华北落叶松人工林系统生命周期碳收支研究——以河北木兰围场国有林场为例

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温室气体大量排放是导致全球气候变化主要因素之一,已引起了社会各界的广泛关注,其中以CO2排放最为人所关注。森林生态系统作为陆地上最大的生态系统,其在维持全球碳平衡方面发挥着重要作用,同时,森林工业系统也是全球碳收支的主要环节。因此,进行人工林种植,已被看作是控制CO2浓度增加和减缓气候变化的有效途径。作为世界上人工林面积最大的国家,我国在人工林系统培育以及人工林碳收支研究方面取得了一定的成绩,尤其是人工林生态系统自然过程碳收支方面。然而,我国对人工林生态系统的人工碳投入、森林工业系统碳收支以及整个人工林系统生命周期碳收支方面的研究,仍存在不足。我国承诺到2020年时,完成一定份额的减排任务,现阶段仍面临着巨大的减排压力。因此,研究人工林系统生命周期碳收支,具有重要的理论意义和现实价值。因此,本文以华北落叶松人工林系统为例,分析了整个人工林系统生命周期碳收支过程,并在此基础上研究了该系统各环节碳收支情况,并分别得到了人工林生态系统和工业系统碳收支情况,进而得到了整个华北落叶松人工林系统生命周期的碳收支。此外,在分析影响碳收支的主要因素后,本文还研究了可行的减排措施及其减排潜力。因此,本文的主要研究结果如下:  (1)华北落叶松人工林系统碳收支过程:通过实地调查,结合物质流的思想,分析了华北落叶松人工林系统生命周期碳收支过程,包括:森林生态系统自然过程碳收支、森林抚育管理人工碳投入、木质林产品碳储存及其碳排放、木质林产品生产过程及使用过程碳排放,以及替代作用碳储存等,其中前两部分为生态系统碳收支,而其余部分则为工业系统碳收支。  (2)人工林生态系统碳收支:在华北落叶松人工林41年的轮伐期内,其固碳量为164.56 tC/ha,进入土壤层(含凋落物)和工业系统的碳量分别为137.75 tC/ha和26.81 tC/ha。一个轮伐期结束时,进入土壤层的碳量已有100.21 tC/ha返回大气,但仍有37.54 tC/ha的碳量储存于土壤层中。一个轮伐期内,森林生态系统人工碳投入量为1.59 tC/ha,其中苗木培育、造林、幼林抚育、抚育间伐和主伐的人工碳排放量分别为0.006 tC/ha、0.15 tC/ha、0.78 tC/ha、0.26 tC/ha和0.40 tC/ha。由此可知,华北落叶松人工林生态系统的碳排放总量为101.80 tC/ha。因此,在一个轮伐期内,人工林生态系统表现为“碳汇作用”,其净碳收支量为35.95 tC/ha。  (3)人工林工业系统碳收支:在一个轮伐期内,森林工业系统生产过程的碳排放量为10.56tC/ha。随着森林抚育不断进行,木质林产品储存的碳量增加,同时,木质林产品在一个轮伐期内所产生的碳排放量也相应增加,由第一个轮伐期的9.06 tC/ha,增加到第五个轮伐时的26.70 tC/ha。在完成第五个轮伐期时,木质林产品的碳储量达到了25.74 tC/ha,而其替代作用的碳储量则达到了22.47 tC/ha。综合考虑森林工业系统碳收支各个环节,其由第一、二个轮伐期的“碳汇作用”,变为第三、四、五个轮伐期时的“碳源作用”。  (4)华北落叶松人工林系统生命周期碳收支:华北落叶松人工林系统碳收支呈周期性变化,且周期为41年。在第五个轮伐期结束时,整个系统的碳储量达到了102.51 tC/ha,其中森林生态系统和森林工业系统的碳储量分别为54.30 tC/ha和48.22 tC/ha。综合考虑华北落叶松人工林各个环节的碳收支状况,整个华北落叶松人工林系统在第一、二个轮伐期为“碳汇作用”,在后三个轮伐期则是一个微弱的“碳源”。就其完整的生命周期而言,华北落叶松人工林系统可分成两个阶段,碳汇阶段(0~90年)和碳源阶段(91年以后),且其整个生命周期的净碳收支量为-6.53 tC/ha。  (5)生命周期碳减排潜力:实现人工林系统“固碳减排”目标的措施包括:利用凋落物、使用清洁能源、延长木质林产品使用寿命、改变木质林产品废弃方式和提高薪材利用率,其中:“利用凋落物”、“使用清洁能源”和“提高薪材利用率”具有较好的减排效果。因此,在综合这三种措施下,整个华北落叶松人工林系统在其生命周期内,均由现状的“碳源作用”变为“碳汇作用”,具有较高的减排潜力。此外,我国建国以来进行人工造林和生产木质林产品的碳储量相对较高,起到了一定的固碳减排的效果。最后,在适宜华北落叶松生长的未利用土地,进行人工林种植,也具有较大的“固碳减排”潜力。
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