中国温带阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳各组分特征与维持机制

发布时间：2020-06-16 17:12

【摘要】：森林生态系统土壤碳平衡在全球碳循环中起着不可替代的作用,不仅维持着植被碳库存,同时也维持巨大的土壤碳库,是全球碳循环的重要组成部分。森林生态系统固碳过程中,森林演替起着非常重要的作用。对于森林演替过程中土壤有机碳变化的机理研究零星而分散,仍没有公认的框架来解释森林演替过程中土壤有机碳(SOC)积累的影响因子,研究结果尚未形成统一、完整的理论体系。大多数研究集中在单一的土壤类型或地点,直接针对群落演替过程中土壤碳库研究非常有限。进一步比较研究在不同生态系统内部贯穿整个生态系统和演替阶段之间土壤有机碳库特征,确定控制这些变化的因子非常必要。定量分析不同演替系列土壤有机碳积累自然过程与维持机制,揭示森林演替变化对土壤有机碳库各组分的积累及其调控作用,对于准确评价温带阔叶红松林森林生态系统碳循环的源汇功能极其关键,而且对于实现土壤碳的有效管理、科学评测土壤碳库动态趋势及其在全球碳循环中的功能和地位也具有重要的意义。本研究应用了空间代替时间的方法,在小兴安岭凉水国家级自然保护区分别选取阔叶红松林不同演替系列——中生演替系列,湿生演替系列、旱生演替系列,3个演替系列6个典型群落类型分别代表阔叶红松林次生演替系列的不同阶段(顶极阶段和中期阶段)。主要研究结果为:1、3个演替系列土壤容重表现为顶极群落次生群落(P0.05);土壤含水率总体上差异达到极显著水平(P0.01);土壤砂粒比差异显著(P0.05)。土壤毛管孔隙度差异极显著,同一演替系列土壤毛管孔隙度均表现为顶极群落次生群落。土壤全磷含量中生、湿生与旱生差异极显著;土壤全钾含量为中生与湿生、旱生差异极显著。2、土壤总有机碳积累为32.26±3.13g/kg-40.90±1.93g/kg,各系列表现为湿生中生旱生。中生演替系列顶极群落向次生群落演替进程中土壤有机碳积累呈下降趋势;湿生演替系列为上升趋势;旱生演替系列为下降趋势。土壤有机碳积累与土壤物理化学性质相关性较大,其中与土壤全氮、全磷含量相关性最大,说明演替对土壤的理化性质有一定的影响,群落演替可以改变土壤养分状况。3、土壤可矿化碳差异显著,为旱生(413.48±77.87g/kg)湿生(410.65土49.52g/kg)中生(345.56±88.61g/kg)。3个演替系列6种群落类型土壤可矿化碳累积量总体上表现为顶极群落次生群落。土壤可矿化碳矿化速率随时间变化呈现基本一致的趋势,即培养前期快速下降、后期逐渐趋于平稳。土壤可矿化碳受土壤含水率、凋落物量和土壤全氮含量、土壤容重、pH值、砂粒比影响。4、土壤易氧化有机碳随土层的增加呈逐渐减少的趋势,中生演替系列和旱生演替系列顶极群落向次生群落演替进程中表现为顶极群落次生群落,3个演替系列同一土层易氧化碳积累差异显著。群落类型、土壤砂粒比、土壤含水率是影响中生演替系列土壤易氧化有机碳积累的主要因素;群落类型、土壤毛管孔隙度、土壤pH值、土壤全氮含量是影响湿生演替系列易氧化有机碳积累的主要因素;群落类型、凋落物量、土壤全氮含量是影响旱生演替系列土壤易氧化有机碳积累的主要因素。5、中生演替系列和旱生演替系列演替进程中土壤可溶性有机碳呈波动式趋势,0-10cm层最大,10-20cm层出现下降趋势,20-40cm层后开始逐渐升高的趋势。湿生演替系列表现随土层的增加而降低的趋势。湿生演替系列土壤可溶性有机碳积累主要影响因子是凋落物量和土壤全氮含量,影响中生演替系列和旱生演替系列土壤可溶性有机碳的因子尚不明确。6、土壤惰性碳积累对比分析总体上表现为中生湿生旱生。同一演替系列顶极群落向次生群落演替进程中土壤惰性碳积累:中生演替系列顶极群落次生群落;湿生演替系列则为白桦次生林顶极群落云冷杉-红松林;旱生演替系列顶极群落蒙古栎-红松林黑桦-蒙古栎次生林。不同演替系列土壤惰性碳积累与土壤含水率、土壤毛管孔隙度均呈显著线性正相关,与土壤容重呈显著线性负相关。7、土壤可矿化碳对总有机碳贡献率为1.78%-2.17%土壤可溶性有机碳对总有机碳贡献约为0.52%-1.88%,原始阔叶红松林和枫桦次生林贡献率最大。土壤易氧化有机碳对总有机碳总贡献率为3.08%-12.35%,顶极群落蒙古栎-红松林贡献率最大。土壤惰性碳对总有机碳贡献率为12.75%-41.47%,其中原始阔叶红松林贡献率最大。综上所述,阔叶红松林群落演替影响土壤理化性质,不同演替系列土壤有机碳及各组分含量差异显著,调控不同演替系列土壤有机碳各组分积累与维持的环境因子与群落类型、群落演替阶段(历史、时间)有关。本研究结果揭示了阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳各组分积累与维持机制,可为准确预测全球变化背景下中国小兴安岭地区森林生态系统碳汇动态、合理制定森林经营措施提供科学参考。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S714
【图文】：

