黃 麟,邵全琴,劉紀(jì)遠(yuǎn)

中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京 100101

江西省人工造林碳蓄積的時(shí)空過(guò)程

黃 麟*,邵全琴,劉紀(jì)遠(yuǎn)

中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京 100101

人工造林被認(rèn)為是吸收CO2、減緩氣候變暖最有效且最具生態(tài)效應(yīng)的碳增匯方法之一。以江西省作為南方紅壤丘陵區(qū)人工造林的典型研究區(qū)，綜合應(yīng)用樹(shù)輪生態(tài)分析、模型模擬、尺度融合、文獻(xiàn)整合分析、遙感反演和GIS空間分析等方法，基于樹(shù)木年輪信息、森林樣方資料和人工林分布數(shù)據(jù)等，驅(qū)動(dòng)樹(shù)木材積生長(zhǎng)量模型和區(qū)域碳通量模型，從樣地到區(qū)域模擬分析了人工林生產(chǎn)力和碳蓄積的時(shí)空變化規(guī)律。結(jié)果表明，1)1980年至2007年，江西省人工林凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)呈現(xiàn)先迅速下降而后緩慢增加的趨勢(shì)，至今仍未恢復(fù)到之前的人工林質(zhì)量水平，2)碳蓄積年變化在前8a處于平穩(wěn)狀態(tài)，而后變化速率增快，從2.19 TgC/a迅速增至8.02 TgC/a，此后增速減緩；3)人工林NPP與降水量、溫度的關(guān)系不明顯，海拔對(duì)NPP值的影響較大而對(duì)NPP變化趨勢(shì)的影響較小，NPP值隨著坡度增加而增大；4)造林方式比較，人工造林碳增匯潛力最大，而封山育林在碳蓄積效應(yīng)方面不具優(yōu)勢(shì)。

江西省; 人工造林; 碳蓄積; TGTRing模型; InTEC模型

造林被認(rèn)為是增加陸地碳匯、減緩大氣CO2濃度最有效且最具生態(tài)效應(yīng)的碳增匯方法之一。造林可以蓄積碳、保持土壤和提高水質(zhì)[1- 2]，是潛在的碳匯，也是碳源/匯轉(zhuǎn)換的主要原因[3- 6]。造林對(duì)陸地碳匯最顯著的影響是在生物量碳庫(kù)中積累碳[2, 7]，而通過(guò)造林提高土壤吸收CO2的能力比用活的生物量臨時(shí)吸收CO2更持久[1- 2,8]。關(guān)于造林對(duì)碳蓄積影響的研究多集中在美國(guó)、歐洲等區(qū)域[9- 10]，Woodbury等[11]得出美國(guó)在1990—2004年間造林導(dǎo)致的碳蓄積平均增量為17 TgC/a。在我國(guó)，F(xiàn)ang等[6]估算造林導(dǎo)致的森林碳吸收在1973—1998年間增加了0.45 Pg，Huang等[12]估算得出1950—2010年人工造林碳蓄積凈增量為1.686 PgC。造林樹(shù)種、氣候、土壤、地形及人類活動(dòng)等因素都會(huì)影響人工林的生物量碳蓄積過(guò)程和碳匯大小。造林后碳蓄積速率和最終達(dá)到穩(wěn)定態(tài)的時(shí)間取決于生產(chǎn)力水平和土壤條件[13]，也與造林前的土地利用歷史、土壤準(zhǔn)備方式、造林樹(shù)種、人工林年齡和造林后的森林管理等諸多因子有關(guān)[8,14- 15]。有些研究發(fā)現(xiàn)造林后土壤碳含量增加[16]，也有研究發(fā)現(xiàn)造林后土壤碳含量減少[15]，而多數(shù)研究認(rèn)為，造林后土壤碳儲(chǔ)量通常是先下降，然后才開(kāi)始積累[14,17- 18]。當(dāng)然，造林也會(huì)對(duì)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成影響，如削弱糧食安全、減少?gòu)搅髁俊适锒鄻有?、減少地方收入等[9,19]。因此，通過(guò)林業(yè)活動(dòng)可持續(xù)的緩解氣候變化面臨的挑戰(zhàn)是巨大的。

我國(guó)人工林保存面積約占世界人工林面積的三分之一，人工林是我國(guó)陸地碳匯的主要來(lái)源[6]。盡管來(lái)自各方面的證據(jù)表明我國(guó)人工林生態(tài)系統(tǒng)確實(shí)為碳匯，但直接的觀測(cè)證據(jù)仍然比較零散和缺乏[6,20]，對(duì)其碳吸收量的具體估計(jì)仍存在較大的爭(zhēng)議，這與我國(guó)人工林面積和國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化的需求不符。隨著造林面積的逐步擴(kuò)大和人工林齡級(jí)的增加，加強(qiáng)對(duì)造林碳匯機(jī)理及其動(dòng)態(tài)的研究，準(zhǔn)確評(píng)估我國(guó)人工造林的碳吸收量和吸收潛力，是我國(guó)陸地碳循環(huán)研究和國(guó)家環(huán)境氣候外交談判的需要。本文收集了樹(shù)木年輪信息、森林樣方資料、人工林分布數(shù)據(jù)、模型參數(shù)等，綜合應(yīng)用樹(shù)輪生態(tài)分析、模型模擬、尺度融合、遙感反演和GIS分析等，刻畫(huà)了馬尾松、濕地松和杉木的林齡與凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)的關(guān)系，從樣地到區(qū)域驅(qū)動(dòng)樹(shù)木材積生長(zhǎng)量模型TGTRing和區(qū)域碳通量模型InTEC，分析人工林生產(chǎn)力和碳蓄積的時(shí)空變化規(guī)律。本文擬解決如何在區(qū)域尺度上用模型方法并考慮林齡和干擾來(lái)刻畫(huà)人工林生產(chǎn)力和碳蓄積過(guò)程的問(wèn)題，目的是探討適合我國(guó)人工林碳蓄積時(shí)空動(dòng)態(tài)估算的方法技術(shù)體系，用于評(píng)估人工造林的碳蓄積效應(yīng)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

