【摘要】：重造林與森林恢復(fù)工程作為一項重要生態(tài)恢復(fù)措施,正帶來一系列的環(huán)境效應(yīng),也潛在影響著植物-土壤系統(tǒng),在全球變化生態(tài)學(xué)研究中顯得尤為重要。面對當(dāng)今諸多的生態(tài)環(huán)境問題,如土壤侵蝕退化、土地利用類型改變,人類正面臨著愈發(fā)嚴(yán)峻的考驗。對于森林恢復(fù)與其之間的關(guān)系,歷來卻成為學(xué)者們研究的焦點,因造林工程對土壤有機(jī)庫的影響不一定是正效應(yīng),也可能會產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)或者“零效應(yīng)”。為探討森林恢復(fù)在不同的環(huán)境條件改變下,對土壤生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)庫碳氮循環(huán)的影響,更好的為政府實施大型林業(yè)工程提供理論指導(dǎo),本文以南方紅壤侵蝕區(qū)(因土壤退化而進(jìn)行馬尾松林恢復(fù))和丹江口庫區(qū)森林恢復(fù)區(qū)(不同土地利用類型下的森林恢復(fù))為研究地點,采用土壤分餾技術(shù)與碳氮穩(wěn)定同位素相結(jié)合的方法對土壤組分進(jìn)行解剖,以及采用靜態(tài)箱-氣相色譜法進(jìn)行了森林恢復(fù)后的土壤呼吸測定,研究森林恢復(fù)對土壤有機(jī)碳氮循環(huán)的影響機(jī)制。主要研究結(jié)果包括： 1)南方紅壤區(qū)馬尾松恢復(fù)對土壤有機(jī)碳氮庫動態(tài)的影響：馬尾松林恢復(fù)18-30年的顯著增加了土壤碳氮儲藏。森林恢復(fù)導(dǎo)致的土壤碳積累與較大的生物量輸入以及較低的土壤有機(jī)質(zhì)降解率有關(guān)系�；謴�(fù)林齡為10年的馬尾松林,并沒有顯著的碳氮含量增加,這可能是由于初造林前幾年增加的植被生物量輸入被較快的碳損失率所抵消。碳穩(wěn)定同位素(613C)值的變化趨勢揭示出恢復(fù)林齡為10年的林地中老碳的周轉(zhuǎn)率要比恢復(fù)林齡18-30年的快。氮穩(wěn)定同位素(δ15N)的值顯示隨著恢復(fù)林齡增加而逐漸變小,說明隨著森林恢復(fù)時間越長,土壤氮(N)損失會越小。本研究揭示出了南方紅壤區(qū)馬尾松恢復(fù)對土壤碳氮動態(tài)變化的影響機(jī)制,為森林恢復(fù)工程更好的防治水土流失保護(hù)土壤碳氮元素增加了科學(xué)依據(jù),為當(dāng)?shù)卣恼咧贫ㄌ峁┝丝茖W(xué)基礎(chǔ)。 2)丹江口庫區(qū)森林恢復(fù)對土壤有機(jī)碳氮動態(tài)的影響機(jī)制：土地利用類型的轉(zhuǎn)變顯著改變了土壤物理和化學(xué)組分以及土壤碳氮動態(tài)。未耕地轉(zhuǎn)變?yōu)橹脖换謴?fù)區(qū)(森林和灌叢)對土壤有機(jī)碳氮庫的增加,主要通過增加大粒級土壤團(tuán)聚體(2000μm)和土壤重組顆粒有機(jī)質(zhì)iPOM(65％一87％)的碳氮儲藏含量而增加了整個士壤有機(jī)碳氮儲藏量。然而森林土壤團(tuán)聚體(2000μm)中的土壤有機(jī)氮含量低于灌叢和農(nóng)田,揭示出森林相比灌叢和農(nóng)田,森林植被需要大量的氮吸收量。土壤各餾分中的碳氮比(C:N ratios)反映了森林土壤比農(nóng)田土壤有更多的凋落物輸入。土壤各餾分中的的δ15N值表明了農(nóng)田具有較快的土壤氮的周轉(zhuǎn)速率,進(jìn)而證明了森林恢復(fù)的確減少了土壤氮損失。森林土壤中大顆粒團(tuán)聚體(2000μm)的輕碳組分的δ13C值表明了其最大的新碳輸入和最快的老碳降解率 該研究結(jié)果表明由土地利用轉(zhuǎn)變而引起的地上植被變化,改變了土壤組分和碳氮動態(tài),進(jìn)而會影響整個生態(tài)系統(tǒng)功能。土壤分餾與穩(wěn)定同位素方法結(jié)合,對上壤有機(jī)物質(zhì)所包含的不同周轉(zhuǎn)時間的各組分能夠進(jìn)行深層剖析,對于理解上地利用類型轉(zhuǎn)變引起的土壤有機(jī)物質(zhì)動態(tài)變化非常重要。這項發(fā)現(xiàn)對于丹江口庫區(qū)的森林恢復(fù)工程以及長期的碳積累生態(tài)系統(tǒng)過程具有重要的意義。 3)丹江口庫區(qū)森林恢復(fù)對土壤呼吸釋放通量的影響：植被恢復(fù)(農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)樯?可導(dǎo)致春秋季CO2釋放通量增加、春季CH4釋放通量的減少、夏秋冬季CH4釋放通量的增加、以及秋冬季N20釋放通量的增加。夏季C02釋放通量達(dá)到峰值,其對土溫、土濕、土壤有機(jī)碳含量較為敏感；春季CH4釋放通量達(dá)到峰值,其對影響微生物活動(如甲烷菌產(chǎn)生菌)的pH較為敏感；秋冬季N20釋放通量達(dá)到峰值,這主要與秋冬季土壤中低濃度的N03--N有關(guān)。森林上壤春季CO2釋放通量主要來自于凋落物呼吸貢獻(xiàn),而秋季主要來自于根呼吸貢獻(xiàn)；森林土壤中夏季CH4釋放通量主要來自于凋落物呼吸貢獻(xiàn)。其余季節(jié)森林恢復(fù)區(qū)(森林、灌叢)土壤呼吸三種氣體的釋放通量來自于凋落物呼吸還是根呼吸的差異性不顯著。
【圖文】：

淋溶和（或）侵姓圖1.2 土壤呼吸過程（引自韓士杰等，2008)Fig. 1. 2. The process of soil respiration1.1.3 土壤侵蝕退化與森林恢復(fù)工程現(xiàn)狀土壤退化是指在不利的自然條件和人類對土壤的不合理耕作、利用等因素影響下，，土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)及生產(chǎn)力的下降過程（劉杰等，2009)。土壤侵燭(水土流失)是當(dāng)今世界上最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。它不僅導(dǎo)致土壤退化、直接威脅到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全，而且作為一個重要的生物學(xué)過程，能夠引起土10

roded soil of south China. Data are expressed as mean 土 SE (n=9). Suffixes differentletters indicate statistical significance at P< 0.05 between reforestation forests.Secondary forests 5"C (%。） 5 '^N (%。） C:N ratio10 years -29.19±0.53' -8.02±0.62' 88.88±1.06''18 years -28.61±0.45' -8.48±1.14' 95.01±23.26^25 years -27.66±2.53' -12.03±1.02^ 87.55±9.10a30 years -26.98±0.3' -10.54±0.8l'' 90.99±2.81'
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（武漢植物園）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：S714

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本文編號：2672825