伊犁河谷農(nóng)田防護林生物量及碳儲量研究

朱甜甜　朱玉偉　張云　桑巴葉　王秀梅

摘要：研究3種主要農(nóng)田防護林樹種楊樹（Populus sp.）、榆樹（Ulmus pummila）和沙棗（Elaeagnus angustifolia）不同林齡的生物量、碳儲量、碳密度及其分布規(guī)律，為今后估算新疆伊犁河谷農(nóng)田防護林生態(tài)系統(tǒng)碳儲空間提供基礎。根據(jù)2014年新疆的森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，利用研究區(qū)三大樹種的樣本數(shù)據(jù)，估算各樹種的生物量、碳儲量及碳密度變化特征，討論三大樹種的固碳能力。結(jié)果表明，3種主要農(nóng)田防護林樹種的面積以幼齡林和中齡林為主，占總面積的82.72%，其中楊樹占絕對優(yōu)勢，為總面積的92%;各樹種碳儲量大小楊樹（3 690.72×103 t）>榆樹（382.68×103 t）>沙棗（261.49×103 t）;各樹種不同齡組的碳密度大小為幼齡林（129.41 t/hm2）<中齡林（388.16 t/hm2）<近熟林（639.36 t/hm2）<成熟林（2 012.04 t/hm2）。這說明伊犁河谷農(nóng)田防護林的生長潛力和未來的固碳空間巨大，研究結(jié)果可為伊犁河谷農(nóng)田防護林經(jīng)營管理和碳匯功能評價提供參考。

關鍵詞：農(nóng)田防護林;林齡;生物量;碳儲量;碳密度

中圖分類號： S718.5文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）09-0298-05

如何解決溫室氣體不斷積累造成的惡果已經(jīng)成為近30年來國際上廣泛關注的話題之一，各國積極簽署氣候變化協(xié)定（巴黎協(xié)定）也進一步表明人類應對氣候變化的決心。研究學者曾在2013年政府間氣候變化專門委員會（IPCC）報告中明確提出，若是不顧氣候變化自由發(fā)展，它將對人類和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重、普遍和不可逆轉(zhuǎn)的影響[1]，為此，各國都在積極尋求將溫室氣體濃度控制在安全水平內(nèi)的途徑。逐步擴大森林面積是近50年內(nèi)各國公認的低成本“碳吸收”手段。隨著我國國際影響力的日益增強，來自國際社會的“減排”壓力也越來越大，經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)氣候環(huán)境之間的平衡關系受到了更多限制。為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，我國除了嚴格控制工業(yè)的節(jié)能減排和開展清潔能源的利用外，更投入大量資金發(fā)展造林和再造林產(chǎn)業(yè)，作為改善生態(tài)氣候環(huán)境、擴大森林資源的有力手段，人工造林的成果也逐漸顯現(xiàn)[2]。新疆維吾爾自治區(qū)是全國面積最大的干旱區(qū)域，生態(tài)自然環(huán)境較差，造林減排見效慢，伊犁河谷作為干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境條件較好的“濕地”，是新疆綠洲的主要組成部分，其人工林碳匯能力的強弱直接影響著新疆森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的大小。

