人工林红松木材及木制品碳素储存的研究

摘要

全球变暖主要是由人类活动所制造的温室气体特别是CO2的不断增加而导致，而木材中含碳50％，是一个巨大的碳素储存库，木材碳素储存功能的研究对定向培育优质高碳素储存量的人工林、制定储碳减排措施具有重要意义。
　　本文以人工林红松木材为研究对象，主要研究了红松木材及木制品的碳素储存功能。首先，通过回归分析和相关分析的方法研究红松木材解剖和物理特征分别对木材碳素储存量的影响，分析各项特征指标与碳素储存量之间的内在相关性;第二，通过统计分析、多元回归分析和相关分析的方法，研究不同经营措施（立地条件、气候条件、培育措施）对木材碳素储存量的影响，以明确高碳素储存量的优质人工林经营措施;第三，基于分形理论，从非线性角度出发，对红松木材碳素储存量进行分形分析，研究其规律性变化;最后，基于生命周期评价理论，建立木制品碳素储存周期CO2排放的计算模型，并结合具体实例，对木制品的碳素储存周期进行评价。
　　所得到的研究结论总结如下:
　　(1)红松生长轮、早材、晚材碳素储存量的径向变异规律相似;生长轮碳素储存量分别与早材、晚材碳素储存量具有高度显著的相关性。
　　(2)红松解剖和物理特征对碳素储存量的影响主要表现在，早晚材碳素储存量分别与早晚材管胞长度、管胞长宽比呈高度显著的正相关，与早晚材管胞壁厚分别呈较显著的负、正相关，与早晚材微纤丝角呈高度显著的负相关;晚材碳素储存量与晚材管胞直径、胞璧率呈较显著的正相关。早晚材碳素储存量与早晚材密度呈显著的正相关，与晚材率呈高度显著的正相关，与生长速率呈高度显著的负相关;早材碳素储存量与早材宽度呈高度显著的负相关。木材碳素储存量与其他特征无显著相关性。
　　(3)针对不同立地条件红松木材碳素储存量的多少，方正林场＞凉水林场＞老山生态站;坡位中的既阴坡又坡上的位置＞其他坡位;土壤类型中的白浆化暗棕壤＞白浆土。
　　(4)针对不同气候条件，老山生态站和凉水林场红松碳素储存量与平均气温、平均地温、日照百分率、相对湿度及降水量均有一定的相关性。当气象因子交互影响时，老山生态站1月降水量与碳素储存量呈高度显著负相关，4月平均地温与碳素储存量呈高度显著正相关，10月平均地温与晚材碳素储存量呈高度显著正相关，相对湿度与生长轮、早材碳素储存量呈高度显著的负相关;凉水林场1月降水量、2月日照百分率与生长轮、早材碳素储存量均呈高度显著的负相关，4月平均地温与生长轮、早材碳素储存量呈高度显著正相关，10月相对湿度与晚材碳素储存量呈高度显著负相关;老山和凉水林场3月、5月、7-8月、11月的气象因子与碳素储存量均无显著相关性。
　　(5)针对不同培育措施红松木材碳素储存量的多少，林分结构中的纯林＞混交林＞三株一丛;初植密度1.5m×1.0m＞2.0m×2.0m＞1.5m×1.5m;抚育间伐措施中的间伐＞未间伐。
　　(6)经营高碳素储存量的人工林红松时，方正林场较凉水林场，既阴坡又坡上的坡位较其他坡位，白浆化暗棕壤较白浆土更有助于提高木材碳素储存量;还可适量调高4月、7月平均地温1～2℃，合理升高11月相对湿度，降低1月、5月、7月、9月、10月相对湿度，及合理降低1月降水量，提高4月降水量;而且，最佳林分结构为纯林，最佳初植密度为1.5m×1.0m，并可进行适度间伐。
　　(7)由分形理论研究红松的碳素储存量得出，老山和凉水林场红松碳素储存量的径向变异趋势相近，凉水林场碳素储存能力高于老山生态站，凉水林场幼龄材和成熟材碳素储存量的分形维数平均值明显高于老山生态站，碳素储存量的梯度分布比老山生态站更复杂，碳素储存效果明显优于老山生态站;阳坡和阴坡碳素储存量的径向变异趋势相一致，阴坡碳素储存能力高于阳坡，阴坡幼龄材和成熟材碳素储存量的分形维数平均值明显高于阳坡，碳素储存量的梯度分布比阳坡变化幅度大，碳素储存效果优于阳坡。
　　(8)由生命周期评价理论，建立了木制品全生命周期及生产、运输、处置阶段CO2排放量的计算模型;并以某中密度纤维板厂生产的中纤板为例，评价其碳素储存周期，得出中纤板在碳素储存周期内的生产、运输、处置阶段CO2排放总量为32.8135kg/m2，约59％来自处置阶段，39％来自生产阶段，2％来自运输阶段。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 应对气候暖化的行动

1．1．2 碳素储存理论的提出

1．1．3 碳素储存价值的研究

1．2 碳素储存的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 碳素储存研究的发展趋势

1．4 课题研究的目的、内容和创新点

1．4．1 课题研究的目的

1．4．2 课题研究的内容

1．4．3 课题研究的创新点

1．5 课题研究的技术路线

2 人工林红松木材解剖和物理特征对碳素储存量的影响

2．1 材料与方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验仪器设备

2．1．3 试验方法

2．1．4 研究方法

2．2 结果与分析

2．2．1 红松木材碳素储存量的径向变异

2．2．2 红松木材解剖特征对碳素储存量的影响规律

2．2．3 红松木材物理特征对碳素储存量的影响规律

2．3 本章小结

3 经营措施对人工林红松木材碳素储存量的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 试样采集

3．1．2 研究方法

3．2 结果与分析

3．2．1 不同立地条件下的木材碳素储存

3．2．2 不同气候条件下的木材碳素储存

3．2．3 不同培育措施下的木材碳素储存

3．2．4 高碳素储存量的优质人工林经营措施

3．3 本章小结

4 人工林红松木材碳素储存量的分形研究

4．1 材料与方法

4．1．1 试样采集

4．1．2 研究方法

4．2 分形理论

4．2．1 分形理论的基本内涵

4．2．2 分形维数

4．2．3 分形理论在木材科学中的应用

4．3 结果与分析

4．3．1 不同地理位置木材碳素储存量的分形分析

4．3．2 不同坡向木材碳素储存量的分形分析

4．4 本章小结

5 木制品碳素储存周期的评价

5．1 木材碳素储存的延伸

5．1．1 木材的碳素储存与排放过程

5．1．2 木材保护技术

5．2 木制品的碳素储存

5．2．1 木制品的分类

5．2．2 木制品的碳素储存

5．3 木制品碳素储存周期的评价

5．3．1 木制品的生命周期

5．3．2 木制品碳素储存周期的评价

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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