勾昕

摘 要 通過土壤碳固定應(yīng)對氣候變化和生物多樣性的保護一直是科學(xué)家、政府和民間關(guān)注的重點，但以前它們很少被放在一起討論。通過造林的方式建植人工林是應(yīng)對全球氣候變化的重要手段，研究人工林物種多樣性與土壤有機碳儲量間的關(guān)系，能為設(shè)計建植碳富集的人工林生態(tài)系統(tǒng)提供理論和方法。

關(guān)鍵詞 人工林；土壤碳匯功能；物種多樣性

中圖分類號：S154 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）24--02

森林生態(tài)系統(tǒng)是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，約占整個陸地面積的65%，， 存儲了整個陸地生態(tài)系統(tǒng)62%-～78%的碳， ，而其中的70%又蓄儲存于森林土壤中。 另外，每年森林生態(tài)系統(tǒng)通過植被的光合和呼吸作用與大氣間交換的碳約為50 Pg，這相當于每年人為排放量的7倍。 因此，森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度的波動對大氣中CO2的濃度將產(chǎn)生重大影響，而這也為通過增加森林生態(tài)系統(tǒng)的面積以及提高其碳密度來減緩全球變暖提供了可能。通過在撂荒（abondaned）農(nóng)田或者牧場以及自然草地上進行造林（（afforestation， 造林區(qū)域以前沒有森林覆蓋））和再造林（（reforestaion，造林區(qū)域以前被森林所覆蓋）），不但能使生態(tài)系統(tǒng)的功能以及生物多樣性有機會得以恢復(fù)，并且還可以在土壤和植物生物量中重新累積并儲存大量的碳，從而被政府間氣候變化專門委員會推薦作為應(yīng)對大氣CO2濃度升高的一種方法. 。

近年來，世界范圍內(nèi)高的生物滅絕的速率，使得生態(tài)學(xué)家更加關(guān)注物種多樣性與生態(tài)系統(tǒng)過程和功能之間的關(guān)系[1]。植物物種多樣性及物種組成會影響生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、穩(wěn)定性、養(yǎng)分動態(tài)等生態(tài)系統(tǒng)功能和過程[2]，也會對土壤碳匯功能產(chǎn)生影響[3]。但目前，關(guān)于生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)碳平衡間的相互關(guān)系缺少實驗證據(jù)，特別是而關(guān)于植物多樣性及其變化對土壤碳固定影響的研究更不充分[4]。充分地研究物種多樣性與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳固定之間的關(guān)系，能使人們更好地應(yīng)對氣候以及土地利用變化對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響；特別是研究人工林物種多樣性與碳密度的關(guān)系，能為設(shè)計建植碳富集的人工林生態(tài)系統(tǒng)提供理論和方法，以加強人類應(yīng)對氣候變化的能力[5]。

1 人工林物種多樣性影響土壤碳匯功能的理論基礎(chǔ)

以往關(guān)于植物物種多樣性和群落組成與生態(tài)系統(tǒng)功能之間關(guān)系的研究主要集中在草地生態(tài)系統(tǒng)。而通過這些研究，發(fā)現(xiàn)了許多生物多樣性影響生態(tài)系統(tǒng)功能的現(xiàn)象，也提出很多理論和假說來解釋這些現(xiàn)象。例如，提出“生態(tài)位互補”和“抽樣效應(yīng)”2種假說來解釋物種多樣性與生產(chǎn)力間的正相關(guān)關(guān)系?！吧鷳B(tài)位互補”假說認為，由于物種豐富的群落對限制資源的利用更有效率。因此，該生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力就更高。而“抽樣效應(yīng)”假說認為，物種豐富度越高的群落包含高生產(chǎn)力且具有較強競爭力的物種的可能性就越大。但是這些結(jié)論和假說能否應(yīng)用到其他生態(tài)系統(tǒng)還存在諸多疑問[6]。

