高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

不同径级红松挥发性碳贡献变化特征及其影响因子分析

朱一泓 高露双 贾勃 张平瑞 王寅鹏 欧礼金

朱一泓, 高露双, 贾勃, 张平瑞, 王寅鹏, 欧礼金. 不同径级红松挥发性碳贡献变化特征及其影响因子分析[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(1): 10-19. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180289
引用本文: 朱一泓, 高露双, 贾勃, 张平瑞, 王寅鹏, 欧礼金. 不同径级红松挥发性碳贡献变化特征及其影响因子分析[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(1): 10-19. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180289
Zhu Yihong, Gao Lushuang, Jia Bo, Zhang Pingrui, Wang Yinpeng, Ou Lijin. Dynamic characteristics and its influencing factors of the volatile carbon content of Pinus koraiensis at different diameter classes[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(1): 10-19. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180289
Citation: Zhu Yihong, Gao Lushuang, Jia Bo, Zhang Pingrui, Wang Yinpeng, Ou Lijin. Dynamic characteristics and its influencing factors of the volatile carbon content of Pinus koraiensis at different diameter classes[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(1): 10-19. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180289

不同径级红松挥发性碳贡献变化特征及其影响因子分析

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180289
基金项目: 

国家自然科学基金项目 31600509

北京市级大学生创新创业训练项目 S201710022002

详细信息
    作者简介:

    朱一泓。主要研究方向:森林经理学。Email:a20090439@163.com地址:100083  北京市海淀区清华东路35号北京林业大学117信箱

    通讯作者:

    高露双,博士,副教授。主要研究方向:树木生长过程模拟。Email: gaolushuang@bjfu.edu.cn  地址:同上

  • 中图分类号: S718.55+6;S791.247

Dynamic characteristics and its influencing factors of the volatile carbon content of Pinus koraiensis at different diameter classes

  • 摘要: 目的植物含碳率是研究森林碳储量的关键因素之一,精确测定含碳率及其影响因子有利于提高森林碳储量的预测准确率。方法以吉林蛟河阔叶红松成熟林固定样地内红松为研究对象,获取冷冻干燥、自然干燥和烘干干燥3种处理方式下的红松茎干连年含碳率,对比分析3种处理方式下不同径级红松含碳率年际变化特征。发现自然干燥含碳率波动较大,因此本文的挥发性碳贡献由冷冻干燥含碳率和烘干干燥含碳率来量化。通过比较大小径级红松挥发性碳贡献年际变化特征,分析其在时间尺度上的差异与稳定性,并构建挥发性碳贡献与气候因子和生长量等因子的相关关系,揭示影响挥发性碳贡献的主要因子。结果(1) 不同干燥方式仅对大径级红松的含碳率的测定结果有显著影响(P < 0.05),而3种干燥方式下小径级红松含碳率不存在显著差异。(2)红松挥发性碳贡献有一定阶段性。小径级红松挥发性碳贡献较大径级波动更大,小径级红松挥发性碳贡献最高和最低值分别为24.46%和0.03%,大径级红松挥发性碳贡献最高和最低值则为9.72%和1.18%,同时大径级红松挥发性碳贡献存在明显的滞后现象。(3)红松挥发性碳贡献主要受到冬季温度的影响,其中小径级红松挥发性碳贡献仅与当年12月的温度呈现显著负相关(P < 0.05),而大径级红松则与上一年12月的温度呈显著负相关(P < 0.05)。(4)当年1月降水对大径级红松挥发性碳贡献有促进作用(P < 0.05),而当年6月的干旱指数对小径级红松挥发性碳贡献有促进作用(P < 0.05)。推测挥发性碳可能与树木非生长季的生理活动有关。结论在评价森林碳储量时要考虑挥发性碳贡献,同时不能忽视径级差异的影响及挥发性碳的时间稳定性,从而实现对不同特征林分碳储量的精确估算。
  • 图  1  生长变化值计算方法

    2011年的生长变化值为(M2-M1)/M1,其中M1M2分别为前5年和后5年年轮宽度的平均值。

    Figure  1.  Calculation methods of growth change

    Growth change in 2011 is(M2-M1)/M1, where M1, M2 refer to the mean ring width of the last five years and the after five years.

    图  2  不同干燥方式下大小径级红松含碳率年际变化

    S代表小径级,L代表大径级。下同。

    Figure  2.  Interannual dynamics of carbon content of Pinus koraiensis at different diameter classes under different drying methods

    S means small diameter class, L means large diameter class. The same below.

    图  3  不同干燥方式下大小径级红松含碳率滑动标准差变化

    Figure  3.  Moving standard deviation of annual carbon content of Pinus koraiensis at different diameter classes under different drying methods

    图  4  大小径级红松挥发性碳贡献年际变化

    Figure  4.  Interannual dynamics of volatile carbon contribution of Pinus koraiensis at different diameter classes

    图  5  大小径级红松挥发性碳贡献滑动标准差变化

    Figure  5.  Moving standard deviation of annual contribution of volatile carbon content of Pinus koraiensis at different diameter classes

    图  6  大小径级红松生长变化百分率

    Figure  6.  Percent change of growth of Pinus koraiensis at different diameter classes

    表  1  大小径级红松挥发性碳贡献与温度的相关关系

    Table  1.   Correlations between volatile carbon contribution and temperature for P. koraiensis of large and small diameter classes

    月份 Month大径级 Large diameter class小径级 Small diameter class
    当年温度 Temperature
    in the very year
    上一年温度 Temperature
    in the previous year
    当年温度 Temperature
    in the very year
    上一年温度 Temperature
    in the previous year
    rPrPr PrP
    1月 January-0.270.150 70.010.958 9-0.320.085 4-0.260.172 0
    2月 February-0.210.256 7-0.020.902 0-0.360.050 10.010.977 2
    3月 March-0.220.246 30.050.797 8-0.170.381 20.130.499 7
    4月 April-0.100.615 30.260.175 8-0.020.930 5-0.040.841 2
    5月 May0.220.253 00.170.373 20.090.643 7-0.080.666 3
    6月 June0.130.489 5-0.060.771 0-0.010.977 60.310.104 7
    7月 July0.180.335 00.200.286 3-0.150.432 20.010.961 7
    8月 August-0.050.773 40.030.870 90.050.808 50.070.701 7
    9月 September0.130.506 90.090.643 00.110.552 5-0.040.828 2
    10月 October-0.050.787 3-0.300.110 50.180.330 60.200.300 3
    11月 November-0.180.339 5-0.340.070 50.290.116 40.330.083 2
    12月 December-0.060.768 6-0.460.012 4*-0.390.032 5*-0.170.367 4
    年平均 Annual mean-0.220.235 7-0.220.257 5-0.270.146 3-0.040.822 6
    注:* P < 0.05相关性显著。下同。
    Notes: * represents signifieant correlation at P < 0.05 level. The same below.
    下载: 导出CSV

