江西大岗山三种典型林分土壤固碳过程及机理研究

发布时间：2019-11-22 16:06

【摘要】：通过造林和再造林提高陆地生态系统的碳固持越来越得到国际社会的普遍认同。森林对提高陆地生态系统碳汇的最直接影响是增加了植被和土壤的固碳量。目前,植被碳库的估算已相对准确,而对于土壤碳库的研究还相当薄弱,不同学者研究结果差距较大。但土壤碳储量巨大,其任何微小变化都会引起大气CO2较大改变。因此,有必要开展森林土壤固碳过程及机理的研究,以提高土壤碳库估算的精度。本研究选择我国南方地区丝栗栲(Castanopsis fargesii)、毛竹(Phyllostachys pubescens)和马尾松(Pinus massoniana)三种典型林分为研究对象,采用常规理化实验分析方法、凋落物原位分解袋法、土壤呼吸原位测定法和微生物多样性磷脂脂肪酸法(PLFAs)等相关技术和方法,研究了不同林分土壤有机碳变化特征以及土壤活性碳(微生物量碳、水溶性碳)、缓效碳和惰性碳三个土壤碳结构组分的变化特征,并结合通径分析方法分析了土壤微生物生物量碳、水溶性碳和惰性碳对土壤碳稳定性的调控机理;研究了不同天然林凋落物碳转化过程、土壤呼吸及自养和异养两个生物学过程呼吸、土壤微生物群落结构多样性和数量的动态变化特征;利用主成分分析方法综合评价了3种林分土壤固碳效果。本研究的目的是从土壤碳转化相关过程和影响因素阐明不同林分土壤碳储量变化特征的驱动机制,为森林土壤碳增汇提供科学依据。主要研究结果如下:(1)丝栗栲林和毛竹林的土壤碳储量高于马尾松林,表明凋落物和细根生产力较高或者碳氮比较低能够增加生态系统土壤有机碳储量。然而,土壤有机碳组分分析表明,马尾松林土壤惰性碳含量高于毛竹林,细根和凋落物木质素含量较高的林分能够增强其土壤有机碳的稳定性。因此,今后造林树种的选择要综合考虑土壤碳储量与碳组成的动态变化特征。(2)不同林分其碳输入量不同,其中丝栗栲林的凋落物碳输入量高于毛竹林和马尾松林,而毛竹林的细根输入量则高于丝栗栲林和马尾松林。输入的有机碳在土壤生物分解转化过程中,大部分重新回到大气中。从有机碳输出来看,丝栗栲林的土壤呼吸和土壤碳矿化量明显大于毛竹林和马尾松林。因此,在这些土壤碳输入和输出多个过程的相互作用下,最终导致丝栗栲林的土壤碳库与毛竹林相似,且明显大于马尾松林。结合本论文研究结果,我们建议在我国南方地区,针叶与阔叶树种应该均衡发展,以提高土壤有机碳的可持续固持,并且需考虑不同树种对多个土壤有机碳形成过程的综合影响。(3)本研究基于碳库收支原理,通过主成分分析法,分析表明凋落物量和微生物生物量碳对土壤碳库的动态变化贡献最大,二者累积贡献率达100%,较好地反映土壤固碳潜力的综合情况。该研究结果印证了在森林生态系统,树种对土壤碳库的影响不仅受控于凋落物量,而且还受控于不同林分内的微环境指标。本研究结果有助于为南方亚热带树种对其生态系统土壤碳库产生影响的重要机制提供科学依据和合理解释。
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S714

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