大兴安岭森林土壤黑碳贮量的空间异质性

Black carbon in forest soils is mainly composed of charcoal which is an inorganic carbon compound when plant organisms are combusted imcompletely. The high inert characteristics make black carbon a key component of the earth's slow carbon pools. Black carbon is an important carbon sink as well and probably the major portion of the lost carbon sinks in global carbon budget. Recently,black carbon has drawn much attention becoming a critical area in global change research. The black carbon has important and profund implications for both the carbon cycle and carbon budget. However,documents on black carbon stocks in soils, especially in forest soils are still limited, which affects the estimate of black carbon stocks at regional scales. This proposal will use the combined methods of field inventory, remote sensing, geographic information system and spatial statistics, and choose the Great Xing'an Mountains as study area to estimate black carbon stocks in forest soils, to explore the influence of forest fire regimes (number of burned times, fire severity) on black carbon stocks, and to analyze the spatial distribution characteristics of black carbon stocks under various topography and forest type conditions.This resaerch extends the contents of fire ecology, provides a sound approach for looking for the lost carbon sinks and gives relible data support to the carbon budget for the Great Xing'an Mountains, having great practical the theoretical significances.

森林土壤中的黑碳(Black Carbon)主要指木炭(Charcoal)，是植物有机体经不完全燃烧产生的一种无定形的非有机碳化合物。由于其高度的惰性特点,成为地球缓慢碳库的重要组成部分，黑碳也是一个重要的碳汇，可能是全球碳收支中丢失碳汇的重要组成之一，近年来，引起了学者的广泛关注，成为全球变化研究的重要领域之一，黑碳在碳循环和碳预算中具有重要而深远的研究意义。然而，土壤特别是森林土壤中黑碳贮量的研究还非常有限，影响了区域尺度上黑碳贮量的估算。本项目将采取野外调查、遥感、地理信息系统和空间统计相结合的方法，选择我国大兴安岭开展森林土壤黑碳贮量研究；探讨林火干扰状况(过火次数、林火烈度)对黑碳贮量的影响；分析黑碳贮量在不同地形和林型下的空间分布特征。项目丰富了火生态学的研究内容，为寻找丢失的碳汇提供了一种重要的解决途径，为我国大兴安岭地区的碳预算提供可靠的数据支持，具有重要的理论和实践意义。

由于黑碳高度的惰性特点，成为地球缓慢碳库的重要组成部分，黑碳也是一个重要的碳汇，可能是全球碳收支中丢失碳汇的重要组成之一， 近年来，引起了学者的广泛关注，成为全球变化研究的重要领域之一，黑碳在碳循环和碳预算中具有重要而深远的研究意义。森林土壤中的黑碳分布受多种因素（林火烈度、距上次火烧时间、坡向、坡位、林型等）的影响，而在时空上表现出异质性的特征，我们假设（1）中度火烧强度下，森林土壤黑碳的储量较高；（2）距离上次火烧时间越长，土壤黑碳储量越低。为了验证假设，我们选取图强林业局1987年火烧迹地（验证第一个假设）和呼中国家级自然保护区2000、2010和2016年火烧迹地（验证第二个假设）在不同的坡度（阴坡、阳坡和平地）和坡位（上、中、下和坡脚）分层（0-5cm、5-10cm、10-20cm和20-30cm)采集土壤样品，在图强林业局共采集土壤样品474个，呼中自然保护区659个，采用CTO-375热氧化法进行土壤黑碳含量的测定。结果表明：.1. 中度火烧迹地土壤黑碳含量显著高于重度和轻度火烧迹地（p<0.05)；研究结果支持我们提出的第一个假设；.2. 表面上看，土壤黑碳储量并未随距上次火烧时间而减少，2000、2010和2016年黑碳储量分别为：43.51、107.65和32.03g/m2，没有支持我们的第二个假设。但是，由于各火烧迹地状况的差异，也不能完全拒绝这个假设成立的可能性。2016年的林火由于扑救及时，火烧迹地面积较小，不足以形成大量的黑碳；2000和2010年的火烧迹地面积较大，基本上是在自然降水后熄灭的，林火烈度等级相当，比较2000和2010年土壤黑碳储量的结果，似乎还支持我们提出的假设。因此，为了验证我们提出的假设的合理性，还需要进行更深入的探究。.3.大兴安岭森林土壤黑碳的储量在0.12-0.59kg/m2之间，平均为 0.26±0.02 kg/m2。中等烈度林火干扰下，土壤黑碳储量最高，与其它烈度有显著差异（p<0.05）；阴坡和平地土壤黑碳储量高于阳坡，各坡向间无显著差异（p>0.05）；坡脚的土壤黑碳储量高于其它坡位，各坡位间无显著差异（p>0.05）。.我们测定的森林土壤黑碳储量数据及其空间异质性分析为准确估算大兴安岭森林土壤碳汇、森林碳预算提供了重要的数据支持；可为我国森林应对气候变化自主行动计划的制定提供科学依据。