    表  2  大小径级红松挥发性碳贡献与降水的相关关系

    Table  2.   Correlations between volatile carbon contribution and precipitation for P. koraiensis of large and small diameter classes

    月份 Month大径级 Large diameter class小径级 Small diameter class
    当年降水 Precipitation
    in the very year
    上一年降水 Precipitation
    in the previous year
    当年降水 Precipitation
    in the very year
    上一年降水 Precipitation
    in the previous year
    rPrPr PrP
    1月 January0.380.039 8*0.320.095 8-0.100.590 8-0.180.357 0
    2月 February-0.050.773 2-0.230.230 8-0.020.921 30.320.088 8
    3月 March0.110.546 7-0.140.475 3-0.080.673 9-0.050.801 2
    4月 April-0.100.585 40.190.317 70.310.099 3-0.140.476 9
    5月 May-0.080.669 8-0.160.396 3-0.010.942 40.200.288 5
    6月 June-0.200.299 60.220.256 20.280.129 4-0.270.155 1
    7月 July-0.060.765 5-0.270.159 00.170.380 70.030.891 8
    8月 August0.320.084 7-0.070.714 6-0.070.713 8-0.190.326 4
    9月 September-0.100.600 2-0.170.386 6-0.140.468 0-0.090.645 9
    10月 October0.250.182 2-0.160.417 7-0.230.216 2-0.340.072 7
    11月 November0.090.633 2-0.250.193 9-0.080.670 80.090.633 9
    12月 December-0.060.759 3-0.040.851 9-0.240.199 90.220.248 6
    年平均 Annual mean0.030.892 3-0.230.225 70.120.528 8-0.180.363 6
    下载: 导出CSV

    表  3  大小径级红松挥发性碳贡献与PDSI的相关关系

    Table  3.   Correlations between volatile carbon contribution and PDSI for P. koraiensis of large and small diameter classes

    月份 Month大径级 Large diameter class小径级 Small diameter class
    当年PDSI PDSI
    in the very year
    上一年PDSI PDSI
    in the previous year
    当年PDSI PDSI
    in the very year
    上一年PDSI PDSI
    in the previous year
    rPrPr PrP
    1月 January-0.030.890 2-0.060.776 50.040.849 90.210.278 7
    2月 February-0.020.927 9-0.080.681 90.030.892 20.260.175 4
    3月 March0.030.876 5-0.130.516 70.030.885 00.240.204 2
    4月 April0.040.831 0-0.060.755 90.110.577 00.150.439 0
    5月 May-0.030.866 6-0.170.379 40.150.414 20.210.264 3
    6月 June-0.090.653 8-0.060.749 10.370.041 2*0.070.708 4
    7月 July0.000.986 2-0.080.665 10.360.054 10.100.595 4
    8月 August0.080.689 5-0.110.555 80.220.232 70.070.710 2
    9月 September0.080.663 7-0.180.348 90.090.618 50.040.830 9
    10月 October0.160.396 6-0.160.409 50.070.698 00.030.876 5
    11月 November0.170.378 2-0.170.364 90.070.714 10.070.720 6
    12月 December0.150.433 1-0.120.520 10.050.809 50.050.807 9
    年平均 Annual mean0.060.762 5-0.140.480 80.150.436 10.140.460 6
    下载: 导出CSV

    表  4  大小径级红松挥发性碳贡献与生长量及生长变化率相关关系

    Table  4.   Correlations between volatile carbon contribution and tree ring growth and growth rate of Pinus koraiensis at different diameter classes

    项目 Item当年生长量 Increment
    in the very year
    上一年生长量 Increment
    in the previous year
    当年生长变化率 Growth
    change rate in the very year
    上一年生长变化率 Growth
    change rate in the previous year
    rPrPrPrP
    大径级 Large diameter class-0.100.612 8-0.130.504 40.040.879 40.080.723 7
    小径级 Small diameter class-0.040.836 20.020.906 40.100.681 90.130.596 2
    下载: 导出CSV
  • [1] 樊星, 田大伦, 樊巍, 等.黄淮海平原主要农林复合树种的含碳率研究[J].中南林业科技大学学报, 2014, 34(6):85-87, 93. doi:  10.3969/j.issn.1673-923X.2014.06.017

    Fan X, Tian D L, Fan W, et al. Carbon content of main agro-forestry tree species in the North China Plain[J]. Journal of Central South University of Forestry & Technology, 2014, 34(6): 85-87, 93. doi:  10.3969/j.issn.1673-923X.2014.06.017
    [2] 刘维, 张晓丽, 马菁.鹫峰国家森林公园主要乔木树种含碳率分析[J].西北林学院学报, 2011, 26(5):214-218. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xblxyxb201105044

    Liu W, Zhang X L, Ma J. Carbon content rate analysis on the main arbor species in Jiufeng National Forest Park[J]. Journal of Northwest Forestry University, 2011, 26(5): 214-218. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xblxyxb201105044
    [3] 季波, 何建龙, 李娜, 等.宁夏贺兰山主要森林树种含碳率分析[J].水土保持通报, 2015, 35(2): 332-335. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=stbctb201502061

    Ji B, He J L, Li N, et al. Carbon content rate analysis in main tree species of forest in Helan Mountain of Ningxia Area[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2015, 35(2): 332-335. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=stbctb201502061
    [4] 于颖, 范文义, 李明泽.东北林区不同尺度森林的含碳率[J].应用生态学报, 2012, 23(2):341-346. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201202007

    Yu Y, Fan W Y, Li M Z. Forest carbon rates at different scales in Northeast China forest area[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(2): 341-346. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201202007
    [5] Margart K, Alvaro C, Tim M, et al. Carbon storage of harvest-age teak(Tectona grandis) plantations, Panama[J].Forest Ecology and Management, 2003, 173: 213-225. doi:  10.1016/S0378-1127(02)00002-6
    [6] Doganay T. Carbon concentrations of tree components, forest floor and understorey in young Pinus sylvestris stands in north-western Turkey[J]. Scandinavian Journal of Forest Research, 2009, 24: 394-402. doi:  10.1080/02827580903164471
    [7] Lamlom S H, Savidge R A. A reassessment of carbon content in wood: variation within and between 41 North American species[J]. Biomass & Bioenergy, 2003, 25: 381-388. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0961953403000333
    [8] Martin A R, Thomas S C. A reassessment of carbon content in tropical trees[J/OL]. PLoS One, 2011, 6(8): e23533[2017-11-10].https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023533.
    [9] Gao B L, Anthony R T, Han Y H, et al. Variation in total and volatile carbon concentration among the major tree species of the boreal forest[J]. Forest Ecology and Management, 2016, 375: 191-199. doi:  10.1016/j.foreco.2016.05.041
    [10] Thomas S C, Malczewski G. Wood carbon content of tree species in Eastern China: interspecific variability and the importance of the volatile fraction[J]. Journal of Environmental Management, 2007, 85: 659-662. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479706002775
    [11] 范春楠.吉林省森林植被碳估算及其分布特征[D].哈尔滨: 东北林业大学, 2014. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10225-1014410161.htm

