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杉木人工林碳经营、计量与监测方法学 版权信息
- ISBN：9787030697844
- 条形码：9787030697844 ; 978-7-03-069784-4
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
杉木人工林碳经营、计量与监测方法学 内容简介
杉木人工林是我国南方地区经营历史很长的人工用材林，其在木材生产功能和固碳、涵养水源等生态功能方面扮演着很好重要的角色，在应对优选气候变化进程中也发挥着不可替代的作用。然而，与天然林相比，人工用材林存在诸多问题。其中，如何在保证木材生产的同时提高生态功能，实现可持续发展，是目前杉木人工林经营管理面临的关键问题之一。碳储量是衡量森林生态功能的重要指标之一，森林碳汇有利于减缓温室效应，应对气候变化。本书通过梳理和分析近年来与杉木人工林碳储量相关的文献，综述了林分年龄、经营管理措施、分布区域及立地条件对杉木人工林生产力和碳储量的影响，在此基础上，提出了维持杉木人工林经济与生态效益相平衡的生产实践建议，也对杉木人工林碳储量研究的现存问题及日后研究方向进行了探讨，以期为今后的相关研究提供参考。 本书可供地理、生态、环境、生态经济、规划、政策与管理研究等相关领域的专业人员使用，也可供高等院校相关专业的师生参阅。
杉木人工林碳经营、计量与监测方法学 目录
目录
1 全球气候变化与林业碳汇 1
1.1 气候变化的观测事实和趋势预估 1
1.1.1 全球气候变暖 1
1.1.2 气候变化的影响 3
1.2 林业碳汇与气候变化 5
1.2.1 现阶段应对气候变化的主要措施 5
1.2.2 森林在应对气候变化中具有特殊的作用 5
1.2.3 林业碳汇概念、特点与优势 7
1.3 林业碳汇发展现状 7
1.3.1 林业碳汇发展的政策环境 7
1.3.2 林业碳汇国内外研究概述 8
1.3.3 我国林业建设成就及对减缓全球气候变化的贡献 11
1.3.4 我国林业应对气候变化政策环境 11
1.3.5 我国林业应对气候变化的途径及潜力分析 12
1.4 林业碳汇计量方法 13
1.4.1 传统方法学 14
1.4.2 碳计量技术的发展趋势 16
1.5 人工林在中国 18
1.6 人工林碳计量研究进展 21
2 炼山对幼年杉木人工林的影响 22
2.1 实验样地概况与实验设计 22
2.1.1 样地概况 22
2.1.2 实验设计 22
2.2 更新初期土壤有机质的损失机制 26
2.2.1 人工造林和人工促进更新初期土壤有机碳流失量差异 26
2.2.2 人工造林和人工促进更新初期土壤有机碳矿化差异 30
2.2.3 人工幼林采伐剩余物分解动态 31
2.2.4 更新初期有机碳损失途径及其量 33
2.2.5 更新初期土壤有机碳稳定性 34
2.2.6 小结 34
3 杉木人工林碳计量与碳经营技术 36
3.1 研究目的和意义 36
3.2 试验地概况 37
3.2.1 杉木林年龄序列试验地概况 37
3.2.2 皆伐火烧试验地概况 38
3.2.3 不同更新方式试验地概况 38
3.2.4 杉木林经营模式试验地概况 39
3.3 主要研究方法 40
3.3.1 生物量测定 40
3.3.2 土壤取样及测定 41
3.3.3 凋落物和细根归还量研究凋落物归还量 43
3.3.4 皆伐火烧对生态系统碳动态影响 44
3.4 杉木人工林碳计量技术 46
3.4.1 杉木林年龄序列生态系统碳库及碳源变化 46
3.4.2 杉木人工林年龄序列净生产力变化 49
3.4.3 杉木人工林年龄序列碳平衡变化 71
3.4.4 杉木人工林碳计量技术路线 72
3.4.5 杉木人工林碳汇计量技术的应用 73
3.5 杉木人工林碳汇经营技术 76
3.5.1 皆伐火烧对生态系统碳储量和土壤呼吸的影响 76
3.5.2 皆伐火烧对土壤各组分呼吸的影响 101
3.5.3 更新方式对杉木人工林土壤呼吸及分室的影响 116
3.5.4 杉木人工林经营模式对碳吸存的影响 122
3.5.5 不同经营模式对土壤碳库的影响 124
3.5.6 经营措施对土壤有机碳组分的影响 130
