科尔沁沙地农林复合系统中林地的碳截存潜力和机制

The function of agroforestry practices as a carbon sink have aroused more and more worldwide attentions. This project aim to investigate the carbon allocation patterns in plant-soil in different kinds of woodland in agroforestry ecosystem of Horqin Sandy Land, northern China, through the combination of research literature, data of woodland inventory, and field measurement. We will develop the relationship models afterwards among the biomass carbon stock, soil carbon stock, plant species, stand age, and climate, to estimate the carbon accumulation rate and to predict the carbon sequestration potential due to agroforestry practices in semiarid fragile region. In the summary, the primary purposes of this project are: 1) to establish the comprehensive database of biomass equations for shrub and tree species countrywide, especially to develop the reliable biomass equations for species grown in Horqin Sandy Land; 2) to provide the base data for the parameterization and verification of some integrated models for carbon cycle.

农林复合系统中林地的碳汇功能日益受到国际社会的关注。本研究以地处我国北方农牧交错带东端的科尔沁沙地为研究区域，采用文献资料、林木资源历史清查资料和野外实地调查取样相结合的方法，测定分析该区农林复合系统中各类型林地植物—土壤系统碳库分配格局，构建不同生物量组分碳储量和土壤碳储量与物种、林龄及区域性气候之间的关系模型，评估和预测在生态脆弱区的农林复合系统中林地的碳截存潜力和速率。本研究的主要预期目标，一是建立全国区域内的林木生物量估算方程数据库，尤其是通过实测数据构建科尔沁沙地主要造林物种的地上和地下生物量估算方程；二是在评估和预测区域性林地碳汇功能和碳截存潜力的同时，为一些综合性碳循环模型的优化和验证提供参数。

土地利用系统在减缓大气CO2积累和在增加植物—土壤系统碳汇中的作用，近年来引起广泛的科学关注。造林被认为是恢复退化土壤和生态系统的一个非常有效的措施，尤其是农林复合系统的碳汇作用越来越受到全球重视。本项目以地处我国北方农牧交错带东端的科尔沁沙地为区域，开展了农林复合系统中不同类型林地的碳截存效应，以及土地利用覆盖/变化对碳储量影响的研究，结果表明：1）农田防护林、固沙林和水保林均能够显著增加植物—土壤系统碳储量，并且随着林龄增大，碳储量增加幅度越大；2）严重沙漠化土地营造乔木和灌木固沙林后的土壤有机碳截存速率分别为21 gC/m2/a和36 gC/m2/a，小于禁牧围封的碳截存速率57 gC/m2/a；3）沙漠化土地的恢复是一个漫长的过程，若通过造林将严重沙漠化土地1m深土壤有机碳水平恢复到非沙漠化土地的水平，至少需要上百年的时间尺度；4）科尔沁沙地平均土壤有机碳储量为6.9 kg/m2，低于我国陆地土壤有机碳储量平均水平（9.1-11.0 kg/m2）；以旗县为单元，土壤有机碳储量最高的为扎鲁特旗（10.3 kg/m2），最低的为库伦旗（3.3 kg/m2）；5）不同土地覆盖/利用类型土壤有机碳储量受人类活动影响显著，以牧业为主的扎鲁特旗不同土地覆盖/利用类型土壤有机碳储量大小为草甸草原＞山地草原＞林地(灌木)＞林地(乔木)＞农田＞疏林草地＞沙丘，而以农业为主、沙漠化发展严重的奈曼旗为高值农田＞草地＞林地＞低值农田＞沙丘。本项目成果可为科尔沁沙地实现生态可持续恢复的管理措施制定提供理论依据与实践支持，同时，对揭示区域生态系统碳源汇功能变化格局及其对环境、生物和人为因素的响应机制具有重要的意义。