    Fan C N. The carbon distribution characteristic and storage of forest vegetation in Jilin Province[D].Harbin: Northeast Forestry University, 2014. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10225-1014410161.htm
    [12] 刘实, 闫敏华, 隋波.东北三省冬季气温变化的有关研究进展[J].气候变化研究进展, 2009, 5(6): 357-361 doi:  10.3969/j.issn.1673-1719.2009.06.007

    Liu S, Yan M H, Sui B. Advances in the research of winter air temperature variation of three Provinces in Northeast China[J]. Advances in Climate Change Research, 2009, 5(6): 357-361. doi:  10.3969/j.issn.1673-1719.2009.06.007
    [13] 李建, 彭鹏, 何怀江, 等.采伐对吉林蛟河针阔混交林空间结构的影响[J].北京林业大学学报, 2017, 37(9): 48-57. doi:  10.13332/j.1000-1522.20170220

    Li J, Peng P, He H J, et al.Effects of thinning intensity on spatial structure of multi-species temperate forest at Jiaohe in Jilin Province, northeastern China[J].Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(9): 48-57. doi:  10.13332/j.1000-1522.20170220
    [14] 王晓春, 赵玉芳.黑河胜山国家自然保护区红松和红皮云杉生长释放判定及解释[J].生态学报, 2011, 31(5): 1230-1239. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201105005

    Wang X C, Zhao Y F. Determination and explanation of the growth and release of Korean pine and Picea koraiensis in the Heishan National Nature Reserve of Heihe[J].Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(5): 1230-1239. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201105005
    [15] Martin A R, Thomas S C. Size-development changes in leaf and wood chemical traits in two Caribbean rainforest trees[J].The Physiology Advance Access, 2013, 33(12):1-13. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24336517
    [16] Kerrie M S, Peter B R, Christopher H L. Sizerelated shifts in carbon gain and growth responses to light differ among rainforest evergreens of contrasting shade tolerance[J]. Oecologia, 2018, 187:609-623. doi:  10.1007/s00442-018-4125-3
    [17] Martin A R, Thomas S C, Zhao Y. Size-dependent changes in wood chemical traits: a comparison of neotropical saplings and large trees[J]. AoB Plants, 2013, 5:1-14. http://www.researchgate.net/publication/275115145_Size-dependent_changes_in_wood_chemical_traits_a_comparison_of_neotropical_saplings_and_large_trees
    [18] 张慧东, 李军, 赵俊卉, 等.寒温带非生长季环境气象要素对兴安落叶松影响分析[J].内蒙古农业大学学报, 2007, 28(4):79-84. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/nmgnydxxb200704018

    Zhang H D, Li J, Zhao J H, et al. Analysis of meteorological elements on dahurian larch(Larix gmelinii) forest in non-cropping season in cold-temperate zone[J]. Journal of Inner Mongolia Agricultural University, 2007, 28(4): 79-84. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/nmgnydxxb200704018
    [19] 张宁, 李宝富, 徐彤彤, 等.1960-2012年全球胡杨分布区干旱指数时空变化特征[J].干旱区资源与环境, 2017, 31(7):121-126. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ghqzyyhj201707021

    Zhang N, Li B F, Xu T T, et al. Spatiotemporal variations of drought index in Populus euphratica global distribution area during the past 50 years (1960-2012)[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2017, 31(7):121-126. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ghqzyyhj201707021
    [20] 吴家兵, 关德新, 施婷婷, 等.非生长季长白山红松针阔叶混交林CO2通量特征[J].林业科学, 2006, 4(9): 1-6. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lykx200609001

    Wu J B, Guan D X, Shi T T, et al. Non-growing seasons CO2 flux of a broad-leaved Korean pine forest in Changbai Mountain[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2006, 4(9): 1-6. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lykx200609001
    [21] 张强, 郭传友, 张兴旺, 等.基于光合作用和抗氧化机制的南方铁杉和褐叶青冈越冬策略研究[J].植物研究, 2015, 35(2):200-207. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zwyj201502007

    Zhang Q, Guo C Y, Zhang X W, et al. Photosynthesis and antioxidant defense strategies in overwintering plants of Tsuga chinensis and Cyclobalanopsis stewardiana[J]. Bulletin of Botanical Research, 2015, 35(2):200-207. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zwyj201502007
    [22] 范春雨, 张春雨, 赵秀海.择伐对吉林蛟河阔叶红松林群落结构及动态的影响[J].生态学报, 2017, 37(20): 6668-6678. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201720003

