可持续发展背景下不同土地利用类型的土壤固碳能力

在可持续发展大背景下,由于温室效应日益显著,降碳增汇已成为全世界关注的热点问题,土壤强大的CO 2吸收能力逐渐引起各专家学者的重视。近年来,学术界在土壤碳汇方面的研究已经取得一定进展,但目前还没有对不同土地利用类型的土壤固碳能力做出系统梳理。综述森林、草地、农田和旱地土壤的固碳特点和影响因素的研究进展,并就不同土地利用类型的土壤固碳未来研究方向进行了展望。研究表明:①由于丰富的植被和发达的根系,森林土壤固碳能力较高,森林火灾、树木砍伐是影响森林土壤固碳能力的重要因素;②草地生态系统地下部分比地上部分存储了更多的有机碳,放牧、施肥是影响草地土壤固碳能力的重要因素;③农田也可以在地上生物量中储存大量的碳,秸秆还田、生物炭和农作物产量是较为有效的固碳改善方式;④旱地储存了全球大部分土壤无机碳,土壤无机碳含量受母质等多种因素影响,且旱地土壤有机碳和无机碳关系复杂。

川西亚高山5种森林生态系统的碳格局

采用样方法研究了川西亚高山白桦(Betula platyphylla)林(BF)、针阔混交林(MF)、岷江冷杉(Abies faxo-niana)林(FF)、紫果云杉(Picea purpurea)林(SF)和方枝柏(Sabina saltuaria)林(CF)的碳贮量、组成及其分布格局。结果表明:1)在5种森林生态系统中,土壤碳含量和碳贮量都随土壤深度的增加而极显著地降低,且与土壤深度之间有较好的线性关系;2)地被物碳贮量分别为SF(23.97±1.77)>FF(21.35±3.64)>MF(11.78±1.21)>CF(9.09±0.91)>BF(8.16±1.34)103kgC·hm–2,对生态系统总碳贮量的贡献率差异不显著,约占3%～4%;3)乔木层对植物碳贮量贡献最多,根系碳贮量占植物碳贮量的比例在13%～19%之间;4)SF和FF的碳贮存以植物为主,MF、BF和CF的碳贮存则以土壤为主;5)整个生态系统的碳贮量依次为SF(729.92±43.49)>FF(618.86±53.97)>MF(353.88±21.76)>BF(247.79±17.15)>CF(244.52±18.70)103kgC·hm–2,差异显著,对应的短期碳固定能力则依次为2.97、3.80、5.15、3.33和4.84103kgC·hm–2·a–1。在没有破坏性干扰前提下,川西亚高山次生林恢复是大气中碳沉降的潜在碳汇。合适的树种及其搭配比例、造林模式和森林生态系统管理对策,是促进该区域植被快速恢复和增加碳贮存的关键。

造林再造林、森林采伐、气候变化、CO_2浓度升高、火灾和虫害对森林固碳能力的影响

森林生态系统具有吸收大气CO_2、缓解气候变化的作用。造林再造林作为京都议定书认可的大气CO_2减排途径,是提高森林固碳能力的低成本、有效策略。森林生态系统固碳能力还受森林采伐、气候变化、大气CO_2浓度升高、火灾以及虫害等自然因素和人为因素的强烈影响。综述了全球和区域造林再造林的固碳能力,以及目前较受重视的一些因素(森林采伐、气候变化、大气CO_2浓度升高、火灾以及虫害)对森林生态系统固碳能力的影响。结果表明,全球造林再造林固碳能力为148—2400TgC/a;采伐造成的全球森林碳损失最大为900 TgC/a,其次是火灾为300 TgC/a,虫害造成森林碳释放最小在2—107 TgC/a之间。建议在今后的研究中,应关注固碳措施和多种环境因素对森林生态系统固碳能力,尤其是对森林土壤固碳能力的影响,严格控制森林采伐和火灾发生,以及减少或避免造林再造林活动引起的碳泄漏。

