退化生态系统恢复过程中碳循环特征及调控机理

成果号lyig10039690

项目名称退化生态系统恢复过程中碳循环特征及调控机理

完成人 王秀伟 孙涛 毛子军 董利利 谷会岩

完成单位 东北林业大学

年份2019

学科分类 220.1060;森林生态学

地域分类 东北林业大学

主题词 生态系统恢复 演替 氮沉降 碳构成 碳循环

获奖信息2019年 梁希林业科学技术奖 2等奖

主要内容  1.主要研究内容
阔叶红松林是我国温带典型的地带性顶极植被类型， 由于历史上严重的人为干扰， 使原有生态系统严重退化甚至完全被破坏， 而形成的类型多样、 面积广大的次生林生态系统。在不受人为干扰的情况下， 这些次生林经过不同演替阶段， 逐渐向阔叶红松林演替，由于其面积广大， 在东北乃至中国退化森林生态系统恢复中占有极其重要的地位。 本研究围绕森林演替、 全球变化对阔叶红松林及其各次生演替系列森林类型碳循环影响的科学问题，利用空间替代法和年龄序列法， 以东北阔叶红松林及其 3 个主要次生演替系列（旱生系列、中生系列、 湿生系列） 不同演替阶段的典型群落为研究对象，采用测树学方法、 红外气体分析法及壕沟法与根系分解实验相结合以及室内控制实验等研究手段，进行了群落碳构成及其调控机理研究， 着重研究以下内容： 1） 从个体到生态系统尺度上，确定演替过程中主要群落类型碳循环关键过程（林木、 土壤碳截获； 土壤碳通量、 凋落物碳归还） 的动态特征及其调控机理； 2） 在全球变化背景下，揭示气候变化和氮沉降对典型森林群落碳循环关键过程的影响及其机制； 3） 预测森林演替和全球变化对森林生态系统碳循环关键过程的未来情景。
2.科学发现点
1) 个体尺度上，林木碳截获时空变异显著，固碳量与材积增长呈正相关， 碳浓度及其在器官间分配比例的变化与材积增长无关， 温度是林木地上、 地下部分碳截获的主要影响因子；
2) 生态系统尺度上，森林演替过程中正向演替促进了土壤碳截获能力，随演替阶段更替逐渐提高,同时降低了地表凋落物碳归还速度和土壤碳通量，环境因子中，温度对土壤通量及其不同组分的影响显著；森林类型与土壤基质相互作用对土壤碳截获具有重要作用； 地下凋落物（根系等） 分解是森林土壤碳库的重要来源， 根系和树干碳释放树种间差异显著，根系分解速率受具有不同结构和功能的根序等级及其所释放的化学成分制约；
3) 气候变化对林木影响显著， 氮沉降促进根系分解和树干呼吸速率。
3.发现点的科学价值（发现的重要性， 理论学说上的创见和研究方法、手段的创新程度，推动本学科或相关学科及分支学科发展的作用，对经济建设和社会发展的影响）通过对东北典型森林碳循环关键过程的深入研究， 明晰了东北主要森林碳循环的动态特征及其驱动机制， 在理论上：（1） 验证了我们提出的“群落—土壤基质—碳过程” 的一般作用模式， 即森林生态系统碳循环受植被类型、 土壤基质特性及环境因子综合作用影响。 从个体到生态系统尺度上确定了气候变化和氮沉降对阔叶红松林及其各次生演替系列森林类型碳循环关键过程动态特征及其影响机制。 2） 创新发现了地下凋落物（细根）分解与细根的结构及功能密切相关， 而非之前的研究普遍认为的细根直径越小分解越快。丰富了根系生态学的理论。 这些发现为深刻理解我国温带森林碳循环的动态变化过程， 准确评估森林碳收支， 预测森林演替和全球变化对区域森林生态系统碳循环的影响， 评测中国温带森林生态系统在全球碳循环中的功能和地位，为我国碳汇管理和碳贸易的政策制定提供科学支撑。