    Fan C Y, Zhang C Y, Zhao X H, et al. Effects of selective harvest on community structure and dynamics in a mixed broad-leaved Korean pine forest in Jiaohe, Jilin Province[J]. Acta Ecologica Sinica, 2017, 37(20): 6668-6678. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201720003
  • [1] 燕云飞, 王君杰, 姜立春.  基于混合效应模型的人工红松枝下高模型研建 . 北京林业大学学报, 2020, 42(9): 28-36. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190366
    [2] 石旭霞, 侯继华, 王冰雪, 王安志, 吴家兵, 张雷明, 苏文, 牛书丽.  长白山阔叶红松林生态系统生产力与温度的关系 . 北京林业大学学报, 2018, 40(11): 49-57. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180275
    [3] 张远艳, 邸雪颖, 赵凤君, 于宏洲, 杨光.  红松人工林地表针叶可燃物燃烧PM2.5排放影响因子 . 北京林业大学学报, 2018, 40(6): 30-40. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170446
    [4] 梁德洋, 金允哲, 赵光浩, 董元海, 冷伟伟, 陈长林, 王欢, 赵曦阳.  50个红松无性系生长与木材性状变异研究 . 北京林业大学学报, 2016, 38(6): 51-59. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150465
    [5] 臧颢, 雷相东, 张会儒, 李春明, 卢军.  红松树高-胸径的非线性混合效应模型研究 . 北京林业大学学报, 2016, 38(6): 8-9. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160008
    [6] 王玉婷, 徐华东, 王立海, 李凤日, 孙虎.  小兴安岭天然林红松活立木腐朽率的调查研究 . 北京林业大学学报, 2015, 37(8): 97-104. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150015
    [7] 张振, 张含国, 周宇, 刘灵, 于宏影, 王绪, 冯万举.  红松多无性系群体的种实性状变异研究 . 北京林业大学学报, 2015, 37(2): 67-78. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.02.020
    [8] 高慧淋, 李凤日, 董利虎.  基于分段回归的人工红松冠形预估模型 . 北京林业大学学报, 2015, 37(3): 76-83. doi: 10.13332/j.1000-1522.20140324
    [9] 陶发墙, 高露双, 王晓明.  雌雄异株植物生长释放/抑制判定及其气候解释 . 北京林业大学学报, 2015, 37(3): 111-117. doi: 10.13332/j.1000-1522.20140307
    [10] 张韫, 李响, 张帆, 廖苑如.  CO2升高对红松幼苗水分生理特征与土壤含水率变化的影响 . 北京林业大学学报, 2015, 37(1): 37-47. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.004
    [11] 刘冉, 王振宇, 崔杰, 邓心蕊, 卢静.  前体物质和诱导子对红松松多酚合成的影响 . 北京林业大学学报, 2013, 35(5): 22-27.
    [12] 董利虎, 李凤日, 贾炜玮.  林木竞争对红松人工林立木生物量影响及模型研究 . 北京林业大学学报, 2013, 35(6): 14-22.
    [13] 高露双, 王晓明, 赵秀海.  长白山阔叶红松林共存树种径向生长对气候变化的响应 . 北京林业大学学报, 2013, 35(3): 24-31.
    [14] 王琪, 彭璐, 严善春, 廖月枝.  松梢象对红松萜烯类挥发物的触角电位及行为反应 . 北京林业大学学报, 2011, 33(4): 91-95.
    [15] 陈列, 赵秀海, 张贇.  长白山北坡椴树红松林空间分布及其空间关联 . 北京林业大学学报, 2009, 31(3): 6-10.
    [16] 刘春延, 谷建才, 李吉跃, 陈平, 陆贵巧, 田国恒, .  塞罕坝华北落叶松生长与气候因子的相关分析 . 北京林业大学学报, 2009, 31(4): 102-105.
    [17] 胡理乐, 闫伯前, 孙一荣, 朱教君, .  从径向生长量分析红松幼树生长光需求 . 北京林业大学学报, 2008, 30(2): 147-150.
    [18] 王玉涛, 常德龙, 齐春辉, 
    ZHAOGuang-jie, 刘常富, 张求慧, 匡文慧, 邹大林, 吴斌, 郑凌凌, 王云琦, 李吉跃, 徐文铎, 程占红, 段爱国, 李贤军, 鲁绍伟, 李雪峰, 温俊宝, 张灿, 李雪萍, 谭炳香, 刘金福, 赵燕东, 冯夏莲, 王玉杰, 温俊宝, 余新晓, 吴斌, LUOWen-sheng, 李吉跃, 赵广杰, 宋湛谦, 张建国, 吴庆利, 洪伟, 朱天辉, 白陈祥, 翟洪波, 何友均, 何承忠, 何正权, 李增元, 韩烈保, 何兴元, 张树文, 张路平, 韩士杰, 李俊清, 黄文豪, 刘凤芹, 骆有庆, 陈尔学, 林秦文, 姜伟, 骆有庆, FurunoTakeshi, 何静, ]魏晓霞, 张养贞, 张志毅, 匡秋明, ]陈玮, 郭忠玲, 童书振, 陈发菊, 梁小红, 梁宏伟, 张振明, 许志春, 张璧光, 曾会明, 安新民, 崔国发, 李颖, 赵桂玲, 胡伟华, 许志春, 张军, 郑兴波, 庞勇, RENQian, 雷渊才, 李福海, 刘君, 曹川健, 赵广亮, 李凤兰, 侯伟, 宋国正, PaulWolfgang, 郑杰, 杨凯, 董建生, 张有慧, 张全来, 田桂芳, 李考学, 姚永刚, 李永波, 赫万成, 李长明, 张世玺.  红松阔叶林内凋落物表层与底层红松枝叶的分解动态 . 北京林业大学学报, 2006, 28(3): 8-13.
    [19] 毕华兴, 吴娟, 明军, 宋瑞清, 程万里, 李艳华, 徐秋芳, 卜崇峰, 赵廷宁, 刘海军, 旷远文, 王鸿斌, 杨丽韫, 罗辑, 张志, 李贤军, 郝朝运, 张占宽, 王发国, 陈永亮, 王安志, 程根伟, 马忠明, 温达志, 刘一星, 张真, 冀瑞卿, 叶华谷, 曹子龙, 刘建梅, 谭秀英, 马洁, 李文华, 刘国彬, 张璧光, 骆有庆, 陈天全, 朱金兆, 张启翔, 习宝田, 姜培坤, 郭卫东, 沈泉, 陈玉福, 郑翠玲, 温俊宝, 孔祥波, 敏朗, 康向阳, 李文军, 刘鹏, 李伟, 邢福武, 周国逸, 兰彦平, 程放, 朱清科, 李笑吟, 裴铁, 沈佐锐, 则元京, 马其侠, 孙保平, 刘世忠, 张宇清, 金昌杰, 张志明, 何祖慰, 李延军, 丁国栋, 张德强, 金幼菊, 冯继华, 姚爱静, 陈红锋, 曹刚, 陶万强, 魏铁.  不同N、P源对红松根/土界面pH及磷有效性影响 . 北京林业大学学报, 2005, 27(2): 23-27.
    [20] 黄荣凤, 邵海荣, 曹世雄, 王小丹, 贺庆棠, 李雪玲, 李黎, 戴松香, 王瑞刚, 董运斋, 张德荣, 田晶会, 马宇飞, 高岩, 赵晓松, 黄华国, 郭明辉, 华丽, 李俊清, 贺康宁, 古川郁夫, 于志明, 冷平生, 王四清, 张晓丽, 陈斌如, 关德新, 金幼菊, 陈少良, 阎海平, 闫丽, 贺庆棠, 习宝田, 李文彬, 陈少良, 李海英, 王百田, 高攀, 邹祥旺, 李建章, 刘力源, 杨永福, 任云卯, 高双林, 陈莉, 阎海平, 鲍甫成, 王蕾, 吴家兵, 张卫强, 金小娟, 金昌杰, 陈华君, 侯智, 程根伟, 侯智, 郝志勇, 赵有科, 陈源泉, 王金满, 韩士杰, 李涛, 高旺盛, 尹婧, 杜建军, 翁海娇, 李鹤, 赵琼, 杨爽, 段杉.  毛乌素沙地杨树年轮结构对气候因子的响应 . 北京林业大学学报, 2005, 27(3): 24-29.
  • 加载中
图(6) / 表 (4)
计量
  • 文章访问数:  822
  • HTML全文浏览量:  143
  • PDF下载量:  9
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-14
  • 修回日期:  2018-11-27
  • 刊出日期:  2019-01-01

