本文關(guān)鍵詞：楊樹人工林皆伐對生態(tài)系統(tǒng)CH_4、CO_2和水汽通量的影響

  更多相關(guān)文章： 楊樹人工林 長江灘地 皆伐 CH4通量 溫室氣體

【摘要】：采伐和更新是人工林經(jīng)營的重要環(huán)節(jié),它往往會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)過程發(fā)生巨大變化,這給人工林在減緩氣候變化方面的功能帶來極大的不確定性。為揭示灘地楊樹人工林皆伐對生態(tài)系統(tǒng)碳、水通量的影響及調(diào)控機理,為該區(qū)域楊樹人工林經(jīng)營管理和生態(tài)價值評估提供科學(xué)依據(jù),特開展了灘地楊樹人工林皆伐與更新期間的碳水通量觀測研究。本文以湖南省岳陽市長江灘地楊樹(Populus deltoides)人工林為研究對象,以渦度相關(guān)法為主要研究手段,對楊樹人工林皆伐前后的CH4、CO2和水汽通量進行為期四年多(2010-2013年)的長期連續(xù)觀測研究。本研究結(jié)果顯示,灘地楊樹人工林的皆伐對生態(tài)系統(tǒng)CH4、CO2和水汽通量均產(chǎn)生了較大影響,其具體表現(xiàn)為:(1)皆伐改變了生態(tài)系統(tǒng)CH4的源匯功能。皆伐使生態(tài)系統(tǒng)CH4吸收強度減弱,并最終轉(zhuǎn)變成長期的CH4源。采伐后非淹水期CH4排放強度為0.11±0.08 mmolm-2d-1,而淹水期的排放強度為2.17±1.16 mmolm-2d-1,最大為~4.4 mmolm-2d-1。(2)灘地非淹水期和淹水期CH4通量的主要調(diào)控因子不同。未淹水期間,研究區(qū)CH4通量主要受地下水位、土壤含水量、大氣湍流狀況等共同調(diào)節(jié),因而CH4通量的日變化和季節(jié)變化規(guī)律均不明顯。而淹水期間,淹水深度是CH4通量最主要的調(diào)控因子,且當(dāng)水位達~1.2 m時CH4排放強度達到峰值(~40 nmol m-2 s-1),因而研究區(qū)CH4通量的年際變化很大程度由淹水狀況決定。(3)皆伐對生態(tài)系統(tǒng)的CO2凈交換產(chǎn)生了重大影響,表現(xiàn)為采伐后生態(tài)系統(tǒng)立即從CO2匯轉(zhuǎn)變成CO2源,但于翌年生長季開始時轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯腃O2匯,期間總CO2排放量為209 g-Cm-2。采伐跡地CO2年通量(-4.60±1.90 mol m-2,2012年)僅皆伐前成熟林年通量(-83.12±8.24 mol m-2,2010年)的5.5%。林下草本植被旺盛的生長力是采伐跡地較快轉(zhuǎn)變?yōu)樘紖R的主要原因。(4)皆伐后ER的總量僅略微升高,但ER對溫度的敏感性增強,且ER各組分比例發(fā)生變化。采伐跡地年ER(96.41 mol m-2,2012)是成熟林(2010年)的1.07倍。以土壤溫度計算的Q10值由采伐前的2.01上升到采伐后的2.12和2.34。由于地上和地下生物量的大幅減少,土壤呼吸的比重上升到ER的94.0%,其中土壤微生物的呼吸是土壤呼吸最主要的部分。去除溫度影響后,ER與歸一化指標(biāo)指數(shù)(NDVI)呈指數(shù)關(guān)系。(5)皆伐導(dǎo)致了GEP的大幅下降,其中采伐跡地的年GEP(101.0 mol m-2,2012年)僅成熟林(173.5mol m-2,2010年)的58.2%。皆伐改變了生態(tài)系統(tǒng)的植被組成,進而影響了生態(tài)系統(tǒng)光能利用效率和最大總生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力。成熟林和采伐跡地的最大光能利用效率分別為0.1和0.08 mol-CO2 mol-1,而最大總生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力分別為67.8和16.5umol m-2 s-1。采伐前后的光能利用效率和最大總生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力均與NDVI呈線性關(guān)系。(6)皆伐后,采伐跡地的ET和水分利用效率較成熟林均明顯下降。采伐跡地(2012年)年ET和水分利用效率分別為成熟林(2010年)的70.0%和85.6%。皆伐前后ET均和NDVI呈指數(shù)響應(yīng)關(guān)系。(7)基于NDVI和其他因子的模型能較好的模擬各種干擾下ER、GEP和ET的動態(tài)變化。方程如下:式中為參考溫度和NDVI條件下的ER,和分別為參考溫度(℃)和NDVI,分別設(shè)為15℃和0.4,B1和B2均為試驗常數(shù);為生態(tài)系統(tǒng)的光量子利用率(mol-CO2 mol-1光量子),為光量子達到飽和狀態(tài)時的最大總初級生產(chǎn)力(mol-1 m-2),Par為光量子數(shù)(mol光量子);ETo為基于FAO Penman-Monteith模型計算的潛在蒸發(fā)散(mm d-1)。各式中a,b和c均為試驗常數(shù)。本研究結(jié)果表明,長江灘地楊樹人工林皆伐期間產(chǎn)生的碳排放量較小,且楊樹人工林生長期間碳匯功能強大,因此長江灘地楊樹人工林整個輪伐期將具有較大的碳匯能力。本研究結(jié)果還顯示,長江灘地人工林的CH4通量在整個生態(tài)系統(tǒng)的碳通量中所占比重較小,然而此結(jié)論仍需要更長時間數(shù)據(jù)的佐證。
