本文關(guān)鍵詞：華北低山丘陵區(qū)刺槐林土壤甲烷通量變化特征及其影響機(jī)制　出處：《中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：研究我國(guó)森林土壤甲烷通量的變化特征、源匯轉(zhuǎn)換過程及其影響機(jī)制,對(duì)定量評(píng)價(jià)森林土壤甲烷累積通量及其增溫潛勢(shì)具有重要的科學(xué)意義,還可為指導(dǎo)林業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)提供理論依據(jù)。本文于2014年—2015年期間,以河南省濟(jì)源市黃河小浪底森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站區(qū)內(nèi)47年生刺槐人工林為研究對(duì)象,在確定箱式—激光法測(cè)算土壤甲烷通量的合適密閉時(shí)間以及代表性時(shí)段的基礎(chǔ)上,采用該方法,觀測(cè)分析脈沖降水對(duì)土壤甲烷通量的影響,捕捉其源匯轉(zhuǎn)換過程;并基于時(shí)空尺度,研究揭示在不同時(shí)期土壤甲烷通量的變化特征及其影響森林土壤甲烷通量的主控因子;運(yùn)用溫室氣體的增溫潛勢(shì)原理,探討該區(qū)土壤甲烷累積通量及其相對(duì)溫室潛勢(shì)。以期深入揭示華北低山丘陵區(qū)刺槐人工林土壤甲烷的變化特征及其影響機(jī)制。主要結(jié)果如下:(1)分析箱式—激光法的密閉時(shí)間對(duì)土壤甲烷通量影響作用,結(jié)果表明,采用該體積大小的箱式-激光法時(shí),在0—30 min的密閉時(shí)間范圍內(nèi),氣室內(nèi)的溫度、氣壓的和水汽濃度波動(dòng)明顯,均在密閉5 min時(shí)達(dá)到最大;根據(jù)線性方程的計(jì)算方法可知,R2最大值出現(xiàn)在10 min(R2=0.85),而且在5—10 min時(shí)土壤甲烷通量波動(dòng)較小,由此可知,采用該體積大小時(shí),密閉時(shí)間應(yīng)控制在10 min以內(nèi)。通過分析測(cè)定土壤甲烷通量的代表性時(shí)段,結(jié)果表明,研究區(qū)在生長(zhǎng)季(2015年5月—2015年10月)和非生長(zhǎng)季(2014年11月—2015年4月)分別選取8:00—9:00和9:00—10:00作為其代表性時(shí)段;并對(duì)各月代表性時(shí)段土壤甲烷通量的平均值與日平均值進(jìn)行擬合,結(jié)果表明,各月代表性時(shí)段土壤甲烷通量平均值與24 h日平均值數(shù)據(jù)差異最小出現(xiàn)在9月,最大出現(xiàn)在7月;對(duì)各月代表性時(shí)段土壤甲烷通量的平均值與日平均值進(jìn)在年尺度上的有效性進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)估,結(jié)果表明,本研究選取的代表性時(shí)段可代表研究區(qū)的全年土壤甲烷通量(R2=0.89,P0.001)。(2)通過對(duì)刺槐人工林土壤甲烷通量的變化特征及其影響因素進(jìn)行分析,結(jié)果表明,大氣溫度呈單峰型表現(xiàn)趨勢(shì),最高溫度出現(xiàn)在8月,最低濕度出現(xiàn)在1月底—2月初。林內(nèi)降水截留作用明顯,使林內(nèi)降水量低于林外。林內(nèi)相對(duì)濕度明顯高于林外,而光合輻射則與相對(duì)濕度相反。0—10 cm土層的土壤容重和最大持水量均與10—20 cm和20—30cm存在顯著性差異(p0.05,p0.05);有機(jī)質(zhì)在不同季節(jié)間的土層間差異性顯著,而ph值除冬季外,其余季節(jié)的各土層間的差異性不顯著(p0.05);在春、夏季節(jié),隨著土壤深度的增加,土壤溫度總體呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì),而在秋、冬季節(jié),隨土壤深度的增加,土壤溫度總體表現(xiàn)為上升的變化趨勢(shì);土壤含水量在旱季深層高于淺層,而雨季則與旱季相反;各土層土壤甲烷氧化菌pmoa基因在春季、夏季和秋季,它們之間差異性不顯著(p0.05),而在冬季各土層間差異性顯著(p0.05)。本研究中刺槐人工林土壤表現(xiàn)為較強(qiáng)的甲烷吸收匯,呈現(xiàn)出晝高夜低的日變化特征,在中午12:00—13:00時(shí)刻出現(xiàn)最低值(除12—1月外);土壤甲烷通量的季節(jié)變化呈單峰型,最高值出現(xiàn)在7月,最低值出現(xiàn)在4月。本研究中土壤甲烷通量與影響因子的相關(guān)性分析表明,0—10cm深處的土壤溫度、大氣溫度和相對(duì)濕度與土壤甲烷通量呈極顯著正相關(guān);主成分分析表明,土壤溫度和大氣溫度為第一主成分,0—10cm深處土壤含水量為第二主成分,土壤有機(jī)質(zhì)和土壤ph值為第三主成分,nh4+-n含量為第四主成分,四個(gè)主成分方差貢獻(xiàn)率分別為41.61%、22.16%、16.88%和13.45%,其累積貢獻(xiàn)率高達(dá)94.11%。由此可知,土壤溫度和含水量的交互作用是影響土壤甲烷通量的重要影響因素。(3)分析脈沖降水對(duì)土壤甲烷通量的影響作用,結(jié)果表明,脈沖降水的產(chǎn)生明顯降低了刺槐林地土壤氧化大氣甲烷的能力;在降水前期、影響期、滯后期、恢復(fù)前期和恢復(fù)后期這5個(gè)階段中,各氣象要素之間均呈顯著性差異。在2014年10月降水量較小時(shí),0—10cm深處土壤含水量波動(dòng)小,空氣溫度、相對(duì)濕度和太陽輻射等因素易受雨水影響,而且由于大氣溫度和太陽輻射等因素的影響,使其在生長(zhǎng)季末期的變化幅度小,使相對(duì)濕度成為影響土壤甲烷通量的主要因素。在2015年4月,由于較高的降水量,土壤水分入滲通常會(huì)出現(xiàn)在大雨之后一段時(shí)間內(nèi),并可能持續(xù)數(shù)小時(shí)或數(shù)天,并且由于生長(zhǎng)季初期大氣溫度開始恢復(fù),使相對(duì)濕度以及太陽輻射恢復(fù)較快,從而使太陽輻射是影響土壤甲烷通量的主要因素。(4)通過計(jì)算研究區(qū)土壤甲烷通量的季節(jié)累積通量和相對(duì)溫室潛勢(shì),結(jié)果表明,本研究中春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)的土壤甲烷累積通量分別為-0.87kg·hm-2、-0.79kg·hm-2、-0.95kg·hm-2和-0.77kg·hm-2,占全年的比例分別為23.61%、21.53%、25.86%和20.83%。春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)的土壤甲烷增溫潛勢(shì)分別為-21.75kg·co2·hm-2、-19.75 kg·CO2·hm-2、-23.75 kg·CO2·hm-2和-19.25 kg·CO2·hm-2。通過累積計(jì)算研究區(qū)的年累積通量及相對(duì)溫室潛勢(shì),結(jié)果表明,該區(qū)土壤甲烷年累積通量為-3.38 kg·hm-2·a-1,相對(duì)溫室潛勢(shì)為-84.5 kg·CO2·hm-2。
