王云霓,代海燕,曹恭祥,張 慧,梁海榮,桑 昊,楊溢文,劉紅梅

1 內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院,呼和浩特 010010 2 內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心,呼和浩特 010051

氣候變化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的分布格局、結(jié)構(gòu)組成、生理特性、物質(zhì)循環(huán)等產(chǎn)生深刻影響[1—3],已有眾多研究發(fā)現(xiàn)氣候變化對(duì)森林造成極大影響。如：生長(zhǎng)分異[4—5]、森林演替、林分衰退及死亡率增加[6—9]、固碳能力降低[10—11],甚至成為碳源[12—13]。生物量碳密度是用于評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳增匯功能最常用指標(biāo)[14—15],碳密度的年際變化可用于指示氣候變化對(duì)森林固碳能力的影響[16—18],已有相關(guān)研究主要集中在碳密度的靜態(tài)比較[19—20]、森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度組成特征[21—22]、大尺度上基于遙感數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)和模型計(jì)算分析碳密度[15,23—24]等方向,也有少量生物量碳密度對(duì)氣候因子的響應(yīng)研究。如：王云霓等[16]對(duì)寧夏六盤山不同氣候區(qū)華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)人工林、于健等[17]對(duì)長(zhǎng)白山紅松(Pinuskoraiensis)林、曹恭祥等[18]對(duì)紅花爾基沙地樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)人工林的研究中均利用年輪寬度推算碳密度及其增量的年際變化。但受樹種、群落結(jié)構(gòu)、水熱條件、經(jīng)營(yíng)措施等影響,森林植被的固碳能力表現(xiàn)出明顯的種間差異和時(shí)空異質(zhì)性[14—15]。在氣候變化背景下,基于森林碳匯功能進(jìn)行森林經(jīng)營(yíng)或精細(xì)化管理時(shí),就需要全面理解氣象因子對(duì)不同地區(qū)、不同樹種的碳匯能力的影響。

華北落葉松抗逆性強(qiáng),是優(yōu)質(zhì)速生的用材樹種,也是涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、調(diào)節(jié)氣候的主要造林樹種,在華北各地、陰山、賀蘭山、六盤山、祁連山、天山、秦嶺山、九江廬山等地區(qū)均有分布。處在半濕潤(rùn)向半干旱、干旱過渡氣候區(qū)的內(nèi)蒙古大青山,是黃河流域重要的水源涵養(yǎng)地,此地區(qū)的植被對(duì)穩(wěn)定大黑河、小黑河、黃河的水量和減小水土流失、控制水質(zhì)水患及呼和浩特、包頭、烏蘭察布等地區(qū)的固碳釋氧、降溫增濕具有重要的生態(tài)影響。華北落葉松自20世紀(jì)60年代開始引入內(nèi)蒙古大青山,生長(zhǎng)良好。

在全球氣候變化的背景下,內(nèi)蒙古大青山華北落葉松人工林碳密度的時(shí)間變化格局及其與氣象因子的關(guān)系,這在我國(guó)陰山地區(qū)森林、灌叢-草原植被過渡帶上森林植被固碳特征的研究中還未見報(bào)道。因此,本文以陰山中段的內(nèi)蒙古大青山華北落葉松人工林為研究對(duì)象,基于年輪寬度,結(jié)合解析木的方法,計(jì)算華北落葉松人工林碳密度及其年增量的動(dòng)態(tài)變化,并分析碳密度年增量對(duì)氣象要素的響應(yīng)特征,為探索全球氣候變化下陰山地區(qū)碳平衡特征及人工林固碳功能的深入研究提供基礎(chǔ),同時(shí)對(duì)認(rèn)識(shí)氣候變化對(duì)森林草原過渡帶的影響具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究的采樣點(diǎn)位于內(nèi)蒙古大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū),介于40°34′—41°14′N,109°47′—112°17′E,處在半濕潤(rùn)區(qū)向干旱半干旱區(qū)及森林、灌叢—草原植被的過渡地帶。冬季寒冷；春秋短暫,風(fēng)大；夏季多雨、溫涼,相對(duì)濕潤(rùn)。研究區(qū)1960—2019年氣候數(shù)據(jù)(圖1)顯示：在全球變暖的背景下,研究區(qū)年均氣溫呈明顯的上升趨勢(shì),多年平均氣溫3.25 ℃,年均氣溫最高為5.80 ℃,出現(xiàn)在2007年；年均氣溫最低為1.55 ℃,出現(xiàn)在1967年；最冷出現(xiàn)在12月；極端最高氣溫33.6 ℃,最熱出現(xiàn)在7月；近60年的平均相對(duì)濕度為53.51%,年均大氣相對(duì)濕度最高為64.00%,出現(xiàn)在2003年；60年間年降水整體呈增加趨勢(shì),最大值出現(xiàn)在1961年(553.10 mm),多年平均為351.09 mm,每年6—8月的降水量最大；年均風(fēng)速為3.20 m/s,年日照時(shí)數(shù)平均為2947.10 h,年蒸發(fā)量為1846.8 mm。

