Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

China has promised to tackle climate change by decreasing its emission and promote carbon sinks primarily by forest plantations and restorations. There is a growing debate about the impacts of large-scale restorations using few fast-growing species on the kind of ecosystem we are creating and its adaptation to the future environmental conditions. The aim of this thesis was to examine the recovery of both structural and functional attributes of ecosystem undergoing restoration using the Changting model restoration site as a case. Four sites were selected: a severely degrades site (DS), young mixed-species (YS) site where broadleaved species were planted on severely degraded land in 2008, old mixed-species (OS) with similar conditions and treatment as YS but planted in 1982 and secondary forest (SF) in Changting County, Fujian province, southeastern China. Trees and shrubs were inventoried in field and carbon stock was estimated with existing allometric equations. Understory vegetation and forest floor detritus were harvested and soil samples collected in the field for measuring carbon and nitrogen content using an elemental analyzer. General liner model analysis of variance (ANOVA) was preformed to determine significant differences between sites.
The results show drastic increasing in tree species richness and good recovery of carbon and nitrogen stock. A total of 43 species, representing 21 families, were recorded in all the study sites; of which 2 species were recorded in the DS, 15 species in OS, 16 species in YS and 29 species in the SF. The species diversity (Shannon index) was the least in DS (0.08) and highest in the SF (2.78) while the mixed-species sites had moderate diversity values (1.92 for YS and 1.76 for OS). The total carbon stock was the highest in the secondary forest (275.1 ± 159.0 tC ha⁻¹) followed by old (181.3 ± 31.0 tC ha⁻¹) and young (62.1 ± 23.6 tC ha⁻¹) mixed-species stands and the lowest being in the degraded site (13.7 ± 8.3 tC ha⁻¹).
The carbon stored in the woody biomass (both above- and below-ground) accounted for 67%, 60%, 10% and 8% of the total carbon storage in the SF, OS, YS and DS, respectively. The contributions of understory vegetation and forest floor detritus to the total carbon storage were 42% in the DS, 33% in the YS, 12% in OS and 9% SF. The total soil carbon stock decreased in the following order: SF (65 ± 12.3 tC ha⁻¹), OS (49.9 ± 21.3 tC ha⁻¹), YS (35.1 ± 21.1 tC ha⁻¹) and DS (6.6 ± 3 t C ha⁻¹). The rate of carbon accumulation was slightly higher in YS (6.1 ± 2.6 tC ha⁻¹ yr⁻¹) than in OS (5.1 ± 1.1 tC ha⁻¹ yr⁻¹). The rate of the carbon accumulation in the mixed-species stands is comparable (even more) to those of pure Pinus massoniana plantation but the former has a co-benefit of higher diversity than the monoculture. The soil nitrogen stock showed significant increase from degraded site to the other sites in the top soil. It can be concluded that the restoration projects in Changting are promising to successfully recover both structural (vegetation) and functional (nutrient cycling) attributes of the ecosystem while at the same time restoring some aspects of the biodiversity.

Den globala uppvärmningen och de associerade effekterna av klimatförändringarna är det största globala problemet idag. Stigande koldioxidkoncentration i atmosfären har länge bekräftats att orsaka den globala uppvärmningen. Kina som världens största källa av CO₂-utsläpp har lovat i de nytecknade Parisavtalet att minska utsläppen och främja kolsänkor främst genom skogsplanteringar och restaureringar. Kina har en lång historia av restaurering av förstörda landskap för att minska riskerna för erosion, översvämningar och jordskred. Det finns en växande debatt om effekterna av storskaliga restaureringar av ett fåtal snabbväxande trädslag har på vilken typ av ekosystem vi skapar och dess anpassning till framtida miljöförhållanden. Syftet med detta arbete var att undersöka återhämtningen av både strukturella och funktionella egenskaper av ett restaurerat ekosystem med hjälp av Changting modell restaurerings plats som ett exemple. De metoder av restaurering som användes i Changting var utestängning av ytterligare störningar från återhämtande sekundär skog (passiv restaurering och stödplanting på kraftig degraderad mark med blandade lövträd (huvudsakligen tre arter).