[Abstract]:Study on the variation characteristics of China's forest soil CH4 fluxes, source conversion process and the influence mechanism of quantitative evaluation on forest soil accumulative methane flux and its warming potential has important scientific significance, but also provide a theoretical basis for guiding forestry action to tackle climate change. This paper in 2014 to 2015, to study the forest ecological station location the Yellow River Xiaolangdi Dam in Jiyuan city in Henan province in 47 years of Robinia pseudoacacia plantation as the research object, in determining the type of laser method to measure soil CH4 fluxes in the appropriate time and closed representative periods on the basis of using the method, observation and analysis of pulse effect of precipitation on Soil CH4 fluxes, the capture source conversion process; and based on time and space the research revealed that in the scale factor change characteristic and its influence of main control forest soil CH4 fluxes in different periods of soil CH4 fluxes; use of greenhouse gases The warming potential principle, to explore the soil accumulative methane flux and relative greenhouse potential. In order to reveal the variation characteristics and influence mechanism of the North hilly area of Robinia pseudoacacia plantation soil methane. The main results are as follows: (1) analysis of box - laser method closed time on soil methane flux effect results show that the size of the box by laser method, in the closing time in the range of 0 - 30 min, the indoor air temperature, air pressure and water vapor concentration fluctuates obviously and reached the maximum in the closed 5 min; according to the linear equation calculation method, the maximum value of R2 appeared at 10 min (R2=0.85), and in 5 - 10 min soil methane flux fluctuation is small, therefore, the volume size, closed time should be controlled within 10 min. The representative soil CH4 fluxes through the analysis of the time, the results show that the study area in students Long season (May 2015 - October 2015) and non growth season (November 2014 - April 2015) were selected for 8:00 - 9:00 and 9:00 - 10:00 as the representative of the month period; and representative periods, soil CH4 fluxes and average daily average fitting results show that each month in representative periods, soil CH4 fluxes average with 24 h average data difference minimum appeared in September, the maximum appeared in July; the average value of each month at representative soil CH4 fluxes and average test evaluation, the effectiveness in the annual scale, the results show that the annual soil CH4 fluxes representative were selected in this study period can represent the study area the (R2=0.89, P0.001). (2) analysis, the variation characteristics and its influencing factors on soil CH4 fluxes of Robinia pseudoacacia plantation. The results showed that air temperature showed a single peak trend, the highest temperature in August , the lowest humidity appeared at the end of January - early February. The rainfall interception, forest precipitation was lower than that outside the forest. The relative humidity was higher than that outside the forest, and photosynthetic radiation and relative humidity in.0 - 10 cm soil bulk density and soil water holding capacity and 10 - 20 cm and 20 30cm there was a significant difference (P0.05, P0.05); organic matter in different seasons between the layers of a significant difference, but the pH value in winter, the difference between each layer of the rest of the season was not significant (P0.05); in the spring, the summer season, with the increase of soil depth, soil temperature showed an overall decline the trend, and in autumn, winter, with the increase of soil depth, soil