圖1 近60年間(1960—2019年)降水和溫度的年際變化

保護(hù)區(qū)華北落葉松多為人工純林,在陰坡凹地或者坡下伴有白樺(Betulaplatyphylla)、蒙古櫟(Quercusmongolica)、山楊(Populusdavidiana)等樹種,華北落葉松林人為干擾較少。灌叢以三裂繡線菊(Spiraeatrilobata)、山刺玫(Rosadavurica)、蒙古莢迷(Viburnummongolicum)、虎榛子(Ostyopsisdavidiana)、達(dá)烏里胡枝子(Lespedezadavurica)為主；草本有羊草(Leymuschinensis)、翠菊(Callistephuschinensis)、百蕊草(Thesiumchinense)、翻白繁縷(Stellariadiscolor)、蒲公英(Taraxacummongolicum)、地榆(Sanguisorbaofficinalis)、蕨(Pteridiumaquilinum)、克氏針茅(Stipakrylovii)、小紅菊(Dendranthemachanetii)、西伯利亞烏頭(Aconitumbarbatumvar.hispidum)、百里香(Thymusmongolicus)、東方草莓(Fragariaorientalis)、米口袋(Gueldenstaedtiamultiflora)等。土壤呈微酸性,質(zhì)地以棕壤、褐土等為主。

1.2 樣地設(shè)置

本研究中華北落葉松林5個(gè)30 m×30 m調(diào)查樣地(P1、P2、P3、P4、P5,表1)分布在北坡,林齡均為43 a,是研究區(qū)保存最好、林齡相對(duì)較大的華北落葉松純林。對(duì)喬木進(jìn)行每木編號(hào)、調(diào)查,林下灌木每叢調(diào)查；在每個(gè)樣地對(duì)角線機(jī)械設(shè)置5個(gè)草本樣方,并記錄海拔、坡度等立地因子,樣地的基本特征見表1。

表1 華北落葉松人工林樣地基本特征

P1與P5對(duì)應(yīng)海拔差24.0 m,海拔差相對(duì)較小,可以忽略海拔導(dǎo)致的立地條件微差異。5個(gè)樣地的土壤均為山地灰褐土,土壤厚度大于100 cm,樣地林分密度為1056—1366 株/hm2；樣地平均胸徑和平均樹高的最大值分別為17.70 cm和13.64 m,最小值分別為16.57 cm和12.97 m；郁閉度相近,變化范圍為0.70—0.80。受林分郁閉度的影響,林下灌木零星分布或無,P1、P2樣地林下均沒有灌木,P3樣地林下灌木有8叢多花胡枝子(Lespedezafloribunda)、2叢土莊繡線菊(Spiraeapubescens),P4樣地林下灌木有3叢胡枝子、2叢土莊繡線菊、1叢水栒子(Cotoneastermultiflorus),P5樣地林下灌木有2叢水栒子、1叢土莊繡線菊。草本層蓋度為58%—70%,樣地間的草本種類基本相同,主要有：地榆、東方草莓、歪頭菜(Viciaunijuga)、蒲公英和老鸛草(Geraniumwilfordii)。

1.3 樹芯取樣和年輪寬度測(cè)定

每個(gè)樣地按徑級(jí)分布比例選擇標(biāo)準(zhǔn)木20株,在胸高處垂直交叉鉆取2根樹芯,風(fēng)干后固定、打磨、掃描,使用WinDENDRO分析系統(tǒng)進(jìn)行交叉定年和測(cè)量,利用COFECHA程序[25]對(duì)測(cè)量結(jié)果和定年準(zhǔn)確性進(jìn)行質(zhì)量控制,合格后獲得年輪寬度(精度為0.01 mm)數(shù)據(jù)。