不同径级红松挥发性碳贡献变化特征及其影响因子分析

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180289
    基金项目:

    国家自然科学基金项目 31600509

    北京市级大学生创新创业训练项目 S201710022002

    作者简介:

    朱一泓。主要研究方向:森林经理学。Email:a20090439@163.com地址:100083  北京市海淀区清华东路35号北京林业大学117信箱

    通讯作者: 高露双,博士,副教授。主要研究方向:树木生长过程模拟。Email: gaolushuang@bjfu.edu.cn  地址:同上
  • 中图分类号: S718.55+6;S791.247

摘要: 目的植物含碳率是研究森林碳储量的关键因素之一,精确测定含碳率及其影响因子有利于提高森林碳储量的预测准确率。方法以吉林蛟河阔叶红松成熟林固定样地内红松为研究对象,获取冷冻干燥、自然干燥和烘干干燥3种处理方式下的红松茎干连年含碳率,对比分析3种处理方式下不同径级红松含碳率年际变化特征。发现自然干燥含碳率波动较大,因此本文的挥发性碳贡献由冷冻干燥含碳率和烘干干燥含碳率来量化。通过比较大小径级红松挥发性碳贡献年际变化特征,分析其在时间尺度上的差异与稳定性,并构建挥发性碳贡献与气候因子和生长量等因子的相关关系,揭示影响挥发性碳贡献的主要因子。结果(1) 不同干燥方式仅对大径级红松的含碳率的测定结果有显著影响(P < 0.05),而3种干燥方式下小径级红松含碳率不存在显著差异。(2)红松挥发性碳贡献有一定阶段性。小径级红松挥发性碳贡献较大径级波动更大,小径级红松挥发性碳贡献最高和最低值分别为24.46%和0.03%,大径级红松挥发性碳贡献最高和最低值则为9.72%和1.18%,同时大径级红松挥发性碳贡献存在明显的滞后现象。(3)红松挥发性碳贡献主要受到冬季温度的影响,其中小径级红松挥发性碳贡献仅与当年12月的温度呈现显著负相关(P < 0.05),而大径级红松则与上一年12月的温度呈显著负相关(P < 0.05)。(4)当年1月降水对大径级红松挥发性碳贡献有促进作用(P < 0.05),而当年6月的干旱指数对小径级红松挥发性碳贡献有促进作用(P < 0.05)。推测挥发性碳可能与树木非生长季的生理活动有关。结论在评价森林碳储量时要考虑挥发性碳贡献,同时不能忽视径级差异的影响及挥发性碳的时间稳定性,从而实现对不同特征林分碳储量的精确估算。

English Abstract

朱一泓, 高露双, 贾勃, 张平瑞, 王寅鹏, 欧礼金. 不同径级红松挥发性碳贡献变化特征及其影响因子分析[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(1): 10-19. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180289
引用本文: 朱一泓, 高露双, 贾勃, 张平瑞, 王寅鹏, 欧礼金. 不同径级红松挥发性碳贡献变化特征及其影响因子分析[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(1): 10-19. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180289
Zhu Yihong, Gao Lushuang, Jia Bo, Zhang Pingrui, Wang Yinpeng, Ou Lijin. Dynamic characteristics and its influencing factors of the volatile carbon content of Pinus koraiensis at different diameter classes[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(1): 10-19. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180289
Citation: Zhu Yihong, Gao Lushuang, Jia Bo, Zhang Pingrui, Wang Yinpeng, Ou Lijin. Dynamic characteristics and its influencing factors of the volatile carbon content of Pinus koraiensis at different diameter classes[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(1): 10-19. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180289
  • 植物含碳率是评估森林碳储量的基础数据[1]。目前主要采用湿烧法和干烧法来测定植物有机碳含量[1-4]。干烧法通过烘干的方式排除样芯中残留的水分对测定结果的影响,精度远高于湿烧法且利用更为广泛,先后应用到巴拿马柚木(Tectona grandis)[5]、土耳其西北部欧洲赤松(Pinus sylvestris)林[6]和东北林区不同尺度森林[4]含碳率的相关研究。然而,采用干烧法时不同的干燥方式将影响含碳率数据的准确性。Lamlom等[7]对北美41个树种样本分别采用自然干燥和烘干干燥两种处理方式后发现烘干所得的含碳率显著低于自然干燥处理方式下测得的含碳率。Martin等[8]采用冷冻干燥和烘干干燥两种处理后测得的含碳率也存在显著差异,并提出挥发性碳的存在。

    挥发性碳被认为是造成树木间总含碳量差异的主要原因[9],不同树种和器官挥发性碳含量差异显著。在中国东北地区,3种被子植物的挥发性碳平均占比1.77%,而黄花落叶松(Larix olgensis)的挥发性碳平均占比3.47%[10],树皮的挥发性碳含量高于茎干, 其中树皮的挥发性碳含量平均5.8%,茎干为3.0%[1]。已有研究表明,若忽略挥发性碳贡献,会对巴拿马地区森林碳储量的估测造成2.48%±1.28%(SD)的偏低误差[8]。长白山地区不同树种碳挥发平均达到2.2%,忽视碳挥发将导致中国东北部森林碳储量的估算出现4%~6%的误差[9],挥发性碳是评估碳储量时不容忽视的部分,因此有必要进一步量化挥发性碳贡献。森林生态系统碳储量和碳密度的变化受到气候因子的影响[11],近年来东北地区温度显著升高[12],然而前人的研究中缺少挥发性碳与气候因子相关关系的研究,且较少涉及年际变化。本文拟以长白山地区主要优势树种红松(Pinus koraiensis)为例,对比分析冷冻干燥、自然干燥和烘干干燥3种处理方式下不同径级红松含碳率年际变化特征,量化挥发性碳贡献及其在时间尺度上的稳定性,通过构建不同径级挥发性碳贡献与气候因子和生长量的相关关系,以期揭示阔叶红松林大小径级红松挥发性碳贡献的变化特征及其影响因子,为精确预估森林碳储量提供理论依据。

