森林恢复对土壤有机碳氮循环的影响

发布时间：2020-05-20 15:28

【摘要】：重造林与森林恢复工程作为一项重要生态恢复措施,正带来一系列的环境效应,也潜在影响着植物-土壤系统,在全球变化生态学研究中显得尤为重要。面对当今诸多的生态环境问题,如土壤侵蚀退化、土地利用类型改变,人类正面临着愈发严峻的考验。对于森林恢复与其之间的关系,历来却成为学者们研究的焦点,因造林工程对土壤有机库的影响不一定是正效应,也可能会产生负效应或者“零效应”。为探讨森林恢复在不同的环境条件改变下,对土壤生态系统有机库碳氮循环的影响,更好的为政府实施大型林业工程提供理论指导,本文以南方红壤侵蚀区(因土壤退化而进行马尾松林恢复)和丹江口库区森林恢复区(不同土地利用类型下的森林恢复)为研究地点,采用土壤分馏技术与碳氮稳定同位素相结合的方法对土壤组分进行解剖,以及采用静态箱-气相色谱法进行了森林恢复后的土壤呼吸测定,研究森林恢复对土壤有机碳氮循环的影响机制。主要研究结果包括： 1)南方红壤区马尾松恢复对土壤有机碳氮库动态的影响：马尾松林恢复18-30年的显著增加了土壤碳氮储藏。森林恢复导致的土壤碳积累与较大的生物量输入以及较低的土壤有机质降解率有关系。恢复林龄为10年的马尾松林,并没有显著的碳氮含量增加,这可能是由于初造林前几年增加的植被生物量输入被较快的碳损失率所抵消。碳稳定同位素(613C)值的变化趋势揭示出恢复林龄为10年的林地中老碳的周转率要比恢复林龄18-30年的快。氮稳定同位素(δ15N)的值显示随着恢复林龄增加而逐渐变小,说明随着森林恢复时间越长,土壤氮(N)损失会越小。本研究揭示出了南方红壤区马尾松恢复对土壤碳氮动态变化的影响机制,为森林恢复工程更好的防治水土流失保护土壤碳氮元素增加了科学依据,为当地政府的政策制定提供了科学基础。 2)丹江口库区森林恢复对土壤有机碳氮动态的影响机制：土地利用类型的转变显著改变了土壤物理和化学组分以及土壤碳氮动态。未耕地转变为植被恢复区(森林和灌丛)对土壤有机碳氮库的增加,主要通过增加大粒级土壤团聚体(2000μm)和土壤重组颗粒有机质iPOM(65％一87％)的碳氮储藏含量而增加了整个士壤有机碳氮储藏量。然而森林土壤团聚体(2000μm)中的土壤有机氮含量低于灌丛和农田,揭示出森林相比灌丛和农田,森林植被需要大量的氮吸收量。土壤各馏分中的碳氮比(C:N ratios)反映了森林土壤比农田土壤有更多的凋落物输入。土壤各馏分中的的δ15N值表明了农田具有较快的土壤氮的周转速率,进而证明了森林恢复的确减少了土壤氮损失。森林土壤中大颗粒团聚体(2000μm)的轻碳组分的δ13C值表明了其最大的新碳输入和最快的老碳降解率该研究结果表明由土地利用转变而引起的地上植被变化,改变了土壤组分和碳氮动态,进而会影响整个生态系统功能。土壤分馏与稳定同位素方法结合,对上壤有机物质所包含的不同周转时间的各组分能够进行深层剖析,对于理解上地利用类型转变引起的土壤有机物质动态变化非常重要。这项发现对于丹江口库区的森林恢复工程以及长期的碳积累生态系统过程具有重要的意义。 3)丹江口库区森林恢复对土壤呼吸释放通量的影响：植被恢复(农田转变为森林)可导致春秋季CO2释放通量增加、春季CH4释放通量的减少、夏秋冬季CH4释放通量的增加、以及秋冬季N20释放通量的增加。夏季C02释放通量达到峰值,其对土温、土湿、土壤有机碳含量较为敏感；春季CH4释放通量达到峰值,其对影响微生物活动(如甲烷菌产生菌)的pH较为敏感；秋冬季N20释放通量达到峰值,这主要与秋冬季土壤中低浓度的N03--N有关。森林上壤春季CO2释放通量主要来自于凋落物呼吸贡献,而秋季主要来自于根呼吸贡献；森林土壤中夏季CH4释放通量主要来自于凋落物呼吸贡献。其余季节森林恢复区(森林、灌丛)土壤呼吸三种气体的释放通量来自于凋落物呼吸还是根呼吸的差异性不显著。
【图文】：

过程图,土壤呼吸,过程,土壤退化

淋溶和（或）侵姓图1.2 土壤呼吸过程（引自韩士杰等，2008)Fig. 1. 2. The process of soil respiration1.1.3 土壤侵蚀退化与森林恢复工程现状土壤退化是指在不利的自然条件和人类对土壤的不合理耕作、利用等因素影响下，，土壤物理、化学和生物学性质及生产力的下降过程（刘杰等，2009)。土壤侵烛(水土流失)是当今世界上最严重的环境问题之一。它不仅导致土壤退化、直接威胁到农业生产和粮食安全，而且作为一个重要的生物学过程，能够引起土10

调落物,红壤,马尾松林,年龄

roded soil of south China. Data are expressed as mean 土 SE (n=9). Suffixes differentletters indicate statistical significance at P< 0.05 between reforestation forests.Secondary forests 5"C (%。） 5 '^N (%。） C:N ratio10 years -29.19±0.53' -8.02±0.62' 88.88±1.06''18 years -28.61±0.45' -8.48±1.14' 95.01±23.26^25 years -27.66±2.53' -12.03±1.02^ 87.55±9.10a30 years -26.98±0.3' -10.54±0.8l'' 90.99±2.81'
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（武汉植物园）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S714

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