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中国不同丛生竹种碳储量的空间分布与变异性研究

期刊:journal of environmental managementDOI:10.1016/j.jenvman.2015.11.034

本文档属于类型a,即报告了一项原创研究。以下是针对该研究的学术报告:


本研究由Jiangnan Teng、Tingting Xiang、Zhangting Huang、Jiasen Wu、Peikun Jiang、Cifu Meng、Yongfu Li和Jeffry J. Fuhrmann等作者共同完成,分别来自浙江农林大学森林生态系统碳循环与碳汇省级重点实验室、浙江农林大学环境与资源科学学院以及美国特拉华大学植物与土壤科学系。该研究于2016年发表在《Journal of Environmental Management》期刊上。

学术背景

本研究的主要科学领域为森林生态系统碳循环与碳汇管理。随着全球二氧化碳(CO₂)排放量的增加,气候变化问题日益严峻。森林作为重要的碳汇,在调节全球碳循环和减缓气候变化中发挥着关键作用。中国拥有丰富的竹资源,其中丛生竹(sympodial bamboo)在全球竹资源中占据重要地位,尤其在东南亚、南亚、拉丁美洲及非洲等地区广泛分布。丛生竹不仅具有较高的碳汇能力,还能通过竹产品促进当地经济发展。然而,关于丛生竹碳储量的研究相对较少,尤其是其空间分布和变异性尚未得到充分探讨。因此,本研究旨在量化中国8种丛生竹生态系统的碳储量及其空间分布,比较不同丛生竹物种的碳储量变异性,并估算其总碳储量和生物量碳汇速率。

研究流程

本研究分为以下几个步骤:

  1. 研究区域与物种选择
    研究选取了8种丛生竹物种,包括Dendrocalamus latiflorus Munro、Dendrocalamus membranaceus Munro、Bambusa textilis McClure等,这些物种主要分布在福建、浙江、云南、广东、广西、四川等省份。研究区域覆盖了丛生竹林总面积的80%,所有样本均来自自然区域,以减少人类活动的影响。

  2. 植物与土壤样本采集
    每种丛生竹物种在2013年2月设立了4个代表性样地(20 m × 20 m),样地分别位于平原、山区和沿河区域。每个样地测量了每株植物的平均高度和直径,并采集了4株不同年龄的植物样本。样本被分为叶、枝、秆、根、桩和根茎等器官,记录鲜重并取500-1000 g新鲜样本进行干燥处理。此外,每个样地设立了5个子样方(2 m × 2 m),收集并称重凋落物。

  3. 植物与土壤分析
    植物样本在105°C下干燥20分钟,随后在70°C下干燥48小时,测定干重并研磨过筛。土壤样本在0-10 cm、10-30 cm和30-60 cm深度采集,测定土壤pH、有机碳、容重等理化性质。土壤有机碳采用重铬酸钾-硫酸消化法测定,植物有机碳采用元素分析仪测定。

  4. 碳储量计算
    地上器官总生物量通过单株重量与立木密度的乘积计算,地下器官生物量通过地上生物量与地下/地上生物量比值的乘积计算。不同器官的碳储量通过碳密度与生物量的乘积计算。

  5. 统计分析
    采用单因素方差分析(ANOVA)和最小显著差异(LSD)检验比较不同组织和物种之间的显著差异。

主要结果

  1. 不同器官的碳密度
    8种丛生竹物种的平均碳密度在不同器官中依次为:秆(0.4754 g g⁻¹)>地下器官(0.4701 g g⁻¹)>枝(0.4662 g g⁻¹)>叶(0.4420 g g⁻¹)。不同物种和器官的碳密度存在显著差异。

  2. 碳储量的空间分布
    8种丛生竹物种的碳储量在生物量中的空间分布依次为:秆(17.4-77.1%)>地下器官(10.6-71.7%)>枝(3.8-11.6%)>叶(0.9-5.1%)。不同物种的碳储量在器官间存在显著差异。

  3. 土壤碳密度与碳储量
    土壤碳密度随深度增加而降低,0-10 cm深度的碳密度范围为16.716-33.471 g kg⁻¹。Dendrocalamus giganteus Munro林分的土壤碳储量最高(144.339 mg C ha⁻¹),而Bambusa textilis McClure林分的最低(76.087 mg C ha⁻¹)。

  4. 总碳储量与碳汇速率
    8种丛生竹林分的总碳储量范围为103.611-194.203 mg C ha⁻¹,其中土壤碳储量占比最大(68.0-83.5%),植被碳储量次之(16.8-31.1%),凋落物碳储量最小(0.3-1.7%)。中国8种丛生竹林分的总碳储量为93.184 × 10⁶ mg C ha⁻¹,生物量碳汇速率为8.573 × 10⁶ mg C yr⁻¹。

结论

丛生竹作为一种重要的经济竹种,具有生长快、产量高、根系发达等特点,其碳储量和碳汇速率显著高于其他竹种。本研究表明,8种丛生竹林分的总碳储量和生物量碳汇速率分别为93.184 × 10⁶ mg C ha⁻¹和8.573 × 10⁶ mg C yr⁻¹。不同物种的碳储量和碳汇速率存在显著差异,其中Neosinocalamus affinis和Dendrocalamus giganteus林分的碳汇潜力最大。通过推广高碳汇速率的丛生竹物种,可以进一步提高竹林生态系统的碳积累能力,为减缓气候变化和促进经济发展提供重要支持。

研究亮点

  1. 重要发现
    本研究首次系统量化了中国8种丛生竹生态系统的碳储量及其空间分布,揭示了不同物种和器官的碳密度差异,并估算了其总碳储量和生物量碳汇速率。

  2. 方法创新
    研究采用了多区域、多物种的样本采集和分析方法,结合土壤和植物样本的详细理化性质测定,为丛生竹碳储量的研究提供了可靠的数据支持。

  3. 研究对象的特殊性
    丛生竹作为全球竹资源的重要组成部分,其碳汇能力的研究不仅填补了学术空白,还为竹林的可持续管理和气候变化减缓提供了科学依据。

其他有价值的内容

本研究还强调了丛生竹在改善局部气候和促进经济发展中的双重作用,为竹资源的综合利用和生态效益最大化提供了新的思路。


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