本文關(guān)鍵詞：南亞熱帶針葉人工林近自然化改造過(guò)程中群落結(jié)構(gòu)與碳動(dòng)態(tài)研究　出處：《中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：全球氣候變化已是不爭(zhēng)的事實(shí),通過(guò)造林再造林和經(jīng)營(yíng)管理提高森林碳匯是當(dāng)今應(yīng)對(duì)全球氣候變化的重要舉措,也是人工林多目標(biāo)培育和可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的重要內(nèi)容。我國(guó)人工林面積居世界首位,且在南亞熱帶地區(qū)更是以松杉針葉人工純林為主,單一的樹種結(jié)構(gòu)和不合理的經(jīng)營(yíng)方式導(dǎo)致物種多樣性下降、固碳減排功能減退等一系列生態(tài)問(wèn)題。因此,如何通過(guò)調(diào)整林分結(jié)構(gòu),改進(jìn)經(jīng)營(yíng)措施,提高林分生產(chǎn)力和森林碳匯,滿足人類在木材生產(chǎn)、生物多樣性和固碳減排等多重需求的同時(shí),提升森林減緩和適應(yīng)全球氣候變化的能力,建立健康穩(wěn)定的多功能人工林生態(tài)系統(tǒng),是林學(xué)界和生態(tài)學(xué)界共同面臨的問(wèn)題。近些年來(lái),近自然化改造作為新增碳匯和多目標(biāo)經(jīng)營(yíng)最有希望的選擇途徑之一,受到人們的廣泛關(guān)注。然而,近自然化改造究竟如何影響針葉人工林群落結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響林分生產(chǎn)力和碳過(guò)程,林分群落結(jié)構(gòu)和碳動(dòng)態(tài)與近自然化改造導(dǎo)致的凋落物、土壤組成與質(zhì)量的改變、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及土壤呼吸的改變存在哪些關(guān)聯(lián)等問(wèn)題目前尚不清楚,尤其是連續(xù)定位觀測(cè)的研究尚缺乏相關(guān)報(bào)道。本研究以廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站為平臺(tái),在位于廣西憑祥市的中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心,選取位置相近、立地條件相對(duì)一致的四種人工林類型(馬尾松近自然化改造林、馬尾松未改造純林、杉木近自然化改造林和杉木未改造純林)為研究對(duì)象,采取野外固定樣地連年觀測(cè)、野外調(diào)查與室內(nèi)常規(guī)理化分析法相結(jié)合、磷脂脂肪酸法和靜態(tài)箱氣相色譜等方法,從林分群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量變化入手,研究了(1)不同人工林近自然化改造過(guò)程中群落結(jié)構(gòu)與物種多樣性動(dòng)態(tài);(2)不同人工林在近自然化改造過(guò)程中生物量和生產(chǎn)力及其動(dòng)態(tài)特征;(3)不同人工林植被碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)特征;(4)不同人工林土壤碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)特征;(5)人工林近自然化改造過(guò)程中土壤微生物生物量與群落結(jié)構(gòu)及主要影響因子;(6)人工林近自然化改造過(guò)程中土壤溫室氣體通量及主要影響因子。本研究闡明了不同經(jīng)營(yíng)方式下林分物種多樣性與碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和土壤溫室氣體排放通量的變化特征及其機(jī)制,揭示了人工林群落結(jié)構(gòu)及碳循環(huán)過(guò)程對(duì)近自然化改造的響應(yīng)機(jī)理,加深了人工林碳循環(huán)過(guò)程的認(rèn)識(shí),為全球變化背景下人工林生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)管理提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:(1)近自然化改造顯著改善了馬尾松和杉木人工林林分結(jié)構(gòu),促進(jìn)了喬木物種的天然更新,增加了喬木層物種的豐富度,改變了群落及群落各層的物種組成和優(yōu)勢(shì)種,降低了馬尾松和杉木在群落中的優(yōu)勢(shì)度和重要值,減弱了單一樹種在群落中的優(yōu)勢(shì)地位,使群落物種組成向多樣化和分布均勻化的方向演替。