亚热带米槠人促林碳、氮、磷积累特征及土壤磷素有效性分级研究

发布时间：2020-10-29 08:33

　　 在过去几十年,我国亚热带林区大规模人工造林活动导致树种单一化、针叶化现象十分严重,造成生物多样性下降、森林病虫害、林地地力衰退和水土流失等-系列问题,威胁区域生态安全,降低了森林应对气候变化的能力。针对森林经营存在的问题,以及面临愈演愈烈的全球气候变化,探讨21世纪合理的森林经营模式已成为国际研究热点。目前我国许多地区已就森林多功能经营进行了很多有益探索,常绿阔叶林人工促进天然更新林(下称人促林)是福建省天然用材林更新的重要方法,在林区造林更新过程中被广泛运用。然而过去人们更多的是关注人促林林分蓄积量和土壤肥力方面,而缺乏人促林生态系统碳氮磷积累特征及其动态变化的探讨。土壤磷有效性可能成为阻碍亚热带红壤区森林生态系统生产力和碳库积累的重要因子,但人促林对土壤磷组分和磷有效性的影响如何目前亦不清楚。为此,本研究从以下两部分内容展开研究：(1)以福建三明35年左右的米槠人促林、杉木林、马尾松林及260多年的天然林为研究对象,比较不同森林更新方式生物量、碳氮磷积累特征以及土壤磷素有效性分级,阐明不同森林更新方式对森林各组分碳氮磷储存和分配格局以及对土壤磷有效性的影响差异；(2)选择福建省顺昌县不同林龄(21年生、31年生、49年生)米槠人促林为对象,研究人促林各组分碳氮磷积累和分配格局以及土壤磷有效性随更新时间的变化。主要研究结果如下：(1)天然林、米槠人促林、杉木林、马尾松林生态系统碳库分别为331.57thm-2、291.87 t hm-2、218.79 t hm-2和213.91 t hm-2。植被碳库占整个生态系统碳库比例分别为56.5%、48.9%、42.1%和39.7%,土壤碳库所占比例为42.3%、50.0%、56.6%和59.4%。米槠人促林植被碳库、土壤碳库显著高于杉木和马尾松人工林,这可能是由于物种、林分结构和更新措施差异造成的。米槠人促林快变碳库(叶和细根)和慢变碳库(枝、干和粗根)均高于杉木林和马尾松林。米槠人促林底层土壤(20-100cm)碳库明显高于杉木林和马尾松林,而且米槠人促林有更多比例的土壤碳向底层分配。四个林分氮库分别为9.93 t hm-2、8.40 t hm-2、6.08 t hm-2和6.05 t hm-2,植被氮库占整个生态系统氮库比例分别为12.7%、13.3%、5.5%和5.4%,土壤氮库所占比例为86.5%、86.0%、94.1%和94.4%；磷库分别为3.95 t hm-2、3.70 t hm-2、3.74 t hm-2和3.73thm-2,植被磷库占整个生态系统磷库比例分别为2.1%、1.6%、0.8%和0.6%,土壤磷库所占比例为97.9%、98.3%、99.2%和99.4%。米槠人促林快速循环氮磷养分库(叶和细根)和慢速循环氮磷养分库(枝、干和粗根)均高于杉木林和马尾松林。米槠人促林土壤氮库显著高于杉木和马尾松人工林,土壤磷差异不显著。以上研究表明米槠人促林具有较高的碳氮磷储存量。(2)21年生、31年生、49年生米槠人促林生态系统碳库分别为223.6 t hm-2、239.4t hm-z和320.5 t hm-2,其中植被层所占的比例分别为44.9%、52.8%、61.2%,土壤碳库为54.0%、46.2%和38.0%。米槠人促林不同林龄阶段碳积累速率不同,在生长初中期能在树干快速的积累碳,进入近熟林后尽管干年均固碳量处于较低水平,叶、枝和根仍能保持较高的年均固碳量。而米槠人促林土壤总碳库并没有随林龄的增加而显著提高。21年生、31年生、49年生米槠人促林生态系统氮库分别为9.16 t hm-2、9.30 t hm-2和11.46 thm-2,其中植被层所占的比例分别为7.7%、12.5%、20.8%,土壤为91.5%、86.7%和78.6%；磷库分别为3.13 t hm-2、3.12 t hm-2和3.58 t hm-2,其中植被层占生态系统的总磷库分别为1.5%、1.7%和3.5%,土壤磷库所占比例分别为98.4%、98.1%和96.4%。