中条山森林碳密度时空变化及其驱动因素分析.pdf

第3 7卷第4期2 0 2 3年8月水土保持学报J o u r n a l o fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 7N o.4A u g.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 8 资助项目:山西省自然科学基金项目(2 0 2 1 0 3 0 2 1 2 3 4 4 9);山西省科技厅“山西省森林生态科学数据共享服务平台项目”(2 0 1 6 0 5 D 1 2 1 0 1 7);山西省科技创新人才团队专项(2 0 2 2 0 4 0 5 1 0 0 1 0 1 0);国家自然科学基金项目(4 1 9 7 7 4 1 2)第一作者:段兰兰(1 9 9 8-),女,硕士,主要从事生态系统碳循环研究。E-m a i l:d u a n o 9 2 71 6 3.c o m 通信作者:严俊霞(1 9 7 6-),女,副教授,硕士生导师,主要从事生态系统碳循环研究。E-m a i l:y j x 4 2 2s x u.e d u.c n中条山森林碳密度时空变化及其驱动因素分析段兰兰1,刘 菊2,贺 丽1,王 琰1,严俊霞1(1.山西大学黄土高原研究所,太原0 3 0 0 0 6;2.山西省林业和草原科学研究院,太原0 3 0 0 1 2)摘要:森林碳库在全球碳循环中发挥着重要的作用。为深入了解山西省中条山区森林植被碳密度的时空动态变化及其影响因素,以2 0 0 52 0 1 5年3期国家森林资源连续清查数据为基础,通过随机森林和结构方程模型,定量研究了森林植被的碳密度以及各驱动因子对碳密度空间分布的贡献度。结果表明:(1)2 0 0 5年、2 0 1 0年、2 0 1 5年中条山森林植被碳密度和碳储量分别为2 4.8 7,2 6.5 6,3 1.4 2 M gC/h m2和1 5.8 9,1 6.0 0,2 0.1 5T gC,二者均呈持续增加趋势,年均增长率分别为2.6 3%和2.6 8%。(2)植被碳密度空间分布特征为高(1 0 0M gC/h m2)和中高(6 01 0 0M gC/h m2)碳密度样地主要分布在中条山中部和西南部,低碳密度区(1 0 0M gC/h m2)a n dm e d i u m-h i g h(6 01 0 0M gC/h m2)c a r b o nd e n s i t yp l o t sw e r em a i n l yd i s t r i b u t e d i nt h ec e n t r a la n ds o u t h w e s to fZ h o n g t i a o M o u n t a i n s,w h i l el o wc a r b o nd e n s i t yp l o t s(0.0 5),G F I 0.9 5,RM S E A0.0 8,以确 定 碳 密 度 的 最 优 模 型。S EM分 析 使 用AMO S2 5.0进行。2 结果与分析2.1 中条山森林植被碳密度的动态变化研究区3期森林的碳密度分别为2 4.8 7,2 6.5 6,3 1.4 2M gC/h m2,呈持续增加趋势。2 0 0 52 0 1 0年和2 0 1 02 0 1 5年碳密度年均增加量分别为0.3 4,0.9 7M gC/h m2(表1),表明2 0 1 02 0 1 5年研究区的碳密度增加速度快于2 0 0 52 0 1 0年。3期碳密度小于4 5M gC/h m2范围内的样地个数分别占总样地个数的8 1.9 3%,7 9.7 3%,7 3.8 3%;4 57 5M gC/h m2的样地个数所占比例分别为1 1.7 6%,1 3.1 8%,1 4.6 4%;高于7 5M gC/h m2的样地占比分别为6.3 0%,7.0 9%,1 1.5 3%。2 0 0 5年、2 0 1 0年、2 0 1 5年研究区植被碳储量分别为1 5.8 9,1 6.0 0,2 0.1 5T gC,呈逐渐增加趋势;2 0 0 52 0 1 5年植被碳储量年均增加4.2 6 1 05M gC,年均增长率为2.6 8%;平均碳密度年均增加0.6 5 M gC/h m2,年均增长率为2.6 3%。森林年龄结构组成与森林碳密度密切相关,研究区天然林碳密度以成熟林最高,人工林以近熟林最高,二者均以幼龄林碳密度最低,研究区无过熟林(图2),且2 0 0 5年、2 0 1 0年、2 0 1 5年天然林、人工林的平均碳密度均呈逐渐增加趋势。通过TW I N S P AN分061水土保持学报 第3 7卷类并依据植物群落分类和命名原则,结合调查结果的生态分析和群落生境特征的优势树种命名群落类型,将研究区的植物群落分成8个群系(表2)。从表2可以看出,除群系和碳密度呈先减少后增加的趋势外,其他所有群系2 0 0 52 0 1 5年的碳密度均呈持续增加趋势,其中群系的碳密度增加最多,为1 4.1 4M gC/h m2;其次是群系,增加1 3.8 5M gC/h m2;群系增加最少,为2.4 8M gC/h m2。从林分起源来看,3期天然林群系碳密度平均值显著高于人工林群系。