通過造林、再造林和森林管理提高陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳固持已被國際社會(huì)廣泛地接受。造林對提高陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯的最直接影響是增加了植被的生物固碳量。而土壤中的碳儲(chǔ)量非常大,即使是造林再造林對土壤碳產(chǎn)生較小的改變,也會(huì)對整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)的凈碳積累產(chǎn)生較大的影響。然而,目前有關(guān)研究結(jié)果表明森林經(jīng)營管理對土壤碳固持的影響仍有相當(dāng)大的不確定性。國內(nèi)外人工林均存在樹種單一,特別是人工針葉純林所占比例較大,出現(xiàn)了生態(tài)穩(wěn)定性較差和生態(tài)服務(wù)功能低等亟待解決的問題。不同人工林類型會(huì)由于自身根系統(tǒng)、冠層結(jié)構(gòu)、凋落物組分和質(zhì)量的差異而改變土壤化學(xué)性質(zhì),土壤溫度和濕度,以及土壤生物/非生物過程。所以,選擇不同的造林樹種與造林地內(nèi)土壤溫室氣體收支狀況密切相關(guān)。凋落物葉和細(xì)根分解是過去幾十年生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的科研工作者始終關(guān)注的重要內(nèi)容,然而人們對凋落物葉和細(xì)根分解之間關(guān)系的了解十分有限。本研究在廣西壯族自治區(qū)中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心選取了位置鄰近的具相似地形、土壤質(zhì)地、林齡和經(jīng)營歷史的南亞熱帶四種人工林類型:馬尾松人工林(Pinus massoniana)、紅錐人工林(Castanopsis hystrix)、火力楠人工林(Michelia macclurei)和米老排人工林(Mytilaria laosensis)。主要采用常規(guī)理化實(shí)驗(yàn)分析方法、固體13C核磁共振波譜法、靜態(tài)箱氣相色譜法和凋落物分解袋法,研究了:(1)不同樹種的凋落物葉、細(xì)根、土壤理化性質(zhì)對土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量和土壤碳化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響;(2)不同樹種土壤溫濕度和凋落物葉、細(xì)根和土壤生物理化性質(zhì)對土壤-大氣間溫室氣體交換的影響;(3)馬尾松、紅錐、火力楠和米老排四個(gè)樹種凋落物葉和細(xì)根(直徑小于2 mm)在各自林分下的原位分解速率之間的相關(guān)關(guān)系,分解過程中氮固定速率之間存在相關(guān)關(guān)系,以及林下微環(huán)境和化學(xué)性質(zhì)對凋落物葉和細(xì)根分解過程的影響。本研究的目的是闡明南亞熱帶人工林土壤碳固持潛力、溫室氣體排放和凋落物分解的驅(qū)動(dòng)機(jī)制,為選擇具有更高土壤碳固持潛力的人工造林樹種提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下: (1)紅錐、火力楠和米老排三種闊葉人工林的0 ~ 10 cm土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量比馬尾松人工林高出了11 % ~ 19 %,四種林分間10 ~ 30 cm土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量差異不明顯。不同人工林之間的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的差異主要?dú)w因于細(xì)根的輸入而不是凋落物葉的輸入。紅錐、火力楠和米老排三種闊葉人工林的0 ~ 10 cm土壤比對應(yīng)馬尾松人工林土壤具有較低的烷基碳、較高的氧烷基碳和較低的烷基碳/氧烷基碳比值,盡管本研究尚不能完全確定三種闊葉人工林比馬尾松人工林多出的土壤碳儲(chǔ)量是否最終會(huì)通過呼吸作用釋放進(jìn)入大氣,但是這表明了三種闊葉人工林的土壤有機(jī)碳與馬尾松人工林比較而言不夠穩(wěn)定。因此,建議將來的造林樹種的選擇需要綜合考慮土壤碳儲(chǔ)量與碳化學(xué)結(jié)構(gòu)的潛在變化。 (2)馬尾松人工林年平均土壤CO2和N2O的排放速率低于任何一種闊葉人工林(紅錐、火力楠和米老排),并且馬尾松人工林年平均土壤CH4的吸收速率高于任何一種闊葉人工林(紅錐、火力楠和米老排)。樹種間土壤N2O排放速率差異主要?dú)w因于樹種間凋落物葉碳氮比和土壤氮儲(chǔ)量的差異。樹種間土壤CH4吸收速率差異主要?dú)w因于樹種間土壤呼吸速率和土壤濕度的差異。樹種間土壤CO2排放速率差異主要?dú)w因于樹種間凋落物葉碳氮比的差異。本研究結(jié)果說明由馬尾松人工林轉(zhuǎn)化為紅錐、火力楠和米老排闊葉人工林對減少該地區(qū)森林土壤溫室氣體排放的目標(biāo)存在負(fù)作用。