油松純林喬木層碳密度影響因子分析

張首軍

(山西省呂梁山國(guó)有林管理局，山西 臨汾 041000)

油松純林喬木層碳密度影響因子分析

張首軍

(山西省呂梁山國(guó)有林管理局，山西 臨汾 041000)

分析了影響中國(guó)油松林碳密度的各因子的作用，結(jié)果顯示，在油松林適生的溫度范圍內(nèi)，低溫、高降雨量更有利于其積累碳素;隨著林齡的增大，氣溫和降雨量對(duì)碳密度的影響作用逐漸減小;天然林和人工林碳密度預(yù)測(cè)模型分別為:C=－5.107×T+0.079×R+1.263×A(R2=0.895);C=－3.319×T+0.010×R+2.220×A(R2=0.934)．

油松喬木層;碳密度;氣溫;降雨量;林齡

森林在陸地生態(tài)系統(tǒng)吸收碳素方面起著主要作用，是大氣CO2的重要調(diào)節(jié)者之一。油松林(Pinus tabulaeformis)是中國(guó)暖溫帶落葉林區(qū)域重要的森林類(lèi)型，其分布范圍橫跨遼寧省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、河北省、北京市等14 個(gè)省市，東經(jīng) 103°20'～124°45'，北緯31°13'～43°33'．油松分布區(qū)年均最低溫1 ℃ ～2 ℃，最高溫14℃左右，年降水量400 mm～800 mm．土壤類(lèi)型主要有褐土、棕壤和灰褐土等。

筆者分析了油松林喬木層碳密度的影響因子，對(duì)油松天然林和人工林喬木層碳密度預(yù)測(cè)模型做出了估算，為精確估測(cè)研究區(qū)域乃至全國(guó)油松生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量提供理論支持，對(duì)經(jīng)營(yíng)者實(shí)施林地經(jīng)營(yíng)管理具有重要的指導(dǎo)作用。

1 研究范圍

筆者搜集到的文獻(xiàn)中提供了八達(dá)嶺、太岳地區(qū)、老頂山、岷江上游、秦嶺火池塘、黃陵縣雙龍林場(chǎng)、甘肅武都等區(qū)域的油松碳密度資料。又從晉中市林業(yè)局、呂梁山國(guó)有林管理局、北京市西山等地收集樣地資料來(lái)補(bǔ)充數(shù)據(jù)庫(kù)。所收集的油松林樣地資料涵蓋了我國(guó)油松的主要分布區(qū)，具有一定的代表性。

2 研究方法

數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2003和Systat 10.0．以人工林為代表分析各氣候因子對(duì)碳密度的影響。

2.1 油松林喬木層碳密度的估算

油松林喬木層生物量估算采用材積源生物量法。缺乏的喬木層生物量資料，根據(jù)其所在地區(qū)的喬層木生物量估測(cè)模型來(lái)估算生物量;筆者將樹(shù)干生物量和樹(shù)皮生物量合并為1組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

油松純林采用0.503 0的比例系數(shù)計(jì)算其喬木層的碳密度。

2.2 影響因子的估算

2.2.1 氣溫的估算

根據(jù)文獻(xiàn)中提供的氣象站的氣溫，按海拔每升高100 m，氣溫下降0.55℃估算樣地的氣溫。統(tǒng)計(jì)樣地的年平均氣溫為5℃～18.1℃．

2.2.2 降雨量的估算

降雨量估算采用太行山降雨量的計(jì)算方程:

式中:R——降雨量，單位為mm;

E——高差，單位為 km;

519.23——太行山腳下的降雨量，單位為mm．

筆者利用文獻(xiàn)中提供的距樣地最近的氣象觀測(cè)站的降雨量代替太行山腳下的降雨量519.23 mm，E的取值為樣地距氣象觀測(cè)站的高差，代入上述方程，估算出樣地的年降雨量為360 mm～1 133 mm．