農(nóng)田防護林是新疆人工林的主要組成部分，在保證農(nóng)作物豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的同時，在周圍一定范圍內(nèi)形成的小氣候?qū)Ω纳飘數(shù)厣鷳B(tài)氣候條件也起到了很大的促進作用，分析伊犁河谷農(nóng)田防護林的生物量以及碳儲量特征對今后進一步開展干旱區(qū)碳儲量研究工作具有重大的意義[3-4]。生物量是反映森林生態(tài)功能高低最直觀的表現(xiàn)，定量估算生物量的大小是進一步研究碳儲量的基礎。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)有大量學者對不同氣候環(huán)境、不同地域以及不同造林樹種的各個器官的生物量和碳儲量進行了大量的研究分析比對[5-10]，但是關于農(nóng)田防護林方面的研究，學者們主要關注點在其生態(tài)服務價值以及其與農(nóng)田關系方面[11-14]，而關于生物量與碳儲量分布特征方面的研究報道還不夠完善。本研究以伊犁河谷主要農(nóng)田防護林樹種楊樹（Populus sp.）、榆樹（Ulmus pumila L.）、沙棗（Elaeagnus angustifolia）為對象，根據(jù)各樹種實測的數(shù)據(jù)，分析評價其生物量、碳密度和碳儲量特征以及不同器官生物量、碳儲量、碳密度隨林齡的變化規(guī)律。探討不同林齡的固碳能力，為今后伊犁河谷的人工林和農(nóng)田防護林更好的發(fā)揮碳儲功能提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

1.1.1 環(huán)境概況 伊犁河谷坐落于天山西部（80°09′42″～91°01′45″ E，40°14′16″～49°10′45″ N）。年平均氣溫為 10.5 ℃，1月最冷，7月最熱，年日照2724.8 h，無霜期149 d。年降水量從西向東205.8～590.0 mm，年蒸發(fā)量1 800～1 250 mm，降水在季節(jié)間分配不均，冬、春降水少，夏、秋降水多，夏秋兩季雨量占總雨量的80%，日照資源豐富、自然條件得天獨厚，是全球難得的生態(tài)地帶和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)帶。土壤分布主要有黑褐土、粟鈣土、灰鈣土、黃土、沙土、沼澤土和河谷草甸土等。

1.1.2 樣地概況 伊犁河谷農(nóng)田防護林對保護當?shù)剞r(nóng)田耕地以及保障農(nóng)產(chǎn)品穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)發(fā)揮了很大的作用，以楊樹為主的農(nóng)田防護林面積占比達80%以上，其次有榆樹和沙棗，其他一些如小葉白蠟、山桃和水曲柳等硬闊葉樹種和軟闊葉樹種由于面積較少，本研究將其中的硬闊葉樹種并入榆樹，軟闊葉樹種并入楊樹中計算。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設置 本研究選取伊犁河谷地區(qū)3個主要農(nóng)田防護林樹種的幼齡、中齡、近熟林、成熟林和過熟林，近幾年隨著更新的加快，過熟林面積很少，因此，本研究中過熟林生物量按成熟林計算。經(jīng)過實地踏查，于2014年4—10月在伊犁河谷地區(qū)的察布查爾縣和新源縣選取3個主要農(nóng)田防護林樹種（楊樹、榆樹、沙棗），選擇長100 m、寬度據(jù)林帶寬度而定的不同齡級的樣地，每個林齡2個重復的樣地，共24個樣地，保證其生境等環(huán)境條件與營林措施相同。對選定樣地進行調(diào)查記錄，具體見表1。

1.2.2 標準木選取 根據(jù)樣地調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)合二類資源清查數(shù)據(jù)，確定伊犁河谷農(nóng)田防護林各樹種不同齡級的平均樹高和胸徑，選擇平均標準木作為測定生物量的標準樣木，各樹種每個齡級選擇標準木2株。

1.2.3 生物量的測定 采用解析木法測定樹干生物量。將解析木樹干分段并截取圓盤記錄測定各部分鮮質(zhì)量。將圓盤置于烘箱（80 ℃）中烘干，記錄干質(zhì)量，計算樹干生物量;采用分層標準枝法測定枝、葉的生物量，選取3個標準枝稱其帶葉枝的鮮質(zhì)量并帶回各樣品烘干（80 ℃）稱質(zhì)量，最終計算枝、葉生物量;采用分層分段挖掘法測定根生物量，以伐木根中心點為中心，分層挖取樹木全部根系，清潔根系表面，再分層分類稱質(zhì)量，隨機取定量樣品，帶回實驗室烘干（80 ℃）稱質(zhì)量，計算根系生物量。