宁夏六盘山华北落叶松人工林植被碳密度时空特征及其环境响应

[目的]调查分析宁夏南部六盘山区华北落叶松人工林乔木层、灌木层和草本层碳密度大小及其时空变化规律,建立考虑立地环境和林分结构等主要因子影响的碳密度模型,为我国西北山区复杂地形条件下人工林碳密度估算和可持续经营提供理论基础和决策工具.[方法]采用样地清查与数学模型相结合的方法确定研究区华北落叶松人工林乔木层和林下灌草层碳密度;应用外包线法确定各植被层碳密度对各主要因子(林龄、林分密度、年均降水量、年均气温和坡向)的响应规律及其函数形式,通过连乘耦合构建反映多因子综合影响的植被碳密度模型,并基于实测数据进行模型率定和检验.[结果]1)六盘山区华北落叶松人工林植被碳密度平均为 46.82 t·hm-2,其中乔木层占94.92%,灌木层和草本层分别占 4.76%和 0.32%.2)乔木层碳密度随林龄、林分密度、年均降水量增大先快速增加、超过阈值后缓慢增加并渐趋最大值,相应阈值为林龄 30年、林分密度 1500 株·hm-2、年均降水量 525 mm;随年均气温增加先增后减,6℃时达到峰值;随坡向增大(正北为 0o,随向两侧偏离正北方向的角度而增大)呈近线性降低.3)林下灌草层碳密度随乔木层碳密度增加近线性减少,随年均气温、年均降水量和坡向的变化规律与乔木层相同,相应阈值同样为年均气温 6℃、年均降水量 525 mm.4)多因子耦合模型可较好估算乔木层和林下灌草层碳密度变化,其R2 分别为0.8和 0.7.5)根据模型模拟结果,华北落叶松人工林植被碳密度随海拔升高先增后降,垂直差异较大,最高分布范围在海拔 2200～2400 m之间;受地形和气候影响表现出一定的水平差异,西高东低、南高北低;阴坡植被碳密度高于阳坡,其中乔木层相差约 20%,灌草层相差可达 1倍.[结论]宁夏六盘山华北落叶松人工林植被碳密度平均为 46.82 t·hm-2,以乔木层为主,受立地环境(年均降水量、年均气温、坡向)和林分结构(林龄、林分密度)的多因子综合影响,林下灌草层碳密度受乔木层生物量影响,应用多因子耦合模型可较好解释并预测其时空变化;合理选择造林立地类型和林分密度有利于维持较好的华北落叶松林植被碳密度和层次组成.