基于SPAC理论解析毛竹"爆发式生长"的固碳机制

Phyllostachys pubescens is a kind of important forest resources in the south of China.For its unique explosive growth characteristics,clone characteristics and management mode,it plays an important role in CO2 emission reduction,which has become an important part in the studies of carbon fixation in our country.Centering on the research hotspots of global climate change and carbon fixation, with the first established carbon and water flux determination system for Phyllostachys pubescens in the world,integrating the research methods of modern forest physiological ecology,using eddy covariance technology,photosynthesis system analysis technology,water potential analysis technology,combined with conventional determination and sampling analysis technology of ecology and forestry, based on SPAC（Soil-Plant-Atmosphere Continuum） theory,this project will determine the carbon flow dynamics of different compositions (atmosphere,vegetation,soil) in Phyllostachys pubescens ecosystem,study the carbon fixation law of "explosive growth",the dynamic of CO2 flux,the dynamic of CO2 emssion from soil respiration, the dynamic of CO2 absorption by Phyllostachys pubescens leaves of different ages individuals,and the dynamic of nutrients accumulations between individuals,organs of above ground and beneath, and their influencing factors and relationships,comprehensively study the carbon fixation mechanism in explosive growth of Phyllostachys pubescens,verify the scientific hypotheses about the explosive growth of Phyllostachys pubescens,and support scientific basis for the innovation of ecological operating management mode of Phyllostachys pubescens and for the policy establishment of sink increase-emission reduction and environment protection by government.

毛竹是我国南方重要的森林资源,毛竹特有的"爆发式生长"特性、克隆特性及经营方式使其在CO2减排中发挥重要作用,成为我国森林固碳研究的重要组成部分。围绕全球气候变化和竹林固碳的研究热点,本项目利用已建立的全球首个毛竹林碳通量塔测定系统,并综合现代林木生理生态学的研究方法,采用涡度相关技术、光合作用系统分析技术、水势分析技术等,结合常规的生态学、林学测定采样分析技术,基于SPAC理论,同步测定毛竹林生态系统不同组分（大气、植被、土壤）的碳流动态,研究毛竹"爆发式生长"的固碳规律、毛竹林的CO2通量动态、毛竹林的土壤呼吸CO2排放动态、不同龄毛竹叶片的CO2吸收动态及个体间、器官间地上、地下营养物质的积累动态及其影响因素和相互关系,综合研究毛竹"爆发式生长"的固碳机制,验证与毛竹"爆发式生长"相关的若干科学假设,为毛竹林生态经营管理方式创新及各级政府制定增汇减排和环境保护政策提供科学依据。

毛竹林固碳是我国森林固碳研究的重要组成部分，为了解析毛竹特有的“爆发式生长”的固碳机制，本项目利用已建立的毛竹林碳通量塔测定系统,采用涡度相关分析技术、光合作用系统分析技术、叶绿素荧光分析技术、水势分析技术等,结合常规的生态学、林学采样分析技术,基于SPAC（Soil-Plant-Atmosphere Continuum）理论, 研究毛竹林生态系统不同组分（大气、植被、土壤）的碳流时空动态,结果表明：1.毛竹“爆发式生长”遵循“慢-快-慢”的生长规律，在出笋18d左右达到最大值，日平均为0.78m，竹秆的高生长主要集中在4-5月的40天内完成；在4-5月的“爆发式生长期”，CO2通量数据是负值，表明毛竹林是碳汇；竹笋日均高生长量与碳通量呈极显著负相关；这为验证“毛竹“爆发式生长”的固碳有巨大的增汇潜力”的假设提供了证据。2.在毛竹快速生长期的前期、中期、后期的光合固碳、光化学效率，在不同林冠层、不同竹龄的叶片间存在显著差异，这为“毛竹“爆发式生长”与CO2吸收动态之间存在着资源分配的“权衡”策略”的假说提供证据。3.毛竹快速生长期营养物质积累分配与SPAC系统水势变化动态相关；毛竹“爆发式生长”需要营养物质的储备，生长前期为快速生长储备营养，老竹为新竹的快速生长提供营养，土壤-植物-大气及不同器官间的水势梯度决定了水分的传输大小和方向。4.毛竹“爆发式生长”的固碳规律与毛竹林的CO2通量动态、土壤呼吸CO2排放动态、不同龄毛竹叶片的CO2吸收动态及个体间、器官间营养物质的积累动态有关,在毛竹“爆发式生长期”存在着资源集中优先分配给新竹的“权衡”策略。研究成果在理论上能够解释毛竹“爆发式生长”的固碳机制，在生产中，可以研发毛竹林的固碳增汇技术及调控出笋而增加经济效益，具有广阔的应用前景。