    • 研究区位于吉林省蛟河林业实验区管理局(43°57′~ 43°58′N、127°44′~127°45′E),海拔300~517 m,该区域属于受季风影响的温带大陆性山地气候,年平均气温为3.8 ℃,最热月7月平均气温为21.7 ℃,最冷月1月平均气温为-18.6 ℃,年均降水量为700~800 mm。土壤为山地暗棕色森林土壤,土层平均厚度为20~100 cm。该区原始植被属于北温带植物区系的针阔混交林,植物种类多样,分布复杂。主要乔木树种有红松、沙松(Abies holophylla)、千金榆(Carpinus cordata)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、紫椴(Tilia amurensis)、白桦(Betula platyphylla)、白牛槭(Acer mandshuricum)、色木槭(Acer mono)、蒙古栎(Quercus mongolica)、大青杨(Populus ussuriensis)、春榆(Ulmus davidiana var. japonica)、裂叶榆(Ulmus laciniata)和山槐(Maackia amurensis)等[13]

      2017年夏季在吉林省蛟河实验林场阔叶红松林成熟林设置面积约为0.1 hm2的样圆,进行样地基础调查后,对胸径≥5 cm的红松进行取样。每株树北向取3个样,其中一个采集后即置于冰袋保存。共取得大径级样芯30根(35~60 cm)和小径级27根(10~20 cm)。除冰袋中的样芯放入冰柜中保存,其余野外取得的树芯带回实验室自然风干后,用乳白胶固定并进行标号。样芯处理结束后进行标点,便于进行年轮宽度的测定和交叉定年。为避免样品污染,所有年份标注在木槽上进行。运用WinDendro软件和LinTab 5树轮宽度测量仪器测量树轮宽度,测量精度达到0.01 mm水平,待年轮宽度测量完毕后,利用COFECHA软件对样本序列进行相关性检验,以保证定年与测量的准确,最终选择相关性高且年轮较为清晰的成熟林大径级样芯21根(胸径(47.14±5.75) cm)和小径级样芯14根(胸径(13.13±4.47) cm)进行含碳率测定。

    • 将从同一棵树取得的3根样芯定年后分别采用烘干法、自然干燥法和冷冻法干燥。烘干法干燥的样芯在85 ℃的烘箱中烘干至恒质量。冷冻法干燥在小型真空冷冻干燥机BiLon(FD-1A-5D)中进行。自然干燥即为自然风干干燥。对干燥后的样芯自外向内依次在显微镜下用手术刀逐轮剥离。为防止碳源污染,样品在玻璃垫板上切割。将相同年份的样品混合后用锡杯盛装,每份燃烧样品质量控制在2~3 mg。含碳率测定通过PE2400 SERIESⅡ分析仪进行,在纯度为99.99%高纯氧环境下,样品在1 200 ℃的燃烧炉中充分燃烧,分析燃烧过程中释放的CO2量,推算样品中的含碳百分比。每个样品的测量时间为5 min,整个测量过程由电脑自动记录测量数据。

    • 利用冷冻干燥含碳率和烘干干燥含碳率来量化挥发性碳的贡献,挥发性碳贡献计算公式如下:

      $$ {P_{{\rm{vol}}}} = \frac{{{C_{{\rm{vol}}}}}}{{{C_{\rm{f}}}}} = \frac{{{C_{\rm{f}}} - {C_{\rm{h}}}}}{{{C_{\rm{f}}}}} $$

      式中:Pvol为挥发性碳贡献,Cvol为挥发性碳含碳率,Cf为冰冻干燥含碳率,Ch为烘干干燥含碳率。若计算得到的Pvol为负值则记为0,即挥发性碳贡献为0。

    • 本文采用平均值法计算生长变化百分率:

      $$ G = \left[ {\left( {{M_2} - {M_1}} \right)/{M_1}} \right] \times 100\% $$

      式中:G是生长释放百分率,M1M2分别是前5年和随后5年年轮宽度的平均值[14]。例如2011年的生长变化值计算见图 1

      图  1  生长变化值计算方法

      Figure 1.  Calculation methods of growth change

      生长变化百分率可以反映树木生长的释放(G>0)或抑制情况(G < 0)。为进一步突出抑制(释放)现象,本文将绝对值小于20%的生长变化百分率值进行了剔除,认为大于20%的值才具有抑制(释放)潜能,将20%~25%定义为轻度抑制(释放),25%~50%为中度抑制(释放),大于50%为主要抑制(释放)。

    • 本文所用气候数据均从皇家荷兰气候研究协会网站(https://climexp.knmi.nl)获取,为CRU TS401 0.5xp.knm的格点数据(43°48′~ 44°18′N、127°30′~128°E)。鉴于气候因子影响的滞后性,本研究选取上一年和当年的降水、温度和帕默尔干旱指数(Palmer drought severity index,PDSI)等共计1 170个气候指标进行相关性分析。

      所有数据经Excel处理后,采用R软件进行非参数检验(Kruskal-Wallis检验),分别比较3种处理下不同径级红松含碳率的差异,并建立与气候因子、生长量等因子的相关关系,利用5年滑动标准差(Moving standard devation, MSD)来检验红松含碳率的时间尺度稳定性,采用R 3.4.1完成统计分析并绘制相关图形。

    • 成熟林不同干燥方式下大径级红松的含碳率差异显著(P < 0.05),自然干燥含碳率>冷冻干燥含碳率>烘干干燥含碳率,而3种干燥方式下小径级红松含碳率不存在显著差异。

      3种干燥方式下含碳率在时间尺度上的稳定性也有所不同。自然干燥处理下的含碳率波动最大,小径级2.26 < MSD < 8.86,大径级1.31 < MSD < 7.00。冷冻干燥和烘干干燥处理下测得的含碳率相对较稳定,除小径级冷冻干燥含碳率在1991—1993年间MSD>4.5,1994年后大小径级红松的冷冻及烘干含碳率1.09 < MSD < 4.03(图 3)。

      图  2  不同干燥方式下大小径级红松含碳率年际变化

      Figure 2.  Interannual dynamics of carbon content of Pinus koraiensis at different diameter classes under different drying methods

      图  3  不同干燥方式下大小径级红松含碳率滑动标准差变化

      Figure 3.  Moving standard deviation of annual carbon content of Pinus koraiensis at different diameter classes under different drying methods

    • 由于自然干燥含碳率波动较大,本文选取冷冻干燥含碳率和烘干干燥含碳率来量化挥发性碳的贡献。挥发性碳贡献的年际变化具有一定阶段性,分别在1989—1994年间、2004—2007年间和2010—2014年间挥发性碳贡献达到峰值,其中大径级挥发性碳贡献存在明显的滞后现象。例如在1991、2005和2009年小径级挥发性碳贡献达到峰值,大径级挥发性碳贡献则在后一年达到峰值。小径级红松挥发性碳贡献较大径级波动更大,小径级红松挥发性碳贡献最高和最低值分别为24.46%和0.03%,先后在1991、2005和2012年达到了20.93%、24.46%、16.24%,大径级红松挥发性碳贡献最高和最低值则为9.72%和1.18%(图 4)。小径级挥发性碳贡献年际变化更为显著(0.018 < MSD < 0.060,图 5),较大径级红松(0.021 < MSD < 0.040,图 5)的波动幅度更明显。

