全 文 ：第 !" 卷 第 # 期
$ % # % 年 # 月
林 业 科 学
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2345，$ % # %
#67%—$%%8 年大兴安岭森林火灾灌木、草本
和地被物烟气释放量的估算!
郭福涛9 胡海清9 彭徐剑
（东北林业大学林学院 9 哈尔滨 #8%%!%）
摘 9 要：9 应用排放因子法，对大兴安岭林区 #67%—$%%8 年间森林火灾中不同林型下灌木、草本和地被物层气体
释放量进行估算。结果表明：大兴安岭 $8 年间森林火灾灌木、草本和地被物层 ’:$，’:，’;<=，*:，&:$ 的释放量
分别为 $81 %! > #%"，81 ?$ > #%"，%1 $# > #%"，%1 %6 > #%" 和 %1 $! > #%" @。其中白桦 A落叶松林、白桦 A杜鹃林和蒙古
栎 A胡枝子林是气体释放量较多的林型，约占总排放量的 ?%B以上。此外大兴安岭林区森林火灾 &:$ 和 *: 的释
放量可达到我国总生物质燃烧释放量的 8%B左右，其释放量与农业上备受关注的秸秆燃烧相当。
关键词：9 大兴安岭；灌木；草本；地被物；排放因子
中图分类号：&?"$1 $9 9 9 文献标识码：,9 9 9 文章编号：#%%# A ?!77（$%#%）%# A %%?7 A %"
收稿日期：$%%7 A %" A %$。
基金项目：国家科技支撑计划（$%%7C,D68C#%），林业公益性行业科研专项（$%%7%!%%$），黑龙江省科技计划（E,%6C$%# A %"）。
!胡海清为通讯作者。
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9 9 森林火灾产生的各种痕量气体作为影响温室效
应的一种重要因子，越来越受到广大学者的关注
（蒋延玲等，$%%#；康惠宁等，#66"；刘国华等，
$%%%；王效科等，$%%#；吴仲民等，#667；周玉荣等，
$%%%）。早在 $% 世纪 ?% 年 代 后 期，’TF@\L4 等
（#6?6）、:0O/4（#67#）和 &LH0LT 等（#67%）相继提出森
林火灾释放的温室气体对全球变化的重要影响，研
究表明森林火灾不但释放 ’:$，而且释放很多的其
他气体如 ’首次成功地估算了热带森林由于森林火灾而产生的
含碳温室气体量。,QHT/（$%%#）应用遥感技术手段
估测了加拿大西部北方森林火灾后 ’:$ 通量。
(O3LZ（$%%$）应用多光谱高分辨率卫星图像、大尺度
航空摄影和从国家安全系统空间站获得的解密图像
来评价俄罗斯森林火灾碳释放量。]P34J 等（$%%^）
应用 &K:+ 卫星数据估算每月燃烧区域和森林火灾
碳释放量。庄亚辉（#667）建立了动态与静态燃烧
室以及 ’法。王效科（$%%#）用排放因子和排放比法，得出中
国森林火灾释放的 ’:，’:$ 和 ’曹国良等（$%%8）计算了中国大陆生物质燃烧所排
放的 &:$，*<^，’贺忠等（$%%$）对我国生物质燃烧排放的 &:$，*: 5
进行了估算。
! 第 " 期 郭福涛等："#$%—&%%’ 年大兴安岭森林火灾灌木、草本和地被物烟气释放量的估算
以上研究多是用遥感技术或查找资料并结合排
放比法进行可燃物烟气释放量估算的，而通过室内
燃烧试验来确定气体排放因子并应用大尺度估算的
研究开展甚少。为此，本文以黑龙江省大兴安岭林
区 "#$%—&%%’ 年间火灾数据为基础，通过野外调查
和室内试验相结合，应用排放因子法估算 &’ 年间森
林火灾灌木、草本和地被物层释放的烟气总量，旨在
