桂西北典型峰丛洼地灌木林和草丛生态系统碳储量及其分配格局

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受人类活动的影响,CO2等温室气体的过量排放导致了全球气候变暖和区域气候变化等一系列生态环境问题,植被生态系统的固碳减排受到重视。要明晰植被生态系统的碳汇功能,就必须准确估算植被生态系统的有机碳储量。由于特殊的地质和气候背景,我国西南喀斯特地区土壤具有分布不连续、土层浅薄和垂直分布不均等特点,导致土壤有机碳储量估算的不准确性。由于当地人为活动的破坏,大部分森林已经退化成次生灌木林和草丛。与非喀斯特地区相比,喀斯特地区灌木林和草丛的植被、土壤和凋落物有机碳储量间的分配格局不明。为了探明喀斯特典型灌木林和草丛生态系统碳密度及其分配规律,本文以桂西北喀斯特典型峰丛洼地灌木林和草丛为研究对象,基于样地调查和室内分析,同时运用基于探地雷达技术改进了的土壤有机碳密度估算方法,精确估算了灌木林和草丛生态系统有机碳密度,揭示了喀斯特典型灌木林和草丛生态系统不同组分(植被、土壤和凋落物)的碳密度及其分配格局,并分析了其主要影响因子,为全球气候变化背景下正确评价喀斯特典型灌木林和草丛生态系统固碳能力、制定当地植被生态系统恢复和碳汇管理措施提供依据和参考。主要结论如下:  (1)灌木林、草丛和牧草的根冠比(R/S)分别为0.49、0.27和0.32。与其他非喀斯特地区相比,喀斯特典型灌木林和草丛的R/S都要更低,在植被地上-地下生物量和有机碳密度分配中,将更多的碳分配到地上部分。草丛和牧草根系生物量随着土壤深度增大而减小,主要分布在0-20cm土层中。  (2)灌木林植被碳密度以灌木层占绝对优势,灌木层中各器官有机碳密度分别表现为:杆>枝>根系>叶。灌木林的植被碳密度要显著大于草丛的,两者的植被碳密度都显著大于牧草的。三个生态系统的凋落物同样存在显著性差异,表现为:草丛>灌木林>牧草;灌木林、草丛和牧草的植被碳密度主要分配在地上部分。  (3)基于探地雷达技术(GPR)改进了喀斯特土壤有机碳密度(SOCD)的估算,通过改进方法估算得到灌木林、草丛和坡地牧草剖面(0-100cm)SOCD表现为:草丛>坡地牧草>灌木林。传统方法以及平均深度估算法都高估了喀斯特地区SOCD。三个生态系统中,GPR方法估算的剖面SOCD与开挖验证方法估算的剖面SOCD的相对误差值都较小,可见运用GPR改进方法可以大大提高SOCD的估算精度。  (4)基于GPR技术、运用改进的SOCD估算方法对喀斯特典型峰丛洼地的区域SOCD进行了估算。在整个面积为393.6hm2的峰丛洼地研究区域,平均表层SOCD(0-20cm)为1.49kgm-2,而平均剖面SOCD(0-100cm)为2.26kgm-2。而整个研究区域的表层和剖面土壤有机碳储量分别为5664.6和8920吨。用GPR方法估算的区域平均剖面SOCD只相当于传统方法和平均深度方法估算的12.9%和89.7%。  (5)灌木林、草丛和坡地牧草的生态系统有机碳密度分别为50.5、70.1和63.1thm-2,表现为:草丛>坡度牧草>灌木林。在整个生态系统碳密度分配中,喀斯特灌木林的植被有机碳密度要大于土壤有机碳密度,这与非喀斯特地区生态系统有机碳密度分配格局是相反的;但喀斯特草丛生态系统有机碳密度主要分配在土壤中,但是与非喀斯特地区相比,土壤有机碳密度所占比例要远远小于其他非喀斯特地区。  (6)灌木林和草丛生态系统碳密度主要受裸岩率、坡向、海拔、坡度、表层SOC、土壤深度、植被类型和坡位等因子影响,其中与裸岩率、坡向、海拔、坡度和表层SOC间有负相关关系,而与土壤深度、植被类型和坡位间有正相关关系。
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