庐山不同森林植被类型土壤特性与健康评价研究

发布时间：2020-04-05 03:07

【摘要】：作为控制植被生长发育的关键生态因子,森林土壤特性不仅决定了土壤的质量和健康状况,也对森林土壤固碳作用有着至关重要的影响。庐山地处我国东部中亚热带东南季风区,地理环境特殊,具有明显的山地气候特征,自山麓至山顶分布着不同的植被和土壤类型,不同的气候带及其植被类型与土壤的相互作用导致不同海拔的森林土壤特性及碳积累状况存在较大差异。因此,研究不同海拔上各森林植被类型土壤特性及有机碳库特征对掌握庐山森林土壤的健康状况及其土壤碳收支状况具有重要意义。本文选择庐山不同海拔的典型森林土壤为研究对象,通过对常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿-落叶阔叶混交林、马尾松林、黄山松林、针阔混交林、竹林和灌丛等8种森林植被类型土壤进行实地采样及实验分析,系统研究了不同森林植被类型土壤物理、化学、生物学特性以及有机碳库特征,通过森林土壤健康指数(FSHI)和土壤碳库管理指数(CPMI),对庐山不同森林植被类型土壤健康状况和土壤有机碳库状况进行了量化评价。主要研究结论如下:(1)从不同森林植被类型土壤物理特性来看,8种森林植被类型下凋落物层厚度整体状况良好;落叶阔叶林下腐殖质层厚度最大,马尾松林最小,其腐殖质层厚度随海拔高度升高呈增加趋势;马尾松林下土壤容重最小,粘粒含量最大,黄山松林下土壤容重最大,粘粒含量则最小。马尾松林下土壤入渗性能以及持水性能均最好,常绿-落叶阔叶混交林则表现为最差;马尾松林下土壤蓄水量最大,灌丛最小;马尾松林下土壤水土保持功能最强,黄山松林最弱。表明马尾松林土壤较为疏松,通气性较好,具有较好的入渗及持水性能,进而具有较强的水土保持功能。(2)从不同森林植被类型土壤化学特性来看,8种森林植被类型土壤均呈酸性,其中竹林和常绿阔叶林土壤酸性强于其他森林土壤;落叶阔叶林和常绿-落叶阔叶混交林下土壤有机质、全氮及水解氮、全磷及有效磷和CEC含量较高,而常绿阔叶林下土壤全钾和速效钾含量最高。8种森林植被类型土壤有机质、全氮及水解氮、全磷及有效磷和速效钾含量均随土层深度增加呈明显降低趋势,而pH值、全钾和CEC含量随土层深度变化不大。就土壤养分状况综合评价而言,落叶阔叶林下土壤肥力水平最高,黄山松林最低。(3)从不同森林植被类型土壤生物学特性来看,由于土壤环境不同,土壤脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性最大的森林植被类型分别为灌丛、常绿-落叶阔叶混交林和常绿阔叶林,竹林下纤维素酶和酸性磷酸酶活性最强,并且随着林下土层加深,土壤酶活性下降,这对不同森林植被类型土壤的生物化学过程产生重要影响。MBC、MBN、MBP在不同森林植被类型下呈现不同的差异,常绿阔叶林和常绿-落叶阔叶混交林下MBC、MBN、MBP的平均值均明显高于其他森林植被类型,灌丛最低;随着土层加深,MBC、MBN、MBP均明显下降。森林植被物种多样性分析表明,常绿-落叶阔叶混交林下灌木层以及针阔混交林下草本层的(R+H)/2均较高。土壤微生物群落功能多样性分析表明,落叶阔叶林、针阔混交林和黄山松林下Shannon指数低于其他森林植被类型,黄山松林在0~40cm土层物种丰富度显著降低,表明该林下土壤微生物群落丰富度在降低,优势物种在减少。(4)SOC主要分布于0~20cm森林土层中,随着土层深度增加,不同森林植被类型SOC含量急剧下降;在0~60cm土层中,竹林下SOC含量最大,马尾松林最小。不同森林植被类型平均SOC密度分析表明,灌丛表层土壤(0~20cm)平均SOC密度最高,马尾松林最低;20~40 cm和40~60 cm土层均表现为竹林SOC密度最高,常绿-落叶阔叶混交林最低;竹林下(0~60cm)SOC密度最高,黄山松林最低。从SOC组分来看,落叶阔叶林平均ASOC含量最小,马尾松林最大;马尾松林下ASOC/TOC(%)大于其他森林植被类型。通过CPMI对庐山森林土壤有机碳库状况进行量化评价,结果表明,不同森林植被类型对庐山CPMI的提高均有不同程度的促进作用,庐山森林土壤碳库整体呈增加趋势,土壤质量较好。(5)在系统分析8种森林植被类型土壤特性的基础上,选择灌木层(R+H)/2、草本层(R+H)/2、土层厚度、凋落物层厚度、腐殖质层厚度、容重、粘粒含量、有机质含量、pH值、CEC、全氮、水解氮、有效磷、速效钾和磷酸酶活性等土壤特性指标,通过加权综合法,计算其FSHI,对庐山8种森林植被类型土壤健康状况进行量化评价。8种森林植被类型土壤健康状况排序为:针阔混交林常绿-落叶阔叶混交林灌丛常绿阔叶林落叶阔叶林竹林马尾松林黄山松林。结果表明天然次生林下土壤健康状况好于人工林,针阔混交林下土壤健康状况优于针叶纯林。
【图文】：

路线图,研究技术,路线,森林土壤

博士学位论文（1）通过野外实地考察，选取代表性的森林植被类型土壤并进行实地采样，在实验室分析的基础上建立研究区不同森林土壤数据库，为土壤特性及土壤有机碳库特征分析奠定基础。（2）通过不同森林植被类型之间的 SOC 密度对比分析，揭示庐山不同森林土壤有机碳库的差异及其分布特征，厘清 SOC 组分与土壤特性之间的关系，并运用土壤碳库管理指数（Carbon Pool Management Index, CPMI）对庐山森林土壤碳库状况进行评价。（3）在获取土壤物理、化学和生物学特性指标数据的基础上，构建适合庐山森林土壤健康评价的指标体系，运用 FSHI 对庐山森林土壤健康状况进行综合评价。1.5.2 技术路线本研究的具体技术路线见图 1-1。

庐山,地理位置

博士学位论文2 研究区概况与研究方案2 General Situation of Study Region and ResearchProgram2.1 研究区概况（General Situation of Study Region）庐山位于江西省北部庐山市境内，距九江市 13 km 左右，北濒长江，东和东南为鄱阳湖环绕，地理坐标为 115°51′～116°10′ E，29°28′～29°45′ N，包括庐山市全部、九江市郊区、星子县以及九江县行政区的一部分，总辖面积为 30493 hm2。山体走向北北东，长约 30 km，宽约 10 km，平地拔起一座主峰——大汉阳峰海拔 1473.8 m[163]。庐山为风景名山，素有“匡庐奇秀甲天下”之美称，大小山峰重叠，千姿百态，形状各异，高度均在海拔 1000 m 以上，登临峰顶，北望长江如带，，南观鄱阳湖如镜，烟波浩淼，水天一色。庐山地理位置见图 2-1。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S714

【参考文献】