为大兴安岭森林火灾碳平衡及酸雨等灾害现象的研
究提供基础数据。
"! 研究地区概况
研究地点位于黑龙江省大兴安岭林区（ ’%(
"%)—’*(**)+，"&"("&)—"&,(%%)-；面积为 $. *’ /
"%0 12&）。该区属寒温带季风气候，年均气温 3 & 4
5 6，最低气温 3 ’&. * 6，最高气温 *#. % 6。年降
水量 *’% 4 ’%% 22，降水集中于 ,—$ 月。相对湿度
,%7 4 ,’7，积雪期达 ’ 个月，林内雪深 *% 4 ’% 82。
土壤以棕色针叶林土和暗棕壤为主。全区山势比较
平缓，海拔在 *%% 4 " 5%% 2 左右，"’(以内的缓坡占
$%7以上。
大兴安岭林区属于寒带针叶林区，森林类型以
杜鹃（!"#$#$%&$’#& ()*())）3落叶松（+,’)- .*%/)&))）
林、杜香（ +%$0* 1,/0(2’%）3 落叶松林、草类 3 落叶
松林、杜 鹃 3 樟 子 松 林（ 3)&0( (4/5%(2’)( 9:;<
*#&.#/)6,）、白桦（7%20/, 1/,241"4//,）3落叶松林、白
桦 3杜鹃林、蒙古栎（80%’60( *#&.#/)6,）3 胡枝子
（+%(1%$)9, :)6#/#’）林、蒙古栎 3 白桦林为主。该区
为我国森林火灾高发区，年均森林过火面积居全国
之首，是我国森林火灾危害最严重的地区。
&! 研究方法
!" #$ 样品采集及处理
外业调查于 &%%’ 年 ’ 月和 "% 月分 & 次在大
兴安岭塔河林业局进行。选择有代表性的兴安落叶
松林、樟子松林和白桦林，采用机械布点法在每个林
型设置 * 个 &% 2 / &% 2 的标准样地。在样地内按
灌木分布均匀程度布设灌木小样方：灌木分布均匀
度较差时采用 ’ 2 / &% 2 的样方；灌木分布较均
匀时采用 ’ 2 / "% 2 和 & 2 / ’ 2 的样方。按灌木
种类收割样方内所有的灌木，记录其鲜质量并取样。
样地内按对角线选取 * 个 " 2 / " 2 的样方，分别
收集小样方内的草本、枯枝、落叶（针叶和阔叶分
开）和半分解层的样品，并记录其鲜质量。
!" !$ 生物量的测定
由于大兴安岭森林火灾以地表火为主，地下火
较少，对林木根系的影响很小，所以在研究过程中未
对根系生物量进行测定。在小样方内对灌木、草本
和地被物地上部分全部取样（不分器官），室内样品
粉碎和测量时也以整株进行。采集的样品经 $% 6
烘干后，磨粉、过 0% 目筛备用；另取备用小样 "’ =
在 "%’ 6下连续烘干 &5 1 至恒量，分别计算各森林
类型中灌木、草本和地被物的生物量。生物量计算
过程中对比参照以往研究结论（周振宝，&%%0），对
生物量计算结果进行方差分析，以减少估算误差。
!" %$ 全碳含量的测定
采用干烧法。取粉碎的 %. & = 恒量样品，放入
处理过的瓷舟（于 > #%% 6下灼烧 & 1 以上），通氧
气使其充分燃烧生成 ?@&，用 ABCDE8 F +*%%% 碳氮分
析仪（德国耶拿公司）测定全碳含量，每次测 * 个平
行样，测定结果取平均值，精度为（%. %" G %. *）7。
!" &$ 气体排放因子测定
通常情况下森林火灾中（不包括火警）林内草
本、枯枝落叶层几乎完全燃烧，林内灌木在轻度火烧
以上也可以达到完全燃烧，由于本文是在大尺度上
进行森林火灾燃烧气体释放量的估算，故将外业调
查中每一样方内采集的灌木、草本和地被物进行混
合并完全燃烧来测定不同林型的灌木、草本和地被
物的气体释放量。取 ’ = 样品进行室内完全燃烧试
