马尾松林土壤呼吸与微生物对不同采伐方式的响应

发布时间：2017-05-24 00:10

  本文关键词：马尾松林土壤呼吸与微生物对不同采伐方式的响应，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：森林采伐作为最主要的森林经营方式,对土壤碳储量以及碳过程均产生着复杂的影响。科学认识采伐干扰下森林土壤碳库维持机制以及碳固定过程的特征,确定合理的森林经营措施,增加森林生态系统碳汇,是目前国内外研究的焦点。三峡库区地处长江中游,是我国生态环境保护的重点区域。本区域马尾松林分布面积大,但由于经营粗放,低产林大量存在。开展三峡库区马尾松低产林经营试验,并对经营后林内土壤碳储量、主要碳固定过程的长期连续的监测和调查,可为进一步探讨气候变化对于土壤碳储量以及养分循环的可能性影响和适应性措施提供科学依据,对科学经营马尾松林具有重要的基础理论和实践指导意义。本研究以湖北省秭归县九岭头林场相似立地条件下的马尾松飞播林为研究对象,参考常规经营措施,选择设计不同采伐干扰:除灌(采伐所有灌木,包括清除所有除灌产生的枝叶)、采伐1(采伐强度15%,采伐树干,并未对枝叶进行清除)、采伐2(采伐强度70%,采伐剩余物处理同采伐1)和对照,采用LI-8100土壤CO2通量测定系统对土壤总呼吸以及呼吸组分的呼吸速率进行为期1年的原位连续监测,同时采用常规理化分析测定了采伐干扰后各季节土壤碳库以及相关环境因子的变化,并采用磷脂脂肪酸以及酶底物测定法测定土壤微生物群落结构及其功能对不同采伐干扰的响应。主要研究结果如下:(1)观测期内,对照、除灌、采伐1、采伐2的土壤总呼吸速率均值依次为2.18±0.05、1.82±0.07、2.37±0.07、2.86±0.1μmol CO2m-2s-1。除灌显著降低了土壤总呼吸速率,采伐造成了土壤总呼吸速率的增加,且采伐强度与土壤呼吸速率增值呈正比;3种干扰处理中,仅除灌处理造成土壤年均CO2排放量的显著降低,降低率达26.24%;而采伐处理并未造成土壤年均CO2排放量的变化。对照、除灌、采伐1、采伐2处理下土壤年均累积CO2排放量依次为2.82±0.17、2.08±0.09、2.87±0.19、2.97±0.12kg CO2m-2。土壤温度以及土壤有机碳的变化是制约土壤总呼吸变化的主要调控因子。(2)通过壕沟断根法对土壤自养呼吸组分(RR)和异养呼吸(RM)组分进行划分,结果表明各处理的RR的贡献率在35.75%~40.44%左右,RM的贡献率在59.65%~64.25%左右;与对照相比,除灌处理显著降低了自养呼吸与异养呼吸,变化幅度分别为17%、18.9%;采伐1显著降低了自养呼吸,而增加了异养呼吸;采伐2处理对自养呼吸无显著影响,但造成了异养呼吸20.95%的显著增加。同时,除灌处理显著降低了自养呼吸与异养呼吸年均累积通量,而采伐1、采伐2并未对其造成显著影响。细根生物量以及温度是影响自养呼吸的变化的主要因子,而土壤温度是影响异养呼吸变化的主控因子,能解释各处理异养呼吸的36.7%~88%。(3)各处理土壤总呼吸以及各呼吸组分均在生长旺盛期达到最大值,土壤温度与湿度双因子模型能够很好解释土壤总呼吸以及各呼吸组分的变异。对照、除灌、采伐1、采伐2土壤总呼吸敏感性指数Q10值依次为:2.18±1.09、1.65±0.07、2.20±0.09,2.36±0.09。与对照(2.16±0.19)相比,除灌(2.29±0.23)和采伐2(2.18±0.15)增加了RR的土壤温度敏感性,而采伐1(1.60±0.13)则相反;各干扰对于RM的温度敏感性作用与RR的变化相反。观测期内,采伐1的RM温度敏感性(2.41±0.14)高于对照(2.18±0.13),而除灌(1.71±0.09)和采伐2(1.99±0.08)降低了RM温度敏感性。