因此,在我國南亞熱帶地區(qū),馬尾松人工林應(yīng)該與闊葉樹人工林平衡發(fā)展,將來的造林樹種的選擇需要考慮不同樹種對土壤-大氣間溫室氣體交換的潛在影響。 (3)馬尾松、紅錐、火力楠和米老排四種南亞熱帶樹種中,樹種對凋落物葉和細(xì)根的原位分解速率的影響非常相似,從而引起樹種對整個(gè)地上和地下凋落物原位分解速率產(chǎn)生一致的影響。因此,凋落物葉的較快分解對應(yīng)著細(xì)根的較快分解會(huì)導(dǎo)致樹種之間在凋落物分解速率上的差異更為明顯。四個(gè)南亞熱帶樹種中凋落物葉和細(xì)根分解速率之間明顯的正相關(guān)關(guān)系的主要有以下原因:1)土壤濕度對凋落物葉和細(xì)根的分解速率產(chǎn)生相似的影響;2)同時(shí)對凋落物葉和細(xì)根分解速率產(chǎn)生影響的化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出明顯的相似性;3)其它的初始化學(xué)性質(zhì)各自對凋落物葉和細(xì)根產(chǎn)生不同的專一性的影響,由此導(dǎo)致凋落物葉的分解速率與細(xì)根的分解速率正相關(guān)。四個(gè)南亞熱帶樹種中凋落物葉和細(xì)根之間的最大N固定速率無明顯的相關(guān)關(guān)系。本結(jié)果有助于為南亞熱帶樹種對凋落物原位分解過程中C、N循環(huán)產(chǎn)生影響的某些重要機(jī)制提供解釋。
【學(xué)位單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：S714
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及評述
    1.2 研究目標(biāo)和主要研究內(nèi)容
        1.2.1 關(guān)鍵的科學(xué)問題
        1.2.2 研究目標(biāo)
        1.2.3 主要研究內(nèi)容
    1.3 研究技術(shù)路線
第二章 四種人工林土壤碳儲(chǔ)量和化學(xué)組成的研究
    2.1 引言
    2.2 四種人工林土壤碳儲(chǔ)量和化學(xué)組成研究的材料與方法
        2.2.1 試驗(yàn)地描述
        2.2.2 試驗(yàn)方法
    2.3 四種人工林土壤碳儲(chǔ)量和化學(xué)組成研究的結(jié)果與討論
        2.3.1 結(jié)果與分析
        2.3.2 討論
    2.4 小結(jié)
第三章 四種人工林土壤溫室氣體通量的研究
    3.1 引言
    3.2 四種人工林土壤溫室氣體通量研究的材料與方法
        3.2.1 試驗(yàn)地描述
        3.2.2 試驗(yàn)方法
    3.3 四種人工林土壤溫室氣體通量研究的結(jié)果與討論
        3.3.1 結(jié)果與分析
        3.3.2 討論
    3.4 小結(jié)
第四章 四種人工林凋落物葉和細(xì)根分解的研究
    4.1 引言
    4.2 四種人工林凋落物葉和細(xì)根分解研究的材料與方法
        4.2.1 試驗(yàn)地描述
        4.2.2 試驗(yàn)方法
    4.3 四種人工林凋落物葉和細(xì)根分解研究的結(jié)果與討論
        4.3.1 結(jié)果與分析
        4.3.2 討論
    4.4 小結(jié)
第五章 結(jié)論與討論
    5.1 結(jié)論
        5.1.1 南亞熱帶人工林土壤碳固持潛力
        5.1.2 南亞熱帶人工林土壤溫室氣體排放的綜合效益
        5.1.3 南亞熱帶造林樹種凋落物分解過程碳、氮循環(huán)機(jī)制
    5.2 討論
        5.2.1 基于碳儲(chǔ)量和化學(xué)結(jié)構(gòu)綜合評判土壤碳固持能力
        5.2.2 基于多種溫室氣體綜合評判溫室效應(yīng)
        5.2.3 碳、氮循環(huán)在樹種間的相關(guān)關(guān)系
    5.3 展望
        5.3.1 研究的不足之處
        5.3.2 對人工林碳管理的建議
        5.3.3 尚待解決的問題和研究設(shè)想
參考文獻(xiàn)
在讀期間的學(xué)術(shù)研究
致謝

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 劉恩;南亞熱帶典型人工林碳儲(chǔ)量研究[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2012年

2 王衛(wèi)霞;南亞熱帶不同樹種人工林生態(tài)系統(tǒng)碳氮特征研究[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2013年

本文編號(hào)：2835742