1.4 生物量估算

首先,基于標(biāo)準(zhǔn)木胸徑(D2016,cm)、垂直交叉方向的年輪寬度(dn,cm),通過公式(1)計(jì)算得出歷年胸徑Dn(0≤n<2016)。其次,基于樣地外華北落葉松16株解析木數(shù)據(jù)建立單株的干、枝、葉、皮等不同器官生物量(W,kg)與胸徑(D,cm)的函數(shù)關(guān)系,計(jì)算不同器官歷年的生物量,具體見公式(2)—(5)；根據(jù)單株根系生物量(W根,kg)與胸徑、樹高(H,m)的數(shù)量關(guān)系計(jì)算歷年的根系生物量[26],見公式(6)。

Dn=D2016-dn

(1)

式中,dn=d2016+d2015+……+dn+1+dn+2

W干= 3.2966D0.1587(R2=0.8732)

(2)

W枝= 2.4363D0.1473(R2=0.9235)

(3)

W葉= 1.0121D0.1161(R2=0.8370)

(4)

W皮= 0.9136D0.1422(R2=0.8495)

(5)

W根=0.8247Ln(D2H)-4.2346 (R2=0.972)

(6)

1.5 碳含量測(cè)定

每個(gè)徑級(jí)選擇4株標(biāo)準(zhǔn)木,在樹冠的上部、中部、下部位置的東、西、南、北4個(gè)方向分別取干、枝、葉、皮等不同器官的植物樣；選擇與平均胸徑接近的1株樣樹,對(duì)根系進(jìn)行全挖,分別對(duì)≤0.2 cm的細(xì)根、0.2—2 cm的中根和>2 cm的粗根進(jìn)行取樣；相同器官樣品等量混合后烘干、粉碎、過篩。含碳率采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測(cè)定。

1.6 碳密度及其年增量的估算

基于華北落葉松的干、枝、葉、皮、根等不同器官的生物量(W,t/hm2)與有機(jī)碳含量(R)計(jì)算得到碳密度(CD,t/hm2),見公式(7)：

(7)

式中,CD是碳密度(t/hm2),m表示樣地內(nèi)樹的株數(shù),n表示單株的干、枝、葉、皮、根等不同器官。

根據(jù)公式(8)計(jì)算碳密度年增量(CDI,t hm-2a-1)[18]。

CDIk=CDk-CDk-1

(8)

式中,CDk是第k年的碳密度(t/hm2),k表示年份。

1.7 氣象數(shù)據(jù)獲取與數(shù)據(jù)處理

在內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心獲得研究區(qū)多年的氣象數(shù)據(jù),包括氣溫、最低溫、最高溫、降水量和相對(duì)濕度等氣象因子的月值；考慮到前一年氣象因素對(duì)次年碳密度年增量的影響[18],在SPSS 18利用Pearson相關(guān)分析氣象因子對(duì)華北落葉松人工林碳密度年增量的影響時(shí),選擇氣象指標(biāo)的時(shí)長(zhǎng)為1979年6月到2016年12月。

數(shù)據(jù)處理是在Excel 2010和SPSS 18統(tǒng)計(jì)軟件里完成的,選擇單因素方差分析(one-way ANOVA)比較參數(shù)間的差異,取P<0.05為差異顯著,P<0.01為差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 碳密度的年際變化

華北落葉松不同器官的含碳率存在差異(圖2),葉與干、枝、皮之間是極顯著差異(P<0.01),根與葉、干、枝、皮之間呈顯著性差異(P<0.05),而干、枝、皮之間差異不顯著。皮和干的平均含碳率最高,分別為55.22%和55.13%；枝的平均含碳率次之(54.36%),根的平均含碳率低于枝的,為52.47%,葉的平均含碳率(51.22%)最低。

圖2 華北落葉松干、枝、葉、根、皮的含碳率

華北落葉松人工林碳密度的年際變化如圖3所示。碳密度隨著林齡的增加先緩慢增加后快速增加,兩者之間的關(guān)系可以用Logistic方程描述,1979—2016年間華北落葉松人工林碳密度從1.05 t/hm2增加到76.83 t/hm2,近38年間增長(zhǎng)超過了73倍,說明華北落葉松生長(zhǎng)較快,固碳量速率較快,增匯功能強(qiáng)。從生物量固碳和提供木材角度來看,在內(nèi)蒙古大青山人工造林時(shí),可以選擇華北落葉松。