(4)对干扰后不同时期:处理后3个月,处理后12个月断根小区与未断根小区表层土壤(0~10cm)的微生物生物量以及群落结构组成的调查结果显示:处理后3个月断根与未断根小区各处理微生物生物量无显著差异,除灌处理断根与非断根小区的革兰氏阳性细菌生物量均在处理后12个月显著高于对照,而采伐2的断根小区内真菌与丛枝菌根真菌显著高于对照;处理后3个月未断根小区微生物群落结构无显著差异,处理后12个月除灌和采伐1群落结构组成显著区别于对照和采伐2,冗余度(RDA)分析表明,造成各处理微生物群落结构变化的主要可能环境因子是土壤温湿度,同时植被组成的变化也是调控微生物群落结构的重要因素。(5)各干扰措施对测定的土壤酶活性均产生了不同程度影响:处理后3个月,各处理土壤酶活性无明显变化规律;而12个月后,与对照相比,采伐处理(采伐1、采伐2)均造成?-葡糖苷酶活性的增加以及N-乙酰-葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶活性的降低,同时降低了氧化酶活性(过氧化物酶和酚氧化酶),除灌的过氧化物酶活性高于对照,其他土壤酶活性均低于对照。土壤湿度、有机碳、微生物量碳以及土壤碳氮比是显著影响土壤酶活性的土壤环境因子,微生物结构中革兰氏阳性菌是影响土壤专一酶活性的主要类群。各处理措施可能通过对环境因子的调控,改变了微生物群落结构以及相关土壤酶活性,从而造成了不同处理土壤碳排放的变化,但具体调控机制仍需进行进一步研究。总之,对不同采伐处理的土壤呼吸以及相关微生物因子为期1年的观测和分析,发现除灌能够显著降低土壤呼吸速率以及年均碳排放量,造成微生物群落组成的显著改变,同时降低土壤酶活性(过氧化物酶除外);采伐(采伐1和采伐2)的土壤总呼吸速率以及年均碳排放量均高于对照且随采伐强度的增加而增加,仅采伐1显著改变了微生物群落组成,采伐均增加了参与碳循环的酶活性;不同采伐处理后地上植被组成的变化、土壤温度湿度的改变是引起土壤呼吸以及微生物变异的主要因子。但短期土壤碳排放对不同采伐干扰的响应并不能准确反映采伐对于土壤碳库的长期作用,仍需对碳库以及相关影响因子进行持续观测以探明不同营林措施对土壤碳循环的影响。
【关键词】：马尾松林 采伐干扰 土壤呼吸 呼吸组分 微生物群落结构 土壤酶活性
【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】：2015
【分类号】：S791.248;S714.3
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-18
• 第一章 绪论18-30
• 1.1 研究背景18-19
• 1.2 国内外研究现状19-28
• 1.2.1 森林采伐对土壤碳库动态的影响19-24
• 1.2.2 森林采伐对土壤碳库影响的不确定性24-27
• 1.2.3 实验测定方法比较27-28
• 1.3 研究目的和研究内容28-29
• 1.3.1 拟解决的科学问题28
• 1.3.2 研究的主要内容28-29
• 1.4 研究技术路线29-30
• 第二章 马尾松土壤呼吸总量对不同采伐处理响应30-47
• 2.1 引言30-31
• 2.2 研究方法31-35
• 2.2.1 研究区概况31-32
• 2.2.2 样地设置32-33
• 2.2.3 土壤呼吸和相关环境因子测定33-34
• 2.2.4 土壤样品采集与理化性质分析34
• 2.2.5 数据统计分析34-35
• 2.3 结果分析35-44
• 2.3.1 土壤总呼吸时间变异性35-36
• 2.3.2 土壤总呼吸与土壤温湿度36-38
• 2.3.3 土壤呼吸变化幅度对采伐的响应38-40
• 2.3.4 土壤有机碳与土壤全氮对不同采伐处理的响应40-42