在人工林中,各群系碳密度平均值从低到高依次为群系(6.9 4 1 0.6 2),(5.5 26.5 6),(9.3 09.8 2)M gC/h m2)群系(9.3 69.3 1),(9.6 91 2.6 3),(1 1.8 31 5.2 5)M gC/h m2)1 0 0M gC/h m2)大量集中在研究区中部,少部分集中在研究区西南部;中高碳密度区(6 01 0 0M gC/h m2)也多集中在研究区中部;低碳密度区(1 0 0 M gC/h m2)和中高(6 01 0 0M gC/h m2)碳密度样地主要分布在中部和西南部,低碳密度区(6 0M gC/h m2)主要在东北部。1 5年间,1 6.1 0%的样地碳密度增加量大于2 5M gC/h m2,中部和西南部样地碳密度增加量大于东北部。(3)林龄和年均降雨量是影响研究区植被碳密度空间格局的重要驱动因子,林龄对碳密度的直接正向影响最为显著,年均降雨量通过对林分因子的间接影响进而影响碳密度的空间分布格局。参考文献:1 朴世龙,岳超,丁金枝,等.试论陆地生态系统碳汇在“碳中和”目标中的作用J.中国科学:地球科学,2 0 2 2,5 2(7):1 4 1 9-1 4 2 6.2 D i x o nR K,S o l o m o n A M,B r o w nS,e ta l.C a r b o np o o l sa n df l u xo fg l o b a l f o r e s te c o s y s t e m sJ.S c i e n c e,1 9 9 4,2 6 3(5 1 4 4):1 8 5-1 9 0.3 M cK i n l e yDC,R y a nM G,B i r d s e yRA,e t a l.As y n-t h e s i so f c u r r e n tk n o w l e d g eo nf o r e s t sa n dc a r b o ns t o r-a g e i nt h eU n i t e dS t a t e sJ.E c o l o g i c a lA p p l i c a t i o n s,2 0 1 1,2 1:1 9 0 2-1 9 2 4.4 L iT,L iM Y,T i a nL.D y n a m i c so f c a r b o ns t o r a g ea n di t sd r i v e r si n G u a n g d o n gP r o v i n c ef r o m 1 9 7 9t o2 0 1 2J.F o r e s t s,2 0 2 1,1 2(1 1):e 1 4 8 2.5 F a n gJY,C h e nAP,P e n gCH,e t a l.C h a n g e s i nf o r-e s tb i o m a s sc a r b o ns t o r a g ei nC h i n ab e t w e e n1 9 4 9a n d1 9 9 8J.S c i e n c e,2 0 0 1,2 9 2(5 5 2 5):2 3 2 0-2 3 2 2.6 方精云,郭兆迪,朴世龙,等.1 9 8 1-2 0 0 0年中国陆地植被碳汇的估算J.中国科学D辑:地球科学,2 0 0 7,3 7(6):8 0 4-8 1 2.7 G u oZD,F a n gJY,P a nY D,e ta l.I n v e n t o r y-b a s e de s t i m a t e so ff o r e s tb i o m a s sc a r b o ns t o c k si nC h i n a:Ac o m p a r i s o no ft h r e e m e t h o d sJ.F o r e s tE c o l o g ya n dM a n a g e m e n t,2 0 1 0,2 5 9:1 2 2 5-1 2 3 1.8 李海奎,赵鹏祥,雷渊才,等.基于森林清查资料的乔木林生物量估算方法的比较J.林业科学,2 0 1 2,4 8(5):4 4-5 2.9 W a n gSQ,Z h o uL,C h e nJM,e t a l.R e l a t i o n s h i p sb e-t w e e nn e tp r i m a r yp r o d u c t i v i t ya n ds t a n da g e f o r s e v e r a lf o r e s t t y p e s a n d t h e i r i n f l u e n c e o nC h i n a s c a r b o nb a l a n c eJ.J o u r n a lo fE n v i r o n m e n t a l M a n a g e m e n t,2 0 1 1,9 2(6):1 6 5 1-1 6 6 2.461水土保持学报 第3 7卷1 0 S h a r m aCM,T i w a r iOP,R a n aYS,e t a l.E l e v a t i o n a lb e h a v i o u ro nd o m i n a n c e-d i v e r s i t y,r e g e n e r a t i o n,b i o-m a s sa n dc