研究生知识库

碳库和碳流是生物地球化学循环的重要组成部分。喀斯特地貌作为世界范围内一种特殊的地貌类型，其生境的独特性限制了该地貌类型上生态系统碳储量和碳循环的研究。已有研究表明，从森林总生长量来看，喀斯特山区森林植被生物量低于非喀斯特森林。以贵州省为代表的中国西南喀斯特地貌分布区是世界上岩溶地貌连续分布的主要集中区之一，对其碳储量现状和碳循环过程的研究具有重要意义。为了探究其碳库和碳流的区域特征，本研究利用不同来源的数据，采用不同方法集成分析了贵州省森林碳储量的现状以及典型小流域的碳循环特征。首先，虽然喀斯特地貌富集区的喀斯特地貌与非喀斯特地貌交错分布，但以往的研究在利用基于生物量转换因子的森林清查数据计算其生物量时，并没有将喀斯特森林与非喀斯特森林区分。基于贵州省森林资源清查数据，我们对贵州省40年来森林植被碳储量和生产力进行了估算；并结合气象数据，对影响贵州省森林植被碳储量和碳密度的因素进行分析。其次，在全面集成贵州省基于野外实测数据进行的生物量和碳储量研究数据的基础上，结合贵州省植被类型图，估算了该省实测植被和土壤碳储量，分析其空间分布特征。最后，在集成分析已有文献研究的基础上，以后寨河小流域为代表，对典型的喀斯特流域碳循环路径和过程进行分析。获得了如下初步结论：在森林清查数据和野外实测标准木数据的基础上，改进了贵州省森林植被生物量-蓄积量估算参数并估算了全省森林植被碳储量。该方法研究结果表明，1974-2015年40年中贵州省森林植被碳储量总体呈增加趋势。在1995-2000、2000-2005、2005-2010年三个调查期中，贵州省的森林植被碳储量和碳密度从2000年的196.07 Tg C和11.14 Mg C?hm-2增加到2005年的210.40 Tg C和11.95 Mg C?hm-2及2010年的228.93 Tg C和13.01 Mg C?hm-2。在不同森林类型中，天然林的碳储量均高于人工林。不同龄组森林碳积累的主要贡献者为幼龄林和中龄林，二者所拥有的森林植被碳储量在总森林植被碳储量中所占的比例分别为85.01％（2000）、82.04％（2005）和71.79％（2010）。在这15年中，土地利用方式及其面积的变化对森林覆盖率的增加起到了积极作用。然而，与温度和水分相关的生物气候变量，如0°C以上生长积温的日均值（mGDD0）、气候湿润指数（MI）、年平均温度（MAT）和年平均降水量（MAP）与森林平均碳密度的增加呈负相关。土地利用方式变化掩盖了气候变化的负面影响。低森林植被碳密度在全省的空间分布除了受温度和经度的影响外，还受森林起源和土壤条件的影响，特别是受到土壤类型的影响。通过对已有研究数据的集成，对贵州省不同群落类型的植被与土壤碳密度进行了赋值，并在此基础上估算了各植被群系与亚群系的植被与土壤碳储量。该方法研究结果表明，贵州省的植被总碳储量为488.170 Tg C，平均植被碳密度为27.866 Mg C?hm-2；土壤有机碳储量（20 cm）总量为1017.364 Tg C，平均土壤有机碳密度为58.074 Mg C?hm-2。在所有植被类型中，针叶林的植被碳储量最高，灌丛的土壤有机碳储量最高。喀斯特地貌的植被和有机碳储量分别为282.352 Tg C和614.825 Tg C，均高于非喀斯特地貌。植被碳密度主要集中在10-40 MgC?hm-2，土壤有机碳密度均匀分布在40-60、60-80、80-100 MgC?hm-2。不论是植被碳密度，还是土壤有机碳密度，较低的植被群落都广布于喀斯特地区。该方法估算的植被碳储量包含林下层和凋落物碳储量，高于基于森林清查数据估算的贵州省森林植被碳储量，但就植被碳密度的空间分布来看，二者估算结果呈现出一致性。对后寨河典型小流域的碳循环数据集成分析表明，低植被和土壤碳储量、碳酸盐岩的快速风化和水生植物生物碳泵效应的耦合机制是后寨河流域碳循环的重要特征，也是喀斯特地貌碳循环的重要特征。流域内植被总碳储量为142.27×103 Mg C，土壤有机碳碳储量为5.39×105 Mg C。水生生物碳泵效应对于流域内碳通量贡献显著，其效应大小受气候和土地利用方式调节。岩石风化碳汇中，碳酸盐风化作用（133 t?km-2?a-1）显著高于硅酸盐风化（3.7 t?km-2?a-1），流域内多年平均岩溶碳汇通量为39 t-CO2?km-2?a-1。气候和土地利用方式对其碳循环的每个步骤都有显著影响，尤其是土地利用方式的变化是水生生物碳泵和土壤中的CO2浓度最主要的影响因素。本研究结果提高了我们对气候和土地利用变化下喀斯特地貌森林碳循环的认识。