森林斑块面积变化对生态系统碳密度的影响及其机制研究

There has been rich Fengshui Woods in Guangzhou city. This project was conducted to research the effects and mechanism of patch size changes on carbon density of Guangzhou Fengshui Woods. First, in order to study the relationship between Fengshui Woods ecosystem carbon density and patch size, we measure forest vegetation and soil carbon density respectively based on different forest patches with different size. At the same time, we discuss the impacts of edge effect on carbon density according to the study of gradient variation of carbon density from the outside to inner in large patch of Fengshui Woods. In addition, forest community characteristics (community structure and species composition) were measured in every forest patches. This will indicate the mechanism of impacts of edge effect on forest vegetation carbon density. Finally, we study the relationship between biomass and soil carbon density in and outside forest, study the relationship between soil carbon density and fine root biomass, and explore the mechanism of impacts of edge effect on forest soil carbon density. This study will enrich the theory of landscape patches, promote the understanding of determinants of forest carbon density in forest patches, and will conductive to the protection and construction of forest.

本项目以广州市的风水林斑块为研究对象，选择不同面积风水林斑块的典型样地，分别测定风水林斑块植被和土壤碳密度，研究不同面积风水林斑块生态系统（植被和土壤）碳密度及其与斑块面积变化的关系。与此同时，选择若干面积较大的风水林斑块，分别研究从林外到林内风水林土壤的碳密度和从林缘到林内风水林植被的碳密度，探讨风水林植被和土壤碳密度的梯度变化以及边缘效应对森林斑块碳密度的影响范围和程度。在此基础上，通过对风水林斑块林缘和林内群落特征（群落结构与物种组成）的研究，探讨边缘效应对森林植被碳密度的影响机制；通过对风水林斑块林缘和林内植被生物量和土壤碳密度的关系分析，及土壤碳密度和细根生物量的研究，探讨边缘效应对森林土壤碳密度的影响机制。该研究可丰富景观斑块的理论，促进对森林斑块碳密度影响机制的了解，有利于森林的保护和建设。

随着森林破碎化的日益持续，大面积连续森林演变成互相隔离、相对独立的森林斑块，本项目旨在研究森林斑块面积的变化以及由此产生的边缘效应对森林生态系统碳储量的影响。主要研究内容如下：通过样方法对15块样地植被及周围环境进行调查及解析各样地群落特征；进而研究森林斑块面积以及边缘效应对片段化森林生态系统（地上植被、凋落物、土壤以及细根）碳密度的影响；此外，还开展部分生态系统功能研究，比如细根及凋落物的收集和分解、土壤呼吸的测定等。结果表明，无论是群落特征还是生态系统碳密度均受到森林斑块面积及边缘效应的影响，物种丰富度、个体密度、生态系统碳密度等均随着森林斑块面积的降低而降低，均呈现出从林缘到林内增加的趋势。小面积森林斑块生态系统碳密度为173.9 Mg ha-1，而大面积斑块则为288.9 Mg ha-1。林缘生态系统碳密度为242.1 Mg ha-1，而林内中心则为399.0 Mg ha-1。上述差异主要是来自地上生物量以及土壤碳密度，两者对生态系统的贡献最大，累计达到近82.2%。而造成地上生物量差异的来源主要是乔木的中径级群体（DBH：15-40 cm）。森林斑块面积以及边缘效应显著的影响了乔木个体生长和死亡，林缘大径级个体比例最大，但数量少，而林内大、中径级个体比例较低（小径级个体极多），而数量较多，最终导致林内生物量碳密度显著高于林缘。土壤碳密度差异主要来自于细根、凋落物的输入以及土壤呼吸等。此外，通过对不同面积片段化森林斑块生态系统碳密度的实测结果与保护区森林模拟的结果对比研究表明，随着森林面积的降低，其地上生物量、丰富度、多度都呈现出下降的趋势，DBH呈现出上涨的趋势，而片段化森林斑块无论是下降还是上涨，都比模拟曲线更加剧烈，表明边缘效应的作用对其影响很明显，边缘效应对生态系统碳密度的影响不容忽视。本研究促进了对片段化森林斑块碳密度影响的了解，有利于片段化森林的保护和建设，为亚热带地区片段化森林生态系统的管理，恢复以及生物多样性保护策略和实践提供科学的理论依据。