圖3 不同年份華北落葉松林的碳密度和碳密度年增量

2.2 碳密度年增量的年際變化

華北落葉松林碳密度增長(zhǎng)速度上總體表現(xiàn)出“慢-快-慢”的波動(dòng)趨勢(shì),但年際間波動(dòng)存在差異,見圖3。在1980—1997年期間,碳密度年增量快速上升,但在上升中又有波動(dòng)；1997年碳密度年增量達(dá)到3.72 t hm-2a-1；1997—2001年間碳密度年增量保持較高的水平,之后碳密度年增量呈波動(dòng)性降低趨勢(shì),降低到2009年的1.55 t hm-2a-1；2009—2013年碳密度年增量基本維持不變,變化范圍1.54—1.73 t hm-2a-1；在2013年之后呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)。38年碳密度年增量平均值為2.05 t hm-2a-1,變異系數(shù)為0.42。

2.3 碳密度年增量對(duì)氣象因子的響應(yīng)

華北落葉松林碳密度年增量與氣象因子的相關(guān)性見圖4。碳密度年增量與上年6月及當(dāng)年6—8月的降水保持顯著(P<0.05)正相關(guān)的關(guān)系,說明生長(zhǎng)季降水對(duì)華北落葉松林固碳功能的影響較大；與上年11月的降水保持顯著(P<0.05)負(fù)相關(guān),與當(dāng)年冬季(11—12月)的降水也呈負(fù)相關(guān),雖然相關(guān)系數(shù)沒有達(dá)到顯著性,但相關(guān)系數(shù)較大,說明冬季降水對(duì)當(dāng)年及次年的林分碳密度年增量的影響較大。碳密度年增量與上年及當(dāng)年生長(zhǎng)季(5—9月)的大氣相對(duì)濕度保持正相關(guān),但與上年10月到次年4月、當(dāng)年10—12月的大氣相對(duì)濕度保持負(fù)相關(guān),尤其上年11—12月、當(dāng)年2月和12月的大氣相對(duì)濕度顯著影響著碳密度年增量。碳密度與上年11—12月、當(dāng)年12月的月均溫和月均最高溫均呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)的相關(guān)關(guān)系,與上年7月、9月及當(dāng)年2月、8—9月的月均溫呈顯著或極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)均大于0.33。

圖4 華北落葉松林碳密度年增量與月份氣象因子的相關(guān)系數(shù)

3 討論

3.1 華北落葉松林的碳密度特征

研究區(qū)43 a華北落葉松林的碳密度是76.83 t/hm2,遠(yuǎn)高于我國(guó)森林植被生物量碳密度(55.7 t/hm2)[21]和全國(guó)落葉松林(60.2 t/hm2)[27],說明大青山華北落葉松人工林是碳匯的庫(kù)；也高于六盤山北側(cè)半干旱氣候區(qū)31 a的(34.45 t/hm2)[16]、山西省太岳山好地方林場(chǎng)31 a的(54.06 t/hm2)[28]、大興安嶺南段賽罕烏拉32 a的(26.46 t/hm2)[29]、河北省木蘭林管局新豐林場(chǎng)32 a的(42.37 t/hm2)[30]華北落葉松人工林喬木層生物量碳密度；但低于河北陰河林場(chǎng)38 a華北落葉松人工林的生物量碳密度(112.90 t/hm2)[31],與六盤山南側(cè)半濕潤(rùn)33 a華北落葉松林碳密度(74.10 t/hm2)相近[16]。以上研究中計(jì)算方法均是基于生物量與胸徑的數(shù)量關(guān)系及含碳率估算喬木層生物量碳密度,造成差異的原因可能與林分結(jié)構(gòu)、立地條件、氣候等有關(guān)。如：Ahmad等[22]、舒洋等[29]、馬長(zhǎng)明等[30]和張?zhí)锾锏萚31]研究均認(rèn)為：華北落葉松林生物量碳密度隨著林齡的增加而增大；王云霓等[16]認(rèn)為華北落葉松人工林喬木層生物量碳密度隨林齡、林分密度、樹高、胸徑、郁閉度等林分結(jié)構(gòu)的增加而增加,且不同氣候區(qū)華北落葉松林生物量碳密度及年增量存在顯著差異；Guo等[32]發(fā)現(xiàn)森林植被類型、林齡及研究區(qū)氣候、土壤等因素的組合是造成林分尺度森林碳密度差異的主要原因；王建等[33]對(duì)青藏高原高寒區(qū)闊葉林、沈彪等[34]對(duì)秦嶺中段南坡油松林的研究均認(rèn)為固碳速率受坡度、海拔等地形因子的影響。

