红树林地上凋落物和细根对土壤有机质的相对贡献

发布时间：2020-04-17 17:55

【摘要】：近年来,在大气CO_2浓度升高气候变暖的背景下,红树林的固碳潜力倍受瞩目。目前,红树林凋落叶的生产和分解动态已被广泛研究,但由于红树植物生存环境的特殊性,长期受潮水浸淹以及红树植物根系取样难度大、可操作性差,因此在红树植物细根方面的研究较少,尤其在红树林细根生产力、细根周转、细根分解动态以及细根对土壤有机质贡献方面的研究更是少见。本研究选择海莲群落(Bruguiera sexangula)、红海榄群落(Rhizophora stylosa)、白骨壤群落(Avicennia marina)和两种不同立地类型的角果木群落(Ceriops tagal)等5个天然红树林群落为研究对象,连续且系统地对几种天然红树林群落的地上凋落物(包括叶、枝、花和果)产量进行观测,采用连续土钻法和内生长袋法两种方法收集细根、并进一步区分低级细根和高级细根两类细根功能群对红树林细根生产力和周转率进行估算,开展凋落叶和细根的分解动态研究,估算凋落叶和细根对土壤有机质积累的相对贡献,以揭示红树林土壤碳固持的关键调控机制,为以碳汇为导向的红树林生态系统经营与管理提供数据支撑和决策依据。(1)通过对5种天然红树林群落地上凋落物生物量研究,发现凋落叶的贡献远远高出其他部位,角果木(河流)、角果木(海湾)、海莲、红海榄和白骨壤几种红树林群落地上凋落物中凋落叶的生物量在256.95-814.31 g·m~(-2),分别占地上凋落物总生物量的75.67%、72.74%、89.07%、86.37%、56.57%。5种天然红树林群落类型的地上凋落物(叶、枝、花、果)之间存在着显著差异,都存在明显的季节变化,但没有一致的变化规律。通过对5种天然红树林群落根生物量的研究结果表明:靠近根尖的前两级低级细根的生物量范围:602.84-5465.61 g·m~(-2);高级细根生物量范围:256.82-2810.45 g·m~(-2);细根(2mm)生物量范围:970.89-7477.08 g·m~(-2);粗根生物量范围:821.04-13303.40 g·m~(-2);死低级细根的生物量范围:1500.21-6717.01 g·m~(-2);死细根(2mm)生物量范围:1578.21-7351.01 g·m~(-2)。低级细根的生物量表现出明显的季节变化,但在不同群落间没有一致的变化规律;而高级细根和粗根的生物量没有显著的季节差异。低级细根生物量占细根(2mm)生物量的43-83%,而在死细根(2mm)生物量中死低级细根所占比例达到83-98%,说明低级细根周转更快,寿命更短,低级细根是红树林根系系统中活跃单元,它们才是细根周转的主要因素,相反,高级细根与粗根具有多年生特性、周转率较低。(2)对5种天然红树林群落细根生物量随土层深度变化的规律进行比较分析,结果表明,细根生物量均随着土层深度的增加而减小,在0-20cm土层分布的细根生物量最大,占细根总生物量的50%,在0-40cm土层占80%,在0-60cm土层占90%。(3)采用连续土钻法对细根生产力和周转率进行估算,结果表明,5种群落类型中低级细根生产力范围在571-2838 g·m~(-2)之间,小于2mm细根的生产力范围576-3011 g·m~(-2);低级细根周转率范围为1.46-5.96/年,细根(2mm)的周转率为0.76-5.17/年。若利用小于2mm的细根估算细根周转率,相比利用周转快的低级细根来估算,红树林群落细根的周转率被低估13-48%。(4)采用内生长袋法估算细根生产力,结果表明,5种群落类型的低级细根的生产力范围在187.91-462.89 g·m~(-2)·a~(-1),小于2mm细根的生产力范围在239.67-653.15 g·m~(-2)·a~(-1)。在估算低级细根生产力方面,采用连续根钻法得出的结果是内生长袋法所得结果的2.4-4.6倍,在小于2mm细根生产力方面,采用连续根钻法得出的结果是内生长袋法所得结果的3.1-6.1倍。因内生长袋法在埋设生长袋的过程中对试验地细根本身及土壤环境造成明显的干扰和破坏,另外由于根钻法在试验开展的当年便可通过直接取样获得根系的生物量,取样相对方便且周期短,因此认为细根生产力的估算采用连续土钻法取样更为合适。(5)对5种天然红树林群落细根生产力与土壤养分进行了相关性分析,结果表明,细根年生产力与土壤中N、P元素的含量呈显著正相关,说明红树植物的细根生产力受土壤养分限制。在细根生产力方面土壤特征相对于群落本身扮演着更为重要的角色,而群落类型和立地条件是影响细根周转率的主要因素。(6)对5种天然红树林群落的凋落叶和细根进行野外分解实验研究,结果表明,细根分解速率远远低于凋落叶,分解一年后细根残留75-88%,而凋落叶残留0-53%。凋落叶在土壤中的分解速度要慢于土壤表面,在低潮间带的分解速度比高潮间带快,而潮间带位置对细根分解的影响不明显。(7)通过凋落叶和细根年生产量和年分解量估算凋落叶和细根每年对土壤有机质的输入量,结果表明,细根的年生产力比地上凋落物的生产力高1-3.5倍,而细根的年分解量低于凋落叶的年分解量,每年从植物凋落物输入土壤的有机质中,细根贡献92.4-97.5%,凋落叶贡献2.5-7.6%。此外细根年生产力与土壤C浓度呈正相关。本研究表明红树林群落土壤有机质的积累主要依靠的是细根生产力,细根要比地上凋落物对土壤有机质积累的贡献更大。因此,提高红树林细根生产力是促进红树林土壤固碳的有效途径。
【图文】：

技术路线图,细根,周转过程,影响机理

技术路线图

示意图,东寨港,海南,示意图

红树林有林地面积约为 1560 公顷，这里是全国红树林面积最大，拥有红树植物种类最多，该保护区内的红树林主要以天然林纯林为主，主要包括角果木、海莲、白骨壤、红海榄等。其中白骨壤和红海榄主要存在于海湾外围的滩涂；海莲与角果木主要存在于入海口的河流两边。研究区域属于热带季风气候，，雨季多台风，年平均气温为 23.5℃，7月最高温度为28.4℃，1月最低温度为17.1℃，极端最低温度为2.8℃，海水温度最高32.8℃，最低为 14.6℃，年均水温 24.5℃。每年 5-10 月为雨季，平均年降雨量为 1676mm，该海域潮汐为不规律的半日潮，平均潮高为 0.89m。保护区海岸地带多为微咸沼泽地，海湾水深约为 4m 左右。
【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】：2018
【分类号】：S714

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