• 2.3.5 土壤微生物量碳氮对不同采伐措施的响应42-44
• 2.4 讨论44-46
• 2.4.1 土壤呼吸对不同采伐处理的响应44-45
• 2.4.2 土壤温度和湿度对土壤呼吸作用的影响45-46
• 2.5 小结46-47
• 第三章 马尾松土壤呼吸组分的季节分异47-67
• 3.1 引言47-48
• 3.2 研究方法48-50
• 3.2.1 研究区概况48
• 3.2.2 样地设置48
• 3.2.3 土壤呼吸和相关环境因子测定48
• 3.2.4 土壤理化性质、细根生物量、微生物生物量测定48-49
• 3.2.5 数据统计分析49-50
• 3.3 结果分析50-63
• 3.3.1 呼吸组分时间变异性50-51
• 3.3.2 土壤呼吸组分对土壤呼吸贡献率51-52
• 3.3.3 土壤温湿度与土壤呼吸组分52-57
• 3.3.4 壕沟处理小区土壤有机碳、土壤全氮对于不同采伐处理的响应57-59
• 3.3.5 壕沟处理小区土壤微生物量碳氮对不同采伐处理的响应59-61
• 3.3.6 细根生物量对不同采伐处理的响应61-62
• 3.3.7 土壤呼吸各组分年均累积量62-63
• 3.4 讨论63-65
• 3.4.1 不同措施下土壤呼吸其组分变化63-64
• 3.4.2 土壤呼吸组分与土壤温湿度64-65
• 3.5 小结65-67
• 第四章 土壤微生物量及群落组成对于不同采伐方式的响应67-85
• 4.1 引言67-68
• 4.2 研究材料与方法68-70
• 4.2.1 研究区概况68
• 4.2.2 样地设置68
• 4.2.3 土壤样品采集与相关指标分析68-69
• 4.2.4 数据统计分析69-70
• 4.3 结果分析70-81
• 4.3.1 土壤微生物生物量对不同采伐处理的响应70-72
• 4.3.2 环境因子对不同采伐处理的响应72-73
• 4.3.3 土壤微生物群落结构对不同采伐处理的响应73-78
• 4.3.4 相关环境因子对土壤微生物群落结构的影响78-81
• 4.4 讨论81-84
• 4.4.1 土壤微生物真菌类群对不同采伐处理的响应81-82
• 4.4.2 土壤微生物细菌类群对不同采伐处理的响应82
• 4.4.3 不同采伐处理对土壤微生物群落结构的影响82-84
• 4.5 小结84-85
• 第五章 不同采伐方式对土壤酶活性的影响85-102
• 5.1 引言85-86
• 5.2 研究材料与方法86-89
• 5.2.1 研究区概况86
• 5.2.2 实验设计86-87
• 5.2.3 土壤样品采集与理化性质分析87-89
• 5.2.4 数据统计分析89
• 5.3 结果分析89-98
• 5.3.1 土壤酶活性变化89-91
• 5.3.2 土壤酶活性与土壤主要理化性质的关系91-96
• 5.3.3 土壤专一酶活性与微生物群落结构的关系96-98
• 5.4 讨论98-100
• 5.4.1 土壤酶活性对不同采伐处理的响应98-99
• 5.4.2 土壤理化性质对土壤酶活性的影响99-100
• 5.4.3 专一酶活性与微生物群落结构100
• 5.5 小结100-102
• 第六章 结论与展望102-104
• 6.1 结论102-103
• 6.2 展望103-104
• 参考文献104-119
• 在读期间的学术研究119-120
• 致谢120

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  本文关键词：马尾松林土壤呼吸与微生物对不同采伐方式的响应，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：389403