干旱缺水地区森林生长固碳与生态耗水的关系

干旱缺水地区是我国林业生态工程实施的重点区域，但该区域森林固碳与耗水的矛盾十分突出，这使得协调碳水矛盾成为该区植被建设必须面对的首要问题。深入理解森林的固碳和耗水过程机理与相互关系是协调碳水矛盾的关键，然而目前对森林固碳与耗水的定量关系研究尚处于起步阶段。本项目将以申请人在宁夏六盘山站近十年的森林水文观测研究为基础，通过进一步观测典型植被生物量累积过程和水文过程，定量分析植物生长固碳与生态耗水的关系及其随立地条件的变化，比较水文过程对固碳变化的敏感性，确定影响森林固碳功能的关键水分参数阈值，建立考虑碳-水相互作用的坡面生态水文模型，预测人工林经营对坡面植被的固碳、耗水等生态水文过程与功能的影响，并在流域尺度发展和应用考虑碳水交互作用的分布式生态水文模型，模拟和预测气候变化与森林植被经营等人为活动对流域固碳和产水功能的影响。

森林与水的矛盾是干旱缺水地区植被建设所面临的首要问题。深入理解森林的固碳和耗水过程的作用机理与相互关系是协调碳水矛盾的关键。本项目以多年的森林水文定位观测为基础，同步观测典型植被生物量累积过程和水文过程，分析植被固碳过程和耗水过程的作用机理。取得如下进展：.（1）六盘山典型森林群落的总生物量最大，平均为78.4 t•hm-2，是灌丛和草原生物量的3.8倍和73倍。.（2）森林群落生物量主要分布在乔木层，其占总生物量的91%，灌木层的生物量占8%，而草本层的生物量仅占1%，其大小比草原和草甸的总生物量略小。由此可见，乔木层是森林生态系统固碳量增加的最重要来源。.（3）林分密度控制森林固碳量。当密度<900株/hm2时，群落生物量随密度增加而快速；当密度>900株/hm2时，群落生物量随密度增加的速度减缓，并趋于一个最大值（120 t/hm2）。这表明由立地条件所决定的植被承载力为120 t/hm2（以生物量表示）。.（4）水分条件是影响六盘山森林植被碳密度的重要因素，森林植被碳密度（t/hm2）由700 mm 以上地点的32.5（7.6~120.6）下降至年降水量500~600 mm地点的10.9（0.67~42.9），而且随年降水量减少，最大森林植被碳密度所对应的海拔高度呈增加趋势，如在年降水量>700 mm、600~700 mm和<600 mm的地区，最大碳密度所在海拔高度分别为1900~2100 m、2100~2300 m和 2300~2500 m。.（5）水分条件影响树木生长和固碳具显著的时间尺度效应。树木年固碳增加量的约70%发生在6-7月份，而叶面积指数的增加却主要发生在4月底、5月初，而降水主要发生在8、9月份的夏秋季节，这节律上的不一致说明植物固碳在年内是与水分条件（降水）不同步的。在年和多年尺度上，树木生长速率（固碳速率）与水分正相关。.（6）立地条件进一步改变森林生长固碳与耗水的关系。应用生态水文模型模拟发现土壤厚度是改变固碳与耗水的最主要立地因子，当土壤厚度从30 cm增加到70 cm，华北落叶松林的年径流从91 mm迅速减少到56 mm；当土壤厚度大于70mm，年径流量不再增加。坡向和坡度对森林水分平衡的影响却十分微弱。.（7）华北落叶松人工林的固碳耗水成本为12.83 t H2O/ t C，是次生林的固碳耗水成本的2.25倍。