海南热带山地雨林土壤碳氮空间格局及其影响机制

发布时间：2017-12-10 15:04

  本文关键词：海南热带山地雨林土壤碳氮空间格局及其影响机制

  更多相关文章： 土壤有机碳 土壤氮 土壤呼吸 土壤微生物 空间分布 林窗

【摘要】：研究热带雨林土壤碳氮的空间分布及其影响因素对探索土壤碳库增汇措施和应对全球气候变化具有重要意义。随着全球气候变暖,极端天气气候事件呈现增多增强的趋势,北纬5°至20°森林经受更加频繁或猛烈的飓风或台风袭击。尖峰岭是海南岛目前热带森林保存最为完好、连片面积最大的地区之一,而热带山地雨林则是尖峰岭地区发育最为完善、结构最为复杂的类型,且时常遭受台风威胁。本研究依托海南岛尖峰岭国家级自然保护区建成的60 ha热带山地雨林动态监测样地,调查林窗特征和林窗内外环境异质性,研究土壤有机碳及其物理化学稳定性、土壤全氮及有效氮、土壤呼吸等的空间分布,并采用逐步线性回归和冗余分析(RDA)等方法探究其影响因素,旨在探明台风是否会增加尖峰岭热带山地雨林林窗和增加林窗内外环境的异质性,进而改变热带森林土壤碳氮的稳定性和空间分布,并揭示该地区土壤碳氮空间分布的影响机制,以期为进一步阐明热带山地雨林生态系统结构与功能提供基础资料。主要结果如下:(1)尖峰岭60 ha热带山地雨林动态监测样地土壤有机碳含量平均为34.36 g/kg,变异系数为27.53%。土壤轻组有机碳含量平均为7.94 g/kg,占总有机碳比例为23.1%;重组有机碳含量平均为26.43 g/kg,占总有机碳76.9%。土壤烷基碳(41.61%)氧烷基碳(33.00%)羧基碳(23.78%)芳香碳(2.60%);土壤惰性指数(烷基碳+芳香碳)/(氧烷基碳+羧基碳)平均为79%,有机碳分解程度系数(烷基碳/氧烷基碳)平均为1.26。(2)半方差分析表明,土壤有机碳、轻组、重组有机碳、微生物量碳的空间结构比C1/(C0+C1)范围是0.555-0.713,具有中等程度的空间依赖程度,然而土壤烷基碳、氧烷基碳的空间结构比范围是0.758-0.986,具有较强的空间依赖程度。普通克里格插值及绘制的空间分布轮廓图表明:土壤有机碳、轻组有机碳、重组有机碳的空间分布规律相似,沿山脊线增加,总体呈现斑块状与带状分布结合的空间结构。土壤烷基碳、氧烷基碳沿着山脊线增加,但土壤烷基碳以斑块状分布为主、氧烷基碳以带状分布为主。利用多元回归树(MRT)的方法对60个20m×20m样方分成3类,并对土壤有机碳及物理组分进行RDA分析,表明非生物因素对土壤有机碳及物理组分的影响明显大于生物因素,且二者存在协变现象。对土壤碳化学组分的RDA分析表明,非生物因素对土壤碳化学组分的影响明显大于生物因素,且二者存在协变现象。土壤有机碳、重组有机碳在生物因素和非生物因素前两轴上的梯度变化是一致的,随着胸高断面积、土壤过氧化氢酶的增加而增加。轻组有机碳随着植物个体数、物种数量、豆科植物个体数、细根生物量(0-10 cm)的增加而增加。土壤烷基碳随着胸高断面积、土壤过氧化氢酶的增加而增加,土壤氧烷基碳随着生物量的增加而增加,随着pH值的增加而减少。(3)土壤总氮的空间结构比是0.485,表明具有中等程度的空间依赖程度。铵态氮、硝态氮的空间结构比范围是0.775-0.842,表明具有较强的空间依赖程度。土壤氮的空间分布沿山脊线有增加的趋势,且斑块状和带状分布相结合。铵态氮和硝态氮的空间相似,从西到东呈现逐步增加的趋势,且以带状分布为主。(4)土壤总呼吸、根系呼吸、凋落量的空间结构比范围是0.289-0.62,具有中等程度的空间依赖程度。土壤呼吸的空间分布在西南角平坦区域较高,沿着山脊线有减少的趋势,且斑块状和带状分布相结合。(5)分析土壤碳氮与环境的关系得出,随着海拔、平均树高、铵态氮、土壤脲酶在环境第一和第二主成分上的梯度增加,土壤碳水、氮水、碳氮水等分布叠加的梯度也增加。随着胸高断面积、土壤烷基碳、生物量、土壤过氧化氢酶在环境上的梯度增加,土壤碳氮分布叠加的梯度也增加。(6)自1949年以来,台风次数减少但强度显著增强。受海南岛台风风向的影响,样地东北方向林窗较多。树冠林窗面积大多数(85%)200 m~2。林窗的最大年龄为23.5年,林窗主要分布于20°-35°斜坡上,林窗形成木的木材密度为0.6g·cm~(-3)-0.7g·cm~(-3)。N_2O排放量异质性较强,在林窗内和雨季时较高。林窗内N_2O排放量与土壤温度和土壤水分呈现明显的关系。如果忽略林窗将导致该区域N_2O排放量被低估18%。
【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】：2017
【分类号】：S714.2

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