验并做 * 个重复。采用动态燃烧系统进行烟气释放
量的测定。动态燃烧试验系统由燃烧室、恒温加热
系统、电子秤、HA 3 #"%0 综合烟气分析仪（英国
HI+-）、集烟罩（自行设计）、计算机和 JKL-M@LHN
烟气分析处理软件组成。运用该试验系统得出单位
质量可燃物燃烧释放各气体的质量。运用下式求算
出不同气体的排放因子（-J）：
-J ) ;
<)
* OBPC
，
式中：<) 为燃烧产物中某种气体的质量（ =）；* OBPC
为可燃物中碳量（ =）。
!" ’$ 排放气体总量的估算
参照 NPECP; 等（"#$%）提出的火灾损失生物量估
算模型
< ; = > 7 > , > :，
式中：= 为火灾面积（ 12&），7 为某特定生态系统
单位面积的有机物质（A=·12 3 &），, 为地上部分
生物量占总整个系统生物量的比重，: 为燃烧效率。
根据植物的含碳量（? 8），假设所有被烧掉的生物物
质中的 ? 都变成气体，则火烧造成的碳损失量
（< 8）为：
< 8 ; ? 8 > < Q
#,
林 业 科 学 !" 卷 #
# # 最后，采用排放因子法计算森林火灾释放各气
体的量。
!" #$ 数据分析
采取 $%&’()**+ 软件完成灌木、草本和地被物
层过火面积、生物量、燃烧消耗的生物量的推算。运
用 ,-.(’/012’ )3 456 * ,27-( 软件对气体排放曲线
进行拟合，计算积分面积。采用 8988:)6 * 统计软件
对数据进行单因素方差分析（ ;<’ = >-? @AB4@）。
+# 结果与分析
%" &$ 不同林型过火面积
根据大兴安岭地区防火办公室提供的火灾资料
结合地区林相图和实地调查，统计得出 )5 年间大兴
安岭地区不同林型不同强度林火过火面积（表 :）。
单因素方差分析结果表明，尽管部分类型间的过火
面积之间差异较大，但总体上森林类型对林火面积
的影响并不明显。
%" !$ 不同森林类型灌木、草本和地被物生物量
表 ) 显示各林型中，灌木层的生物量普遍小于
草本及地被物层，森林可燃物较大部分分布在地被
物上层和半分解层。灌木层生物量以草类 =落叶松
林最大，林下生物量最小的是杜香 = 落叶松林。杜
鹃 =落叶松林、白桦 =落叶松林、白桦 =杜鹃林 + 种
林型地表层半分解物质生物量较大，此类林型发生
大强度森林火灾可能性比较大，因此应对该类林型
加强林火的监测，在条件允许的情况下应定期进行
林内可燃物清理。
表 &$ 各林型不同强度过火面积!
’()* &$ +,-./0 (-/( 12 0322/-/.4 21-/54 467/ 3. 0322/-/.4 23-/ 8-(0/ CD)
森林类型
E;1’FG G?H’
火烧强度 E71’ I1-J’
火警
E71’ -(-1D
轻度火灾
K;>LI1-J’ .01<’J
中度火灾
M’J70D .01<’J
重度火灾
8’2’1’ .01<’J
合计
,;G-(
@ +*6 )" : *5*6 "* : !"+6 ** 5 ):!6 ** N N5N6 O"
P 56 )* )**6 :* "**6 ** )5Q ***6 ** )5Q O*56 +*
/ Q6 !+ !+Q6 ** !*+6 +* :: "+"6 ** :) !ON6 N+
3 !6 )* *6 ** *6 ** )* Q+O6 ** )* Q!)6 )*
$ :+6 5+ : Q5O6 )+ ! !556 +* )!O 5**6 ** )5! Q)Q6 *"
E )56 !! "))6 N* : !556 ** )5: +:)6 N* )5+ !:56 O!
