油松人工林是北京山區(qū)乃至華北地區(qū)主要的森林類型,對固碳減排、改善北京的生態(tài)環(huán)境起著舉足輕重的作用,而撫育間伐是人工林結(jié)構(gòu)優(yōu)化、提高碳匯能力的重要手段。所以,探討撫育間伐對油松人工林固碳效應(yīng)的影響對提高油松人工林固碳能力,促進(jìn)其可持續(xù)經(jīng)營具有重要的實(shí)際意義。本文以北京北部山區(qū)30-35a生的油松人工林為研究對象,2002年進(jìn)行林分撫育間伐處理形成12塊固定標(biāo)準(zhǔn)地:對照(CK)、輕度間伐(Ⅰ)、中度間伐(Ⅱ)和強(qiáng)度間伐(Ⅲ)樣地,2002年和2012年分別對標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行了生物量調(diào)查,同時(shí)2012年砍伐了 17株標(biāo)準(zhǔn)木建立生物量方程。通過生物量調(diào)查,本文從油松人工林林木生長、碳儲量、固碳速率等方面,定量分析了油松人工林間伐l0a后,撫育間伐對林分各組分及綜合固碳效應(yīng)的影響,并通過主成分分析對不同間伐強(qiáng)度的油松人工林林木生長狀況、林分碳儲量和固碳速率以及林分固碳效應(yīng)的綜合效果進(jìn)行了綜合評價(jià),同時(shí)通過控制實(shí)驗(yàn)分析了油松幼苗生長和日固碳量對不同環(huán)境因子的響應(yīng)規(guī)律以期揭示油松人工林固碳效應(yīng)對不同強(qiáng)度間伐響應(yīng)的生理機(jī)制,主要研究結(jié)論如下:(1)間伐對油松人工林林木的平均胸徑、平均冠幅及平均單株材積的生長均有顯著的促進(jìn)作用,且與間伐強(qiáng)度正相關(guān),以強(qiáng)度間伐效果最佳。間伐10a后,各強(qiáng)度間伐樣地的平均胸徑、平均冠幅和平均單株材積增長量分別是對照樣地的2.9倍、1.2倍、2.0倍;與對照相比,間伐降低了林分單位面積的蓄積增長量,且隨著間伐強(qiáng)度的增大,單位面積蓄積增長量逐漸降低,強(qiáng)度間伐的樣地單位面積蓄積增長量最低,為對照樣地的59.65%;林木徑級分布方面,中度間伐林分徑階分布更趨向于典型正態(tài)分布,林木的平均胸徑較對照樣地顯著提高,還出現(xiàn)了對照樣地沒有的22cm和23cm徑階;林木連年生長量方面,不同間伐強(qiáng)度油松人工林林木年輪的連年生長量大小順序?yàn)?強(qiáng)度間伐(III)中度間伐(II)對照(CK)輕度間伐(I)的林分,且各間伐強(qiáng)度的林分林木年輪的連年生長量隨時(shí)間的變化規(guī)律不明顯,呈波動狀態(tài)。(2)間伐對油松人工林單株及各器官、喬木層及各組分碳儲量的變化影響顯著,以輕度間伐(I)最明顯,其單株及喬木層總碳儲量分別比對照提高80.32%和47.15%;間伐對油松人工林喬木層各組分碳儲量的分布格局也有一定的影響,主要體現(xiàn)在間伐降低了樹干碳儲量的分配比例,提高了樹枝碳儲量的分配比例;間伐對油松人工林灌草層和土壤層碳儲量無顯著影響,卻降低了凋落物層的碳儲量;與對照(CK)相比,輕度間伐(Ⅰ)高了油松人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量,而強(qiáng)度(Ⅲ)和中度(Ⅱ)間伐的樣地與對照之間差異不顯著。年際動態(tài)上,間伐后,不同間伐強(qiáng)度油松人工林的喬木層碳儲量均呈現(xiàn)遞增的趨勢,且隨著間伐強(qiáng)度的增大,不同間伐強(qiáng)度的林分間差異越來越大,均以輕度間伐(I)的林分喬木層碳儲量最高,強(qiáng)度間伐(Ⅲ)的林分喬木層碳儲量最低。(3)間伐后,輕度(Ⅰ)和中度(Ⅱ)間伐在提高油松人工林單株及喬木層固碳速率方面效果顯著,其固碳速率分別是對照的1.52和1.57倍;間伐對林下灌草層固碳速率無顯著影響,但能加速凋落物的分解及土壤有機(jī)碳的輸入,間伐使得油松人工林生態(tài)系統(tǒng)總固碳速率中凋落物層固碳速率所占比例由對照樣地的 34.05%下降到了 21.26%(Ⅰ)、26.06%(Ⅱ)、28.11%(Ⅲ),卻使得土壤層碳儲量的增長量所占比例由對照樣地的21.19%提高到了 32.13%(Ⅰ)、35.12%(Ⅱ)、34.09%(Ⅲ)。