南方紅壤丘陵區(qū)是我國(guó)主要的人工林區(qū)之一，亦是我國(guó)僅次于黃土高原的水土流失嚴(yán)重區(qū)。江西省(24°07′—29°09′ N，114°02′—117°97′ E)全省土地總面積1.67×107hm2，植被類型有針葉林、針闊混交林、常綠闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、竹林、矮林和灌叢等，該省于20世紀(jì)80年代初開(kāi)始實(shí)施了山江湖工程，以生態(tài)恢復(fù)、紅壤丘陵綜合開(kāi)發(fā)治理和可持續(xù)發(fā)展為主要目的，人工造林是山江湖工程的一項(xiàng)主要措施，使得江西全省森林覆蓋率由36%提升至目前的60.05%。中國(guó)科學(xué)院千煙洲紅壤丘陵綜合開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)位于江西省泰和縣境內(nèi)(26°44′—26°45′N，115°3′—115°4′E)，年平均氣溫17.9 ℃，多年平均降水量1489 mm，土壤類型以紅壤為主，林地面積占土地總面積的60%，森林類型以濕地松、馬尾松和杉木人工林為主。千煙洲紅壤丘陵立體開(kāi)發(fā)治理模式是江西省乃至南方紅壤丘陵區(qū)人工林種植的參照模式。

1.2 研究方法與數(shù)據(jù)源

本文通過(guò)樹(shù)木年輪生態(tài)學(xué)方法獲得實(shí)測(cè)的樹(shù)木年輪數(shù)據(jù)，重建人工林單木的逐年生物量和碳蓄積量；結(jié)合文獻(xiàn)參數(shù)與樹(shù)木年輪信息，分析林齡與NPP之間的關(guān)系；采用森林計(jì)測(cè)學(xué)方法調(diào)查測(cè)定樣方生物量；空間替代時(shí)間方法用于擬合林下植被層、枯枝落葉層碳蓄積隨林齡變化的關(guān)系；利用森林二類調(diào)查資料獲取林齡數(shù)據(jù)，并結(jié)合地面調(diào)查資料進(jìn)行驗(yàn)證；基于樹(shù)木年輪模型和碳收支模型，模擬不同年齡人工林的NPP和碳蓄積量。

(1)地面采樣

于2007年4月和2008年3月在千煙洲設(shè)置典型樣方，分別采集了濕地松、馬尾松和杉木人工林的樹(shù)芯共計(jì)333個(gè)，搜集了3個(gè)樹(shù)種的樹(shù)干解析木數(shù)據(jù)各1組，用于站點(diǎn)尺度的碳蓄積過(guò)程分析和模型模擬結(jié)果的驗(yàn)證。三類主要造林樹(shù)種各設(shè)3個(gè)樣方，樣方大小為10 m×10 m；根據(jù)樣方內(nèi)林木徑階比例選取標(biāo)準(zhǔn)木，每個(gè)樣方3株；對(duì)胸徑≥10 cm的樹(shù)木在距樹(shù)干底部0.5 m、1.3 m、2.5 m處用生長(zhǎng)錐鉆取樹(shù)芯，直徑6 mm；樹(shù)芯采集后，進(jìn)行室內(nèi)樣芯干燥，在顯微鏡下從外圍向髓心進(jìn)行定年，通過(guò)樹(shù)輪寬度量測(cè)儀(VELMEX和LINTAB)測(cè)量樹(shù)木年輪的寬度，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，樹(shù)木年輪觀測(cè)的精度為0.01 mm；根據(jù)逐年年輪寬度值，利用基于樹(shù)木年輪信息動(dòng)態(tài)估算樹(shù)木材積生長(zhǎng)量模型(TGTRing)[22]估算逐年材積，通過(guò)材積-生物量轉(zhuǎn)換公式和生物量分配比例，可以獲得標(biāo)準(zhǔn)木每年的NPP。

(2)數(shù)據(jù)、資料收集與處理

收集了江西省森林資源二類清查的部分小班數(shù)據(jù)、260個(gè)人工林樣方數(shù)據(jù)、造林面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，森林資源分布、人工林分布和林齡分布圖[21]等。樣方數(shù)據(jù)包括樣方的位置、林齡和蓄積量等，用于區(qū)域尺度人工林林分蓄積生長(zhǎng)及各樹(shù)種生物量擴(kuò)展因子(BEF)隨林齡變化的擬合。江西省1980—2007年造林面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為碳蓄積估算的輸入數(shù)據(jù)。利用ArcGIS矢量化各類分布圖。其中，森林資源分布圖包含樹(shù)種分布信息，疊加人工林分布范圍，可以得到人工林樹(shù)種分布圖。在已有林齡分布圖的基礎(chǔ)上，利用樣方數(shù)據(jù)和部分小班數(shù)據(jù)訂正得到細(xì)化的1 km江西省人工林林齡分布圖。利用研究區(qū)的1km地形(DEM)數(shù)據(jù)提取海拔和坡度信息用于分析地形因子對(duì)人工林碳蓄積的影響。根據(jù)江西省地形特點(diǎn)，將海拔劃分為<50 m、50—100 m、100—300 m、300—500 m、500—700 m、700—900 m、>900 m七類，將坡度分為平坡、緩坡、斜坡、陡坡、急坡五類。

(3)文獻(xiàn)參數(shù)整理

對(duì)文獻(xiàn)中關(guān)于各主要造林樹(shù)種(馬尾松、杉木、濕地松)的生物量擴(kuò)展因子、木材密度、含碳率、喬木各個(gè)器官(木質(zhì)部分、樹(shù)葉、粗根、細(xì)根)間的分配規(guī)律，以及林下植被層、凋落物層的碳蓄積量等參數(shù)進(jìn)行了收集整理?；跇臃綌?shù)據(jù)，利用空間替代時(shí)間方法計(jì)算不同林齡林分的BEF值(BEF=a+b/V)，建立林齡與BEF的關(guān)系式，其中各樹(shù)種的a和b參數(shù)(表)源于文獻(xiàn)[6]。樹(shù)種的含碳率是研究森林碳蓄積的關(guān)鍵因子，也是引起碳蓄積量估算差異的不容忽視因素，國(guó)際上常用的樹(shù)木含碳率值為0. 45—0. 50，本文的含碳率值源自文獻(xiàn)[22- 23]。木材密度源于文獻(xiàn)[24]。此外，木質(zhì)素含量、木質(zhì)部分燃燒率(0.25)、地表枯落物燃燒率(1.00)，氮沉降初始值(0.05600)、溫室氣體初始值(3.66400)、參考年溫室氣體值(168.156)等未見(jiàn)報(bào)道的參數(shù)采用通用值。

