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本文以我国中亚热带鹰嘴界国家自然保护区常绿阔叶林为研究对象,利用空间代替时间,开展了灌丛地、马尾松林、针阔混交林和常绿阔叶林等不同演替阶段对乔木层、林下植被、木质残体和土壤碳密度的影响,同时,评估了不同演替阶段生态系统有机碳密度及分布。在此基础上,对不同演替阶段生态系统土壤、植被和生态系统的固碳潜力进行了研究,主要结论如下:
1.鹰嘴界常绿阔叶林演替阶段乔木层生物量以常绿阔叶林最高,为292.51 Mg.hm-2,其次为针阔混交林,为206.87 Mg.hm-2,最小是马尾松林,为171.76 Mg.hm-2。乔木层生物量主要集中于树干,其占乔木层生物量比例由马尾松林的57.28%降低到常绿阔叶林的46.70%,而树根所占比例由马尾松林的14.51%增加到常绿阔叶林的18.51%。马尾松林、针阔混交林和常绿阔叶林20cm径级以上径级的个体分别占总生物量的78.53%、69.84%和83.39%。乔木层碳密度以常绿阔叶林最高,为129.34 Mg.hm-2,其次为针阔混交林,为95.83 Mg.hm-2,最小是马尾松林,为85.27 Mg.hm-2。
2.鹰嘴界常绿阔叶林演替阶段各林分中木质残体的现存量较低,在1.26-8.82Mg.hm-2之间,大小顺序为:马尾松林<针阔混交林<常绿阔叶林,随演替进程呈逐渐增加趋势。演替阶段粗木质残体(CWD)碳含量因树种及其分解等级而异,随着CWD分解等级的提高,其碳含量逐渐降低。马尾松林、针阔混交林和常绿阔叶林的木质残体碳密度分别为0.62 Mg.hm-2、1.75 Mg.hm-2、3.78 Mg.hm-2,分别相当于各林分乔木层碳密度的0.73%、1.83%和2.92%。因此,CWD也是森林群落中重要的碳库。
3.鹰嘴界常绿阔叶林演替阶段林下植被生物量以马尾松林最大,为12.68 Mg.hm-2,其次是针阔混交林,为9.99 Mg.hm-2,常绿阔叶林最少,只有6.59 Mg.hm-2。林下植被碳含量顺序依次为针阔混交林、马尾松林、常绿阔叶林。林下植被碳密度以马尾松林最大,其次为针阔混交林,常绿阔叶最少,只有2.80 Mg.hm-2。
4.鹰嘴界常绿阔叶林4个演替阶段土壤有机碳含量以常绿阔叶林最高(20.26g.kg-1),针阔混交林次之(14.15g.kg-1),马尾松林第三(12.05g.kg-1),灌丛林最低(9.96g.kg-1)。即阔叶树种(常绿阔叶林、针阔混交林)林分土壤有机碳含量要高于针叶树种(马尾松)林分土壤有机碳含量。4个演替阶段土壤剖面有机碳密度常绿阔叶林最高,为90.49Mg.hm-2,针阔混交林次之,为69.59 Mg.hm-2,其次为马尾松,为62.75 Mg.hm-2,灌丛土壤剖面有机碳密度最小,为51.16Mg.hm-2。
5.鹰嘴界常绿阔叶林演替阶段森林系统有机碳密度各不相同,常绿阔叶林生态系统的有机碳密度最大,达到225.36 Mg.hm-2;针阔混交林生态系统的有机碳密度次之,为170.96Mg.hm-2;马尾松天然林生态系统的有机碳密度第三,为154.20 Mg.hm-2;而灌丛生态系统的有机碳密度最小,为57.37 Mg.hm-2;马尾松林、混交林和常绿阔叶林植被碳密度分别占总碳密度的10.82%,58.65%,59.29%,59.85%,土壤碳密度分别占总碳密度的89.18%,41.35%,40.71%,40.15%,植被与土壤碳密度之比分别为1.44、1.46和1.49。森林各层次碳密度为乔木层>土壤层>林下植被>枯落物层。
6.常绿阔叶林固碳潜力因所处演替阶段和层次而异。灌丛土壤固碳潜力为39.33Mg.hm-2,植被固碳潜力为128.66 Mg.hm-2,生态系统固碳潜力为167.99 Mg.hm-2;马尾松林土壤固碳潜力为27.74 Mg.hm-2,植被圃碳潜力为44.42 Mg.hm-2,生态系统固碳潜力为71.16 Mg.hm-2;针阔混交林土壤固碳潜力为20.9 Mg.hm-2,植被固碳潜力为33.50Mg.hm-2,生态系统固碳潜力为54.4 Mg.hm-2。
通过比较本地区主要林型间固碳潜力,我们发现通过封育改造、择伐补阔以及促灌为阔等森林管理,使得针叶林加快向针阔混交林或常绿阔叶林演替,将最大化中亚热带地区次生林或受干扰森林的未来碳密度,并成为较大的碳汇。