基于能源生态足迹的森林碳汇影子价格研究

从能源生态足迹角度出发，将森林生态系统的碳汇承载力以资源形式纳入丰十会经济系统，采用Xavie rLabandeira计算影子价格的方法，即影子价格体现在碳汇承载力约束下的均衡价格差异中，理论上估箅森林碳汇影子价格。结果表明：（1）森林碳汇承载力资源将对市场各部门的生产活动产牛较强的约束性，企业在碳汇承载力约束下的实际产量远低于没有约束下的实际产出量。（2）森林碳汇承载力约束下有些部门的碳汇影子价格为负，有些部门为正，因此保持市场各部门的总福利不变为条件，求解市场均衡状态下的森林生态系统碳汇影子价格为907元／tCO2。

全球森林生态系统碳储量、固碳能力估算及其区域特征

从气候地带性和地理区域分布两方面对森林生态系统碳储量及固碳能力，以及土地利用变化对森林固碳的影响和森林固碳估算不确定性的原因进行综述．据估算，全球森林生态系统碳储量为652～927PgC，固碳能力达到4．02PgC·a^-1．各气候地带森林碳储量表现为热带最大（471PgC），寒带次之（272PgC），温带（113～159PgC）最小，固碳能力表现为热带（1．02～1．3PgC·a^-1）最大，温带次之（0．8PgC·a^-1），寒带（0．5PgC·a^-1）最小；各地理区域森林碳储量表现为南美洲（187．7—290PgC）最大，其次是欧洲（162．6PgC）、北美洲（106．7PgC）、非洲（98．2PgC）和亚洲（74．5PgC），而大洋洲（21．7PgC）最小，固碳能力为南美洲热带（1276TgC·a^-1）和非洲热带（753TgC·a^-1）较大，其次是北美洲（248TgC·a^-1）和欧洲（239TgC·a^-1），而东亚（98．8—136．5TgC·a^-1）较小．为进一步减少森林生态系统固碳估算的不确定性，今后应综合运用连续长期观测技术、样地清查、遥感分析和模型模拟等方法．

川西亚高山天然次生林生态功能恢复综合评价

川西亚高山原始针叶林遭受大规模采伐后自然恢复形成的次生林已成为该区域的主要森林类型之一,具有重要的生态功能.现有森林生态功能评价大多为水源涵养等单一生态功能,尚缺乏针对多种生态功能的综合评价.采用空间代替时间的方法,以岷江冷杉原始林为参照,基于植物群落学与生物量调查,以及植物和土壤样品采集与测定,分析次生林植物多样性、碳储量、林地涵水能力三大生态功能恢复动态,探讨次生林生态功能恢复速率及其影响因素.结果显示:(1)随着次生林的恢复,林分综合生态功能显著提高,生态功能指数为原始暗针叶林(0.8236)>针阔叶混交林(0.5464)>阔叶林(0.3677).川西亚高山次生林生态功能恢复大约需要180年以上,不同生态功能恢复速率为植物多样性功能>林地水源涵养功能>固碳功能,不同演替阶段为阔叶林>针阔叶混交林>原始暗针叶林;(2)恢复到50-60年阔叶林具有较高的物种丰富度、Simpson和Shannon-Wiener指数,尤其是物种丰富度恢复速率较快,但恢复到老龄林相似的冠层物种组成需要较长的时间,可能与砍伐前为原始森林、残余森林呈镶嵌分布,以及桦木和岷江冷杉等建群种周转率低等有关;(3)林地持水能力以针阔混交林为最高,其中土壤蓄水量占绝对优势,针阔混交林具有较高的土壤毛管持水量,而针叶林土壤非毛管持水量较高.恢复速率为土壤毛管持水量(110年)>枯落物持水量(118年)>苔藓层持水量(135年);(4)随着林龄的增加,地上植被层和土壤碳储量显著增加,土壤层碳储量显著大于植被层,恢复速率为土壤(110年)>地上部分(160年)>枯落物层和苔藓层(>200年),较快的土壤碳储存以及毛管持水量恢复速率与先前地上植被遭受严重破坏而地下土壤干扰较轻有关.本研究表明川西亚高山次生林生态功能恢复是一个漫长的过程,不同恢复阶段、不同生态功能恢复速率差异显著,应针对不同演替阶段采取不同的生态功能恢复策略,尤其要加强现有原始老龄林栖息地和残余老树的保护,注重构建针阔叶混交林结构,保护和促进次生林地被物层的恢复.