(4)生長(zhǎng)模型模擬和NPP-age關(guān)系的擬合

林分生長(zhǎng)模型是研究森林生長(zhǎng)變化規(guī)律及預(yù)估林分生長(zhǎng)量、生產(chǎn)力收獲量及潛力的基礎(chǔ)手段，根據(jù)形式各異的林分生長(zhǎng)和收獲模型，基于一定的生物學(xué)理論或假設(shè)可以推導(dǎo)出一些適應(yīng)性較強(qiáng)的生長(zhǎng)方程。理論生長(zhǎng)方程由于邏輯性強(qiáng)、適用性廣、機(jī)理性好，方程參數(shù)具有明確的生物學(xué)意義而廣泛應(yīng)用于林分生長(zhǎng)模型研究。目前應(yīng)用較多的理論生長(zhǎng)方程主要有Richards、Logistic、Korf、Gompertz等。本研究根據(jù)樣方數(shù)據(jù)、利用空間代替時(shí)間的方法，得到不同樹(shù)種不同海拔的蓄積量與林齡之間最適宜的回歸方程參數(shù)?；貧w參數(shù)的擬合通過(guò)Matlab編程實(shí)現(xiàn)。根據(jù)林分蓄積生長(zhǎng)回歸方程和生物量擴(kuò)展因子推算生物量隨林齡的變化趨勢(shì)(式(1))，從而擬合林齡與凈初級(jí)生產(chǎn)力的關(guān)系。

Biomass=V×WD×BEF

(1)

(5)單木模型模擬

基于樹(shù)木年輪信息動(dòng)態(tài)估算樹(shù)木材積生長(zhǎng)量模型(TGTRing)可獲得從器官到個(gè)體再到林分的較高時(shí)間分辨率的樹(shù)木逐年生長(zhǎng)量序列信息[22]。鑒于利用胸高處樹(shù)木年輪數(shù)據(jù)估算森林生物量存在的不確定性，尤其在干旱年份存在較大誤差的問(wèn)題，該模型設(shè)計(jì)在樹(shù)干的3個(gè)不同高度處(0.5、1.3、2.5m)各取6個(gè)方向(南、北、東北、西南、東南、西北，相隔60°)的樹(shù)芯，根據(jù)不同高度6個(gè)點(diǎn)的樹(shù)木年輪信息模擬相應(yīng)高度的樹(shù)木年輪盤，再利用3個(gè)高度的輪盤結(jié)合樹(shù)高擬合立體樹(shù)干、樹(shù)體，并計(jì)算出單株材積、生物量、NPP和碳蓄積量。本研究利用TGTRing模型模擬分析了千煙洲3種人工造林樹(shù)種的碳蓄積過(guò)程。

(6)區(qū)域模型模擬

陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)綜合集成模型(InTEC)是目前唯一考慮林分年齡及森林干擾對(duì)碳循環(huán)影響的、基于過(guò)程的生物地球化學(xué)模型，主要用于模擬森林生態(tài)系統(tǒng)每年的碳氮通量和庫(kù)容大小，已成功地用于模擬加拿大北部森林過(guò)去100a的碳源/匯時(shí)空變化特征[25]。模型采用CENTURY模型的方法模擬土壤碳、氮?jiǎng)恿W(xué)過(guò)程，通過(guò)對(duì)Farquhar葉片尺度光化學(xué)模型進(jìn)行時(shí)空尺度轉(zhuǎn)換模擬氣候、CO2濃度和氮沉降變化導(dǎo)致的光合作用吸收碳量的年際變化，結(jié)合森林年齡對(duì)NPP的影響，迭代計(jì)算森林的實(shí)際NPP和碳通量。模型將生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量分四個(gè)生物量碳庫(kù)(木質(zhì)、葉、粗根和細(xì)根碳庫(kù))和6個(gè)土壤碳庫(kù)(粗結(jié)構(gòu)物質(zhì)、細(xì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)、代謝物質(zhì)、微生物活性、慢性和惰性碳庫(kù))。輸出數(shù)據(jù)包括NPP、凈生物群區(qū)生產(chǎn)力(NBP)、碳密度等。本研究中，年凈增CS量定義為每年人工林生長(zhǎng)和新造林增加的碳蓄積量，等于NBP與人工林面積的乘積。

模型輸入數(shù)據(jù)：氣象插值數(shù)據(jù)、人工林類型和林齡分布數(shù)據(jù)，同時(shí)收集了2007年MODIS的1kmNPP、葉面積指數(shù)(LAI)數(shù)據(jù)，氮沉降分布以及土壤結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)[21](包括粘粒含量、粘壤粒含量、土壤蒸散系數(shù))作為區(qū)域碳通量模型(InTEC)的輸入數(shù)據(jù)。

氣象數(shù)據(jù)插值：收集了1980—2007年江西省(17個(gè))及其周邊省份(54個(gè))的國(guó)家氣象臺(tái)站逐日氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括降水量、日平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫等，計(jì)算年均溫、年降水量、生長(zhǎng)季的平均氣溫和生長(zhǎng)季(>10 ℃)天數(shù)，并利用ANUSPLINE進(jìn)行插值作為模型輸入數(shù)據(jù)，插值的空間分辨率為1km。

(7)時(shí)空統(tǒng)計(jì)分析

利用ArcGIS空間統(tǒng)計(jì)模塊分析江西省人工林年平均NPP、NBP的時(shí)間變化過(guò)程。同時(shí)，模型估算得到的時(shí)間序列NPP、NBP空間數(shù)據(jù)根據(jù)最小二乘法曲線擬合，進(jìn)行增長(zhǎng)斜率的空間變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)分析，斜率公式表示為：

(2)

式中,Xi是林齡為i時(shí)的NPP或碳蓄積量，i=1, 2, 3, …,n;mi是林齡序列，m1=1,m2=2,m3=3, …,mn=n。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要造林樹(shù)種的凈初級(jí)生產(chǎn)力模擬