3.5.7 不同立地质量对杉木人工林碳吸存的影响 134
3.5.8 不同轮伐期对杉木林碳吸存的影响 137
3.5.9 延长采伐时间对杉木林碳吸存效益的影响 139
3.5.10 杉木人工林碳经营措施的应用 139
3.6 主要结论 141
3.6.1 杉木人工林碳汇经营技术 141
3.6.2 杉木人工林碳计量技术 143
4 碳计量仪器研发与方法探索 145
4.1 物联网与生态系统关键元素通量监测仪器 145
4.1.1 准同步时分复用技术大幅提高土壤碳通量监测的时空间分辨率 149
4.1.2 冠层叶片光合和呼吸高分辨率监测技术 152
4.1.3 不同深度土壤碳通量等压实测技术 153
4.1.4 土壤- 大气界面碳通量监测技术 155
4.1.5 痕量温室气体同步取样技术 155
4.1.6 4D联动树高激光测量技术 155
4.1.7 无接触式3D树木胸径测量技术 157
4.1.8 系统集成 158
4.2 无人机与雷达在林业碳汇中的应用 159
4.2.1 生物量参数计算流程 159
4.2.2 基于单木分割的信息提取 162
4.2.3 样方尺度地上生物量估测 165
4.2.4 样方尺度不同器官地上生物量估测 166
参考文献 169
1 全球气候变化与林业碳汇 1
1.1 气候变化的观测事实和趋势预估 1
1.1.1 全球气候变暖 1
1.1.2 气候变化的影响 3
1.2 林业碳汇与气候变化 5
1.2.1 现阶段应对气候变化的主要措施 5
1.2.2 森林在应对气候变化中具有特殊的作用 5
1.2.3 林业碳汇概念、特点与优势 7
1.3 林业碳汇发展现状 7
1.3.1 林业碳汇发展的政策环境 7
1.3.2 林业碳汇国内外研究概述 8
1.3.3 我国林业建设成就及对减缓全球气候变化的贡献 11
1.3.4 我国林业应对气候变化政策环境 11
1.3.5 我国林业应对气候变化的途径及潜力分析 12
1.4 林业碳汇计量方法 13
1.4.1 传统方法学 14
1.4.2 碳计量技术的发展趋势 16
1.5 人工林在中国 18
1.6 人工林碳计量研究进展 21
2 炼山对幼年杉木人工林的影响 22
2.1 实验样地概况与实验设计 22
2.1.1 样地概况 22
2.1.2 实验设计 22
2.2 更新初期土壤有机质的损失机制 26
2.2.1 人工造林和人工促进更新初期土壤有机碳流失量差异 26
2.2.2 人工造林和人工促进更新初期土壤有机碳矿化差异 30
2.2.3 人工幼林采伐剩余物分解动态 31
2.2.4 更新初期有机碳损失途径及其量 33
2.2.5 更新初期土壤有机碳稳定性 34
2.2.6 小结 34
3 杉木人工林碳计量与碳经营技术 36
3.1 研究目的和意义 36
3.2 试验地概况 37
3.2.1 杉木林年龄序列试验地概况 37
3.2.2 皆伐火烧试验地概况 38
3.2.3 不同更新方式试验地概况 38
3.2.4 杉木林经营模式试验地概况 39
3.3 主要研究方法 40
3.3.1 生物量测定 40
3.3.2 土壤取样及测定 41
3.3.3 凋落物和细根归还量研究凋落物归还量 43
3.3.4 皆伐火烧对生态系统碳动态影响 44
3.4 杉木人工林碳计量技术 46
3.4.1 杉木林年龄序列生态系统碳库及碳源变化 46
3.4.2 杉木人工林年龄序列净生产力变化 49
3.4.3 杉木人工林年龄序列碳平衡变化 71
3.4.4 杉木人工林碳计量技术路线 72
3.4.5 杉木人工林碳汇计量技术的应用 73
3.5 杉木人工林碳汇经营技术 76
3.5.1 皆伐火烧对生态系统碳储量和土壤呼吸的影响 76
3.5.2 皆伐火烧对土壤各组分呼吸的影响 101
3.5.3 更新方式对杉木人工林土壤呼吸及分室的影响 116
3.5.4 杉木人工林经营模式对碳吸存的影响 122
3.5.5 不同经营模式对土壤碳库的影响 124
3.5.6 经营措施对土壤有机碳组分的影响 130
3.5.7 不同立地质量对杉木人工林碳吸存的影响 134
3.5.8 不同轮伐期对杉木林碳吸存的影响 137
3.5.9 延长采伐时间对杉木林碳吸存效益的影响 139
3.5.10 杉木人工林碳经营措施的应用 139
