降水减少对暖温带锐齿栎林土壤碳循环关键过程的影响

发布时间：2018-02-20 07:11

本文关键词： 降水减少土壤呼吸碳排放气候变化土壤有机碳锐齿栎林　出处：《中国林业科学研究院》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：降水格局变化作为全球气候变化的重要特征之一,因其在大陆或次大陆尺度上影响着陆地生态系统的碳汇强度和潜力,而受到了广泛的关注。土壤作为陆地生态系统中最大的碳库,其碳循环过程对气候变化变化的响应是决定陆地生态系统碳汇不确定性的关键。未来气候变化下,中国中纬度部分地区将面临更为频繁和严峻干旱的威胁,而这些地区的森林将受到怎样影响却仍不清楚。栎属森林作为中国所有森林类型中分布面积最大,植被碳储量最多的森林类型,在调控区域碳收支上起着重要作用。然而,目前我们还不清楚未来降水格局变化将如何影响这一重要的森林类型。基于此,为了弄清降水减少对森林土壤碳动态的影响,本研究选取暖温带过渡区锐齿栎林为研究对象,通过建立生态系统尺度的森林原位降水减少控制实验平台,截除50%生长季林内穿透雨,研究了降水减少对暖温带锐齿栎林土壤呼吸及其组分、根系分泌物与根系形态、凋落物叶和细根分解过程以及CH4和N2O潜在排放的影响。1)生长季期间50%的林内穿透雨减少处理,相当于分别移除2014、2015和2016年总降雨量的31.5%、25.6%和27.5%;减雨处理分别显著降低了2013、2014、2015和2016年生长季未断根样方土壤湿度5.7 vol%、6.1 vol%、3.9 vol%和8.5 vol%;分别降低了断根样方同期土壤湿度4.5 vol%、6.4 vol%、7.1 vol%和8.3 vol%。降水减少对土壤温度无显著影响。2)基于降水减水控制实验平台,采用壕沟断根法区分土壤呼吸组分土壤自养和异养呼吸,对减雨处理下土壤呼吸及其组分的变化进行了连续38个月的观测,研究了降水减少对暖温带锐齿栎林土壤呼吸及其组分的影响。研究结果表明整个研究期间实验性降水减少对土壤异养呼吸和微生物生物量碳均未产生显著影响;减雨样地和对照样地之间土壤总呼吸、自养呼吸以及细根生物量在2015和2016年均未表现出显著差异,仅在相对干旱的2014年,减雨处理土壤总呼吸较对照样地增加了20.1%,自养呼吸增加了47.8%以及细根生物量增加了40.5%,但是土壤总呼吸(减雨:5.7-5.8 ton ha-1 y-1;对照:5.0-6.0 ton ha-1 y-1)、异养呼吸(减雨:4.2-4.9 ton ha-1 y-1;对照:3.9-5.0 ton ha-1 y-1)和自养呼吸累积通量(减雨:0.9 1.5 ton ha-1 y-1;对照:1.0-1.1 ton ha-1 y-1)并未受影响。实验期间2013年秋季自然干旱的发生导致了土壤呼吸的下降~30%,说明在未来更为严重的干旱可能会导致该区域土壤有机碳分解的下降。我们的数据表明该区域导致土壤总呼吸下降的土壤湿度阈值可能10 vol%;3)采用森林原位根系分泌物收集和分析方法,研究了降水减少对暖温带锐齿栎林根系分泌物和根系形态的影响。结果表明降水减少分别降低了暖温带锐齿栎林的根系单位生物量、单位根长、单位根表面积以及单位根体积根系分泌物的分泌速率8.5%、15.8%、22.1%和25.6%,并显著减少了粗根/细根比,但减雨处理样地细根根系活力和和菌根侵染率分别显著高于对照样地34.1%和14.8%。4)采用森林原位埋分解袋方法,通过探究实验性降水减少处理下暖温带锐齿栎林凋落物叶和细根分解动态的变化,揭示降水减少对该区域土壤碳输入关键过程的影响。研究结果表明与对照样地相比,实验性降水减少显著的加快了凋落物叶的分解(减雨:0.81 a-1;对照:0.74 a-1),但显著减缓了细根的分解(减雨:0.41 a-1;对照:0.46 a-1)。5)采用温室气体静态箱法,研究了降水减少对暖温带锐齿栎林生态系统CH4吸收和N2O排放的影响,旨在估算未来降水格局变化下该区域温室效应的潜在变化趋势和对气候变化的反馈特征。研究结果表明降水减少提高了暖温带锐齿栎林CH4吸收速率4.8倍,增加CH4年吸收通量6.39 kg CH4 ha-1,同时显著降低了~40%的土壤N2O排放速率,减少N2O年累积排放0.27 kg N2O ha-1。这一结果表明在未来降水格局变化下,由干旱导致的CH4增汇和N2O减排将可能对该区域气候变化起到不容忽视的负反馈作用,有可能在一定程度上抵消该区域CO2排放带来的增温效应。
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【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

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