發(fā)布時間：2020-05-06 21:25

【摘要】：近兩百年來，人類活動導(dǎo)致的以全球變暖為主要特征的氣候變化，正在改變?nèi)蚪邓窬趾退h(huán)，極端降水事件頻發(fā)，全球總體上呈干旱化的趨勢，對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程產(chǎn)生重大影響。森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在調(diào)節(jié)全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡和減緩氣候變化方面發(fā)揮著不可替代的重要作用，探討降雨格局變化對森林生態(tài)系統(tǒng)碳庫/源匯效應(yīng)的影響正逐步成為當(dāng)前國際全球變化生態(tài)學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)問題。我國南方人工林分布面積大，人工造林增加碳匯已成為積極應(yīng)對全球氣候變化的主要手段。降雨格局變化對人工林生態(tài)系統(tǒng)碳固持和土壤碳的穩(wěn)定性影響存在相當(dāng)?shù)牟淮_定性。因此，研究氣候變化背景下我國人工林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)關(guān)鍵過程的響應(yīng)規(guī)律及其內(nèi)在機(jī)理，有助于科學(xué)評價(jià)我國人工林生態(tài)系統(tǒng)在全球氣候變化影響下碳循環(huán)變化及其碳匯發(fā)展?jié)摿�。本研究在中國林科院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心選取具有相同林齡及相似立地條件的紅錐(Castanopsis hystrix)和馬尾松(Pinus massoniana)人工林為研究對象，開展原位林下穿透雨減水的控制試驗(yàn)，采用常規(guī)理化分析法、土鉆法、氯仿熏蒸法、土壤CO2通量紅外氣體分析法、磷脂脂肪酸法等多種方法，研究了(1)控制減水試驗(yàn)對兩種人工林土壤碳儲量和土壤理化性質(zhì)的影響；(2)兩種人工林土壤呼吸對降雨減少的響應(yīng)方式及其影響因子；(3)降雨減少影響下土壤微生物群落變化規(guī)律。主要研究結(jié)果如下： (1)減雨裝置有效截留了林下穿透雨，顯著改變了土壤濕度。紅錐林下的減雨裝置年總截留穿透雨量為655.36mm，分別為年總降雨量和穿透雨量的36.84%和49.82%。而馬尾松林下的減雨裝置總截留量為733.51mm，占年總降雨量和穿透雨量的41.24%和50.06%。減雨裝置截留率全年變化范圍在44.92%～54.68%之間，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。減雨處理顯著改變了土壤濕度，造成紅錐和馬尾松人工林年均土壤濕度分別降低了37.73%和31.53%。 (2)降雨減少通過影響紅錐人工林土壤容重和有機(jī)碳密度，導(dǎo)致其土壤表層(0～10cm)有機(jī)碳庫明顯減少。降雨減少顯著提高了雨季紅錐人工林表層土壤(0～10cm)pH值和和NH4+-N含量，降低了土壤微生物碳(MBC)含量，減少了旱季馬尾松人工林土壤微生物氮(MBN)含量。紅錐人工林和馬尾松人工林細(xì)根生物量對降雨減少響應(yīng)方式不同，紅錐人工林表層土壤(0～10cm)細(xì)根生物量顯著降低，而馬尾松細(xì)根生物量則顯著增加。上述結(jié)果意味著，降雨減少導(dǎo)致紅錐人工林表層細(xì)根生物量降低，是導(dǎo)致紅錐人工林土壤碳儲量降低的主要原因之一，而馬尾松人工林土壤碳儲量可能會因細(xì)根碳輸入增加而提高。 (3)減雨處理并未改變紅錐人工林和馬尾松人工林土壤呼吸的季節(jié)動態(tài)節(jié)律，但兩種人工林土壤呼吸速率對降雨減少的響應(yīng)并不相同。減雨處理顯著抑制了紅錐人工林呼吸速率，導(dǎo)致年累計(jì)呼吸通量降低了9.70%。相反，減雨處理提高了馬尾松人工林的呼吸速率，導(dǎo)致其年均土壤表層呼吸通量顯著提高了6.55%。減雨處理并未影響土壤溫濕度與土壤呼吸之間的相關(guān)關(guān)系。兩種人工林土壤呼吸速率均與土壤溫度和濕度呈顯著相關(guān)關(guān)系。土壤表層5cm溫度能解釋紅錐人工林和馬尾松人工林70%以上的土壤呼變異，但土壤水分解釋量不到30%。 紅錐人工林對照樣地土壤呼吸的年均溫度敏感性(Q10)為1.98±0.16，顯著高于減雨處理樣地土壤呼吸雨季Q10值(1.46±0.19)(P0.05)。而減雨處理提高了馬尾松人工林土壤呼吸的Q10值。本研究發(fā)現(xiàn)紅錐人工林土壤呼吸通量與細(xì)根生物量、微生物碳、土壤有機(jī)碳和土壤碳氮比等多個因子呈顯著線性相關(guān)關(guān)系。減雨處理對不同林分細(xì)根生產(chǎn)力、土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響產(chǎn)生的差異，從而造成紅錐和馬尾松人工林土壤呼吸對減雨處理的響應(yīng)不同。 (4)減雨處理對土壤微生物PLFAs量存在明顯影響，但其影響程度在不同季節(jié)、不同人工林中存在差異。減雨處理對紅錐人工林土壤微生物群落PLFAs量的影響表現(xiàn)為雨季增加而旱季減少。而減雨處理對馬尾松人工林土壤微生物群落PLFAs量總體表現(xiàn)為雨季減少，而在旱季影響不明顯。 在雨季，減雨處理只對少數(shù)菌群的相對豐度產(chǎn)生顯著影響，而在旱季對大部分菌群的相對豐度均產(chǎn)生明顯影響�？傮w上，減雨處理顯著降低了叢枝菌根菌的相對豐度以及真菌細(xì)菌比，而提高了細(xì)菌、革蘭氏陽性菌的相對豐度以及革蘭氏菌陽性陰性比。本研究中，，土壤pH值、土壤溫度、濕度和土壤NH4+-N與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化顯著相關(guān)。同時，微生物脅迫指數(shù)與上述指標(biāo)存在明顯線性相關(guān)關(guān)系。減雨處理造成的土壤水熱狀況、pH值、以及氮素(全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮)等因子的變異，對土壤微生物群落產(chǎn)生選擇壓力是造成土壤微生物變化的重要原因之一。
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：S715;S714.3

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本文編號：2651876