温带地带性森林粗木质残体碳库对全球气候变化的响应及其机制

Coarse woody debris (CWD) is most often excluded from forest inventory. There have been many site-level studies estimating carbon store of CWD. Compared with living biomass, there is usually higher uncertainty in estimating CWD stocks and fluxes, because of insufficient data and scale. .CWD store a large amount of carbon in the forest ecosystems and provide critical information about carbon dynamics and structures of forest ecosystems. There is mounting evidence that climate change (e.g., global warming, change of precipitation) have occurred. Local environmental conditions, in particular temperature and humidity, exert strong controls on the rate of CWD decomposition and respiration. There is a pressing need to understand the immediate and future consequences of these environmental changes on the carbon dynamics of CWD in forest ecosystems. No studies have been conducted to examine how the carbon store of CWD responds to the increasing global climate change such as global warming and change of precipitation in China. .The temperate zone is sensitive to global climate change in China. By a combination of field investigation, experiment, and modeling approach, this project will address three key scientific questions 1).What is the spatial and temporal patterns of carbon store of CWD in temperate zonal forest? 2).How will global climate change influence on the rate of CWD decomposition and respiration? And 3). How will carbon store of CWD change under different circumstances? Finally it will provide the reasonable management design of CWD.

粗木质残体是森林碳库重要组分，森林调查时经常忽略粗木质残体，研究也多局限于小尺度样方研究，由于资料不足和尺度限制，粗木质残体碳库估算具有很大的不确定性。粗木质残体分解与温度和水分密切相关，全球气候变化对这部分碳库会产生重大影响，为更好了解森林碳库动态，迫切需要掌握全球气候变化如何影响粗木质残体碳库，而我国未见相关报道。我国温带地区是全球变化敏感区，本项目选择温带地带性森林粗木质残体为研究对象，利用已建立的温带地带性森林固定大型监测样地，通过温带地带性森林固定大型监测样地野外调查，研究温带地带性森林粗木质残体碳库时空变异和影响因素，为精确估计温带地区碳贮量提供理论和技术支持；开展海拔梯度不同温度和降水的控制试验，明确CWD对增温和降水变化的响应模式和机制；综合野外调查和控制试验，利用模型定量预测不同情景粗木质残体碳库动态，提出合理管理粗木质残体方案。

为了更好地管理森林，减缓气候变化，全面系统地理解森林生态系统碳格局是至关重要的。粗木质残体是森林碳库重要组分，而在森林调查中经常忽略粗木质残体，在全球变化背景下，由于估算的巨大不确定性，粗木质残体碳功能得到极大关注。本项目以温带森林粗木质残体为研究对象，结合文献，利用已建立的温带地带性森林固定大型监测样地，重点研究温带地带性森林粗木质残体碳库时空变异和影响因素，探讨粗木质分解对增温和降水变化的响应模式和机制。通过整理文献建立了中国森林粗木质残体贮量数据库，形成大兴安岭针叶林、长白山针阔混交林和东灵山阔叶林地形、活立木和粗木质残体数据库，兴安落叶松林粗木质的贮量为79.91m3/hm2，枯立木为33.24 m3/hm2，而暖温带落阔叶林生物量为109.6 Mg/ hm2，枯立木总贮量为10.22m3/hm2，总胸高断面积为1.84m3/hm2。详细分析了活立木和枯立木的空间格局，树木死亡前后，随取样尺度增大，分布模式均由聚集向随机过渡；物种替代是影响温带森林中空间群落差异的主要过程，并且主要是由与分散限制相关的局部尺度物种聚类引起的，而巢式不太普遍。东灵山暖温带落叶阔叶次生林生物量处于中等水平，物种分布和生物量与地形有密切关联，缓坡生物量最小为103.8 Mg/ hm2，而山脊最大为117.4 Mg/hm2，少量树种贡献了大部分生物量，其中最大的5个树种贡献78.4%的生物量，分别为辽东栎（41.7 Mg/ hm2，38.1%），黑桦（19.8 Mg/ hm2，18.0%），五角枫（12.6 Mg/ hm2，11.5%）、白桦（7.0 Mg/ hm2，6.4%）和山杨（4.8 Mg/ hm2，4.4%），随着林龄增加，生物量会继续增加。而对于次生林粗木质残体，随着林龄增加也会增加，人类干扰特别是采伐会增加粗木质残体，提高空间异质性。通过本项目，建立了我国温带地带性森林粗木质残体数据库，探讨了粗木质和活立木空间格局，特别是与地形的关系，预测了我国次生林粗木质残体动态，能更好地管理粗木质残体。