2.2.3 林齡的估算

以文獻(xiàn)中報(bào)道的林齡為準(zhǔn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 油松林碳密度與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

油松林喬木層碳密度與環(huán)境因子的相關(guān)性分析見(jiàn)表1．

表1 油松林喬木層碳密度與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明年平均氣溫、年平均降雨量、林齡和海拔是影響油松林碳密度的主要因子。

3.2 氣溫對(duì)油松林喬木層碳密度的影響

筆者根據(jù)年平均溫度將樣地分成6個(gè)溫度梯度組:Ⅰ(5.0℃ ～6.4℃)，Ⅱ(6.5℃ ～7.9℃)，Ⅲ(8.0℃ ～9.4℃)，Ⅳ(9.5 ℃ ～10.9 ℃)，Ⅴ(11.0℃ ～12.4℃)，Ⅵ(12.5℃ ～14.0℃)．各溫度梯度對(duì)人工林各齡組喬木層碳密度的影響見(jiàn)圖1．

圖1 溫度對(duì)油松人工林喬木層碳密度的影響

由圖1可以看出，在各齡組內(nèi)，隨著年平均氣溫的升高，油松人工林喬木層的碳密度逐漸減小。各齡組多重比較結(jié)果顯示，在各個(gè)生長(zhǎng)期，5.0℃ ～6.4℃的生長(zhǎng)環(huán)境下喬木層碳密度均最高，12.5℃ ～14.0℃條件下最低。幼齡林在年平均氣溫5.0℃～6.4℃條件下喬木層碳密度(48.69 t/hm2)是12.5℃～14.0℃條件下喬木層碳密度(3.22 t/hm2)的15倍;中齡林在年平均氣溫5.0℃ ～6.4℃時(shí)喬木層碳密度(64.37 t/hm2)是12.5℃ ～14.0℃條件下喬木層碳密度(5.22 t/hm2)的12倍;近熟林在年平均氣溫5.0℃～6.4℃時(shí)喬木層碳密度(106.46 t/hm2)是年平均氣溫12.5℃ ～14.0℃時(shí)喬木層碳密度(12.74 t/hm2)的8倍。

氣溫是影響油松林生長(zhǎng)的主要因子，在油松林適生的溫度范圍內(nèi)，5℃ ～7.9℃的低溫利于其積累碳素。且隨著林齡的增加，氣溫的影響作用逐漸減小。

3.3 降雨量對(duì)油松林喬木層碳密度的影響

筆者按年平均降雨量將樣地分成4個(gè)降雨量梯度組:Ⅰ(300 mm ～500 mm)，Ⅱ(501 mm ～700 mm)，Ⅲ(701 mm ～900 mm)，Ⅳ(901 mm ～1200 mm)．降雨量對(duì)油松人工林喬木層碳密度的影響見(jiàn)第16頁(yè)圖2．

由圖2可以看出，隨著年平均降雨量的增加，油松人工林喬木層的碳密度逐漸增大。各齡組多重比較結(jié)果顯示，高降雨量組碳密度普遍大于低降雨量組。除油松人工成熟林Ⅳ降雨量組與Ⅲ降雨量組差異不顯著外(P＞0.05)，其它各齡組中最高降雨量組的碳密度與其它各降雨量組的差異極顯著(P＜0.01)。

從幼齡期至成熟林期，年平均降雨量901～1 200 mm條件下喬木層碳密度分別是年平均降雨量300 mm～500 mm條件下的10倍(幼齡林)，5倍(中齡林)，5 倍(近熟林)，2 倍(成熟林)。

