生物质炭和硅肥对毛竹林土壤温室气体排放及生态系统碳汇能力影响研究

发布时间：2020-10-21 04:35

　　 以CO_2为代表的温室气体浓度上升导致了全球气候变暖、海平面上升和生物多样性降低等全球范围内的环境问题,影响了全人类的可持续发展。森林经营增汇作为一种重要的碳减排技术手段,已经成为我国应对气候变化、履行温室气体减排承诺的重要战略选择。毛竹林作为我国亚热带森林的重要组成部分,蕴含着巨大的碳储量和固碳潜力,是我国林业应对气候变化不可或缺的重要战略资源。同时,毛竹特有的成熟过程和采伐特性使其在实施国土生态安全屏障、国家木材安全、繁荣生态文化战略以及促进山区社会经济发展中发挥着重要作用。因此,探索提升毛竹林生态系统碳汇能力的技术手段,是林业应对气候变化的必然选择,对指导我国毛竹林碳汇林业建设和实现毛竹林可持续发展具有重要的现实和研究意义。但是,长期的集约经营会导致毛竹林土壤酸化严重、土壤肥力下降、土壤结构改变、生产力下降及温室气体排放增加等后果,不利于毛竹林生态系统可持续经营。本研究利用生物质炭和高效硅肥作为外源物质,通过设置随机区组试验,布置野外毛竹林固定样地,长期观测生物质炭和硅肥的组合施入后毛竹林生态系统地上碳储量、竹叶及土壤植硅体及植硅体碳、土壤温室气体排放的动态变化,研究生物质炭和硅肥组合对毛竹林生态系统稳定性碳形态形成以及土壤温室气体排放的影响,为提高毛竹林生态系统稳定性、碳汇形成以及提升毛竹林适应气候变化能力提供科学依据。全文主要结论如下:(1)在生物质炭和高效硅肥施入的第一年,在水溶性高效硅肥Si1水平施入条件下,毛竹林立竹碳储量平均值为20.81 CO_2-eq Mg hm~(-2),并且与对照组CK、生物质炭B1水平、生物质炭与高效硅肥组合(B1Si1、B1Si3、B3Si3)处理下毛竹立竹碳储量存在显著差异(P0.05);在生物质炭和高效硅肥施入的第二年,在水溶性高效硅肥Si 3水平施入条件下,样地毛竹林立竹平均碳储量达到36.60 CO_2-eq Mg hm~(-2),与其他处理比较分析可知,水溶性高效硅肥Si3施入除了与Si1水平没有显著差异外,与其他所有处理比较都有显著增加了立竹碳储量。另外,无论是在生物质炭和硅肥施入的第一年还是第二年,生物质炭施入、高效硅肥施入以及生物质炭与高效硅肥的组合施入都不同程度的增加了毛竹林样地灌木和草本的碳储量,但是样地灌木层和草本层碳储量的增加都未达到显著水平;在生物质炭B1水平施入条件下,样地毛竹林平均土壤碳储量达到57.63 CO_2-eq Mg hm~(-2),与对照组相比,显著增加了样地土壤碳储量;(2)生物质炭及硅肥施入的第一年,高效硅肥两个水平(Si1和Si3)显著增加了毛竹林样地竹叶植硅体含量(P0.05),分别增加了58.53%和75.80%;生物质炭及硅肥施入的第二年,高效硅肥Si1和Si3水平以及生物质炭和高效硅肥的组合施入各水平均显著增加了毛竹林样地竹叶植硅体含量(P0.05),生物质炭两个水平(B1和B3)水平处理没有显著增加毛竹林样地竹叶植硅体含量。对竹叶植硅体碳的影响方面:高效硅肥两个水平(Si1和Si3)施入只在施入的第一年显著增加了毛竹林样地竹叶植硅体碳含量(P0.05),其他各处理没有显著增加毛竹林样地竹叶植硅体碳含量;在生物质炭和硅肥施入的第一年和第二年,各处理均未显著增加毛竹林样地土壤0-40cm层的植硅体及植硅体碳的含量;(3)生物质炭不同施入水平(CK、B1、B3)下毛竹林样地土壤CO_2排放通量呈现明显的季节性变化特征,在整个现有的试验周期内,样地土壤累计CO_2排放量分别为58.03±2.13,73.05±2.74和73.44±2.45 CO_2-eq Mg hm~(-2),与对照组CK相比,样地土壤CO_2的累计排放通量分别增加了25.88%和26.55%;土壤N_2O排放通量在试验周期内呈现出明显的季节性变化特征,在整个现有的试验周期内,土壤N_2O累计排放通量分别为1.47±0.02,1.22±0.04和1.13±0.03 CO_2-eq Mg hm~(-2),与对照组CK比较,土壤N_2O的累计排放通量分别降低了16.98%和23.33%;土壤CH_4吸收通量在试验周期内也呈现出明显的季节性变化特征,土壤CH_4累计吸收量分别为0.32±0.01,0.37±0.01和0.34±0.02 CO_2-eq Mg hm~(-2),与对照组CK相比,土壤CH_4累计吸收通量分别增加了16.45%和6.70%;(4)水溶性硅肥不同施入水平(CK、Si1、Si3)下毛竹林样地土壤CO_2排放通量呈现明显的季节性变化特征,在整个现有的试验周期内,样地土壤累计CO_2排放量分别为58.03±2.13、40.99±1.41和40.53±1.01 Mg hm~(-2),与对照组CK相比,样地土壤CO_2的累计排放通量分别减少了29.37%和30.15%;土壤N_2O排放通量在试验周期内呈现出明显的季节性变化特征,土壤N_2O的累计排放通量分别为1.47±0.02,1.00±0.03和0.89±0.02 CO_2-eq Mg hm~(-2),与对照组CK比较,土壤N_2O的累计排放通量分别降低了32.11%和39.65%;土壤CH_4吸收通量在试验周期内呈现出明显的季节性变化特征,土壤CH_4的累计吸收量分别为0.32±0.01,0.36±0.01和0.43±0.02 CO_2-eq Mg hm~(-2),与对照组CK比较,土壤CH_4累计吸收通量分别增加了13.55%和35.35%;(5)生物质炭和硅肥不同施入组合(CK、B1Si1、B1Si3、B3Si1、B3Si3)处理下毛竹林样地土壤CO_2排放通量呈现明显的季节性变化特征,样地土壤累计CO_2排放通量分别为58.03±2.12、62.64±1.81、56.49±1.39、62.56±1.89和52.44±1.35 CO_2-eq Mg hm~(-2),与对照组CK比较,样地土壤CO_2的累计排放通量分别增加了7.59%、-2.66%、7.80%和-9.63%;土壤N_2O排放通量在试验周期内呈现出明显的季节性变化特征,土壤N_2O的累计排放通量分别为1.47±0.08,1.15±0.07、1.07±0.06、1.15±0.05和1.12±0.07 CO_2-eq Mg hm~(-2),与对照组CK比较,土壤N_2O的累计排放通量分别降低了22.17%、27.48%、21.87%和23.91%;土壤CH_4吸收通量在试验周期内呈现出明显的季节性变化特征,土壤CH_4的累计吸收量分别为0.32±0.01、0.38±0.02、0.41±0.03、0.35±0.01和0.39±0.02 CO_2-eq Mg hm~(-2),与对照组CK比较,土壤CH_4累计吸收通量分别增加了18.26%、26.20%、10.08%和21.01%。(6)总的来说,在生态系统碳汇能力方面,生物质炭施入、硅肥施入和组合施入显著提升了毛竹林生态系统碳汇能力,其中硅肥对毛竹林生态系统碳汇能力提升的程度要明显好于生物质炭施入和两者的组合施入,但从硅肥肥效的发挥以及植硅体碳汇能力提升效果来看,组合施入是长时间毛竹林生态系统经营更好的选择之一。
【学位单位】：浙江农林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S714;S718.5
【部分图文】：