米槠人促林植被氮磷养分积累随林龄增加而提高。随林龄增加,米槠人促林土壤总氮和总磷储量亦呈增加趋势。(3)亚热带四个类型森林土壤总磷含量(231-312 mg kg-1)、易活性磷含量(5.04-18.74 mg kg-1)和Bray-I磷含量(0.63-3.87 mg kg-1),相比于温带、热带地区森林生态系统均处于较低水平,该地区土壤总磷和磷有效性含量低可能是限制林分生产力重要原因。不同更新方式改变土壤有机磷和有效磷的含量。米槠人促林表层土壤总有机磷含量显著低于杉木林和马尾松林,但是易活性有机磷显著高于杉木和马尾松人工林。米槠人促林0-10cm土壤易活性磷显著高于杉木和马尾松林,中活性磷显著低于杉木林和马尾松林,而闭蓄态磷以马尾松最高。植被类型和不同森林更新方式是影响生态系统活性有机磷含量的重要因素。(4)米槠人促林土壤总有机磷含量随林龄增加而显著增大,在各形态有机磷,碳酸氢钠有机磷、氢氧化钠有机磷均随林龄增加而增大,但各浓盐酸有机磷含量差异不显著。总无机磷随林龄变化不显著。米槠人促林土壤易活性磷和中活性磷含量随林龄增加而显著增加,但不同林龄土壤闭蓄态磷无明显差异。(5)米槠人促林不同物种、不同器官氮、磷含量差异显著,各树种叶片和细根氮、磷养分含量高于枝、干和粗根。胸径大小对米槠、闽粤栲和木荷不同器官氮磷养分含量影响表现出规律不同。米槠人促林10个阔叶树种叶片N、P含量和N/P分别为11.05-21.66 g kg-1、0.41-0.73 g kg-1和23.8-36.29；杉木叶片N、P含量和N/P分别为9.59 g kg-1、0.61 g kg-1和15.6；马尾松叶片N、P含量和N/P分别为11.00 g kg-1、0.58 gkg。1和18.9。根据N,P化学计量比和P养分含量,10个阔叶树种和2个针叶树种均受到磷养分限制。总之,与杉木和马尾松林比较,米槠人促林具有较高的生物量和碳氮磷积累能力,同时米槠人促林能够提高土壤活性有机磷和易活性磷含量。
【学位单位】：福建师范大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S714
【文章目录】：
摘要
Abstract
中文文摘
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 森林生态系统碳库特征研究进展
        1.2.1 森林生态系统碳库特征
        1.2.2 不同更新方式对森林生态系统碳库的影响
        1.2.3 林龄对森林生态系统碳库的影响
        1.2.4 其他因素对森林生态系统碳库的影响
    1.3 森林生态系统氮磷积累特征研究进展
        1.3.1 森林生态系统植被氮磷积累与分配
        1.3.2 森林生态系统土壤氮库特征
        1.3.3 森林生态系统土壤磷库特征
    1.4 土壤磷素形态和分级方法研究进展
    1.5 亚热带森林生态系统土壤磷素特征研究进展
    1.6 关键科学问题、主要研究内容和技术路线
        1.6.1 关键科学问题
        1.6.2 主要研究内容
        1.6.3 技术路线图
第二章 研究区域概况和研究方法
    2.1 研究区域和试验地概况
        2.1.1 研究区域概况
        2.1.2 试验地概况
    2.2 试验研究方法
        2.2.1 生物量回归模型建立
        2.2.2 林分调查及林分生物量和群落特征分析
        2.2.3 植物样品采集、碳氮磷测定及分析
        2.2.4 土壤样品采集、碳氮磷测定