3.6 主要结论 141
3.6.1 杉木人工林碳汇经营技术 141
3.6.2 杉木人工林碳计量技术 143
4 碳计量仪器研发与方法探索 145
4.1 物联网与生态系统关键元素通量监测仪器 145
4.1.1 准同步时分复用技术大幅提高土壤碳通量监测的时空间分辨率 149
4.1.2 冠层叶片光合和呼吸高分辨率监测技术 152
4.1.3 不同深度土壤碳通量等压实测技术 153
4.1.4 土壤- 大气界面碳通量监测技术 155
4.1.5 痕量温室气体同步取样技术 155
4.1.6 4D联动树高激光测量技术 155
4.1.7 无接触式3D树木胸径测量技术 157
4.1.8 系统集成 158
4.2 无人机与雷达在林业碳汇中的应用 159
4.2.1 生物量参数计算流程 159
4.2.2 基于单木分割的信息提取 162
4.2.3 样方尺度地上生物量估测 165
4.2.4 样方尺度不同器官地上生物量估测 166
参考文献 169
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杉木人工林碳经营、计量与监测方法学 节选
|1|全球气候变化与林业碳汇 全球气候变化已经成为国际社会广泛关注的热点问题。近 100多年来，全球平均气温经历了“冷－暖－冷－暖”两次波动，总的趋势为上升。在普通人的感觉上，这点温度的变化对生活并无影响，但从全球来看，这个数字已经对全球产生了巨大的影响，如北极冰山融化、全球海平面上升、频繁的龙卷风、局部的暴雨与干旱、厄尔尼诺现象等。它们有的以极端天气现象的形式频繁爆发，有的则悄悄地对生物圈进行着不可逆的颠覆。 1.1 气候变化的观测事实和趋势预估 1.1.1 全球气候变暖 1.1.1.1 气候变化的事实和证据 由于人类大量燃烧化石燃料及毁林等人为因素，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次报告显示，近 100 年来全球地表温度平均升高了 0.85℃（0.65～1.06℃）。政府间气候变化问题小组根据气候模型预测，到 2100年，全球平均气温估计将上升1.4～5.8℃。根据这一预测，温度升高将给全球生态系统带来潜在的重大影响（ IPCC， 2014）。自 20世纪 50年代以来，许多观察到的变化在数十年到数千年间是前所未有的（何洁琳等， 2017）。自 1850年以来，*近的三十年地表温度都比前面十年更高。 1983～2012年是北半球*温暖的 30年，且具有中等可信度。据世界气象组织（ WMO）预测，2018年是地球有史以来第四*高温的年份，即 2015年、2016年、2017年和 2018年，是自 1850年有记录以来温度*高的4年。 目前，从观测得到的全球平均气温和海温升高、大范围的雪和冰融化及全球平均海平面上升的证据均支持了全球变暖的论断。 IPCC 第五次评估报告中关于全球变暖的主要证据有：①全球地表平均温度近 50 年的平均线性增暖速率（每 10 年 0.13℃）几乎是近 100 年的两倍。②全球海洋平均温度的增加已延伸到至少 3000 m的深度，海洋已经并且正在吸收80%以上增加到气候系统的热量。自1971年以来，到 2010年海洋表层温度正以每 10年0.11℃的速率升高。③南北半球的山地冰川和积雪总体上都已退缩；格陵兰和南极冰盖持续退缩，大多数地区的永久冻土温度都有所提高。④ 1901～2010年间，全球平均海平面上升了 0.19m（0.17～0.21m），自 19世纪中期以来海平面上升的速度大于前两千年的平均速度（高可信度）。⑤近 60年来，蒸发占主导地位的高盐度地区变得盐度更高，降水占主导地位的低盐度地区变得更淡，并且具有高可信度。这又从侧面证明了海水循环发生了变化。自工业革命以来，海洋表面水的 pH降低了 0.1（具有高可信度），相当于以氢离子浓度计算酸度增加了 26%（IPCC，2014）。 1.1.1.2 气候变化的原因 全球气候变化的原因主要分自然与人类活动两个方面。自然方面主要是此时地球正处于“增温期”，受海洋、陆地、火山活动、太阳活动等自然变化的影响。 IPCC 第四次评估报告指出，全球气候变化的主要原因 90%以上是由人类活动引起的。