R "6 5N +Q:6 ** : +)N6 N* :!: +O+6 ** :!+ :*O6 )N
S !6 )N "*!6 O* : :ON6 ** !" )++6 ** !O *)Q6 *N
# # ! @：杜鹃 =落叶松林 !"#$#$%&$’#& ()*())+,-’). /*%0)&))；P：杜香 =落叶松林 ,%$1* 2-01(3’%+ ,-’). /*%0)&))；/：草类 =落叶松林 R1-FF+,-’).
/*%0)&))；3：杜鹃 =樟子松林 !"#$#$%&$’#& ()*())+ 4)&1( (506%(3’)( 2-1T *#&/#0)7-；$：白桦 =落叶松林 8%310- 20-352"500-+,-’). /*%0)&))；E：白桦 =
杜鹃林 8%310- 20-352"500-+ !"#$#$%&$’#& ()*())；R：蒙古栎 = 胡枝子 91%’71( *#&/#0)7-+,%(2%$):- ;)7#0#’；S：蒙古栎 = 白桦林 91%’71( *#&/#0)7-+
8%310- 20-352"500-<下同。,C’ F-D’ .’(;>T
表 !$ 不同森林类型灌木、草本和地被物生物量
’()* !$ +319(55 12 5:-,)5，:/-)5 (.0 ;344/-5 3. 0322/-/.4 21-/54 467/5（9/(. < =>） G·CD = )
林层 K-?’1 @ P / 3 $ E R S
灌木层
8C10.F (-?’1
*6 ") U *6 *) :6 Q U *6 *! +6 )N U *6 :N *6 5Q U *6 *: *6 !5 U *6 *" *6 )) U *6 *: *6 "! U *6 *O :6 ! U *6 **
草本植物地上部分
VHF7J’ ;W C’1.F
*6 O+ U *6 *Q *6 O+ U *6 *Q *6 "* U *6 *) *6 +) U *6 *+ *6 + U *6 *: *6 N" U *6 :* *6 !! U *6 *N *6 5Q U *6 *N
地被物上层
VHF7J’ ;W (7GG’1F
O6 ": U *6 :+ 56 "Q U *6 *O 56 )) U *6 :: 56 ++ U *6 :Q 56 O: U *6 *" "6 Q! U *6 :5 56 *5 U *6 *Q "6 )* U *6 :!
半分解物质
S-(W J’&;DH;F7G7;< (-?’1
)*6 "Q U :6 !Q !6 5) U *6 5+ "6 *+ U *6 !" ::6 !) U :6 :) )*6 *Q U :6 +N :O6 " U *6 *O :*6 *: U *6 !O :O6 5: U )6 ::
总计
,;G-(
+*6 N5 :)6 Q! :56 :) :N6 "" )"6 "5 )"6 5) )"6 N* )"6 N*
%" %$ &?@A—!AAB 年灌木、草本和地被物层损失生
物量估算
通过各林型过火面积和灌木、草本及地被物生
物量计算出大兴安岭地区 :QO*—)**5 年间森林火
灾灌木、草本和地被物层损失的生物量。表 + 显示
生物量损失最大的是白桦 =落叶松林和白桦 =杜鹃
林，损失量分别为 "6 NQ X :*" 和 "6 N) X :*" G。生物
量损失最小的是杜鹃 = 落叶松林和草类 = 落叶松
林，损失量分别为 *6 )+ X :*" 和 *6 :Q X :*" G。这主
要取决于林型的过火面积。
*O
! 第 " 期 郭福涛等："#$%—&%%’ 年大兴安岭森林火灾灌木、草本和地被物烟气释放量的估算
表 !" #$%&—’&&( 年大兴安岭林区森林火灾灌木、草本及地被物层损失的生物量
)*+, !" -./0*11 2/11 /3 1456+1，475+1 *89 2.::751 35/0 3/571: 3.571 35/0 #$%& :/ ’&&( .8 ;*<.8=’*8 >/68:*.81 (
林层
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. / 0 1 2 3 4 5
灌木层
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草本、地被物层
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总计
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!? @" 不同森林类型灌木、草本和地被物层平均含
碳率
表 < 显示杜香 F落叶松林、蒙古栎 F胡枝子林
林下灌木、草本和地被物层的平均含碳率最大，草
类 F落叶松林最小。试验结果表明大兴安岭地区主
要林型灌木、草本和地被物层的平均含碳率为
