匯測定分析，對東北林區(qū)碳匯研究以及全國環(huán)境保護作用有著重要意義[ 5 - 9 ]。對于調(diào)節(jié)全球碳循環(huán)起到關(guān)鍵作用，森林結(jié)構(gòu)，多樣性及生物量的變化不僅是自然過程和人為干擾，很大程度上也受氣候環(huán)境變化的影響。明確森林植物組成，結(jié)構(gòu)，多樣性及碳匯功能對人為控制及氣候變化的響應(yīng)對預(yù)測未來森林對全球環(huán)境變化及干擾的應(yīng)對至關(guān)重要。

1 ?研究區(qū)域概況

豐林國家級自然保護區(qū)位于中國東北小興安嶺南段，伊春市五營區(qū)境內(nèi)。地理坐標為128°58'～

129°15'E， N 48°02'～48°12'，東西長20 km，南北寬16 km，總面積18 165 hm2。本區(qū)屬典型紅松林的北緣，因不同的光照，溫濕度和不同的立地環(huán)境等因子，為各種不同的植被資源創(chuàng)造了多樣的生態(tài)環(huán)境，使原始森林植物仍保存著很多第三紀的孑遺種，如紅松（Pinus koraiensis）、水曲柳（Fraxinus mandshu- rica）、核桃揪（Juglans mandshurica）、黃檗（Phelloden-dron amurense）、紫鍛和色木槭（Acer mono）等古老樹種；以及本區(qū)特有的樹種青楷槭（Acertegmemtosum）、

大青楊（Populus ussuriensis）等闊葉樹種又有喜暖的藤本植物，如葡萄科的山葡萄（Vitis amurensis）、木蘭科的五味子（Schizandrachinensis）、稱猴桃科的狗棗稱猴桃（A. kolomikta）等混生其間，使古老的原始闊葉紅松林具有明顯南方亞熱帶植被景觀。

2 試驗方法

選取黑龍江省豐林自然保護區(qū)及下屬麗林實驗林場內(nèi)的原始林、輕度采伐的紅松-云冷杉林，落葉松-云冷杉林、過伐林和裸地次生林為研究對象。對研究區(qū)域內(nèi)的針闊混交林進行了樹種、數(shù)量和胸徑調(diào)查，根據(jù)巢式樣方法[ 10 ]確定樣地面積為 20 m × 30 m，每塊樣地內(nèi)設(shè)定 5 m× 5 m 小樣方 24 個。

通過對研究區(qū)域內(nèi)不同林型主要針葉及闊葉喬木樹種進行取樣（生長錐法鉆取木芯），對不同樹種的碳匯率進行測定，結(jié)合相關(guān)資料進行分析，最終確定碳含量轉(zhuǎn)換計算方法。

2. 1 碳含量的測定方法

將取好的木芯樣品標號放入干燥箱中，干燥箱調(diào)至（103±2）℃，每隔2 h進行稱量直至質(zhì)量變化不超過0.01 g，認為是恒重。在實驗室中所有木條樣品基本干燥12 h達到恒重狀態(tài)。將干燥好的木條樣品放入粉碎機中，粉碎3～5 min，將粉末倒入200目的篩網(wǎng)中，篩出200目的木粉樣品，將木粉干燥至恒重后再裝入編號的密封袋里，待測量使用。采用TOC/TN（總有機碳/總氮）分析儀測定木芯碳含量。

生物量及碳含量計算采用相容性生物量方程[ 11 ]：

Ws=coDb0/（1+r2Dk2+r3Dk3+r4Dk4）

Wb=cor2Dk2+b0/（1+r2Dk2+r3Dk3+r4Dk4）

Wl=cor3Dk3+b0/（1+r2Dk2+r3Dk3+r4Dk4）

Wr=cor4Dk4+b0/（1+r2Dk2+r3Dk3+r4Dk4）

式中，Wt總量為各樹種整體的生物量；Wr、Ws、Wb、Wl分別為樹根、樹干、樹枝、樹葉等各分項的生物量；a1（D） ，b1，a2（D），b2，a3，（D），b3，a4（D），b4，c0和b0是模型參數(shù)。