2 试验区域及研究方法19图2.1 试验样地位置Figure 2.1 Location of experiment site2.1.2 样地布设与试验设计在板桥镇林场，按照生态控制原则，选择生长历史一致、立地条件基本一致、坡度相当、坡向相同的毛竹林纯林样带进行样地设置。依据“局部控制”原则，设计完全随机区组试验，共设 27 块控制样地（硅肥 3 个浓度梯度：0thm-2(CK)、0.225thm-2(Si1)、1.125 t hm-2(Si3)；生物质炭(竹叶生物质炭) 3 个浓度梯度：0 t hm-2(CK)、5 thm-2(B1)、15thm-2(B3)），共 9 种组合，每个处理组合重复 3 次），样地大小为 10m10m，为了消除毛竹林地下根鞭对相邻样地的干扰，每块固定样地设置 5m 的隔离带（图 2.2）

对土壤 MBC 含量的标准化直接路径系数为 1.238（P<0.001）（图5.7）。土壤0-20cm含水量对土壤WSOC含量的标准化直接路径系数为0.68（5P<0.001），对土壤 MBC 含量的标准化直接路径系数为-0.014（P=0.843）（图 5.7）。土壤 pH 对土壤 WSOC 含量的标准化直接路径系数为 0.142（P=0.14），对土壤 MBC 含量的标准化直接路径系数为-0.196（P=0.111）（图 5.7）。土壤 WSOC 含量对土壤 CO2排放通量的

.001）（图 5.8）。土壤 MBN 含量对土壤 N2O 排放通量（P<0.001），土壤 NH4+-N 含量对土壤 N2O 排放通量（P<0.001），土壤 NO3－-N 含量对土壤 N2O 排放通量（P=0.682）（图 5.8）。
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本文编号：2849646