大兴安岭火烧迹地兴安落叶松粗木质残体(CWD)分解过程研究

来源 :东北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gongshurong20090907
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粗木质残体(Coarse Woody Debris,CWD)的分解影响森林生态系统的能量流动和物质循环,维持着森林生态系统结构和功能的完整性,是陆地生态系统物质循环的重要组成部分。但是由于CWD分解过程缓慢,其碳、氮等物质循环经常被忽视。以往对CWD的研究多集中于CWD的输入、分解、储量动态和功能等方面,但受地理位置、森林类型、演替阶段等因素的影响,全球各研究区域的结果差异较大。北方森林是林火的高发地区,火干扰会产生大量的CWD,量化这种物质的转化和分解对于阐明北方针叶林在碳循环中的作用非常必要。由于CWD分解过程缓慢,对碳循环的贡献率以及对环境变化的响应机理尚不明确。本文在大兴安岭地区选取七个不同年份的火烧迹地,以该区域最为有代表性的树种兴安落叶松(Larix gmelinii)为研究对象,对林火干扰后的CWD分解过程进行研究。基于样方调查和室内分析,以CWD的分解等级和单项指数衰减模型为基础,采用空间代替时间的方法,对森林燃烧后CWD的养分含量和结构性成分随分解过程的变化进行统计学分析,揭示火干扰后33年来兴安落叶松林CWD的分解过程特征。基于样方调查和Fire_CCI5.1火烧迹地面积数据,估算研究区2001-2019年火干扰产生的CWD总量。本研究旨在回答哪些因素影响了CWD的分解过程,贡献率如何?得出如下结论。(1)大兴安岭地区落叶松林的CWD年平均分解速率为0.019(0.009-0.037),平均损失质量50%大约需要41(19-81)年,损失质量95%大约需要176(81-350)年,分解速率普遍高于其他地区森林生态系统中的针叶树种。由于本文建立的时间序列较短,可能高估了落叶松CWD的分解速率。(2)分解速率随分解等级增加而增大,在较低的分解等级状态下,结构性成分影响分解速率;在高度分解状态下,含水率对分解速率的影响较大,氮虽占比少,但对分解速率仍有显著影响;各指标作为影响分解速率的一部分,大约可以解释42%左右的方差。(3)方差分析表明,随着分解的进行,CWD中的碳逐渐释放,氮逐渐累积;分解后期结构性成分的损失导致破碎化使含水率在迅速增加;碳氮比和木质素/氮是指示分解速率的指标,但不是区分分解等级的显著指标。(4)研究区2001-2019年间,森林火烧面积呈逐年减小趋势,在不同年份之间稍有波动;春秋两季是林火的高发期,春季火干扰面积最大且分布广,秋季火干扰多集中于研究区的东北部,以Landsat识别火烧迹地面积结果作为参考,Fire_CCI5.1的准确率为69.16%。(5)基于Fire_CCI5.1数据估算CWD的储量并推算森林碳储量,2001-2019年间,研究区总过火面积为14907.28km2,累计输入CWD质量122.97Tg,其中碳质量59.95Tg,氮质量0.13Tg。研究区CWD储量为80.49t/hm2;碳储量为40.21t/hm2;氮储量为84.14kg/hm2。研究区CWD的储量高于大部分森林生态系统(0.2-177.6t/hm2),这与频繁的火干扰有关。CWD分解过程复杂且缓慢,在更大的时空尺度上理解这一过程对于阐明陆地生态系统物质循环至关重要,需要更深入的研究来准确计算分解速率及分析影响分解过程的环境因素。将遥感数据、样方调查数据、林火统计数据等多源数据融合来研究林火干扰后CWD分解过程的碳释放,既能发挥遥感数据的空间定位准确和模型反演精度可靠的优势,又能体现样方调查估算碳储量定量准确的特点,是CWD未来研究的发展方向。
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