a r b o ns t o r a g ei nr i d g ef o r e s t so fG a r h w a lH i m a l a y a,I n d i aJ.F o r e s tE c o l o g ya n dM a n a g e m e n t,2 0 1 8,4 2 4:1 0 5-1 2 0.1 1 P e n gW,P u k k a l aT,J i nXJ,e ta l.O p t i m a lm a n a g e-m e n to f l a r c h(L a r i xo l g e n s i sA.H e n r y)p l a n t a t i o n si nN o r t h e a s tC h i n aw h e nt i m b e rp r o d u c t i o na n dc a r b o ns t o c ka r ec o n s i d e r e dJ.A n n a l so fF o r e s tS c i e n c e,2 0 1 8,7 5(6 3):1-1 5.1 2 Y a n gY H,L u oYQ,F i n z iAC.C a r b o na n dn i t r o g e nd y n a m i c sd u r i n gf o r e s ts t a n dd e v e l o p m e n t:A g l o b a ls y n t h e s i sJ.N e wP h y t o l o g i s t,2 0 1 1,1 9 0:9 7 7-9 8 9.1 3 X uL,S h iYJ,F a n gH Y,e ta l.V e g e t a t i o nc a r b o ns t o c k sd r i v e nb yc a n o p yd e n s i t ya n df o r e s ta g e i ns u b-t r o p i c a l f o r e s t e c o s y s t e m sJ.S c i e n c eo f t h eT o t a lE n-v i r o n m e n t,2 0 1 8,6 3 1/6 3 2:6 1 9-6 2 6.1 4 Z h o uR W,L iWJ,Z h a n gYP,e ta l.R e s p o n s e so ft h ec a r b o ns t o r a g ea n ds e q u e s t r a t i o np o t e n t i a l o f f o r e s tv e g e t a t i o nt ot e m p e r a t u r ei n c r e a s e si n Y u n n a nP r o v-i n c e,SW C h i n aJ.F o r e s t s,2 0 1 8,9(5):1-1 5.1 5 F a n gJY,Y uG R,L i uLL,e ta l.C l i m a t ec h a n g e,h u m a n i m p a c t s,a n dc a r b o ns e q u e s t r a t i o n i nC h i n aJ.P r o c e e d i n g so ft h e N a t i o n a l A c a d e m y o f S c i e n c e s,2 0 1 8,1 1 5(1 6):4 0 1 5-4 0 2 0.1 6 陈力,尹云鹤,赵东升,等.长白山不同海拔树木生长对气候变化的响应差异J.生态学报,2 0 1 4,3 4(6):1 5 6 8-1 5 7 4.1 7 赵学鹏,白学平,李俊霞,等.气候变暖背景下不同海拔长白落叶松对气候变化的响应J.生态学杂志,2 0 1 9,3 8(3):6 3 7-6 4 7.1 8 石亚飞,石善恒,黄晓敏.基于R的结构方程模型在生态学中的应用J.生态学杂志,2 0 2 2,4 1(5):1 0 1 5-1 0 2 3.1 9 梁爱军,孙朝升,闫彩云,等.中条山林区人工林林分质量评价J.西北林学院学报,2 0 1 7,3 2(6):2 0 3-2 0 9.2 0 裴顺祥,法蕾,杜满义,等.中条山油松人工林下物种对群落物种丰富度分布格局的贡献J.西北植物学报,2 0 2 1,4 1(8):1 4 0 9-1 4 1 6.2 1 廉凯敏,段福军,苗科,等.中条山油松人工林胸径分布规律研究J.陕西林业科技,2 0 2 0,4 8(5):1 2-1 5.2 2 上官铁梁,张峰,樊龙锁.中条山木本植物区系地理成分分析J.植物研究,2 0 0 0,2 0(2):1 4 3-1 5 5.2 3 国家林业和草原局.G B/T3 8 5 9 0-2 0 2 0森林资源连续清查技术规程S.北京:中国标准出版社,2 0 2 0.2 4 李海奎,雷渊才.中国森林植被生物量和碳储量评估M.北京:中国林业出版社,2 0 1 0:1 3-2 5.2 5 刘国华,傅伯杰,方精云.中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献J.