【關(guān)鍵詞】：楊樹人工林 長江灘地 皆伐 CH4通量 溫室氣體
【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】：2015
【分類號】：S718.55
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-18
• 第一章緒論18-37
• 1.1 引言18-34
• 1.1.1 研究背景18-21
• 1.1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及評述21-34
• 1.2 研究目標(biāo)和主要研究內(nèi)容34-35
• 1.2.1 關(guān)鍵的科學(xué)問題與研究目標(biāo)34
• 1.2.2 主要研究內(nèi)容34-35
• 1.3 研究技術(shù)路線35-37
• 第二章研究材料與方法37-47
• 2.1 研究區(qū)概況37-39
• 2.2 研究材料與方法39-46
• 2.2.1 通量與環(huán)境因子的長期連續(xù)觀測39-41
• 2.2.2 CH_4通量的箱法觀測41
• 2.2.3 土壤呼吸觀測41-42
• 2.2.4 通量計算與數(shù)據(jù)質(zhì)量控制42-43
• 2.2.5 數(shù)據(jù)插補與不確定性分析43-45
• 2.2.6 碳平衡和綜合溫室氣體（GHG）通量的計算45
• 2.2.7 蒸發(fā)散與水分利用效率的計算45-46
• 2.3 統(tǒng)計分析46-47
• 第三章環(huán)境因子的動態(tài)變化47-54
• 3.1 區(qū)域氣候因子動態(tài)變化47-49
• 3.2 土壤環(huán)境因子動態(tài)49-51
• 3.3 植被動態(tài)51-52
• 3.4 小結(jié)52-54
• 第四章 CH_4通量動態(tài)及調(diào)控機理54-75
• 4.1 皆伐對CH_4通量的短期影響54-57
• 4.2 采伐后CH_4通量動態(tài)變化57-66
• 4.2.1 CH_4通量的日變化57-60
• 4.2.2 CH_4通量的季節(jié)變化60-63
• 4.2.3 CH_4通量的年際變化63
• 4.2.4 研究區(qū)大氣CH_4濃度的變化63-66
• 4.3 CH_4通量的調(diào)控機理66-74
• 4.3.1 相關(guān)分析66-68
• 4.3.2 回歸分析68-72
• 4.3.3 淹水深度對CH_4通量的影響72-74
• 4.4 小結(jié)74-75
• 第五章 CO_2通量動態(tài)及調(diào)控機理75-117
• 5.1 干擾下的CO_2通量動態(tài)75-78
• 5.2 CO_2通量不同時間尺度變化特征78-84
• 5.2.1 日變化特征78-81
• 5.2.2 季節(jié)變化特征81-83
• 5.2.3 年際變化特征83-84
• 5.3 CO_2通量的調(diào)控機理84-115
• 5.3.1 環(huán)境因子的相關(guān)性分析84-87
• 5.3.2 ER對環(huán)境因子的響應(yīng)87-95
• 5.3.3 GEP對環(huán)境因子的響應(yīng)95-110
• 5.3.4 NEE對環(huán)境因子的響應(yīng)及模擬110-115
• 5.4 小結(jié)115-117
• 第六章蒸發(fā)散和水分利用效率的動態(tài)及環(huán)境響應(yīng)117-130
• 6.1 蒸發(fā)散和水分利用效率的動態(tài)變化117-122
• 6.1.1 蒸發(fā)散和水分利用效率的日變化117-120
• 6.1.2 蒸發(fā)散和水分利用效率的季節(jié)和年際變化120-122
• 6.2 蒸發(fā)散和水分利用效率對環(huán)境因子的響應(yīng)122-126
• 6.2.1 對溫度因子的響應(yīng)122-123
• 6.2.2 對光合有效輻射的響應(yīng)123-124
• 6.2.3 對土壤水分的響應(yīng)124
• 6.2.4 對飽和水汽壓差的響應(yīng)124-125
• 6.2.5 對NDVI的響應(yīng)125-126
• 6.3 蒸發(fā)散的模型估算126-128
• 6.4 小結(jié)128-130
• 第七章結(jié)論與討論130-140
• 7.1 結(jié)論130-131
• 7.2 討論131-139
• 7.2.1 長江灘地CH_4通量的數(shù)量級131-133
• 7.2.2 長江灘地CH_4通量的調(diào)控因子133-135
• 7.2.3 皆伐對生態(tài)系統(tǒng)碳通量的影響135-137
• 7.2.4 皆伐對生態(tài)系統(tǒng)蒸發(fā)散和水分利用效率的影響137-138
• 7.2.5 以NDVI作為人工林干擾記錄的優(yōu)缺點138-139
• 7.3 展望139-140
• 參考文獻140-154
• 附錄154-155
• 在讀期間的學(xué)術(shù)研究155-157
• 致謝157

