气候变化与采伐对小兴安岭森林土壤碳储量的影响

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森林土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,在全球碳循环过程中具有极其重要的作用。小兴安岭林区处于高纬度地区对全球气候变化敏感,其土壤碳储量对气候变暖的响应更加明显。同时,该地区1998年以来实施“天然保护林工程”,将以皆伐为主的采伐方式改为以生态效益为主的抚育伐,这些采伐方案的实施如何在较大的时空尺度上改变森林土壤碳储量的动态变化及固碳潜力,值得深入探讨。探索小兴安岭地区森林土壤碳储量在未来气候变化和现行采伐方案下的动态,对评估森林固碳在减缓全球气候变化的作用和有效实施森林生态系统管理有重要的参考意义。  本研究基于耦合气候变化模型GFDL-CM3模拟的RCP2.6、RCP8.5气候情景数据和当前气候情景共3套气候预案数据,结合现行采伐方案,利用生态系统模型PnET-Ⅱ和森林景观模型LANDIS-ⅡCentury succession模块模拟小兴安岭地区森林在2000-2200年的土壤碳储量动态,并量化气候变化和采伐对森林土壤碳储量的影响。此外,本研究还结合实测数据采用不同的方法对模拟的结果进行了验证,同时将森林景观模型LANDIS PRO和LANDIS-ⅡBiomass succession模块模拟研究区地上树种分布和生物量进行对比,进一步理解和评价模型在本研究区的可信度,对减少森林动态模型预测的不确定性起着重要的作用。研究的主要结论如下:  (1)在自然演替情景、气候变化情景、现行采伐方案情景以及气候变化与现行采伐方案交互作用情景下,小兴安岭地区森林土壤碳储量总体上呈现持续增加的趋势,且土壤碳储量最大值在各种情景下从大到小依次为:自然演替情景下土壤碳储量最大值(185吨/公顷)、RCP2.6气候情景下土壤碳储量最大值(175吨/公顷)、RCP8.5气候情景下土壤碳储量最大值(162吨/公顷)、现行采伐方案情景下土壤碳储量最大值(150吨/公顷)、RCP2.6气候情景与现行采伐方案交互作用下土壤碳储量最大值(135吨/公顷)、RCP8.5气候情景与现行采伐方案交互作用下土壤碳储量最大值(120吨/公顷)。无论是气候变暖情景还是现行采伐方案情景都不利于土壤固碳。  (2)在气候变暖情景下,模拟研究显示研究区土壤碳储量在短期、中期和长期都显著降低,表明气候变化显著影响了土壤碳的固定。在现行采伐方案情景下,采伐在长期对土壤碳储量有显著性影响,而在短期和中期内没有显著性影响。与仅在自然演替情景下模拟的森林土壤碳储量相比,在气候变化情景与现行采伐方案交互作用下,土壤碳储量在中期和长期表现均为显著性差异,而在短期内没有显著性差异。此外,通过方差分解分析得出在模拟短期、中期、长期三个时期内,气候变化是引起土壤碳储量变化的主要因素,其影响大于采伐的影响,特别是在短期和中期采伐的影响很小。  (3)通过将基于不同样地尺度过程的LANDIS PRO和LANDIS-Ⅱ模型模拟的树种分布和生物量对比分析表明,样地尺度过程影响模拟的树种分布和组成。对于早期演替树种,模拟的树种分布和生物量对不同样地尺度过程不敏感,但是对于中期和晚期演替树种,模拟的树种分布和生物量对样地尺度过程敏感。两个模型模拟的树种生物量之间的差异大于树种分布的差异。此外,采伐减少了样地尺度过程的影响。通过模型之间的比较可以帮助理解模型模拟的不确定性和可信度。  本研究在理论层面上探讨了小兴安岭地区森林在未来气候变化情景和现行采伐方案下土壤碳储量动态。研究结果表明小兴安岭地区森林土壤碳储量受未来气候变化和现行采伐方案的影响较大。在未来的小兴安岭地区森林经营管理中应该更加注重对森林碳储量的保护。
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