全球变暖主要是温室气体引起的，而二氧化碳引起的增温效应占所有温室气体增温效应的 63%，是*主要的温室气体（何洁琳等， 2017）。18世纪中叶工业革命以后，人类过多地燃烧煤炭、石油和天然气等化石燃料，释放出大量的温室气体。同时，过度地采伐森林、大面积地毁林等活动也释放出大量的二氧化碳（姜中孝， 2013）。随着大气中温室气体浓度的不断增加，地球表面的温室效应也不断增强，全球气候变暖趋势加剧。 1.1.1.3 气候变化发展趋势估测 持续排放温室气体将导致气候系统所有组成部分进一步变暖和长期变化，从而增加对人类和生态系统造成严重、普遍和不可逆转影响的可能性（王雪钰， 2019）。限制气候变化将需要大量持续减少温室气体排放，这与适应一起可以限制气候变化风险。 IPCC第五次报告显示，在所有评估的排放情景下，预计地球表面温度将在 21世纪继续上升；热浪很可能会更频繁地发生并持续更长时间，并且极端降水事件将在许多地区变得更加强烈和频繁；海洋将继续变暖和酸化，全球平均海平面将上升。自 IPCC第四次报告以来，对海平面变化的理解和预测有了显著改善。全球平均海平面上升将在 21世纪继续，很可能以比 1971年至 2010年更快的速度增长（IPCC，2014）。 一系列 IPCC排放情景特别报告（ SRES）预测，未来 20年每十年温度将升高 0.2℃；即使所有温室气体和气溶胶的浓度保持在 2000年水平，全球温度每十年仍将升高 0.1℃；如果温室气体浓度保持现状不变，由于与气候过程和反馈相关的时间尺度的存在，人类活动引起的变暖和海平面上升也将会持续数个世纪；若温室气体浓度以目前的趋势继续增加，将引起进一步变暖问题，从而导致 21世纪全球气候系统的更多变化，这些变化可能要比20世纪观测到的大得多（IPCC，2014）。 根据对未来人类社会温室气体排放的一系列假设，再利用气候系统模式，可以预测未来 100年或者更长时间的气候可能会发生什么样的变化。总体上来说，未来 100年的地表温度有可能升高 1.1～6.4℃。但是从总体来说，温度变化低也不会低于 1.1℃，因为气候系统有比较长或者比较大的惯性，所以这种暖化的现象会持续很长一段时间。未来在气候继续变暖这样一个背景下，高温热浪、强降水事件发生的频率很可能会持续上升。台风、飓风的风速会更大、更强，破坏力更为严重（IPCC，2014）。 1.1.2 气候变化的影响 气候变化不仅对于自然环境会产生重大影响，对人类自身也会产生巨大的影响。气候变化将扩大现有风险，并为自然和人类自身带来新的风险。而且这些风险分布不均，对于处于不同发展水平的国家中的弱势群体和区域来说，风险通常更大。即使人为的温室气体排放停止，气候变化和相关影响的许多方面也将持续几个世纪。随着变暖幅度的增加，突然或不可逆变化的风险也会增加。气候变化对自然的影响主要有以下几个方面。 1.1.2.1 对海洋系统的影响 气候变化对海洋系统的影响包括：海面温度上升，平均海平面上升，海冰融化增加，海水盐度、洋流、海浪状况发生变化等，这些影响将可能使沿海地区的洪灾更加严重、风暴影响范围更大、海岸侵蚀更严重，沿海的生态系统也将受到影响，如湿地和植被减少等。全世界大约有 1/3的人口生活在沿海岸线 60km的范围内，全球气候变暖导致的海洋水体膨胀和两极冰雪融化，将危及这些沿海地区，特别是那些人口稠密、经济发达的河口和沿海低地。由于气温升高，在过去 100年中全球海平面每年以 1～2mm的速度在上升，预计到 2050年全球海平面将继续上升 30～50cm，这将淹没沿海大量低洼土地（IPCC，2014）。 1.1.2.2 对冰川的影响 由于气候变暖，导致大量的冰川消融后退，冰川融水会自然及人类社会产生极大的影响。例如，冰川融化将使全球海平面上升，威胁沿海海拔较低的国家或地区；可能使得极端天气出现频率增加，影响生物生存；低纬地区可能降水减少，对农业产生较大影响；影响全球生态系统，改变生态环境而加快生物灭绝速率，等等。国际冰雪委员会（ ICSI）的一份研究报告指出，喜马拉雅地区冰川后退的速度比世界其他任何都要快。如果目前的融化速度继续下去，这些冰川在 2035年之前消失的可能性非常之大。 1.1.2.3 对生态和生物多样性的影响 首先，全球气候变暖导致海平面上升和降水格局改变，改变了当前的世界气候格局；其次，全球气候变暖影响和破坏了生物链、食物链，带来更为严重的自然恶果。