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 韋克蘭德;劉凱昌;;森林皆伐與氮素循環(huán)——皆伐后異質(zhì)氮素的淋溶[J];廣東林業(yè)科技;1987年02期

2 李如學(xué);;皆伐跡地清理采用火燒法好處多[J];吉林林業(yè)科技;1989年01期

3 宋恭誠 ,林海 ,王慧軍;小面積皆伐跡地不同樹種更新初報[J];林業(yè)科技;1990年04期

4 楊順;;皆伐跡地上廢木利用的途徑[J];遼寧林業(yè)科技;1991年05期

5 高文韜;許忠學(xué);張德君;劉存發(fā);林喜雙;;落葉松皆伐跡地樹種更新初報[J];吉林林業(yè)科技;1992年01期

6 林爾讓;;漢西林業(yè)局合理采用皆伐效果初析[J];陜西林業(yè)科技;1990年02期

7 張正雄,周新年,鄭世群,丘進淵,李勤良,陳玉鳳;杉闊混交人工林皆伐前后植物種類組成變化[J];福建林學(xué)院學(xué)報;2005年01期

8 ;皆伐跡地的森林更新和演替[J];吉林林業(yè)科技;1983年03期

9 李寶瑞;王玖;葉燕蘋;;淺析天然中齡林皆伐在現(xiàn)階段森林經(jīng)營中的合理性[J];森林采運科學(xué);1991年01期

10 李燕;薛立;曹鶴;任向榮;梁麗麗;陳博;;杉木林皆伐后土壤養(yǎng)分的變化[J];土壤通報;2009年05期

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 洪文;墨西哥正在將它的北部“擠壓”成沙漠[N];中國綠色時報;2007年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 高升華;楊樹人工林皆伐對生態(tài)系統(tǒng)CH_4、CO_2和水汽通量的影響[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2015年

2 郭劍芬;皆伐火燒對杉木林和栲樹林碳、氮動態(tài)的影響[D];廈門大學(xué);2006年

3 董伯騫;油松人工林天然更新特征對林隙和皆伐年限的響應(yīng)[D];北京林業(yè)大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 夏國威;皆伐對小隴山銳齒櫟林土壤呼吸的影響[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2013年

2 楊琰瑛;青藏高原東緣川西云杉林皆伐后灌木生長、繁殖與更新的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（成都生物研究所）;2007年

3 白巧云;森林火災(zāi)后皆伐區(qū)與未伐區(qū)林內(nèi)溫濕度變化特征研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

4 呂海龍;小興安嶺低質(zhì)林改造后生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)效果的評價[D];東北林業(yè)大學(xué);2012年

5 吳云霞;采伐對小興安嶺森林濕地溫室氣體排放的影響[D];東北林業(yè)大學(xué);2010年

，

本文編號：1056985