浙江省森林碳汇时空变化特征及其驱动机制分析

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由于人类活动加重和化石燃料的大量焚烧,全球变暖已成为不可避免并亟需解决的难题。森林生态系统在维持生态服务方面发挥着主导作用,同时也是大气二氧化碳(CO2)的重要碳汇。浙江省位于中国东南部,受亚热带季风气候影响,拥有庞大净生态系统生产力,为改善生态环境和维持区域碳平衡发挥重要作用。精准估算森林植被碳储量、碳密度及其分布特征和驱动因子已成为区域碳循环的核心研究内容。然而迄今为止,很少有关浙江省长期森林生态系统碳储量时空变化的报道,更别说森林植被碳汇功能驱动机制的分析。因此,本文利用6期浙江省森林资源一类清查数据及其报告成果(1989、1994、1999、2004、2009、2014),结合气象站站点数据和统计年鉴数据,系统分析浙江省森林资源、植被碳储量、碳密度和碳汇功能在各个时期的状况及其变化,同时利用结构方程模型和方差分解分析探究分别在样地和区域尺度下不同影响因子对植被碳累积和区域碳封存的影响,全面了解和掌握浙江省森林植被碳储量时空分布格局以及未来发展潜力,明确地形条件、气候变化、经济发展、人类活动对森林植被碳汇的影响,为亚热带森林植被碳储量精确估算和碳循环研究提供科学依据。结果表明:(1)浙江省森林结构在过去的25年里发生了明显的变化,主要表现为阔叶林的增长和针叶林的减少;森林植被的碳密度和总碳储量得到大幅提高,植被总碳储量从51.91 Tg C增长到212.01 Tg C,增长近300%,同时年均植被碳累积速率达到了0.95 Mg C/(hm2·a)。(2)浙江省森林植被碳密度具有不同分布特性:Ⅰ.随着海拔的升高而增大;Ⅱ.随着坡度的增加先增大后减小,在急坡(35°~45°)最大;Ⅲ.浙西南、浙西北和浙东地区的植被碳密度较高,而南部、东北部和中部的部分地区的植被碳密度较低。(3)区域植被碳封存速率会受到温度、降水量、海拔、坡度、人口密度和人均GDP的影响:Ⅰ.随着气温的升高显著增加(R2=0.469,P<0.01);Ⅱ.与降水量呈明显单峰关系,在降水量接近1650mm时达到峰值;Ⅲ.随着海拔和坡度的增加而变大;Ⅳ.与人口密度呈负对数关系;Ⅴ.与人均GDP的增长呈现先增加后降低的趋势。方差分解分析发现三组变量共同解释了区域植被碳封存速率总方差的64.3%,其贡献率排序为:气候变量组>人为干扰变量组>地形变量组。(4)林分特征变量(林分密度和平均胸径的变化)和气候因素(年均降水量、温度、日照时间和月降水量波动)是影响植被碳累积速率变化的主要驱动因素。除降水波动对植被碳累积速率有负影响外,其他因子均为正影响。同时,结构方程模型(SEM)揭示了植被碳累积速率与气候因子和林分特征变量之间的内在联系,并解释了植被碳累积速率总方差的71.9%~80.2%;林分因子以直接的方式影响植被碳累积速率,而气候因子主要通过影响林分因子以间接的方式来影响植被碳累积速率。降水的正效应会随着降水的增加而减弱,而降水波动的负效应会随着降水波动的增加而加强。与针叶林相比,阔叶林能够更好地应对由于降水波动增大带来的不利影响。(5)亚热带地区造林应选择阔叶树种以及海拔高、坡度较陡、气温较高、年降水量适宜(约1650mm)、日照时数充足、降水波动较小和人口密度低的地点。
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