2 人工林群落生產(chǎn)力與土壤碳匯功能研究

植物物種多樣性和群落組成通過植物群落生產(chǎn)力對土壤碳庫潛在的輸入量產(chǎn)生影響[3]。另外，植物物種多樣性和群落組成還通過植物群落生產(chǎn)力調(diào)節(jié)土壤呼吸，進而影響土壤碳元素的輸出。然而來自不同森林生態(tài)系統(tǒng)的研究卻顯示植物物種多樣性與土壤碳固定和碳儲量間并不存在確定的相互關(guān)系。Zhang[7]等人調(diào)查了位于中國西南部的亞高山針葉林演替序列，發(fā)現(xiàn)植物多樣性與土壤碳儲量間沒有相關(guān)性，但與地上部分生物量碳儲量間呈顯著負相關(guān)。在人工管理的森林生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，也發(fā)現(xiàn)物種多樣性與土壤碳儲量或密度沒有相關(guān)性。Jonsson[8]等分析了來自于30個不同時間經(jīng)歷火燒的闊葉林島嶼的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了植物物種多樣性和群落組成與整個生態(tài)系統(tǒng)碳儲量（包括地上生物量碳儲量，土壤和植物地下生物量碳儲量）顯著正相關(guān)，但他們認為，對于森林生態(tài)系統(tǒng)植物物種多樣性對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響要遠小于群落物種組成的影響。

3 人工林物種組成與土壤碳匯功能

森林生態(tài)系統(tǒng)的植被主要包括兩個部分，林冠層的喬木和林下植被。由于自身碳儲量較少，在計算森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量時，一般不將林下植被考慮在內(nèi)。然而，林下植被對森林生態(tài)系統(tǒng)的許多生態(tài)系統(tǒng)過程和特征起著至關(guān)重要的作用，例如，森林生態(tài)系統(tǒng)演替，物種組成，控制森林微氣候影響種植萌發(fā)和幼苗生長，影響?zhàn)B分循環(huán)和能量流動等。最近的研究表明，林下植被在不同的森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中也起著重要作用。例如，通過剔除人工林林下植被，Wang[9]等人發(fā)現(xiàn)土壤呼吸和土壤碳固定發(fā)生了顯著變化。在一項關(guān)于黑云杉林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳庫的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)一種關(guān)鍵物種Sphagnum moss的多度是土壤碳庫重要的指示因子[10]。而同樣是林下植被的一種茜草的數(shù)量以及它的功能特征，對熱帶人工林的生產(chǎn)力和養(yǎng)分可利用性等生態(tài)系統(tǒng)功能也起著極其重要的作用[11] 。

參考文獻

[1]Hooper DU，Chapin IIIFS，Ewel JJ. Effects of Biodiversity on Ecosystem Functioning： A Consensus of Current Knowledge[J]. Ecological Monographs， 2005（75）：3-35.

[2]Tilman D，F(xiàn)argione J，Wolff B，et al. Forecasting Agriculturally Driven Global Environmental Change[J]. Science，2011（292）：281-284.

[3]Kirby KR， Potvin C. Variation in Carbon Storage Among Tree Species： Implications for the Management of A Small-scale Carbon Sink Project[J]. Forest Ecology and Management，2007（246）：208-221.

[4]Fornara DA， Tilman D. Plant Functional Composition Influences Rates of Soil Carbon and Nitrogen Accumulation[J]. Journal of Ecology，2008（96）：314-322.

[5]Ruiz-Jean M， Potvin C. Tree Diversity Explains Variation in Ecosystems Function in A Neotropical Forest in Pananma[J]. Biotropica，2010（42）：638-646.

[6]Loreau M， Hector A. Partitioning Selection and Complementarity in Biodiversity Experiments[J]. Nature，2011（412）：72-76.

[7]Zhang YB， Duan BL， Xian JR， et al. Links Between Plant Diversity，Carbon Stocks and Environmental Factors Along A Successional Gradiert in Subalpine Coniferous Foret in Southwest China[J]. Forest Ecolory and Management，2011（262）：361-369.

[8]Jonsson M， Wardle DA. Structural Equation Modelling Reveals Plant-community Drivers of Carbon Storage in Boreal Foret Ecosystems[J]. Biological Letter，2010（6）：116-119.

[9]Wang XL， Zhao J， Wu JP， et al. Impacts of Understory Species Removal and/or Addition on Soil Respiration in A Mixed Forest Plantation with Native Speceis in Southern China[J]. Forest Ecology and Management，2011（261）：1053-1060.

[10]Hollingsworth TN， Schuur EAG， Chapin IIIFS et al. Plant Community Composition as A Predictor of Regional Soil Carbon Storage in Alaskan Boreal Black Spruce Ecosystems[J]. Ecosystems，2008（21）.

[11]Firn J， Erskine PD， Lamb D. Woody Species Diversity Influences Productivity and Soil Nutrient Availability in Tropical Plantations[J]. Oecology，2007（154）：521-533.

（責(zé)任編輯：趙中正）