InTEC區(qū)域碳收支模型模擬的一個(gè)關(guān)鍵輸入?yún)?shù)是林齡與NPP的關(guān)系。在樣點(diǎn)尺度，本文根據(jù)樹(shù)木年輪寬度，應(yīng)用TGTRing模型模擬了人工馬尾松、濕地松和杉木單株NPP隨林齡變化曲線。如圖1所示，馬尾松的NPP在生長(zhǎng)初期急速增加，平均每年遞增102.62 g m-2a-1，至第10年達(dá)到頂峰，約1058 g m-2a-1，此后生長(zhǎng)速率急劇下降，第32年后降至100 g m-2a-1以下，第42年達(dá)到生長(zhǎng)穩(wěn)定態(tài)；杉木的NPP在生長(zhǎng)初期以每年117.51 g m-2a-1的速率急速增長(zhǎng)，至第11年達(dá)到頂峰，約1305.67 g m-2a-1，此后至第27年，生長(zhǎng)速率急劇降至100 g m-2a-1以下，第40年達(dá)到穩(wěn)定態(tài)；濕地松的NPP于第10年達(dá)到生長(zhǎng)頂峰，約901.09 g m-2a-1，此后下降，第40年后降至150 g m-2a-1左右，第42年達(dá)到穩(wěn)定態(tài)。

圖1 基于樹(shù)輪模擬的馬尾松、杉木和濕地松的凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)與林齡關(guān)系Fig.1 Relationships between net primary production (NPP) and stand age for Masson pine, Chinese fir, Slash pine based on tree ring

在區(qū)域尺度，利用擬合得到的人工林蓄積量生長(zhǎng)過(guò)程，分別得到了江西省三類主要人工林的NPP與林齡的平均關(guān)系式，作為區(qū)域碳通量模型的輸入?yún)?shù)(表1)。

2.2 樣點(diǎn)尺度的人工林碳蓄積估算

(1)喬木層碳蓄積

就三類造林樹(shù)種的碳蓄積速率而言(圖2)，馬尾松林的碳蓄積速率最慢，其增長(zhǎng)斜率為2.44×103gC/株；濕地松林的碳蓄積速率遠(yuǎn)高于馬尾松林、略低于杉木林，其增長(zhǎng)斜率為3.41×103gC/株；杉木林碳蓄積速率最快，增長(zhǎng)斜率為3.98×103gC/株。從三類造林樹(shù)種的年碳蓄積量與林齡關(guān)系可以看出：馬尾松林年碳蓄積量在林分年齡18a左右開(kāi)始出現(xiàn)拐點(diǎn)，增長(zhǎng)速率放慢，其拐點(diǎn)處切線斜率為0.69×103gC/株；濕地松林年碳蓄積也在林分年齡15a左右開(kāi)始出現(xiàn)拐點(diǎn)，增長(zhǎng)速率放慢，其拐點(diǎn)處切線斜率為0.47×103gC/株；杉木林年碳蓄積量也在林分年齡15a左右開(kāi)始出現(xiàn)拐點(diǎn)，增長(zhǎng)速率放慢，其拐點(diǎn)處切線斜率為0.56×103gC/株。擬合得到的碳蓄積量隨林齡變化的公式如下。

表1 江西省主要造林樹(shù)種林分的NPP、碳蓄積與林齡的擬合關(guān)系式Table 1 The fitted equations between stand age and NPP, carbon sequestration for main planting tree species in Jiangxi Province

圖2 馬尾松林、濕地松林、杉木林的生物量碳蓄積量與林齡的關(guān)系Fig.2 The relationship between carbon sequestration and stand age for Masson pine, Chinese fir, Slash pine

(2)林下植被層碳蓄積

根據(jù)文獻(xiàn)參數(shù)整理的不同林齡人工馬尾松林、杉木林下植被曾碳蓄積量或喬木層與林下植被層之比，分析擬合得到林下植被層的逐年碳蓄積變化曲線(圖3)?？梢缘贸觯斯ち钟g期由于整地、鏟山等造林前期措施，林下植被轉(zhuǎn)入凋落物碳庫(kù)，因此林下植被碳庫(kù)接近零值；中齡林期，光照和水熱條件充足，林下植被生長(zhǎng)相對(duì)茂盛，碳蓄積量迅速升高；隨著林分成熟，林分高度郁閉抑制林下植被生長(zhǎng)，林下植被層碳蓄積量減少。但是，由于數(shù)據(jù)樣本量少，擬合結(jié)果的相關(guān)系數(shù)較低(0.337)。

(3)凋落物層碳蓄積

根據(jù)文獻(xiàn)參數(shù)整理的不同林齡馬尾松林、杉木林凋落物層碳蓄積量或喬木層與凋落物量之比，分析擬合得到凋落物碳蓄積的逐年變化曲線(圖3)，可以看出，造林后，由于造林前期措施導(dǎo)致的地上植被大部分轉(zhuǎn)入凋落物碳庫(kù)，凋落物碳蓄積快速增加，以30a為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，30a后林分接近成熟，凋落物分解速率增大，而活生物量轉(zhuǎn)入凋落物層的部分減少，其碳蓄積量隨之減少。

圖3 馬尾松林下喬木層與植被層和凋落物層碳蓄積比例的變化Fig.3 The variations of ratios between forest floor and understory, forest floor and litterfall for Masson pine

2.3 江西省人工造林的碳蓄積過(guò)程

根據(jù)InTEC模型模擬得到1980—2007年江西省人工林多年平均NPP與碳蓄積變化量，以及生物量與土壤碳蓄積過(guò)程。結(jié)果表明(圖4)，江西省人工林年平均凈初級(jí)生產(chǎn)力變化可分為兩個(gè)階段，1987年以前處于持續(xù)地下降階段，而后處于較緩地上升趨勢(shì)。江西省人工林的年平均NPP自1980年開(kāi)始有一個(gè)迅速下降的過(guò)程，從405.64 g m-2a-1降至1987年的316.28 g m-2a-1，平均每年減少11.17 g m-2a-1；此后緩慢增加至2007年的393.63 g m-2a-1，平均每年減少3.87 g m-2a-1。“山江湖工程”實(shí)施多種形式的聯(lián)合造林、育林使得人工林面積大幅度提高，年平均NPP值穩(wěn)步上升，人工林生產(chǎn)力漸漸恢復(fù)，但仍低于前一階段的總體水平，說(shuō)明有待加強(qiáng)管理和質(zhì)量提升。