受水熱條件的影響,不同地區(qū)華北落葉松林固碳能力存在差異,已有研究中平均碳密度年增量/年固碳速率為：六盤山南側(cè)香水河小流域(5.57 t hm-2a-1)[16]、河北陰河林場(chǎng)(2.97 t hm-2a-1)[31]、六盤山北側(cè)疊疊溝小流域(2.58 t hm-2a-1)[16]、山西省太岳山好地方林場(chǎng)(1.74 t hm-2a-1)[28]、河北省木蘭林管局新豐林場(chǎng)(1.32 t hm-2a-1)[30]、大興安嶺南段賽罕烏拉(0.83 t hm-2a-1)[29]。本研究中,近38年間華北落葉松人工林生物量碳密度年增量最高達(dá)到3.72 t hm-2a-1,多年平均碳密度年增量為2.05 t hm-2a-1。總體看,內(nèi)蒙古大青山華北落葉松人工林的碳密度年增量相對(duì)較低,可能因?yàn)檠芯繀^(qū)處在半干旱半濕潤(rùn)氣候區(qū)的交錯(cuò)帶,年降水量?jī)H343.64 mm,不能滿足生長(zhǎng)需求,土壤層儲(chǔ)水能力差,樹木在生長(zhǎng)季受水分脅迫,生長(zhǎng)季溫度相對(duì)較低,生長(zhǎng)期相對(duì)較短,導(dǎo)致華北落葉松生長(zhǎng)相對(duì)較慢,碳密度年增量相對(duì)較小。

3.2 氣象因素對(duì)碳密度年增量的影響

前人關(guān)于碳密度年增量與降水關(guān)系的研究結(jié)論并不一致。如：曹恭祥等[18]對(duì)紅花爾基樟子松人工林的研究發(fā)現(xiàn)年固碳速率與前一年12月和當(dāng)年3月的月降水量達(dá)到顯著相關(guān),與生長(zhǎng)季降水的關(guān)系不密切；而牛春梅等[35]研究則認(rèn)為：降水量是限制黃土高原刺槐人工林碳密度的主要因子；Tang等[21]對(duì)我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的研究發(fā)現(xiàn),水分的可利用性是影響干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的主要原因。本研究中,華北落葉松林碳密度年增量與上年6月和當(dāng)年6—8月的降水量顯著正相關(guān),與上年11月的降水顯著負(fù)相關(guān)。這主要因?yàn)檠芯繀^(qū)年降水量較少,且主要分布在6—8月,而6月平均氣溫達(dá)到17 ℃以上,最高氣溫回升到23 ℃以上,水熱同期使樹木形成層細(xì)胞分裂迅速,此時(shí)較多的降水和適宜的溫度,可以滿足樹木生長(zhǎng)需求,有利于增大其固碳潛力。本研究中華北落葉松林碳密度年增量與6—8月溫度和降水的相關(guān)性均較高就是例證,所以生長(zhǎng)季降水量和溫度是影響研究區(qū)華北落葉松林碳密度年增量的主要因素。11月降水常以固、液態(tài)混合形式,如果此時(shí)降水天氣較多,濕度增大,而此時(shí)溫度低于0 ℃,極易結(jié)冰,形成凍害；12月至次年2月的降水以固體形式為主,降雪對(duì)樹木造成物理影響小于其為次年提供水分的影響,但降雪天氣增加大氣濕度,降低溫度,不利于樹木過冬,故冬季大氣相對(duì)濕度與碳密度年增量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