輕度間伐(Ⅰ)在提高油松人工林生態(tài)系統(tǒng)總固碳速率方面亦效果顯著,使得油松人工林生態(tài)系統(tǒng)總固碳速率比對照提高了 44.23%。不同間伐強(qiáng)度油松人工林喬木層碳儲量的年增加量均呈現(xiàn)遞增的趨勢,且不同間伐強(qiáng)度的林分之間增幅的差異越來越大,均以輕度間伐(Ⅰ)林分的年增加量最大。(4)林木生長狀況綜合評價(jià)結(jié)果表明:輕度間伐(Ⅰ)林分的綜合得分最高,為1.2391,對照林分的綜合得分最低,為-2.5289,間伐促進(jìn)了油松人工林林木的生長,尤以輕度間伐的效果最明顯。林分碳儲量狀況綜合評價(jià)結(jié)果表明:輕度間伐(Ⅰ,15.6%)油松人工林的主成分綜合得分最高,為1.8195,其次是強(qiáng)度間伐(Ⅲ,41.7%)的林分和中度間伐(Ⅱ,27.3%)的林分,其綜合得分分別為0.7540和0.4441,對照(CK)林分的綜合得分最低,為-3.0175,間伐促進(jìn)了油松人工林碳儲量的積累,尤以輕度間伐的作用效果最佳。輕度間伐(I)林分生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量比對照林分高出25.43%,其喬木層總碳儲量比對照提高了47.15%;間伐對灌草層和土壤層碳儲量無顯著影響,卻降低了凋落物層的碳儲量。林分固碳速率綜合評價(jià)結(jié)果表明:輕度間伐(Ⅰ,15.6%)油松人工林的主成分綜合得分最高,為1.9844;其次是中度間伐(Ⅱ,27.3%)的林分,其綜合得分為0.9759;再次是對照林分(CK),其綜合得分為-1.4355;強(qiáng)度間伐(Ⅲ,41.7%)林分的綜合得分最低,為-1.5249;輕度間伐和中度間伐提高了油松人工林的固碳速率,尤以輕度間伐的作用效果最佳。輕度間伐(I)林分生態(tài)系統(tǒng)總固碳速率比對照提高了 44.23%,其喬木層固碳速率是對照林分的1.57倍;間伐對林下灌草層固碳速率無顯著影響,但能加速凋落物的分解及土壤有機(jī)碳的輸入,使得油松人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量的增長量中凋落物層碳儲量增長量所占比例由對照樣地的 34.05%下降到了 21.26%(Ⅰ)、26.06%(Ⅱ)、28.11%(Ⅲ),卻使得土壤層碳儲量的增長量所占比例由對照樣地的21.19%提高到了 32.13%(Ⅰ)、35.12%(Ⅱ)、34.09%(Ⅲ)。(5)林分固碳效應(yīng)的綜合效果綜合評價(jià)結(jié)果表明:輕度間伐(Ⅰ)林分中度間伐(Ⅱ)林分強(qiáng)度間伐(Ⅲ)林分對照(CK)林分,輕度間伐(Ⅰ)林分的綜合得分最高,為3.3293,對照林分(CK)的綜合得分最低,為-3.8981,間伐能夠提高油松人工林的固碳效應(yīng)綜合效果,尤以輕度間伐的效果最佳。(6)間伐提高了油松人工林內(nèi)距離地面不同高度的光照強(qiáng)度和溫度,提高了林內(nèi)土壤水分、有機(jī)質(zhì)和全氮含量,尤以輕度間伐(Ⅰ,15.6%)的林分最顯著。(7)通過控制實(shí)驗(yàn)得知,光照強(qiáng)度、土壤水分含量和土壤氮肥含量的高低以及氮水的交互作用對油松的光合固碳量影響顯著,而間伐通過調(diào)整林分密度,改變林內(nèi)的光照強(qiáng)度、溫度、土壤含水量、土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤全氮含量等,從而改變油松人工林林木的光合固碳量,影響林分的固碳效應(yīng)。(8)油松人工林林木平均胸徑、平均樹高、單株材積、單位面積蓄積量、單株生物量、喬木層單位面積生物量、灌草層單位面積生物量、凋落物層單位面積生物量、隨林分密度的變化規(guī)律,都呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢,林木的平均冠幅隨林分密度的增大逐漸減小,而林木枝下高隨林分密度的增大逐漸增大,土壤層有機(jī)碳儲量隨林分密度的增加呈逐漸下降的趨勢,可見,油松人工林林木生長、生物量及碳儲量積累與林分密度的響應(yīng)關(guān)系是不一致的。
【學(xué)位單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：S718.5
【部分圖文】：