气候变化可能恶化某些本已濒临灭绝的物种的生存环境，对野生动植物的分布、数量、密度和行为产生直接的影响。同时，气候变暖也迫使许多物种向更高的纬度和海拔迁移，当这些物种无法再迁移时，就会造成地方性的甚至是全球性的灭绝（丁继武和周立华，2009）。 1.1.2.4 对粮食安全的影响 对于热带和温带地区的作物，如小麦、水稻和玉米，若未能使其适应气候变化，将对 21世纪后期水平（上升 2℃）更高温度下的产量产生负面影响。 21世纪后期全球温度可能升高 4℃或更高，加上粮食需求的增加，将对全球粮食安全构成巨大风险。 1.1.2.5 对降水和水资源的影响 预计气候变化将减少大多数干燥亚热带地区的可再生地表水和地下水资源，各部门之间的水竞争将可能更加激烈。随着人口的不断增加，对水资源的需求越来越大，进而导致许多地区水资源的压力越来越大。导致水资源不足的因素中，气候变化要占到 20%。气候变化将引起降水的地区、时间以及年际之间分布更加不平衡，将会使许多已经受到水资源胁迫的国家更加困难。一般来说，水温升高淡水质量也会下降。气候变化对水资源、水质量以及洪灾和旱灾的频度和强度的影响，对未来水资源管理和洪水管理带来更大的挑战。 1.1.2.6 对人体健康的影响 IPCC第五次报告显示，到 21世纪中叶，预计的气候变化将主要通过加剧已经存在的健康问题来影响人类健康，且具有非常高的可信度（ IPCC，2014）。在整个 21世纪，与没有气候变化的基线相比，预计气候变化将导致许多地区，特别是低收入发展中国家的健康不良现象增加。到 2100年，某些地区的高温和高湿度的组合，会在一年中的某个时段，预计会影响人类的共同活动，包括种植食物和在户外工作（ IPCC，2014）。简单来说，比如：①全球气候变暖直接导致部分地区夏天出现超高温，心脏病及各种呼吸系统疾病，每年都会夺去很多人的生命，其中又以新生儿和老人的危险性*大。②全球气候变暖导致臭氧浓度增加，低空中的臭氧是非常危险的污染物，会破坏人的肺部组织，引发哮喘或其他肺病。③全球气候变暖还会造成某些传染性疾病传播（范晓丹，2014）。 1.2 林业碳汇与气候变化 1.2.1 现阶段应对气候变化的主要措施 目前，人类面对气候变化及其带来的影响，无非是从两方面入手。**是减缓气候变化。在如下领域减少或避免温室气体排放：可再生能源；能源效率；可持续交通；土地利用、土地利用变化和林业的管理（ LULUCF）。例如，增强对气候变化的减缓能力，*切实可行的办法是广泛植树造林、加强绿化、停止滥伐森林，扩大自然生态系统的碳库（包括土壤碳库）；社会系统中优化能源结构、提高能源转换和使用效率、降低能耗，寻找低碳排放的新能源等。第二是适应气候变化。旨在通过在发展政策、规划、计划、项目和行动中促进迅捷和长期的适应措施，使发展中国家具备适应气候变化的能力。 因此，森林在应对气候变化中，具有双重的作用。大量造林，采取更加低碳的方式经营森林，能够作为减缓气候变化的重要手段之一，中国政府就将森林作为应对气候变化的重要战略资源。另外，随着气候变暖的惯性持续，部分区域的森林将受到重大影响，需要定向的培育或者改善经营方式，用以适应气候变化，并使之成为减缓气候变化的措施之一。 1.2.2 森林在应对气候变化中具有特殊的作用 森林在应对气候变化中扮演了一个十分重要的角色，主要表现在以下几个方面 1）森林是陆地上*大的储碳库。森林生态系统是陆地生态系统的主体，是陆地上*主要的生物碳储存库，是生物群中对地球初级生产力的*大贡献者。据 IPCC估计，全球陆地生态系统碳储量约 24 770亿 t，其中植被碳储量约占 20%，土壤碳储量约占 80%。占全球土地面积约 30%的森林，其森林植被的碳储量约占全球植被的 77%，森林土壤的碳储量约占全球土壤碳储量的 39%，森林生态系统碳储量约占陆地生态系统碳储量的 57%（杨玉坡，2010）。王绍强等（ 1999）研究发现中国陆地土壤碳库为 1001.8×108t，平均碳密度为 10.83kg C/m2，而中国国土面积仅占全球陆地面积的 6.4%，中国土
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