圖2 降雨量對(duì)油松人工林喬木層碳密度的影響

3.4 林齡對(duì)油松林喬木層碳密度的影響

筆者根據(jù)收集資料的情況，將油松純林按起源分為天然林和人工林，油松人工林齡組劃分為:幼齡林Ⅰ(≤20 a)，中齡林Ⅱ(21 a～30 a)，近熟林Ⅲ(31 a～40 a)，成熟林Ⅳ(41 a～60 a);油松天然林齡組劃分為:幼齡林Ⅰ(≤30 a)，中齡林Ⅱ(31 a～50 a)，近熟林Ⅲ(51 a～60 a)，成熟林Ⅳ(61 a～80 a)．林齡對(duì)油松林喬木層碳密度的影響見(jiàn)圖3．

圖3 林齡對(duì)油松林喬木層碳密度的影響

從圖3可以看出，隨著林齡的增長(zhǎng)，油松人工林喬木層的碳密度逐漸增大。天然成熟林喬木層的碳密度小于天然近熟林和天然中齡林。油松天然林喬木層碳密度均大于人工林，說(shuō)明現(xiàn)有的油松人工林需要進(jìn)行人工撫育，促使其向天然林分方向發(fā)展，充分發(fā)揮碳平衡功能。

3.5 油松林碳密度估測(cè)模型

根據(jù)以上分析，油松純林喬木層碳密度估測(cè)模型如下。

3.5.1 人工林

油松人工林喬木層碳密度預(yù)測(cè)模型為:

式中:C——碳密度，單位為t/hm2;

T——年平均氣溫，單位為℃;

R——年平均降雨量，單位為mm;

A——林齡，單位為 a．

人工林線性回歸分析見(jiàn)表2．

表2 人工林線性回歸分析

3.5.2 天然林

油松天然林喬木層碳密度預(yù)測(cè)模型為:

C=－5.107×T+0.079×R+1.263×A(R2=0.934)，式中字母含義同上。

天然林線性回歸分析見(jiàn)表3．

表3 天然林線性回歸分析

4 結(jié)論

1)氣溫和降雨量是影響油松對(duì)碳元素積累的主要因子。在油松林適生的溫度范圍內(nèi)，低溫、高降雨量更有利于其積累碳素。且隨著林齡的增大，氣溫和降雨量對(duì)碳密度的影響作用逐漸減小。

2)油松人工林喬木層碳密度預(yù)測(cè)模型:

油松天然林喬木層碳密度預(yù)測(cè)模型:

式(1)與式(2)中:

C——碳密度，單位為t/hm2;

T——年平均氣溫，單位為℃;

R——年平均降雨量，單位為mm;

A——林齡，單位為 a．

［1］劉國(guó)華，傅伯杰，方精云．中國(guó)森林碳動(dòng)態(tài)及其對(duì)全球碳平衡的貢獻(xiàn)［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，20(5):733-740．

［2］方精云，陳安平．中國(guó)森林植被碳庫(kù)的動(dòng)態(tài)變化及其意義［J］．植物學(xué)報(bào)，2001，43(9):967-973.

［3］Yang Yonghui，Masataka Watanabe，F(xiàn)adong Li，et al．Factors affecting forest growth and possible effects of climate change in the Taihang Mountains，northern China［J］．Forestry，2006，79(1):135-147.

Influence Factors of Tree Layer Carbon Density of Pure Pinus tabulaeformis Forest

Zhang Shoujun
(National Forestry Management Bureau of Lvliang Mountain in Shanxi，041000 Linfen，China)

Influence factors of carbon density of Pinus tabulaeformis forest were analyzed in this paper．The results showed that low temperature，high rainfall contributed positively the accumulation of carbon under suitable growth temperature of Pinus tabulaeformis forest and the effect of temperature and rainfall on carbon density decreased gradually in growth．Carbon density prediction models of natural forest and plantation forest were C=－5.107×T+0.079×R+1.263×A(R2=0.895)and C= －3.319×T+0.01×R+2.220×A(R2=0.934)．

Tree layer of Pinus tabulaeformis;carbon density;temperature;rainfall;tree age

S791.254

A

1007-726X(2012)02-0014-04

2012-05-17

張首軍(1979— )，男，山西代縣人，2003年畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，工程師。