temperature generally showed a trend of increase; soil moisture is higher than that of the shallow and deep in the dry season, rainy season and dry season is the opposite; the soil methane oxidizing bacteria pmoA gene in spring, summer and autumn, they Not significant difference between them (P0.05), and in winter the soil have significant difference (P0.05). The soil of Robinia pseudoacacia plantation showed strong methane sink in this study, showing the diurnal variation of daytime high and night low, the lowest value appeared at 12:00 13:00 time (except 12 January outside) seasonal variation; soil CH4 fluxes showed a single peak, the highest value in July, the lowest value appeared in April. Correlation analysis between soil CH4 fluxes and influencing factors in this study showed that the soil temperature of 0 - 10cm depth, air temperature and relative humidity and soil CH4 fluxes were positively correlated; principal component analysis soil temperature and atmospheric temperature, as the first principal component, 0 10cm deep soil moisture content for the second principal component, soil organic matter and soil pH value of third main components, nh4+-n content of fourth principal components, four principal components variance contribution rate was 41.61%. 22.16%, 16.88%, and 13.45%, the cumulative contribution rate of up to 94.11%., therefore, soil moisture and temperature interaction is an important factor influencing soil CH4 fluxes. (3) analysis of the pulse effect of precipitation on soil CH4 fluxes, the results show that the pulse generation of precipitation significantly reduced the ability of black locust forest soil oxidation atmospheric methane; in the early stage of precipitation, influence, lag, recovery and restoration of early late in the 5 period, there were significant differences between the various meteorological elements in October 2014. Precipitation is small, 0 10cm deep soil moisture fluctuation is small, air temperature, relative humidity and solar radiation and other factors affected by the impact of rain, and the influencing factors of atmospheric temperature and solar radiation, so that in the end of the growing season change period is small, the relative humidity becomes the main factors affecting the soil CH4 fluxes in April 2015. , due to the higher precipitation, soil water infiltration usually occur in the rain after a period of time, and may last for hours or days, and since the beginning of the growing season air temperature began to recover, the relative humidity and solar radiation and fast recovery, so that the solar radiation is the main factor affecting soil CH4 fluxes (. 4) through the calculation of soil CH4 fluxes and seasonal fluxes of greenhouse relative potential, this research results show that in spring, summer, autumn, winter four season soil CH4 fluxes were -0.87kg - hm-2, -0.79kg - hm-2, -0.95kg - hm-2 and -0.77kg - hm-2, the proportion of total annual respectively. 23.61%, 21.53%, 25.86% and 20.83%. in spring, summer, autumn, winter four season soil methane warming potential was -21.75kg CO2 hm-2, -19.75 kg CO2 hm-2 -23.75 kg, CO2 hm-2 and -19.25 kg CO2 hm-2. by cumulative research area The annual cumulative flux and relative greenhouse potential indicate that the annual cumulative flux of soil methane is -3.38 kg. Hm-2. A-1, and the relative potential of greenhouse is -84.5 kg, CO2. Hm-2..

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S714

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本文編號(hào)：1359386