江西省人工林的碳蓄積變化與每年造林面積有關(guān)，雖然NPP持續(xù)下降，但江西省人工林碳蓄積變化可分為3個(gè)階段(圖4)，碳蓄積年變化量自1980年開(kāi)始至1987年一直處于平穩(wěn)狀態(tài)，年凈增2.19—2.37 Tg C/a；隨著山江湖工程大量造林，人工林面積增大，從1988年開(kāi)始迅速增加至1992年的8.02 TgC/a，平均年增速為1.13 TgC/a；此后增速減緩至0.14 TgC/a。碳蓄積變化以生物量碳蓄積的變化為主，因此，總碳蓄積變化趨勢(shì)與活生物量碳蓄積變化趨勢(shì)相同(圖4)。土壤碳蓄積在造林初期持續(xù)下降，而后增加，但相對(duì)活生物量而言，其變化量相當(dāng)小。

圖4 1980- 2007年江西省人工林年平均NPP、碳蓄積與生物量、土壤有機(jī)碳(SOC)蓄積量變化過(guò)程Fig.4 The temporal variations of NPP, carbon sequestration, biomass carbon and soil organic carbon (SOC) sequestration in Jiangxi Province from 1980 to 2007

從人工林生產(chǎn)力與碳蓄積變化的空間分布來(lái)看(圖5)，江西省人工林生產(chǎn)力高值多分布在該省以濕地松和杉木為主要人工林樹(shù)種的中部吉泰盆地、以杉木人工林為主的東部資溪縣，其次是該省西部以人工杉木林為主的萍鄉(xiāng)、宜春一帶，生產(chǎn)力低的人工林多位于江西省北部與中部的鄱陽(yáng)湖、贛江沿岸區(qū)域。

圖5 1980- 2007年江西省人工林多年平均凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)和凈生物群區(qū)生產(chǎn)(NBP)力空間分布圖Fig.5 The distribution map of plantation NPP and NBP in Jiangxi Province from 1980 to 2007

2.4 模型模擬結(jié)果的驗(yàn)證

樹(shù)木年輪估算值能夠較好表現(xiàn)樣點(diǎn)尺度林分年凈增碳蓄積量，呈現(xiàn)波動(dòng)性，由于此估算值是根據(jù)地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行推算的，具有較高精度和可信度。因此，將模型模擬的千煙洲站NPP值與樹(shù)木年輪數(shù)據(jù)估算的結(jié)果進(jìn)行比較，樹(shù)輪估算值約等于單株的年NPP值與株密度的乘積。模型模擬值能夠較好的模擬NPP變化趨勢(shì)，即呈現(xiàn)年NPP先快速增加后下降趨勢(shì)。前一時(shí)段模擬值與估算值接近，但未能表現(xiàn)其波動(dòng)性。后一時(shí)段，模擬值與估算值雖然皆呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但下降幅度相差很大(圖6)。說(shuō)明區(qū)域模型由于對(duì)過(guò)程的假設(shè)和簡(jiǎn)化，加之輸入數(shù)據(jù)的不確定性如擬合的江西省平均NPP與林齡關(guān)系與點(diǎn)尺度的差異較大，其模擬結(jié)果能夠較好地表達(dá)變化趨勢(shì)，但在精確性方面需要改進(jìn)。利用1∶1特征線分析模型模擬精度(圖6b)，模型模擬值與樹(shù)輪估算值的回歸直線斜率為0.587。數(shù)據(jù)的擬合線與1∶1線相交，模型模擬值和樹(shù)輪估算值基于1∶1線的決定系數(shù)R2和預(yù)測(cè)平均相對(duì)誤差MSE分別為0.3215和32.75%。模型的模擬值與實(shí)測(cè)值的符合度一般。此外，將模型模擬NBP值與千煙洲通量觀測(cè)值做比較發(fā)現(xiàn)(表2)，模型模擬值偏低7.4%—20.87%。

2.5 人工林碳蓄積與生境的關(guān)系

人工造林后，森林蓄積碳的能力取決于森林本身特性、立地環(huán)境變化、人類干擾程度等多方面因素。本研究根據(jù)模擬結(jié)果和輔助數(shù)據(jù)分析了氣候因素、地形因素、造林方式及造林前土地利用類型等對(duì)人工林碳蓄積的影響。

圖6 樹(shù)木年輪估算年凈初級(jí)生產(chǎn)力與模型模擬值的比較Fig.6 The estimated NPP by tree ring compared to simulated NPP

表2 模型模擬NBP值與千煙洲站觀測(cè)值的比較Table 2 The simulated NBP compared to observed NPP at Qianyanzhou

(1)氣候因素

氣候變暖不僅可以通過(guò)直接影響光合作用來(lái)改變生態(tài)系統(tǒng)的NPP，還可以通過(guò)改變土壤氮素礦化速率、土壤水分含量而間接影響NPP[26]。本研究利用多年平均氣溫和降水量的空間插值數(shù)據(jù)與模型模擬的江西省人工林多年平均NPP結(jié)果進(jìn)行疊加分析，探討了溫度和降水量與人工林碳蓄積的相互反饋?zhàn)饔?。結(jié)果表明(圖7)，多年平均降水量介于1520—1750 mm區(qū)域的人工林NPP隨著降水增多而略有增加，變化傾向率為0.5824 gC m-2a-1mm-1，NPP值域范圍介于512—713 gC m-2a-1，趨勢(shì)不顯著(R2= 0.268，樣本數(shù)323)；多年平均降水量低于1520 mm和高于1750 mm的區(qū)域，NPP不受降水量變化的影響。溫度與NPP的關(guān)系不明顯，溫度介于15—18 ℃范圍區(qū)域內(nèi)的NPP與氣溫呈現(xiàn)不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，變化傾向率為-18.926 gC m-2a-1℃-1。

圖7 降水量和氣溫對(duì)人工林生態(tài)系統(tǒng)NPP的影響Fig.7 The impacts of precipitation and temperature on plantation NPP

圖8 不同海拔、坡度和造林方式的人工林生態(tài)系統(tǒng)NPPFig.8 The plantation NPP varied along elevation, gradient and different stand sources