Ｆｉｇ．３－１?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｆｏｒｅｓｔ?ｇｒｏｗｔｈ?（ａｖｅｒａｇｅ?ＤＢＨ，?ａｖｅｒａｇｅ?ｈｅｉｇｈｔ，?ａｖｅｒａｇｅ?ｃｒｏｗｎ??ｄｉａｍｅｔｅｒ，?ｔｈｅ?ｓｔａｎｄ?ｕｎｄｅｒ?ｔｈｅ?ｂｒａｎｃｈ?ｈｉｇｈ，?ｔｈｅ?ａｖｅｒａｇｅ?ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ?ｖｏｌｕｍｅ，?ｔｈｅ?ｐｅｒ?ｕｎｉｔ?ａｒｅａ?ｆｏｒｅｓｔ??ｖｏｌｕｍｅ，?ｔｈｅ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｈｅｉｇｈｔ?ａｎｄ?ＤＢＨ）?ａｎｄ?ｓｔａｎｄ?ｄｅｎｓｉｔｙ??３．１．５．單株材積與林分密度的關(guān)系??將１７株標(biāo)準(zhǔn)木運(yùn)用區(qū)分求積法得到各自的單株材積，然后建立材積與胸徑??的相對生長方程，見表３－１。用此方程估測林分的平均單株材積。??表３－１油松單株材積相對生長方程??Ｔａｂ３－１．?Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ?ｖｏｌｕｍｅ?ａｌｌｏｍｅｔｒｉｃ?ｅｑｕａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｐｉｎｕｓ?ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ??回歸方程?樣本量?判定系數(shù)及２??２?Ｆ?顯著性??Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ?ｅｑｕａｔｉｏｎ?Ｓａｍｐｌｅ?ｓｉｚｅ?Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ?ｏｆ?ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ?Ｒ??Ｆ＝０．０００５Ｄ２３１３３?１７?０．９８８４?１２７６．２６９９?０．０００１??由圖３－ｌｅ可知，林分密度對平均單株材積生長的影響同它對平均胸徑生長??一

油松人工林單位面積平均蓄積量隨林分密度的變化規(guī)律與平均單株材積隨??林分密度的變化規(guī)律一致，即隨著林分密度的增長單位面積蓄積量也是呈現(xiàn)先增??加后降低的趨勢（圖３－ｌｆ）。但是，與平均單株材積不同的是，當(dāng)林分密度達(dá)到??１９８３株／ｈａ時(shí)，林分的單位面積蓄積量就達(dá)到了最大３９８．６５ｍ３／ｈａ，且隨著林分密??度的繼續(xù)增大，林分單位面積蓄積量下降的趨勢較平均單株材積要平緩，當(dāng)林分??密度達(dá)到２４３３株／ｈａ以后單位面積蓄積量不再變化，這與隨著密度的增加立木株??數(shù)的增加有關(guān)。??３．２．油松人工林喬木層生物量與林分密度的關(guān)系??３．２．１．

Ｆｉｇ．３－４?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ｔｒｅｅ?ｌａｙｅｒ?ｂｉｏｍａｓｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｏｒｇａｎ?ａｎｄ?ｓｔａｎｄ?ｄｅｎｓｉｔｙ??３．３．油松人工林林下各層生物量與林分密度的關(guān)系??３．３．１．灌草層生物量與林分密度的關(guān)系??油松人工林灌草層生物量隨林分密度的增加呈先增加后減少的趨勢（圖??３－５ａ），密度為２４３３株／ｈａ的樣地灌草層單位面積生物量最大；且小密度范圍（１６５３??株／ｈａ？２４３３株／ｈａ）較大密度范圍（２４３３株／ｈａ￣２５１２株／ｈａ）灌草層單位面積生物??量隨密度增加變化的幅度要小。??３．３．２．凋落物層生物量現(xiàn)存量與林分密度的關(guān)系??對不同密度油松人工林凋落物層各組分生物量現(xiàn)存量進(jìn)行測定分析（見圖??３－５ｂ），凋落物層生物量現(xiàn)存量隨著林分密度增加呈先增加后減小的趨勢，密度??為１９８３株／ｈａ的樣地凋落物層生物量現(xiàn)存量最大。凋落物層生物量現(xiàn)存量隨林分??密度變化范圍為ｌ〇．７６ｔ／ｈａ￣４４．１７ｔ／ｈａ，其中分凋?qū)由锪楷F(xiàn)存量在??２．ｔ／ｈａ￣６．６８ｔ／ｈａ，６．６９ｔ／ｈａ￣３６．７１ｔ／ｈａ，??

本文編號：2870934