碳含量計算采用試驗得到的針闊葉混合平均值（46.75%）做為碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，即

碳含量=生物量（kg）×0.467 5

碳密度=碳含量/樣地面積

2. 2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 22， JMP 10， R語言vegan包。單因素方差分析（ANOVA）判斷各指標的差異顯著性。當達到顯著性（p<0.05）時，認為二者可能存在直接或者間接的相互影響，否則認為相互間不存在影響。

3 結(jié)果與分析

由于各樣地林分組成的差異，不同林型內(nèi)樹種結(jié)構(gòu)的差異是決定林分垂直結(jié)構(gòu)的主要因素。單株林木分為樹干、樹冠和樹根三部分進行計算分析。

對不同林型所有樹種的單株碳密度比例進行分析發(fā)現(xiàn)，根系、樹干和樹冠的碳密度比例均存在顯著差異，即不同樹種間不同組分（干、根、冠）碳密度比例存在顯著差異。

將所有樣地內(nèi)同類樹種進行分類處理，進行均值計算，同時對同一樹種所有單木的樹干、樹根和樹冠的碳密度比例進行單一樣本T檢驗，所有樹種的相伴概率均小于0.05，可以通過檢驗。同一樹種內(nèi)各單株各組分碳密度比例與平均值比未出現(xiàn)顯著差異，即同種樹種的不同個體垂直結(jié)構(gòu)（根、干、冠）的碳密度比例不存在顯著性差異（圖1）。

由圖2可以看出，不同樣地不同組分（樹冠、樹干、樹根）的碳密度在樣地整體碳含量中所占的比例存在一定的不同，特別是落葉松-云冷杉林組內(nèi)差別較大。為了明確針闊混交林在垂直空間上的分布比例是否存在較大的差別，將樣地數(shù)據(jù)按照林型進行分類計算。

由圖3可知，不同林型的垂直結(jié)構(gòu)上各組分的碳密度比例存在一定的差異，其中原始林和輕度采伐林的比例相近，原始林、輕度采伐的紅松-云冷杉林、輕度采伐的落葉松-云冷杉林的根部碳密度比例分別為28.16%、26.72%、26.38%，樹干碳密度比例分別為53.74%、52.99%、59.95%，樹冠比例存在差異為18.08%、20.82%、13.65%。過伐林和次生林的比例比較接近，根部碳密度比例分別為21.26%、21.87%，樹干碳密度比例分別為63.74%、58.59%，樹冠比例存在差異為18.05%、14.78%。

不同林型不同組分的碳密度存在差異的最重要的原因是樹種組成和林分結(jié)構(gòu)的差異，但這種差異并不十分明顯（表1），顯著性水平均高于0.05，但樹冠的顯著性水平要高于樹根和樹干，因此，樹冠的碳密度比例的差異性要大于樹根和樹干。從針闊混交林整體水平上來看，不同林型針闊混交林不同組分垂直結(jié)構(gòu)碳匯比例平均值間不存在顯著性的差異，樹根、樹冠、樹干的垂直碳比例分別為：（25.05±1.14）%、（16.35±0.96）%、（58.59±1.62）%。

4 結(jié) 論

黑龍江典型樹種不同樹種間不同組分（根、干、冠）碳比例存在顯著的差異，但同一樹種不同組分的碳密度比例不存在顯著差異。不同林型不同樣地針闊混交林垂直空間上不同組分（根、干、冠）的碳密度比例存在一定的差異，這是由樹種組成和林分結(jié)構(gòu)的差異造成的，但小興安嶺針闊混交林的混交比例在大多數(shù)情況下都是比較大的，基本都可以達到中度混交，其中的大多數(shù)都可以達到重度混交，樹種的多樣和混交的程度決定了不同林型垂直空間碳密度比例的均勻性。因此，從針闊混交林整體的尺度上來看，不同林型針闊混交林垂直空間碳比例平均值差異不明顯，樹根、樹冠、樹干的平均垂直碳密度比例平均值分別為：25.05±1.14%、16.35±0.96%、58.59±1.62%。

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