(2)地形因素

為了探討人工林碳蓄積過(guò)程的地形差異，本研究分析了不同海拔、坡度等地形因素對(duì)人工造林碳蓄積的影響。就人工林NPP的海拔差異而言(圖8)，500—700 m的NPP年平均值最高，為622.15 g C m-2a-1，值域范圍437.72—867.85 g C m-2a-1；其次是300—500 m，介于390.77—804.56 g C m-2a-1，平均573.45 g C m-2a-1；海拔低于100 m地區(qū)的單位面積NPP值最低，平均152.45 g C m-2a-1，介于96.52—219.34 g C m-2a-1。不同海拔的NPP年際變化趨勢(shì)，除>900 m海拔范圍的NPP波動(dòng)較大、逐年下降以外，其余海拔的NPP遵循1980年前平穩(wěn)波動(dòng)、而后逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)?？梢?jiàn)海拔對(duì)NPP值的影響較大，而對(duì)NPP變化趨勢(shì)的影響較小。

不同坡度的NPP具有較大差異(圖8)，結(jié)果顯示，坡度45°以下，隨著坡度增加，NPP值增大，平坡、緩坡、斜坡和陡坡的NPP均值范圍分別為158.78 — 240.87 g m-2a-1、304.58 — 447.55 g m-2a-1、376.59 — 515.78 g m-2a-1和435.78 — 541.58 g m-2a-1，急坡的NPP值為 347.81 — 662.04 g m-2a-1；各坡度的NPP值均遵循先下降至最低值而后緩慢上升的趨勢(shì)；坡度趨陡，達(dá)到最低值的時(shí)間越早，急坡為1982年，陡坡為1985年，其余為1986年；達(dá)到最低值后皆呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，急坡的上升幅度遠(yuǎn)高于其它坡度。

(3)造林方式

森林碳蓄積過(guò)程因樹(shù)種組成、林相、林分起源、林齡、年齡結(jié)構(gòu)、郁閉度、株密度等森林本身結(jié)構(gòu)特征的差異而不同。本研究探討了造林方式差異對(duì)人工林碳蓄積的影響，根據(jù)造林方式將人工林劃分為人工造林、封山育林、飛播造林三類。造林方式差異導(dǎo)致造林后林分生產(chǎn)力不同(圖8)，在造林最初的4a內(nèi)NPP增長(zhǎng)很快，而后增速減緩，第27年的NPP比造林初期增加了619.83 g C m-2a-1；飛播造林的人工林NPP在造林后最初2a內(nèi)下降，之后緩慢增加，第27年的NPP比造林初期增加276.78 g C m-2a-1；而封山育林的林分NPP自封育后持續(xù)下降，第27年的NPP比封育前減少152.17 g C m-2a-1。由此可以看出，就碳蓄積效應(yīng)而言，人工造林的效果最好，碳增匯潛力最大；飛播造林多見(jiàn)于土質(zhì)瘠薄的荒山，因此成活率低，碳蓄積潛力小；封山育林在碳蓄積方面不具優(yōu)勢(shì)。

3 討論

3.1 碳蓄積估算的不確定性分析

本研究中碳蓄積估算不確定性的產(chǎn)生與估算參數(shù)、輸入數(shù)據(jù)等有關(guān)。模型參數(shù)方面，由于缺少相關(guān)研究結(jié)果，周轉(zhuǎn)率和土壤碳庫(kù)分解率等模型輸入?yún)?shù)采用通用值而沒(méi)有本地化，導(dǎo)致NBP結(jié)果具有較大不確定性，這些需要更多地面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正。區(qū)域尺度上平均化林齡與凈初級(jí)生產(chǎn)力關(guān)系式，導(dǎo)致NPP模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值趨勢(shì)相同，但絕對(duì)值存在差異，需要改進(jìn)模型中這個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)差異的NPP-age關(guān)系輸入計(jì)算。

許多研究忽略了林下植被和凋落物層，使得對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳收支低估許多倍等[25]。本文嘗試了利用文獻(xiàn)參數(shù)整理的數(shù)據(jù)分析了林下植被和凋落物層的碳蓄積隨林齡變化的趨勢(shì)，但由于數(shù)據(jù)樣本較少，分析結(jié)果準(zhǔn)確性不夠。

我國(guó)對(duì)于造林前土地利用方式對(duì)碳蓄積影響這方面所做的工作很少，這與我國(guó)的人工林分布面積和國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求都不相符合。造林前土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響最大，而土壤有機(jī)碳庫(kù)組成的復(fù)雜性及對(duì)各種影響因素變化響應(yīng)的多樣性導(dǎo)致目前國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤碳庫(kù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和影響因素的認(rèn)識(shí)仍有很大不足[13]，造林后土壤碳儲(chǔ)量變化的不確定性除與環(huán)境因子的空間異質(zhì)性有關(guān)外，也與土壤取樣、測(cè)定、分析和計(jì)算方法的差異性、土壤參數(shù)估計(jì)的差異(如土壤容重、質(zhì)地)等有關(guān)。比如，過(guò)去土壤取樣的采樣深度從5—100 cm不等[27]，多數(shù)研究采用深度而不是按照自然發(fā)生層來(lái)測(cè)定土壤碳含量，這會(huì)給某些深根性樹(shù)種帶來(lái)偏差，也可能引起土壤碳測(cè)定的偏差。本研究試圖利用土地利用變化空間數(shù)據(jù)分析造林前土地利用方式對(duì)造林后碳蓄積的影響差異，然而由于土地利用變化數(shù)據(jù)難以表達(dá)造林的確切時(shí)間，對(duì)造林導(dǎo)致碳蓄積變化速率的精確性方面存在問(wèn)題。

雖然陸面模型中的生理學(xué)過(guò)程機(jī)理是正確的，但是大多數(shù)忽略了干擾和恢復(fù)的隨機(jī)過(guò)程給人工林碳庫(kù)帶來(lái)的不確定性[4,11]。人工林業(yè)管理措施如整地、灌水、施肥、間伐、疏伐等如何影響森林生態(tài)系統(tǒng)?各種突發(fā)的自然災(zāi)害如火災(zāi)、病蟲(chóng)害、地震等如何極大地影響人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳蓄積與碳循環(huán)？這些問(wèn)題目前研究較少且多停留在定性描述階段。然而，如何深入研究脅迫、干擾因素對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響及其機(jī)理，是準(zhǔn)確評(píng)價(jià)人工林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

