森林固碳对气候变化响应的群落学机制：大型森林动态样地途径

Based on the data from two large forest dynamic monitoring plots and subsidiary of monitoring sample group located in subtropical and warm temperate zone of China, we firstly analyze the relative contribution of individual tree species/functional type/diameter class to the total biomass of the typical forest ecosystems and the change of consequences of forest structure dynamic (tree growth, tree mortality, tree recruitment) on the ecosystem functions (carbon stocks, net primary productivity , heterotrophic respiration ). Using the model data fusion method, we then optimize the structure and parameters of the dynamic global vegetation model (LPJ - GUESS) to explore the relationship between forest structure and ecosystem function and its response to long-term climate change and adaptation mechanisms. Finally, we comprehensive assessment two typical forest ecosystem carbon sequestration capacity and potential under the future climate change conditions. The project is based on a large number of long-term measured data to investigate the ecological mechanisms of formation and change of forest ecosystem carbon storage. It can provide new evidence for the in-depth understanding of forest ecosystems adapt to and mitigate climate change, and provide scientific support for the policy makers to tackle climate change strategy.

以位于亚热带和暖温带的两个大型森林动态监测样地及其附属监测样地群为基础，在不同组织层次上（物种、功能型、径级等）连续定位监测森林的结构和组成在气候变化背景下的时空变化，以及由此引起的生态系统功能(碳储量、净初级生产力、异养呼吸)的动态，探讨森林组成和结构与生态系统固碳功能对气候变化的响应格局；通过模型数据融合方法，利用大样地多年观测的具有空间特征的群落结构数据与相应生物计量学数据优化动态全球植被模型LPJ-GUESS的结构与参数，有机地将定位监测和模型模拟结合起来，探讨森林结构和生态系统功能关系及其对长期气候变化的响应与适应机制。最后，综合评估未来气候变化条件下这两个典型森林生态系统的固碳能力和潜力。本项目以大量长期的实测数据为基础，探讨森林生态系统固碳对气候变化响应的群落学机制，可以为深入理解森林生态系统适应与减缓气候变化提供新的证据，为我国制订应对气候变化策略提供科学支撑。

大气中的CO2和其它温室气体在过去的几个世纪不断增加，气候变化和全球变暖已成为全球广泛关注的热点问题之一。森林生态系统在调节全球碳平衡，减缓大气 CO2 等含碳温室气体浓度升高和调节全球气候方面都起着重要的作用。本研究以位于亚热带和暖温带的两个大型森林动态监测样地及其附属监测样地群为基础，在不同组织层次上连续定位监测森林的结构和组成在气候变化背景下的时空变化，以及由此引起的生态系统功能的动态，探讨森林组成和结构与生态系统固碳功能对气候变化的响应格局；通过模型数据融合方法，利用大样地多年观测的具有空间特征的群落结构数据与相应生物计量学数据优化动态全球植被模型 LPJ-GUESS 的结构与参数，有机地将定位监测和模型模拟结合起来，探讨森林结构和生态系统功能关系及其对长期气候变化的响应与适应机制。结果表明：（1）不同的树种具有高度依赖于物种特性的生长变化模式，它们对气候因子的敏感性也有很大差异；（2）古田山12个1-ha样地，森林被干扰后经过50年的恢复生长，群落结构和生物量还不能恢复到干扰前的状态。森林生物量沿着杉木人工林、天然幼龄林、天然中龄林和天然老龄林逐渐增加，总生物量的变化范围为150.8 ± 4.6～278.4 ± 1.5 Mg ha-1，地上生物量的变化范围为111.8 ± 4.2～204.1 ± 1.5 Mg ha-1，粗根生物量的变化范围为33.0 ± 0.9～71.0 ± 0.8 Mg ha-1；（3）古田山 24 公顷样地地上生物量为 223.0 Mg ha-1，表层（10 cm）土壤碳库的大小为 2.27 kg m-2，样地地形，森林密度和功能性状指数共解释了地上碳储量变异的73%，表层土壤碳储量变异的76%；（4）在古田山24-ha样地中，环境因子直接影响地上生物量，并通过影响林冠层优势度和林下层物种丰富度间接影响地上生物量，优势度对林冠层和林下层生物量均有直接影响。本项目以大量长期的实测数据为基础，探讨森林生态系统碳储量形成与变化的生态学机制，可以为深入理解森林生态系统适应与减缓气候变化提供新的证据，为我国制订应对气候变化策略提供科学支撑。