        2.2.5 碳氮磷库计算
    2.3 数据统计分析
第三章 亚热带不同更新方式对生态系统碳、氮、磷储量的影响
    3.1 米槠人促林生物量模型
    3.2 米槠人促林物种和群落水平各器官碳、氮和磷含量
    3.3 亚热带不同更新方式森林乔木层多样性、AS、ABS
    3.4 亚热带不同更新方式森林植被生物量及碳、氮、磷含量和库
        3.4.1 亚热带不同更新方式森林植被生物量分配特征
        3.4.2 亚热带不同更新方式森林植被碳、氮、磷含量
        3.4.3 亚热带不同更新方式森林植被碳、氮和磷库
    3.5 亚热带不同更新方式森林土壤碳氮磷库
        3.5.1 亚热带不同更新方式森林土壤容重
        3.5.2 亚热带不同更新方式森林土壤碳、氮、磷含量
        3.5.3 亚热带不同更新方式森林土壤碳、氮、磷库
    3.6 亚热带不同更新方式森林生态系统碳、氮、磷库
    3.7 讨论
        3.7.1 常绿阔叶林生物量预测模型适用性
        3.7.2 米槠人促林各物种氮和磷化学计量特征
        3.7.3 不同更新方式对植被氮、磷积累的影响
        3.7.4 不同更新方式对土壤氮、磷库的影响
        3.7.5 不同更新方式对植被碳库的影响
        3.7.6 不同更新方式对土壤碳库的影响
第四章 亚热带不同更新方式森林土壤磷素形态及有效性分析
    4.1 土壤总磷、总无机磷和总有机磷特征
    4.2 土壤磷素有效性分级特征
    4.3 表层土壤微生物碳含量
    4.4 不同林分土壤PH和氧化铝/氧化铁含量
    4.5 土壤磷素与土壤物理化学特性的关系
    4.6 讨论
        4.6.1 不同更新方式对土壤有机磷影响
        4.6.2 不同更新方式对无机磷影响
        4.6.3 不同更新方式对土壤磷素有效性影响
        4.6.4 亚热带森林土壤磷素特征
第五章 不同林龄米槠人促林生态系统碳、氮、磷积累特征
    5.1 米槠人促林植被各层生物量及碳、氮、磷含量和库
        5.1.1 米槠人促林植被各层生物量
        5.1.2 米槠人促林植被各层碳、氮和磷含量
        5.1.3 米槠人促林乔木层、林下植被层和枯落物层碳库、氮库和磷库
    5.2 米槠人促林土壤容重及C、N、P含量和库
        5.2.1 米槠人促林土壤容重
        5.2.2 米槠人促林土壤碳、氮和磷含量
        5.2.3 米槠人促林土壤碳、氮和磷库
    5.3 米槠人促林生态系统碳、氮、磷库及其分配格局
    5.4 讨论
第六章 不同林龄米槠人促林土壤磷素有效性分级及有效性
    6.1 土壤总磷、总无机磷和总有机磷
    6.2 土壤速效磷含量
    6.3 土壤磷素有效性和磷素分级特征
    6.4 讨论
第七章 生态系统碳氮积累与土壤磷素有效性的相关性
    7.1 乔木层碳库与土壤磷素有效性分级相关性
    7.2 土壤碳含量与磷素有效性分级相关性
    7.3 讨论
第八章 研究的主要结论和展望
    8.1 主要结论
    8.2 本文创新点
    8.3 展望
附录A：样木的胸径、树高、密度、材积和各部位生物量
参考文献
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
个人简历

【引证文献】

相关硕士学位论文 前2条

1 李加博;广西天然林赤红壤碳库、营养元素及红外光谱特征研究[D];广西大学;2017年

2 黄金梅;右江区两种珠防林生长特性和CNP化学计量学特征[D];广西大学;2016年

本文编号：2860646