生态学报,2 0 0 0,2 0(5):7 3 3-7 4 0.2 6 M a n u e lDB,M a e s t r eFT,R e i c hPB,e t a l.M i c r o b i a ld i v e r s i t yd r i v e sm u l t i f u n c t i o n a l i t y i nt e r r e s t r i a l e c o s y s-t e m sJ.N a t u r eC o mm u n i c a t i o n s,2 0 1 6,7(1):e 1 0 5 4 1.2 7 俞艳霞,张建军,王孟本.山西省森林植被碳储量及其动态变化研究J.林业资源管理,2 0 0 8(6):3 5-3 9.2 8 张春华,居为民,王登杰,等.2 0 0 42 0 1 3年山东省森林碳储量及其碳汇经济价值J.生态学报,2 0 1 8,3 8(5):1 7 3 9-1 7 4 9.2 9 伊锋,韩有志,贺自书,等.山西太岳山森林生物量与碳密度研究J.山西农业科学,2 0 1 7,4 5(4):5 9 9-6 0 2.3 0 Z h a oM,Z h o uGS.C a r b o ns t o r a g eo f f o r e s t v e g e t a t i o ni nC h i n aa n di t sr e l a t i o n s h i pw i t hc l i m a t i cf a c t o r sJ.C l i m a t i cC h a n g e,2 0 0 6,7 4:1 7 5-1 8 9.3 1 P i a oSL,F a n gJY,C i a i sP.T h ec a r b o nb a l a n c eo ft e r r e s t r i a l e c o s y s t e m si nC h i n aJ.N a t u r e,2 0 0 9,4 5 8:1 0 0 9-1 0 1 3.3 2 张绘芳,张景路,侯晓巍,等.新疆天山山区乔木林碳密度变化特征及其影响因素J.水土保持通报,2 0 2 1,4 1(2):1 2 2-1 2 7.3 3 S h i p l e yB,M e z i a n eD.T h eb a l a n c e d-g r o w t hh y p o t h e s i sa n dt h ea l l o m e t r yJ.F u n c t i o n a lE c o l o g y,2 0 0 2,1 6(3):3 2 6-3 3 1.3 4 P e i c h lM,A r a i nMA.A l l o m e t r ya n dp a r t i t i o n i n go f a b o v e-a n db e l o w g r o u n dt r e eb i o m a s si na na g e-s e q u e n c eo fw h i t ep i n ef o r e s t sJ.F o r e s tE c o l o g ya n d M a n a g e-m e n t,2 0 0 7,2 5 3(1/3):6 8-8 0.3 5 Z h a n gXP,W a n gMB,L i a n gX M.Q u a n t i t a t i v e c l a s-s i f i c a t i o na n dc a r b o nd e n s i t yo f t h e f o r e s tv e g e t a t i o ni nL l i a n gM o u n t a i n so fC h i n aJ.P l a n tE c o l o g y,2 0 0 9,2 0 1(1):1-9.3 6 W e n D,H e N P.F o r e s tc a r b o ns t o r a g ea l o n gt h en o r t h-s o u t ht r a n s e c to fe a s t e r no fC h i n a:S p a t i a lp a t-t e r n s,a l l o c a t i o n,a n d i n f l u e n c i n gf a c t o r sJ.E c o l o g i c a lI n d i c a t o r s,2 0 1 5,6 1(6 1):9 6 0-9 6 7.3 7 辛晓平,丁蕾,程伟,等.北方草地及农牧交错区草地植被碳储量及其影响因素J.中国农业科学,2 0 2 0,5 3(1 3):2 7 5 7-2 7 6 8.3 8 曹扬,陈云明,晋蓓,等.陕西省森林植被碳储量、碳密度及其空间分布格局J.干旱区资源与环境,2 0 1 4,2 8(9):6 9-7 3.3 9 潘帅,于澎涛,王彦辉,等.六盘山森林植被碳密度空间分布特征及其成因J.生态学报,2 0 1 4,3 4(2 2):6 6 6 6-6 6 7 7.4 0 孙拖焕,梁守伦,樊兰英,等.山西省森林生态连清与生态系统 服 务 功 能 研 究 M.北 京:中 国 林 业 出 版 社,2 0 1 9.4 1 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