%= ?#@ G %= <&’ 之间，此前一些研究在大尺度估算火
灾烟气释放时含碳率多采用 %= <’ 或 %= ’%，从本研
究看以往采用的值均大于大兴安岭地区的平均含碳
率，因此误差可能会较大。
表 @" 灌木、草本和地被物层平均含碳率
)*+, @" >7*8 5*:7 /3 A/8:*.8.8=BA*5+/8 /3 1456+1，475+1 *89 2.::751
不同林层
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. / 0 1 2 3 4 5
灌木层
67-89: ;*+,-
%= <"< %= <&’ %= ?#@ %= <%’ %= <&> %= <"% %= <&’ %= <"<
草本、地被物层
5,-9: *AB ;C((,-: ;*+,-
%= <&% %= <"$ %= <"% %= <%% %= ?$’ %= <’& %= !? (" 灌木、草本和地被物层森林火灾释放烟气的排
放因子
由表 ’ 可以看出 ，在各森林类型的灌木、草本
和地被物层中，0H& 排放因子最大的为 . F灌木层
和 1 F草、地被物层（草本 F地被物层，下同），最小
为 2 F灌木层和 . F草、地被物层；0H 排放因子最
大的为 / F灌木层和 . F草、地被物层，最小为 . F
灌木层和 1 F草、地被物层；0 !5 " 排放因子最大的
为 2 F灌木层和 . F草、地被物层，最小为 . F灌木
层和 1 F草、地被物层；IH 排放因子最大的为 4 F
灌木层和 . F草、地被物层，最小的为 3 F灌木层和
1 F草、地被物层；6H& 排放因子最大的为 / F灌木
层和 . F草、地被物层，最小的为 3 F 灌木层和 1 F
草、地被物层。可见在含碳气体的排放中 . F灌木
表 (" 灌木、草本和地被物层森林火灾释放烟气的排放因子
)*+, (" C0.11./8 3*A:/51 /3 1456+1，475+1 *89 2.::751
森林类型
3E-,:( (+J,
林层
)*+,-
气体种类 4*:,: K*(,LE-+
0H& 0H 0 !5 " IH 6H&
.
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灌木层
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草本、地被物层
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灌木层
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草本、地被物层
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灌木层
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草本、地被物层
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灌木层
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草本、地被物层
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灌木层
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草本、地被物层
4(’=) -GH >I$$(’) >-*(’ " ?AC @EEB EE 3 !"F ACAB F! @@E ED3B 33 3" "FAB EF ?A A?CB D!
灌木层
6;’<=) >-*(’ @3? "E"B AD E@ D3"B DE @ DFAB CD C!@B E? AF"B CD
草本、地被物层
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灌木层
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草本、地被物层
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总计
J&$-> 3F D!@ "!FB ! F ?3! AD@B C3 3DA D?FB FA A! DFAB E! 3EF D!!B ?A
层和 9 K草、地被物层起到了重要的作用，在 52 和
623 气体的排放中 7 K草、地被物层和 8 K灌木层起
到了重要的作用。
<= !" 灌木、草本和地被物层燃烧释放烟气总量的
估算
表 " 显示大兴安岭 3F 年森林火灾灌木、草本和
