大兴安岭林火干扰对森林地上碳储量的影响

Forest fire has been the dominant natural disturbance in boreal forests, and plays an important role in the carbon storage and carbon distribution. However, the effects of fire on carbon estimation are commonly ignored. By using field survey and statistical analysis, we propose to study the interaction effects of fire regime (burn severity), vegetation (type, age and density) and topography (elevation, slope and aspect) on forest carbon storage and distribution patterns (tree, shrub, grass, coarse woody debris and litter) and then to compare the difference of estimated carbon storages from two methods of including and not including fires. This research targets two key questions: 1) what are differences of the effects of varied fire regimes on forest carbon storage, and how do fires interact with vegetation and topographic factors in influencing fire carbon storage and distribution? 2) How important of forest fire on carbon and distribution in frequent burned boreal forests? This research targets to address the effects of fire regime on forest carbon which will provide scientific base for understanding the relationship of disturbance patterns (fire) and service function (carbon), and will provide scientific base for burned area recovery planning and for improving accuracy of forest carbon estimation.

林火干扰是北方森林最重要的自然干扰因素，影响到森林碳储量和碳分配，然而，估算森林碳储量时林火干扰的作用常被忽视。本研究选择大兴安林呼中林区为研究区，以野外调查和统计分析为主要手段，通过系统评估林火干扰特征（火烧烈度）、植被（类型、年龄、密度）和地形（海拔、坡度和坡向）等因子对森林碳储量及其分布格局（乔木、草灌、枯立倒木和枯枝落叶）的交互作用，进而比较包括和不包括林火干扰的森林碳储量估算结果的差异性，核心解决以下两个科学问题：1）不同的林火干扰特征对森林碳储量的影响机制是什么，它是如何与植被和地形等因子交互作用的？；2）在林火高发的北方森林中，林火干扰对森林碳储量和碳分布格局的影响有多大？本研究的意义是揭示林火干扰特征对森林碳储量的影响机制，为深入理解干扰格局（林火干扰）和生态过程（固碳）之间的关系提供理论基础，为火烧迹地碳恢复和提高森林碳储量估算精度提供科学支持。

火干扰是森林生态系统的主要干扰因子之一，会对森林碳储量和碳动态产生重要影响。准确量化火干扰对森林中各碳库的影响程度，对国家及全球碳估算具有重要的意义。本研究基于野外样点实测数据和遥感影像信息，分析了不同火烧烈度下大兴安岭呼中林区地上碳储量及其分布格局，并在景观尺度上定量评价了火干扰对森林地上碳储量的影响。结果表明：（1）不同火烧烈度会对森林地上死木质残体碳储量产生重要影响。兴安落叶松林和针阔混交林（落叶松与白桦）中死木质残体碳储量大小为重度火烧>轻度火烧>未火烧，而白桦林中死木质残体碳储量大小为重度火烧>未火烧>轻度火烧。火干扰能显著改变森林中死木质残体碳储量的组成百分比。随着火烧烈度的增加，枯立木比重显著增大，枯落物比重显著减小，而不同火烧烈度下倒木和树桩的碳储量比重变化不显著。不同烈度的火烧对死木质残体碳储量特征的影响不同，轻度火烧下死木质残体碳储量的空间变异性最高，重度火烧下空间变异性最弱；（2）不同烈度的火烧会对地上活植被碳储量产生显著影响。兴安落叶松林和落叶松白桦混交林中活植被碳储量大小为未火烧>轻度火烧>重度火烧，而白桦林中活植被碳储量大小为轻度火烧>未火烧>重度火烧；随着火烧烈度的增加，乔木层碳储量比重显著减小，灌木层和草本层碳储量比重变化不显著，说明火干扰对地上活植被碳储量的影响主要表现在乔木层，对灌木层和草本层的影响较小，说明不同烈度的火烧对森林地上活植被碳储量特征的影响不同；（3）林火干扰造成了森林碳损失，减少了森林地上碳储量。轻度火烧对森林生态系统影响较小，重度火烧会严重减少森林地上碳储量；火干扰改变了森林地上碳储量分布格局，促进了森林碳在生物碳库和非生物碳库之间的转化，尤其是重度火烧，显著地改变了活植被碳库与死木质残体碳库的大小；枯立木、活立木和枯落物是森林地上碳储量的主要组成部分，主导着森林地上碳储量分配格局。