弃营年限对毛竹林生态系统林分结构因子和各碳库碳分配格局的影响

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毛竹具有较高的固碳能力,对缓解气候变化具有重要作用,同时也是重要的生活基础资源和农村建筑材料,有着经济、生态、社会的多重效益。随着竹材市场饱和,交通运输和人力劳动成本的提升,一些经济效益并不突出的毛竹林被竹农搁置而不再经营。迄今为止,许多科学家对毛竹林进行了研究,但这些研究对象大多数是天然毛竹林,或经营中的毛竹林,很少提到曾有经营历史但现已经不经营的弃营竹林(也叫抛荒竹林)这一概念。本研究通过对杭州产竹区域50块不同弃营时间的毛竹林样地进行调查测定,分析了弃营年限对竹林结构因子和生态系统碳储量分配格局的影响。结果表明:(1)弃营使竹林结构因子退化,特别是在弃营6年以上的竹林中,各指标与正常经营的竹林差异显著(p<0.05)。研究中最长弃营年限(15-18年)的竹林,立竹密度为8120±1964 ha-1,约为正常经营水平的3倍,约为各数学模型理想值的2倍。在弃营15-18年后,林分平均年龄为3.23±1.04度,1度竹所占比例由31.2%降至7.1%,4度以上竹比例从23.0%上升至57.8%,林分平均胸径(DBH)也下降了15.7%。(2)弃营影响毛竹林各个碳库碳储量。由于毛竹胸径的减少,单株竹子的碳储量减少了25.1%。但由于立竹密度的增加,整个乔木层(毛竹)的碳储量仍然显著增加(y=2.188x+28.188,r2=0.746,p<0.01),弃营15-18年的竹林中毛竹碳储量为65.12±6.54吨,最大增幅为147.3%。枯落物和林下植被占整个生态系统碳储量百分比较小。其中林下植被先增长后降低,弃营3-6年的竹林林下植被碳储量最大,为0.88±0.20Mg ha-1。最长弃营年限的样地林下植被碳储量为0.21±0.08 Mg ha-1,仅为正常经营的36.8%。随着弃营时间的延续,表层(0-20cm)土壤有机碳含量和有机碳碳库碳储量均显著上升(p<0.05),而深层(20-40cm)土壤有机碳变化不显著。(3)弃营使得毛竹林碳分配格局改变。在控制地形因子的偏相关矩阵中,弃营时间和毛竹碳库、枯落物碳库、土壤有机碳碳库、总碳储量的相关系数分别为(0.79、0.35、0.01、0.37,除土壤外p<0.05)。随机森林模型中的变量解释度从大到小顺序为毛竹、林下植被、枯落物,最后是土壤,和物质循环、碳循环的路径一致。因此以毛竹为主的植被增长的速度更快,使得植被碳库在生态系统中占比随着弃营时间的延长,从21.69%增长至35.95%。相应的,土壤有机碳碳储量所占比例从76.63%降至62.59%,但其仍是竹林生态系统中最大的碳库。这些结果丰富了我们对弃营毛竹林的林分结构和碳分配格局模式的认识,为毛竹林的管理和未来的恢复提供了重要的理论支撑。
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