3.2 與其它研究結(jié)果的比較

許多生態(tài)過(guò)程或機(jī)理模型都在不同時(shí)空尺度模擬了我國(guó)范圍內(nèi)森林的凈初級(jí)生產(chǎn)力，如GLO-PEM模型[28]、CASA模型[28- 29]、TEM模型[30]、CEVSA[28, 31]等，但多針對(duì)整個(gè)植被層，對(duì)森林本身特性考慮較少。而本文利用的InTEC模型專門針對(duì)森林，考慮了林齡與森林干擾，就森林碳蓄積模擬而言，比其它模型在過(guò)程和機(jī)理方面更具有優(yōu)勢(shì)。同樣利用InTEC模型，Wang等[21]年模擬了我國(guó)森林1901—2001年碳源/碳匯情況，但在InTEC模型應(yīng)用NPP-age的定量化函數(shù)時(shí)采用了加拿大實(shí)測(cè)資料模擬的回歸函數(shù)，并把不同的森林生態(tài)系統(tǒng)采用了相同的回歸系數(shù)，此外，使用的2001年中國(guó)林齡分布圖較粗，具有較大不確定性。本研究則在其基礎(chǔ)上改進(jìn)了部分關(guān)鍵輸入?yún)?shù)和細(xì)化了部分關(guān)鍵輸入數(shù)據(jù)，模擬結(jié)果的精度有了大幅提高。在江西省范圍內(nèi)，多利用森林清查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)森林經(jīng)理學(xué)方法估算森林碳儲(chǔ)量，目前沒(méi)有利用模型模擬人工林生產(chǎn)力和碳蓄積過(guò)程的研究。在縣級(jí)尺度上，吳丹等[32]利用森林小班數(shù)據(jù)估算得到泰和縣2003年人工林碳儲(chǔ)量為1.90 TgC。在千煙洲站的相關(guān)研究較多，楊風(fēng)亭[33]估算了千煙洲試驗(yàn)區(qū)內(nèi)1984、2004年的平均植被碳密度分別為1.25和74.94 tC hm-2，植被碳總量分別為259.12和8182.6 tC，林地土壤有機(jī)碳密度29.67和63.73 tC/hm2，林地土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分別為140.02和7784.26 tC。沈文清[34]估算千煙洲人工針對(duì)葉林喬木層年凈固碳量以杉木純林最高為61420 t hm-2a-1，，濕地松居中51021 t hm-2a-1，馬尾松最低為31425 t hm-2a-1，針葉林平均為41255 t hm-2a-1，1 m深度土層平均碳儲(chǔ)量為67.85 t hm-2。劉琪璟等[35]估算千煙洲濕地松林地上生物量為72.061 t hm-2，生物量積累速率為8493 kg hm-2a-1(折合碳約為4370 kg hm-2a-1)，與通量觀測(cè)得到的凈交換量(NEE)結(jié)果基本一致。

3.3 人工林碳蓄積的深入研究

人工林會(huì)引起生物多樣性降低，造成土壤肥力下降、土壤板結(jié)，影響當(dāng)?shù)厮h(huán)，增加林火、病蟲(chóng)害的危險(xiǎn)等生態(tài)問(wèn)題。因此，為了長(zhǎng)期緩解氣候變化需要仔細(xì)選擇造林樹(shù)種[1]，遵循適地適樹(shù)原則進(jìn)行人工造林，營(yíng)造混交林，特別是退化土地[36]。此外，如何同時(shí)兼顧用材和生態(tài)保護(hù)、造林占地與糧食安全等是目前存在的制約問(wèn)題。保持和增加森林碳蓄積的同時(shí)提供林產(chǎn)品是利用森林生態(tài)系統(tǒng)緩解氣候的最優(yōu)選擇，特別是在土地供給受到高昂價(jià)格和其他土地利用方式強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)的區(qū)域。雖然由于此類方式導(dǎo)致非常復(fù)雜的凈碳收益量化而限制了其在全球碳貿(mào)易市場(chǎng)的作用，但其將在國(guó)家制定各種目標(biāo)與措施時(shí)占有一席之地，不僅僅是為了緩解氣候，還可以減少森林火災(zāi)，增加林產(chǎn)品比如清除林下植被和疏伐時(shí)的清除物可用作生物能源產(chǎn)品?？偟恼f(shuō)來(lái)，考慮周全的碳蓄積工程，同時(shí)提供可持續(xù)利用的木材產(chǎn)品、纖維和能源，將產(chǎn)生巨大效益?？沙掷m(xù)發(fā)展理論必需綜合考慮平衡問(wèn)題，即同時(shí)考慮緩解氣候變化和可持續(xù)發(fā)展的利益最大化[37]。

我國(guó)是世界上人工林保存面積和年造林面積最多的國(guó)家，然而重造輕管卻導(dǎo)致我國(guó)人工林質(zhì)量低、生態(tài)功能差。因此，在增加人工林?jǐn)?shù)量的同時(shí)通過(guò)森林經(jīng)營(yíng)管理提高已有人工林的質(zhì)量，是我國(guó)林業(yè)生態(tài)發(fā)展面臨的一個(gè)極為重要的問(wèn)題，擴(kuò)大森林面積和改進(jìn)森林管理以增加碳蓄積也是一種比減少碳排放成本更低的碳減排途徑。森林管理導(dǎo)致的碳源/匯變化的量化對(duì)于準(zhǔn)確估計(jì)國(guó)家碳排放和核證減排量市場(chǎng)的透明機(jī)能具有基礎(chǔ)性作用，有助于各國(guó)達(dá)到溫室氣體減排的目標(biāo)[38]。森林管理需要根據(jù)不同區(qū)域的特點(diǎn)選擇適合的措施[39]，同時(shí)考慮碳蓄積管理的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)作用。但是，目前很難確定多少森林碳匯和碳庫(kù)能夠通過(guò)何種管理以緩解大氣CO2的增加[37]。此外，由于高溫等外部因素導(dǎo)致的碳匯減少使得CO2濃度遠(yuǎn)高于預(yù)期，如果必需解決陸地碳源增加和碳匯減少的問(wèn)題，碳管理將面臨著巨大的挑戰(zhàn)[4]，而國(guó)家或跨國(guó)組織努力平衡其內(nèi)部經(jīng)濟(jì)與外部社會(huì)之間關(guān)于改變地球氣候系統(tǒng)的化石燃料燃燒、土地利用實(shí)踐的矛盾，亦使森林碳庫(kù)的管理成為一個(gè)非常具有爭(zhēng)議的問(wèn)題[40- 41]。仍有許多問(wèn)題有待解答，如碳管理與森林資源可持續(xù)發(fā)展是否能兼容？森林碳管理是如何增強(qiáng)或抑制森林的其他生態(tài)服務(wù)功能如蓄水、生物多樣性等[39]？因此，研究森林經(jīng)營(yíng)管理與碳蓄積的關(guān)系將是未來(lái)的工作重點(diǎn)。

