太行山南麓山区典型森林类型土壤有机碳特征

发布时间：2017-12-06 12:10

  本文关键词：太行山南麓山区典型森林类型土壤有机碳特征

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【摘要】：土壤碳库是地球生态系统碳库的重要组成部分,而森林生态系统中土壤碳库约占全球土壤碳库的73%左右,森林土壤碳库的变动会引起大气中CO2的浓度变化,进而引发全球气候改变。森林发育过程中不同林分结构的林下土壤有机碳库分布及变动特点,以及森林土壤碳积累过程的影响因素都是值得研究的课题。本研究选取太行山南麓林区不同发育阶段林分下典型森林土壤有机碳用为研究对象,采取典型样地调查法与实验室分析测定相结合的方法,分析了6种典型森林类型(灌木林、乔木人工林)的土壤有机碳库特征及其影响因素,旨在揭示该区域土壤有机碳的时空分布特征及影响因素等,为该区域森林土壤碳库估算评价及森林可持续经营提供数据支持和参考依据。主要研究结论如下：(1)以两种典型无林地类型(裸荒地、草地)作为参考,选取林分发育不同阶段的灌木林(酸枣灌木林、荆条灌木林)以及乔木人工林(20a生侧柏人工林、20a生刺槐人工林、20a生栓皮栎人工林、40a生栓皮栎人工林)共6种典型森林类型,研究不同森林类型下土壤理化性质的变异特点。结果表明：不同林分发育阶段的森林土壤理化性质不同,林龄长的乔木人工林土壤物理性状及化学特性有明显的改善。每种森林类型林下土壤剖面的调查结果显示,土壤物理性质的变化均有明显的分层规律,随土层的加深,土壤改良的趋势减弱。不同林分发育阶段的土壤化学养分(氮、磷、钾元素)含量也存在差异,并表现出明显的表聚性。40a栓皮栎人工林比无林地土壤表层土壤全氮分别增加了3.36倍(裸荒地)、2.52倍(草地)。受成土母质的影响,无林地与灌木林土壤全磷、全钾含量变化不明显,但乔木人工林土壤磷、钾含量呈现出缓慢的上升过程,其中,表层土壤速效磷、速效钾的变化表现得更为明显。同时,在林分发育的不同阶段,土壤理化性质及土壤养分含量的改变表现出表聚性,随土层加深,变化趋势会明显减弱。(2)本研究区内灌木林及乔木人工林林下凋落物总量随林龄的增加而增加。受地表凋落物量及地下植被根系发育的共同影响,40a栓皮栎人工林土壤有机碳、活性有机碳及微生物量碳均高于20a乔木人工林、灌木林及无林地。不同森林类型土壤有机碳及组分的土壤剖面分布规律显示,表层(0-20cm)土壤有机碳及组分最高,随土壤深度的增加而逐渐降低。同时,受大气环境温湿度及季节性降水的影响,不同森林类型下土壤有机碳及组分的季节性变化呈现一定的规律性。土壤有机碳、土壤活性有机碳呈现出夏秋季高,冬春季最低的变化特点。土壤微生物量碳含量季节波动很明显,除草地土壤微生物量碳的峰值出现在秋季,其余各森林类型的土壤微生物量碳的峰值出现在夏季,最低值均出现在冬季。(3)本研究区不同森林类型土壤剖面各层土壤有机碳含量与土壤水分含量、土壤孔隙度、毛管孔隙度间呈现显著正相关(P0.005)。土壤有机碳含量与土壤容重之间呈现负相关关系。研究区土壤pH值呈现弱碱性,土壤酸碱度与土壤有机碳之间的关系存在一定的负相关性,但它对土壤有机碳的影响有限(P0.005)。不同森林类型土壤有机碳含量与土壤全氮以及铵态氮元素含量均存在极显著相关性,土壤中硝态氮因其易发生淋溶特点,与有机碳的相关性表现较差。不同乔木人工林土壤剖面的C/N没有明显的变化规律,但均小于25：1,土壤养分处于适宜的状态。不同森林类型下土壤有机碳与土壤磷、钾元素之间的存在线性正相关性。凋落物量与土壤有机碳、土壤可溶性碳及土壤微生物量碳均存在显著的线性相关关系。通过对土壤各因子与土壤有机碳含量之间的耦合关系进行分析结果表明,土壤有机碳积累过程中与多种影响因子的交互作用较为复杂,各因子对土壤有机碳的贡献率主要是通过影响其它因子而产生的间接作用效应。(4)在太行山南麓林区不同林分发育阶段,土壤有机碳密度随林龄的增加而升高,无林地的土壤碳密度范围在5.53～8.74 t·hm-2,灌木林土壤碳密度在26.73～29.89 t·hm-2,乔木人工林土壤碳密度为27.53～36.29 t·hm-2。40a栓皮栎人工林的表层土壤理化特性、养分含量及土壤有机碳及组分均明显优于灌木林与无林地,但随土层深度的增加,这种优势性逐渐降低,表聚性减弱。综上所述,太行山南麓林区不同林分发育阶段的土壤有机碳分布特征受多种因素的影响,在林分结构、林龄、土壤理化特性、树种生长特性及林下凋落物等多种因素的共同影响下,土壤有机碳表现出明显的差异性。进一步说明林分的发育对土壤有机碳的积累呈现正相的促进作用。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S714.2

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