      图  4  大小径级红松挥发性碳贡献年际变化

      Figure 4.  Interannual dynamics of volatile carbon contribution of Pinus koraiensis at different diameter classes

      图  5  大小径级红松挥发性碳贡献滑动标准差变化

      Figure 5.  Moving standard deviation of annual contribution of volatile carbon content of Pinus koraiensis at different diameter classes

    • 红松的挥发性碳贡献对冬季气候因子较为敏感。大小径级红松挥发性碳贡献均受到冬季温度的抑制作用,大径级红松挥发性碳贡献与上一年12月的温度呈显著负相关(P < 0.05),小径级红松则与当年12月的温度呈现显著负相关(P < 0.05)(表 1)。冬季降水仅对大径级红松挥发性碳贡献存在显著影响,当年1月的降水对大径级红松挥发性碳有促进作用(P < 0.05),对小径级红松的挥发性碳贡献影响则不显著(表 2)。除了冬季气候因子,当年6月的PDSI对小径级红松挥发性碳贡献有促进作用(P < 0.05)(表 3)。然而,在极端气候条件下,大小径级红松挥发性碳含量都有显著提升,2001年和2012年分别出现极端低温事件和干旱事件,挥发性碳含量分别达到了9.72%和3.99%(大径级),10.56%和16.24%(小径级)(图 4)。

      表 1  大小径级红松挥发性碳贡献与温度的相关关系

      Table 1.  Correlations between volatile carbon contribution and temperature for P. koraiensis of large and small diameter classes

      月份 Month大径级 Large diameter class小径级 Small diameter class
      当年温度 Temperature
      in the very year
      上一年温度 Temperature
      in the previous year
      当年温度 Temperature
      in the very year
      上一年温度 Temperature
      in the previous year
      rPrPr PrP
      1月 January-0.270.150 70.010.958 9-0.320.085 4-0.260.172 0
      2月 February-0.210.256 7-0.020.902 0-0.360.050 10.010.977 2
      3月 March-0.220.246 30.050.797 8-0.170.381 20.130.499 7
      4月 April-0.100.615 30.260.175 8-0.020.930 5-0.040.841 2
      5月 May0.220.253 00.170.373 20.090.643 7-0.080.666 3
      6月 June0.130.489 5-0.060.771 0-0.010.977 60.310.104 7
      7月 July0.180.335 00.200.286 3-0.150.432 20.010.961 7
      8月 August-0.050.773 40.030.870 90.050.808 50.070.701 7
      9月 September0.130.506 90.090.643 00.110.552 5-0.040.828 2
      10月 October-0.050.787 3-0.300.110 50.180.330 60.200.300 3
      11月 November-0.180.339 5-0.340.070 50.290.116 40.330.083 2
      12月 December-0.060.768 6-0.460.012 4*-0.390.032 5*-0.170.367 4
      年平均 Annual mean-0.220.235 7-0.220.257 5-0.270.146 3-0.040.822 6
      注:* P < 0.05相关性显著。下同。
      Notes: * represents signifieant correlation at P < 0.05 level. The same below.

      表 2  大小径级红松挥发性碳贡献与降水的相关关系

      Table 2.  Correlations between volatile carbon contribution and precipitation for P. koraiensis of large and small diameter classes

      月份 Month大径级 Large diameter class小径级 Small diameter class
      当年降水 Precipitation
      in the very year
      上一年降水 Precipitation
      in the previous year
      当年降水 Precipitation
      in the very year
      上一年降水 Precipitation
      in the previous year
      rPrPr PrP
      1月 January0.380.039 8*0.320.095 8-0.100.590 8-0.180.357 0
      2月 February-0.050.773 2-0.230.230 8-0.020.921 30.320.088 8
      3月 March0.110.546 7-0.140.475 3-0.080.673 9-0.050.801 2
      4月 April-0.100.585 40.190.317 70.310.099 3-0.140.476 9
      5月 May-0.080.669 8-0.160.396 3-0.010.942 40.200.288 5
      6月 June-0.200.299 60.220.256 20.280.129 4-0.270.155 1
      7月 July-0.060.765 5-0.270.159 00.170.380 70.030.891 8
      8月 August0.320.084 7-0.070.714 6-0.070.713 8-0.190.326 4
      9月 September-0.100.600 2-0.170.386 6-0.140.468 0-0.090.645 9
      10月 October0.250.182 2-0.160.417 7-0.230.216 2-0.340.072 7
      11月 November0.090.633 2-0.250.193 9-0.080.670 80.090.633 9
      12月 December-0.060.759 3-0.040.851 9-0.240.199 90.220.248 6
      年平均 Annual mean0.030.892 3-0.230.225 70.120.528 8-0.180.363 6

      表 3  大小径级红松挥发性碳贡献与PDSI的相关关系

      Table 3.  Correlations between volatile carbon contribution and PDSI for P. koraiensis of large and small diameter classes

      月份 Month大径级 Large diameter class小径级 Small diameter class
      当年PDSI PDSI
      in the very year
      上一年PDSI PDSI
      in the previous year
      当年PDSI PDSI
      in the very year
      上一年PDSI PDSI
      in the previous year
      rPrPr PrP
      1月 January-0.030.890 2-0.060.776 50.040.849 90.210.278 7
      2月 February-0.020.927 9-0.080.681 90.030.892 20.260.175 4
      3月 March0.030.876 5-0.130.516 70.030.885 00.240.204 2
      4月 April0.040.831 0-0.060.755 90.110.577 00.150.439 0
      5月 May-0.030.866 6-0.170.379 40.150.414 20.210.264 3
      6月 June-0.090.653 8-0.060.749 10.370.041 2*0.070.708 4
      7月 July0.000.986 2-0.080.665 10.360.054 10.100.595 4
      8月 August0.080.689 5-0.110.555 80.220.232 70.070.710 2
      9月 September0.080.663 7-0.180.348 90.090.618 50.040.830 9
      10月 October0.160.396 6-0.160.409 50.070.698 00.030.876 5
      11月 November0.170.378 2-0.170.364 90.070.714 10.070.720 6
      12月 December0.150.433 1-0.120.520 10.050.809 50.050.807 9
      年平均 Annual mean0.060.762 5-0.140.480 80.150.436 10.140.460 6
    • 红松挥发性碳贡献与生长量的相关关系不显著,其中当年和上一年生长量对红松挥发性碳贡献的影响均未达到显著性水平,生长变化率也未和挥发性碳贡献表现出显著相关关系(表 4)。小径级红松在1991—2002年间呈现中度抑制,在2000年发生轻度抑制(-24%);大径级在2001—2003、1993—1996年间均出现中度抑制,1992年呈现轻度抑制(-24.67%),仅在2007年发生生长释放现象(3.73%, 图 6)。在发生生长抑制(释放)的年份及发生生长抑制(释放)后一年,大小径级红松挥发性碳贡献均未表现出明显波动。