För detta examensarbete var fyra områden valde: ett kraftig degraderad bestånd (DS), ung blandskog bestånd (YS) som var planterat med lövträd på kraftigt degraderad mark år 2008, äldre blandskog bestånd (OS) som planterades 1982 med liknande metod och förutsättningar som (YS) och en sekundär skog (SF) i Changting County, Fujian provinsen, sydöstra Kina. Det fanns sex ytor i varje bestånd, förutom sekundära skogen (n=5) där träd och buskar inventerades och kollager uppskattades med allometriska ekvationer. Undervegetationen och förna skördades och jordprover togs på 0-20cm, 20-40cm och 40-60cm och mätes för kol och kväve i en elementaranalysator. Generell linjär modell variansanalys (ANOVA) användes för att bestämma signifikanta skillnader mellan bestånden.
Sammanlagt 43 arter, som representerar 21 familjer, hittades total i alla områden; varav 2 arter återfanns i DS, 15 arter i OS, 16 arter i YS och 29 arter i SF. Signifikant skillnad i stamtäthet upptäckes mellan bestånden (p < 0.001). Det unga och äldre blandbestånden var betydligt tätare än det degraderade beståndet och den sekundära skogen men ingen signifikant skillnad påvisades mellan YS och OS. Medan Pinus massoniana var det vanligaste trädslaget i all bestånden (63, 160 och 153 individer i DS, YS och OS respektive) Liquidambar formosana (76 individer) och Symplocos confusa (50 individer) var de vanligaste trädslagen i YS medans Schima superba (117 individer) och Cunninghamia lanceolate (101 individer) var de vanligaste trädslagen i OS, och S. superba (45 individer) och Altingia gracilipes i SF. Artmångfalden (Shannon index) var minst i DS (0.08) och störst i SF (2.78) medans blandskogs planteringarna hade måttliga mångfalds värden (1.92 för YS och 1.76 för OS). Höjd och diameter klass fördelningen visar att majoriteten av individerna var av mindre storlek, vilket tyder på god föryngrings potential i de restaurerade skogarna.
Det totala kolförrådet var störst i den sekundära skogen (276.3 ± 159.0 tC ha⁻¹) följt av den äldre (181.4 ± 31.0 tC ha⁻¹) och yngre (62.1 ± 23.6 tC ha⁻¹) blandskogsbestånden och minst var det i den degraderade beståndet (13.7 ± 8.3 tC ha⁻¹). Det kol som lagrats i ved biomassa (både ovan- och underjord) stod för 67%, 60%, 10% och 8% av den totala kollagringen i SF, OS, YS and DS, respektive. Bidrag från undervegetation till den totala kollagringen var 17% i DS, 13% i YS och 2% i både OS och SF. Förna stod för 27% av det total kollagringen i DS, 20% i YS medans OS och SF lagrade 10% och 7% av den total kollagringen, respektive. Den totala markkollager minskade i följande ordning: SF (65 ± 12.3 tC ha⁻¹), OS (49.9 ± 21.3 tC ha⁻¹), YS (35.1 ± 21.1 tC ha⁻¹) och DS (6.6 ± 3 t C ha⁻¹). Det största lagret av kol hittades i topp 0-20 cm lagret i alla bestånden. Ackumuleringstakten för kol i biomassa av träd och annan vegetation var signifikant (p = 0.023) högre i OS än YS medans den tenderar att vara högre i jorden för YS (3.6 ± 2.5 tC ha⁻¹ år⁻¹) än OS (1.3 ± 0.7). Kväve lagret på olika djup visade också betydande skillnader mellan bestånden; där den degraderade beståndet än de återställda omsådderna i jorddjupen 0-20 cm och 20-40cm.
Resultaten från detta examensarbete visar drastisk ökning i träd artrikedom och god återhämtning i kol och kväve lager. Graden av kol ackumulering i blandskogs bestånden är jämförbara (ännu mer) med dem av ren P. massoniana plantage men den förstnämnda har en till fördel, högre mångfald än monokulturer. Man kan dra slutsatsen att de restaureringsprojekt i Changting är lovande att framgångsrikt återhämta både strukturella (vegetation) och funktionella (närings cykling) attribut av ekosystemet medans samtidigt återställa vissa aspekter av den biologiska mångfalden.