本研究中華北落葉松林碳密度年增量與各月溫度指標(biāo)大多表現(xiàn)為正相關(guān),尤其生長(zhǎng)季7—9月和冬季(11—12月、2月)的溫度顯著影響著華北落葉松林碳密度年增量。這與前人研究基本一致,如：羅磊等[36]研究認(rèn)為：阿爾泰山落葉松林的碳密度與氣溫呈正相關(guān)；楊鳳萍等[37]對(duì)秦嶺油松和華山松、成澤虎等[38]對(duì)北京油松天然林的研究均發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)棠緦由锪吭隽颗c生長(zhǎng)季溫度呈正相關(guān)。但也有研究發(fā)現(xiàn)碳密度年增量與生長(zhǎng)季溫度呈負(fù)相關(guān),如曹恭祥等[18]發(fā)現(xiàn)樟子松人工林碳密度年增量與5—10月的月均氣溫、月均最低溫和月均最高溫均呈負(fù)相關(guān),特別上一年7月、9月及當(dāng)年8—9月溫度顯著或極顯著影響碳密度年增量。以上不同結(jié)論可能與樹種特性、水熱條件、林分結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。如：Tang等[21]研究發(fā)現(xiàn),森林、灌叢和草地的碳庫(kù)的分布格局與降水、溫度的空間分布格局一致；Ahmad等[22]研究認(rèn)為華北落葉松林生物量碳密度隨著林分密度、郁閉度的增大而增加；牛春梅等[35]認(rèn)為林齡、降水量是影響黃土高原中西部刺槐人工林生態(tài)系統(tǒng)碳密度的主要因素。此外,本研究中華北落葉松林碳密度年增量與5月平均氣溫是負(fù)相關(guān)關(guān)系,這在曹恭祥等[18]、程瑞梅等[39]的研究中也有發(fā)現(xiàn)。生長(zhǎng)季初期的5月,樹木形成層細(xì)胞分裂迅速期,樹木開始萌動(dòng)生長(zhǎng),此時(shí)較高溫度造成林地蒸散耗水增大,但春季降水較少,土壤水分得不到補(bǔ)充,不利于樹木生長(zhǎng)。相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)溫度升高引起的干旱脅迫進(jìn)而影響樹木生長(zhǎng)。如：Buermann等[40]對(duì)歐亞北方森林的、Schuster和Oberhuber[41]對(duì)奧地利中部地區(qū)針葉混交林的、Yu等[4]對(duì)長(zhǎng)白山低海拔地區(qū)紅松(PinuskoraiensiSieb.et Zucc)、M?kinen等[42]對(duì)芬蘭南部地區(qū)的挪威云杉(Piceaabies(L.)Karst)及曹恭祥等[18]、張先亮等[43]、姜鳳岐等[44]對(duì)樟子松的研究均顯示：溫度升高引起的干旱脅迫或生理干旱是樹木生長(zhǎng)受限的主要原因。6—8月是華北落葉松生長(zhǎng)旺盛期,此時(shí)豐富的降水能夠滿足華北落葉松生長(zhǎng)的需求,而此時(shí)溫度升高可以加快光合作用,有利于積累光合產(chǎn)物,增強(qiáng)碳匯功能,所以本研究中華北落葉松林凈初級(jí)生產(chǎn)力與6—8月的溫度、降水相關(guān)性均較高；9月是研究區(qū)樹木生長(zhǎng)的結(jié)束月,較高的溫度、適量降水能延長(zhǎng)生長(zhǎng)季和增加光合產(chǎn)物的積累,也有利于樹木安全過冬；而研究區(qū)11—12月氣溫對(duì)華北落葉松林碳密度年增量的影響需要結(jié)合降水形成的雪害及凍害,冬季較高的溫度可以避免凍害,也利于提高土壤溫度,延長(zhǎng)生長(zhǎng)期,增加樹木增匯能力。

4 結(jié)論

本文利用解析木和年輪生態(tài)學(xué)的方法,研究了內(nèi)蒙古大青山華北落葉松人工林喬木層碳密度、碳密度年增量及其與氣象因子的關(guān)系。結(jié)果表明：隨著林齡的增加,華北落葉松人工林碳密度增加,兩者變化關(guān)系可用邏輯斯諦方程描述；38年間(1979—2016年)華北落葉松人工林碳密度從1.05 t/hm2增加到76.83 t/hm2。華北落葉松人工林碳密度年增量年際差異較大,總體上呈波動(dòng)的“慢—快—慢”趨勢(shì),碳密度年增量的多年平均值為2.05 t hm-2a-1,最大值為3.72 t hm-2a-1。氣象因素是影響固碳速率年際變化的主要原因,主要受上年6月、11月及當(dāng)年6—8月的降水、冬季(11—12月、2月)的溫濕度和上年及當(dāng)年9月、上年7月、當(dāng)年8月氣溫的影響,即生長(zhǎng)季中后期的溫度決定的生長(zhǎng)季長(zhǎng)短、生長(zhǎng)季的降水決定的土壤可利用水分、冬季溫濕度決定的凍害雪害是影響內(nèi)蒙古大青山華北落葉松人工林碳密度年增量的主要因素。根據(jù)中國(guó)及研究區(qū)氣候變化的趨勢(shì)來看,研究區(qū)的大氣溫度將會(huì)升高,降水將增加,水熱條件將更加優(yōu)越且生長(zhǎng)季將延長(zhǎng)可能會(huì)提高研究區(qū)華北落葉松的固碳功能,但年內(nèi)尺度上氣候變暖變濕的時(shí)間變化格局及降水、干旱等異常氣候事件對(duì)華北落葉松人工林固碳速率的影響還需要繼續(xù)追蹤研究。