近自然化改造改變了馬尾松和杉木人工林灌木和草本層植物多樣性的動(dòng)態(tài),前10年呈現(xiàn)出先減小后增加再減小而后趨于穩(wěn)定的“S”變化過(guò)程。灌木層和草本層植物多樣性的變化過(guò)程主要受林分郁閉度和林分胸高斷面積這兩個(gè)關(guān)鍵因子的影響。(2)近自然化改造通過(guò)調(diào)整林分結(jié)構(gòu)顯著提升馬尾松和杉木人工林生物量和生產(chǎn)力,8年后馬尾松和杉木林分生物量分別增加46.71%和37.24%。林分生物量和生產(chǎn)力的增加主要因?yàn)榻匀换脑旄淖兞肆址秩郝浣Y(jié)構(gòu),進(jìn)而提高了喬木層生產(chǎn)力。四種林分生物量均隨著林齡的增加而增加,但近自然化改造可顯著提升林分年凈生產(chǎn)力。研究結(jié)果表明,合理的經(jīng)營(yíng)措施不僅可以改善林分結(jié)構(gòu),提升林分生產(chǎn)力,并可為增強(qiáng)植被固碳能力和潛力創(chuàng)造有利條件。(3)近自然化改造對(duì)馬尾松和杉木人工林植被各組分碳含量無(wú)顯著影響,但可顯著提升植被碳儲(chǔ)量,近自然化改造8年后,馬尾松和杉木人工林植被碳儲(chǔ)量分別提高46.7%和37.2%。馬尾松和杉木人工林植被碳儲(chǔ)量總體上均隨林齡增長(zhǎng)而增長(zhǎng),但馬尾松和杉木改造林的植被年凈固碳速率均顯著高于相應(yīng)的對(duì)照林分。改造林具有更高的植被年凈固碳速率主要?dú)w因于改造后林下補(bǔ)植樹種生物量的高速增長(zhǎng)和主林層馬尾松和杉木生物量的快速增長(zhǎng)。(4)近自然化改造顯著提升馬尾松和杉木人工林0~40cm土壤有機(jī)碳含量和0-100c m土壤碳儲(chǔ)量,改造8年后,馬尾松和杉木人工林0-40cm土壤有機(jī)碳分別提高13.2%和9.1%,0-100cm土壤碳儲(chǔ)量分別提高10.8%和8.7%。馬尾松和杉木人工林土壤碳儲(chǔ)量隨林齡增長(zhǎng)而增長(zhǎng),改造林分土壤年凈固碳速率顯著高于其對(duì)照林,土壤有機(jī)碳與植物多樣性指數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系。(5)近自然化改造顯著提高馬尾松和杉木人工林細(xì)菌、真菌、叢枝菌根真菌的生物量和土壤微生物總量,降低放線菌生物量。干冷季節(jié),馬尾松和杉木改造林PLFAs總量分別高出各自對(duì)照林21.0%和20.7%;濕熱季節(jié),分別高出18.3%和16.3%。近自然化改造顯著改變馬尾松和杉木人工林微生物群落結(jié)構(gòu),提高了松杉人工林土壤細(xì)菌群落相對(duì)百分含量,抑制了放線菌的生長(zhǎng),而對(duì)真菌的相對(duì)含量無(wú)顯著影響。RDA分析表明土壤pH值、細(xì)根生物量、凋落物碳氮比、土壤全磷和土壤孔隙度是顯著影響松杉人工林土壤微生物群落組成的主要環(huán)境因子。(6)馬尾松、杉木近自然化改造林年平均土壤CO_2和N_2O的排放速率高于各自未改造純林,但平均土壤CH4的吸收速率低于二者的對(duì)照林。林分間CO_2排放速率差異主要?dú)w因于林分間細(xì)根碳氮比和土壤溫度的差異;土壤N_2O排放速率差異主要?dú)w因于樹種間凋落葉碳氮比和土壤有效氮的差異;林分間土壤CH4吸收速率差異主要?dú)w因于林分間凋落葉碳氮比的差異。研究表明馬尾松、杉木人工林近自然化改造增加了土壤溫室氣體的排放量,同該地區(qū)減少溫室氣體排放的目標(biāo)相悖。但林分對(duì)碳素的吸收和固持占據(jù)主導(dǎo)作用,近自然化改造總體上增加了林分凈固碳量。
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【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】：2017
【分類號(hào)】：S718.5
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本文編號(hào)：1353722