中生演替系列,土壤容重,顶极群落

３．１．１．１不同演替系列土壤容重特征逡逑中生演替系列顶极群落原始阔叶红松林（简称阔叶红松林）和枫桦次生林，同一土逡逑层土壤容重为顶极群落〉次生群落，但差异不显著（如图３－１）。中生演替系列顶极群落逡逑向次生群落演替过程中土容重呈下降的趋势。中生演替系列土壤容重随土层的增厚而增逡逑大。０－１０ｃｍ层原始阔叶红松林为０．邋７７±０．邋２２ｇ／ｃｍ３，枫桦次生林为０．邋７４±０．邋１５邋ｇ／ｃｍ＇Ｎ逡逑0逦；邋逦逡逑Ｍｉ邋ｍｉ邋ＩＩ邋ＩＩ逡逑１．８－逦ｌ￣￣Ｉ运桦；姓抹逡逑Ｉ邋１６：邋ａ逦？邋ａ逦｜邋ｊ逡逑＿逡逑０－１０ｃｍ逦１０－２０ｃｍ逦２０－４０ｃｍ逦４０－６０ｃｍ逡逑图３－１中生演替系列土壤容重逡逑Ｆｉｇ．邋３－１邋Ｓｏｉｌ邋ｂｕｌｋ邋ｄｅｎｓｉｔｙ邋ｉｎ邋Ｘｅｒｏｓｅｒｅ邋ｓｅｒｉｅｓ逡逑－１７－逡逑

土壤容重,演替系列,红松林,顶极群落

ｇ／ｃｍ３，iS桦次生林土壤容重为１．４０±０．邋２邋ｇ／ｃｍ３。逡逑阔叶红松林湿生演替系列顶极群落云冷杉－红松林向白桦次生林演替进程中土壤容逡逑重呈下降趋势（如图３－２）。同一土层土壤容重为顶极群落〉次生群落，不同演替系列土逡逑壤容重差异不显著。0－ｌ0ｃｍ层容重平均值为０．８邋ｇ／ｃｍ３，１０－２０ｃｍ层分别为１．２１±０．２２逡逑ｇ／ｃｒａ３、１．邋０８土０？邋１７邋ｇ／ｃｍ３，２０－４０ｃｍ邋层分别邋１．邋３１±０．邋１４邋ｇ／ｃｍ３、１．邋２．８±０．邋１４邋ｇ／ｃｍ３，差逡逑异不显著。４０－６０ｃｒａ层土壤容重不显著差异，平均值为Ｌ３±０．２邋ｇ／ｃｍ３。湿生演替系列逡逑土壤容重随土层的增厚而减少，原因是湿生演替系列土壤层较薄，砂粒比较大，影响土逡逑壤容重。逡逑２０１逦＼ｍｍ邋Ｉ邋ｉｉ邋ＩＩ逡逑１．８－逦ＩＩ邋Ｉ白＿汝生林逡逑＾邋１．６－逦ａ邋ａ逡逑１．４：邋Ｔ３邋ｆ邋ｆ邋ｌ邋N逡逑！：：：邋ｆ邋ａ逡逑＿ｎｉ逡逑０－１邋Ｏｃｍ逦１０－２０ｃｍ逦２０－４０ｃｍ逦４０－６０ｃｍ逡逑图３－２湿生演替系列土壤容重逡逑Ｆｉｇ．３－２邋Ｓｏｉｌ邋ｂｕｌｋ邋ｄｅｎｓｉｔｙ邋ｉｎ邋ｈｙｄｒｏｓｅｒｅｓ邋ｓｅｒｉｅｓ逡逑旱生演替系列土壤容重顶极群落与次生群落差异不明显，0－ｌ0ｃｍ层顶极群落蒙古栎逡逑－红松林（简称蒙古栎－红松林）土壤容重为０．邋９８±０．邋０１邋ｇ／ｃｍ３，黑桦－蒙古栋次生林为逡逑０．９９±０．邋０１邋ｇ／ｃｍ３，邋１０＿２０ｃｍ层、４０－６０ｃｍ层土壤容重差异显著（Ｋ０．０５），旱生演替系逡逑列中蒙古栎－红松林与黑桦－蒙古栎次生林分布于坡度较大的山脊

【参考文献】