      表 4  大小径级红松挥发性碳贡献与生长量及生长变化率相关关系

      Table 4.  Correlations between volatile carbon contribution and tree ring growth and growth rate of Pinus koraiensis at different diameter classes

      项目 Item当年生长量 Increment
      in the very year
      上一年生长量 Increment
      in the previous year
      当年生长变化率 Growth
      change rate in the very year
      上一年生长变化率 Growth
      change rate in the previous year
      rPrPrPrP
      大径级 Large diameter class-0.100.612 8-0.130.504 40.040.879 40.080.723 7
      小径级 Small diameter class-0.040.836 20.020.906 40.100.681 90.130.596 2

      图  6  大小径级红松生长变化百分率

      Figure 6.  Percent change of growth of Pinus koraiensis at different diameter classes

    • 精确测定树木含碳率对于准确评估森林碳储量是非常重要的。对比3种干燥处理下测得的红松含碳率发现,干燥方式仅对大径级红松的含碳率测定结果有显著影响(P < 0.05),自然干燥下大径级红松含碳率显著高于烘干和冷冻干燥方式(P < 0.05),这与Lamlom等[7]的研究结果相同。这可能是由于木材中包含很多小分子有机物,如醇类、醛类、酮类、酚类、呋喃、萜类、类异戊二烯等,因此高温烘干样本的过程中会造成一定的碳损失[9]。自然干燥样芯中残留的不定量的水分会影响元素分析仪对含碳率的测定,导致自然干燥含碳率的稳定性最差(图 3),因此在以后的实验中应尽可能避免采用自然干燥法。另外,尽管小径级红松的挥发性碳贡献波动更大,不同干燥方式下小径级红松的含碳率并未表现出显著差异,说明干燥方式对小径级红松含碳率测定带来的影响较小,在估算小径级红松的碳储量时冷冻干燥和烘干干燥2种处理方式可通用,但在研究小径级红松含碳率年际变化时仍需要考虑挥发性碳贡献对含碳率测定结果带来的影响。

      阔叶红松林成熟林小径级红松中挥发性碳贡献达20%以上,其中2005年小径级红松挥发性碳贡献高达24.46%,大径级红松挥发性碳贡献也达到9%以上,说明挥发性碳对于茎干总含碳率的贡献不容忽视。本文研究结果进一步证明了挥发性碳的重要性[8-10],且指出随着径级增加,红松挥发性碳贡献年际变化规律存在差异,大径级挥发性碳贡献较为稳定,并且与小径级红松挥发性碳贡献的变化相比存在一定滞后性。Kerrie等[16]发现在一定的光照条件下,幼苗的每日净固碳量(Net daily carbon gain)会随着径级增大显著下降。Martin[17]等也发现树木含碳率随径级增大而下降,随着树木的生长,原本用于合成木质素的能量转而用于合成次生挥发性碳物质,从而导致烘干含碳率的下降和挥发性碳贡献的提高,即幼苗长成大树的过程中降低的木质素含量会被挥发性碳或其他含碳有机物含量的增高所补偿,最终造成不同径级树木挥发性碳贡献差异。含碳率在时间尺度上的差异与稳定性有利于了解不同树种应对不良环境时生活史策略的差异[8, 15],是预估森林碳储量动态的关键因素之一。评估阔叶红松林森林碳储量时需重视长白山地区红松挥发性碳贡献,忽略径级差异对挥发性碳贡献的影响及其时间稳定性将导致森林碳储量被低估。

      通常认为非生长季树木生长停滞,树干中碳储量基本固定,但除小径级挥发性碳与当年6月PDSI呈显著相关外(表 3),挥发性碳贡献主要与非生长季气候因子呈现显著相关(表 12),且不同径级红松挥发性碳贡献对气候因子的响应存在差异。当年1月的降水对大径级红松挥发性碳贡献有促进作用(P < 0.05),这可能是由于冬季深厚的积雪是非生长季红松获得生理活动必需的水分和其他营养元素来维持非生长季水分代谢的基本途径之一[18]。但对小径级红松而言,当年6月的PDSI是影响挥发性碳贡献的主要因素(P < 0.05)。PDSI综合考虑了水分亏缺量和持续时间对干旱程度的影响,具有较好的时空比较性,能更好的评估干旱程度[19],因此尽管小径级挥发性碳贡献并没有表现出与降水的显著相关,却和6月的PDSI呈现显著相关,干旱能促进小径级红松挥发性碳贡献的积累,挥发性碳贡献可能与小径级红松的抗旱机理有关。在非生长季,森林主要生理活动从光合吸收转变为呼吸释放,但吴家兵等[20]对长白山红松针阔混交林非生长季的CO2通量进行连续监测后,发现当温度低于生物学最低温度时林分仍有数小时表现为CO2吸收,由此推断红松在低温时可能仍进行着微弱的光合作用。但红松挥发性碳贡献并未像光合作用速率一样与温度呈现正相关,相反大小径级红松的挥发性碳贡献均与冬季温度呈负相关。考虑到在出现低温、干旱等极端气候事件的年份,挥发性碳贡献都出现了显著提升,这意味着挥发性碳的存在可能与树木休眠等对抗不良环境的生理反应有关。越冬常绿植物需在冬季维持正的碳收益来维持生长和存活,常绿植物光合作用如何适应冬季低温是森林生态学一直以来的研究热点之一[21],探究挥发性碳的成分组成将有利于我们理解植物应对冬季低温高光胁迫的策略。综上,推测挥发性碳贡献也许与树木在非生长季的生理活动有关,并和植物抗逆性密切联系,但挥发性碳贡献是否可作为衡量不同树种抗逆性的指标还有待进一步验证。

      本文虽未发现生长对不同径级红松挥发性碳贡献存在显著影响,但烘干干燥下的小径级红松含碳率表现出了与生长抑制的显著负相关关系(P < 0.05),在成熟林大径级内却没有表现出显著关系。林内不同径级树木之间非对称竞争下资源分配不均很可能是导致小个体含碳率受到生长抑制影响的主要因素[22],而挥发性碳贡献并未表现出与生长抑制的显著相关关系,可能是由于所选成熟林林分在过去30年中大多呈现轻度抑制,生长抑制(释放)对挥发性碳贡献的影响无从体现,因此,有必要就非对称竞争下挥发性碳贡献差异进行深入研究。

参考文献 (22)

目录

    /

    返回文章
    返回