4 結(jié)論

本文基于樹(shù)木材積生長(zhǎng)量模型和區(qū)域碳通量模型，從樣地到區(qū)域模擬分析了人工林碳蓄積的時(shí)空變化規(guī)律。結(jié)果表明：1)馬尾松林年碳蓄積量增長(zhǎng)速率在林齡18a后減速，杉木和濕地松林15a出現(xiàn)拐點(diǎn)，林下植被層碳蓄積在造林初期接近零而后迅速升高，再隨著林齡增大而減少，凋落物層碳蓄積在造林后快速增加至30a后隨著分解速率增大而減少；2)1980年至2007年，江西省人工林NPP從迅速下降至最低值而后緩慢增至393.63 gC m-2a-1，碳蓄積年變化在1987年前處于平穩(wěn)狀態(tài)，而后變化速率增快，從2.19 TgC/a迅速增至8.02 TgC/a，此后增速減緩；3)模型模擬值與樹(shù)輪估算值比較發(fā)現(xiàn)，趨勢(shì)的一致性較好，皆呈現(xiàn)先快速增加而后下降的趨勢(shì)，但年值和下降幅度相差較大，說(shuō)明模型過(guò)程簡(jiǎn)化和假設(shè)方面仍需改進(jìn)，模型輸入?yún)?shù)與數(shù)據(jù)方面需要根據(jù)不同空間尺度進(jìn)行本地化；4)人工林NPP與降水量、溫度的關(guān)系不明顯，海拔對(duì)NPP值的影響較大而對(duì)NPP變化趨勢(shì)的影響較小，NPP值隨著坡度增加而增大；5)造林方式比較，人工造林碳增匯潛力最大，而封山育林在碳蓄積效應(yīng)方面不具優(yōu)勢(shì)。

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The spatial and temporal patterns of carbon sequestration by forestation in Jiangxi Province

HUANG Lin*, SHAO Quanqin, LIU Jiyuan

InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China

Forestation was considered as one of the most effective and ecological approaches for increasing carbon sink, and then to promoting atmospheric CO2absorption and mitigating climate change. It was also one of the key measures in forestry engineering and ecological restoration. In this paper, Jiangxi Province was selected as the typical study area of red soil hilly region — one of the primary plantation areas---in Southern China. The Mountain-River-Lake program since 1980s in Jiangxi Province is a typical successful program of ecological restoration in red soil hilly region, which increased the forest coverage of Jiangxi by 28.55% through implementation of greening barren hill, reforestation, and the Grain for Green Program. This study applied TGTRing and InTEC model simulation, scale transformation from plot to transect and region, field investigation and sampling, dendrochronology method based on tree-ring information, forest inventory data, and carbon budget model, to discuss the effects of forest age and human activities on net primary production (NPP) and carbon sequestration, and then to analysis the annual variation of plantation NPP and carbon sequestration. We try to depict the relations among forest age and NPP through the growth curves of main planting tree species, and then the carbon sequestration of plantation were simulated. The purpose of this paper is to evaluate the carbon effects of forestation, and the carbon regulation service of ecological restoration. The results showed that: 1) The NPP simulations for main planting tree species by tree-ring suggested that the NPP value of Masson pine (P.massoniana), Slash pine (P.elliottii) and Chinese fir (Cunninghamialanceolata) rises rapidly with the increased forest age and reaches to the peak value in 10a (1058 g m-2a-1), 10a (901.09 g m-2a-1) and 11a (1305.67 g m-2a-1) respectively, and then decreased to stable level in 42a (87.2 g m-2a-1), 42a (156.0 g m-2a-1) and 40a (33.0 g m-2a-1); 2)The NPP trend of plantation from 1980 to 2007 in Jiangxi Province were decreased rapidly before and then increased slowly, which responded the lower quality of plantation. Although the forest coverage increased from 26.98% to 60.05% mainly contributed by the enlarged plantation area, the forest volume per hectare were relatively lower especially for the plantations, because the forest is dominated by secondary natural forest, and middle- aged even young-aged plantation; 3) The variation of carbon sequestration presented as steady trend in the first 8 years before 1988 (2.19—2.37 gC m-2a-1) since the beginning of Mountain-River-Lake Program. It then increased rapidly reach to 8.02 gC m-2a-1at the thirteen years, and followed by relatively lower increasing rate; 4) The influences of precipitation and temperature on plantation NPP were showed unobvious. However, the elevation greatly impacts the absolute value of NPP, but not the variation trend. In addition, the NPP increased with higher slope; 5) Validated by tree-ring estimated carbon sequestration value and station observed net ecosystem production (NEP) value, we found that modeled NEP shows good consistency than annual net increasing carbon sequestration; 6) The potential carbon sink thorough tree planting is higher than other planting patterns. Furthermore, closing for reforestation showed unobvious advantage in carbon sequestration service.

Jiangxi Province; plantation; carbon sequestration; TGTRing model; InTEC model

國(guó)家自然科學(xué)基金(41001366, 41371019)

2013- 06- 05;

日期:2014- 05- 08

10.5846/stxb201306051342

*通訊作者Corresponding author.E-mail: huanglin@igsnrr.ac.cn

黃麟,邵全琴,劉紀(jì)遠(yuǎn).江西省人工造林碳蓄積的時(shí)空過(guò)程.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(7):2105- 2118.

Huang L, Shao Q Q, Liu J Y.The spatial and temporal patterns of carbon sequestration by forestation in Jiangxi Province.Acta Ecologica Sinica,2015,35(7):2105- 2118.