地被物层共释放 123 3FB D! L @D
" $，12 FB ?3 L @D" $，
1M4* DB 3@ L @D
" $，52 DB DA L @D" $，623 DB 3! L @D
" $。
其中白桦 K落叶松林、白桦 K 杜鹃林和蒙古栎 K 胡
枝子林是气体释放量较多的林型，约占总排放量的
?DN以上。这主要与其过火面积关系较大，但由于
不同林型气体排放量因子不同也对总释放量产生重
要的影响。
!# 讨 # # 论
目前很多学者围绕着森林火灾碳释放展开研
究，对不同尺度的森林燃烧碳释放进行估算，其主要
目的在于为研究森林碳平衡和全球气候变化等热点
问题提供数据支持。王效科等（3DD@）研究得出中国
森林火灾释放的 123，12 和 14! 年平均分别为
CB A" L @D"，@B @3 L @D" 和 DB @DA L @D" $，其中黑龙江
省所占比例分别为 !!B @N，!EB FN 和 !!N。本研
究中大兴安岭森林火灾灌木、草本和地被物层年均
释放 123，12 和 14! 量分别为 @B DD L @D
"，DB 3E L
@D"，DB DDC L @D" $，若将乔木释放量近似等同于灌木
和草本释放量，则与其研究结论略为接近。
森林燃烧除了释放大量的含碳气体外，还释放
623，52 等有毒气体，它们对人们的生产生活以及
气候环境的影响也有着不可忽视的作用，但目前对
此气体的研究还不够深入。曹国良等（3DDF）运用
排放因子方法，对我国大陆生物质燃烧气体的排放
做了大尺度的估算，认为我国生物质燃烧产生的
623 和 52M 主要来源于秸秆燃烧，其贡献率达到
A?N 和 ?FN，而森林火灾的贡献率为 @B DCN 和
DB C"N，其研究表明 3DDD 年黑龙江省 623 和 52M 的
释放量约为 DB D@? L @D" 和 DB DAE L @D" $，本文研究
得出黑龙江省大兴安岭林区森林火灾 623 和 52 年
3C
! 第 " 期 郭福涛等："#$%—&%%’ 年大兴安岭森林火灾灌木、草本和地被物烟气释放量的估算
释放量为 %( %%# ) "%* 和 %( %%+ ) "%* ,，表明森林火
灾释放的 -.& 和 /. 的贡献率远大于上述研究结
论。此外田贺忠等（&%%&）研究表明 "##$ 年黑龙江
省秸秆燃烧释放 -.& 和 /.0 的量约为 %( %%$ ) "%
*
和 %( %& ) "%* ,，其计算的 -.& 释放量与本文计算的
森林火灾灌草层释放量相当，其释放量是非常大
的。因此森林火灾在 -.& 和 /. ! 等气体的释放量
上起到了重要的作用，这应引起人们高度的重视并
对其进行深入的研究。
参 考 文 献
曹国良，张小曳，王 ! 丹 1 &%%’( 中国大陆生物质燃烧排放的污染物
清单 1 中国环境科学，（+）：2%% 3 2%+1
蒋延玲，周广胜 1 &%%"( 兴安落叶松林碳平衡和全球变化影响研究 1
应用生态学报，"&（+）：+$" 3 +$+1
康惠宁，马钦彦，袁嘉祖 1 "##*( 中国森林碳汇功能基本估计 1 应用
生态学报，2（4）：&4% 3 &4+1
刘国华，傅伯杰，方精云 1 &%%%( 中国森林碳动态及其对全球碳平衡
的贡献 1 生态学报，&%（’）：244 3 2+%1
田贺忠，郝吉明，陆永琪 1 &%%&( 中国生物质燃烧排放 -.&、/. ! 量的
估算 1 环境科学学报，&&（&）：&%+ 3 &%$1
王效科，冯宗炜，欧阳志云 1 &%%"( 中国森林生态系统植物碳储量和
碳密度研究 1 应用生态学报，"&（"）："4 3 "*1
王效科，冯宗炜，庄亚辉 1 &%%"( 中国森林火灾释放的 5.&、5. 和
56+ 研究 1 林业科学，42（"）：#% 3 #’1
吴仲民，李意德，曾庆波，等 1 "##$( 尖峰岭热带山地雨林 5 素库及
皆伐影响的初步研究 1应用生态学报，#（+）：4+" 3 4++1
庄亚辉，曹美秋，王效科，等 1 "##$( 中国地区生物质燃烧释放的含碳
痕量气体 1 环境科学学报，+（"$）：442 3 4+41
周玉荣，于振良，赵士洞 1 &%%%( 我国主要森林生态系统碳贮量和碳
平衡 1 植物生态学报，&+（’）：’"$ 3 ’&&1
周振宝 1 &%%*( 大兴安岭主要可燃物类型生物量与碳储量的测定 1
哈尔滨：东北林业大学硕士学位论文 1
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C;L:BAF ;K N9FJ FABJ D9:E，"%：+%’ 3 +"41
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（责任编辑 ! 朱乾坤）
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