本文選題：興安落葉松　切入點(diǎn)：森林生態(tài)系統(tǒng)　出處：《內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：森林生態(tài)系統(tǒng)的C循環(huán)和N循環(huán)是森林生態(tài)系統(tǒng)最重要的物質(zhì)循環(huán)過(guò)程,整個(gè)循環(huán)過(guò)程貫穿于整個(gè)土壤-植物-大氣連續(xù)體(SPAC)中,并通過(guò)一系列的生理、生態(tài)作用相互聯(lián)系、緊密耦合,SPAC中任何一個(gè)過(guò)程的變化必然會(huì)對(duì)整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響。受工業(yè)化、城市化發(fā)展的影響,大氣溫室氣體濃度不斷升高、土壤N沉降量不斷增加,導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)的C、N循環(huán)過(guò)程發(fā)生巨大的改變。然而,目前的研究大多集中在對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)單一的C循環(huán)或N循環(huán)方面,在森林生態(tài)系統(tǒng)C、N循環(huán)過(guò)程的反饋機(jī)理、耦合關(guān)系方面的研究甚少,尤其是氣候變化背景下的森林生態(tài)系統(tǒng)C、N耦合關(guān)系更是目前亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本研究選擇我國(guó)寒溫帶興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng),以實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)的研究方法為主要手段,對(duì)寒溫帶興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)C、N分配格局,以及生態(tài)系統(tǒng)光合固碳、凋落物分解、土壤C、N循環(huán)和土壤微生物C、N變化等森林生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵過(guò)程的C、N耦合特征進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測(cè)研究。并以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)C、N生物地球化學(xué)循環(huán)模型(Forest-DNDC)參數(shù)進(jìn)行了率定,利用率定后Forest-DNDC模型分析了不同氣候變化情景下寒溫帶興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的C、N循環(huán)特征。研究結(jié)果將為寒溫帶高緯度興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的的經(jīng)營(yíng)、決策和管理提供科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果表明:1.寒溫帶興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)單位面積C、N儲(chǔ)量分別為169.29～435.57 t·hm-2和294.71～1255.27kg·hm-2,不同類型生態(tài)系統(tǒng)C、N儲(chǔ)量具有較大差異。興安落葉松林土壤碳庫(kù)約占其生態(tài)系統(tǒng)總碳庫(kù)的69.9%～93.1%。興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)N儲(chǔ)庫(kù)分配與森林類型有密切關(guān)系,真蘚-興安落葉松林、杜鵑-興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的氮主要集中于土壤中,其土壤氮儲(chǔ)量分別占生態(tài)系統(tǒng)總氮儲(chǔ)庫(kù)的56%和77%,而草類-興安落葉松林和杜香-興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的氮?jiǎng)t主要儲(chǔ)存在植被中,其植被氮儲(chǔ)量分別占生態(tài)系統(tǒng)總氮儲(chǔ)量的79%和68%。2.寒溫帶興安落葉松冠層葉片光合固碳過(guò)程的凈光合速率(Psn)與光照強(qiáng)度、溫度、氣孔導(dǎo)度、大氣濕度具有較強(qiáng)的相關(guān)性。大氣CO2濃度的增加會(huì)促進(jìn)興安落葉松Psn的增加,大氣CO2濃度的倍增能夠促進(jìn)興安落葉松冠層葉片的Psn提高0.90倍。興安落葉松葉片的Psn與葉片N含量的相關(guān)性不顯著,而與葉片K含量有較高的相關(guān)性(R2=0.8228)。寒溫帶興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)有效K供應(yīng)量的不足,可能會(huì)抵消N沉降增加對(duì)興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)光合固碳潛力。3.N沉降對(duì)興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)凋落物的分解和養(yǎng)分釋放過(guò)程有顯著影響。N沉降能夠?qū)⒌蚵湮锏腃/N比平均降低4.78%～11.38%,并對(duì)凋落物中P、K、Ca、Mg等養(yǎng)分元素的釋放產(chǎn)生顯著影響。N沉降會(huì)顯著增加凋落物各組分的N含量,低水平N輸入能夠促進(jìn)凋落物中C釋放,而高水平的N輸入則抑制凋落物的C釋放。4.寒溫帶興安落葉松林土壤全氮(TN)與土壤有機(jī)碳(SOC)具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系(p0.01)。短期的N輸入對(duì)興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳庫(kù)組分有顯著影響,總體上表現(xiàn)為N沉降能夠增加土壤中溶解性有機(jī)碳(DOC)、粗顆粒有機(jī)碳(Macro-POC)、細(xì)顆粒有機(jī)碳(Micro-POC)含量,而降低表層土壤的碳組分自然豐度(δ13CMacro-POM、δ13CMicro_POM和δ13CMOM)。不同類型和不同水平的N沉降對(duì)興安落葉松林土壤碳庫(kù)的影響也具有明顯差異,總體表現(xiàn)為中、低水平N沉降能夠促進(jìn)土壤C儲(chǔ)庫(kù)的增加,而高水平N沉降則會(huì)降低土壤中的C儲(chǔ)量。短期N沉降對(duì)興安落葉松林土壤C通量的影響不顯著,土壤溫度仍然是影響土壤呼吸的最主要因素。5.在興安落葉松林土壤微生物C、N循環(huán)過(guò)程中,表層土壤微生物的C、N動(dòng)態(tài)特征與土壤微生物數(shù)量的變化基本一致,土壤微生物C、N的最高值均出現(xiàn)在生長(zhǎng)旺盛期的7月份,最高值分別為564±60mg·kg-1和70.09±4.61 mg·kg-1。生長(zhǎng)季期間表層土壤的微生物C和微生物N含量呈線性相關(guān)關(guān)系(R2 = 0.683)。土壤中細(xì)菌對(duì)N沉降的響應(yīng)表現(xiàn)為正相關(guān),中等水平的N沉降能夠增加土壤中放線菌和真菌數(shù)量的增加。不同類型、不同水平的N沉降對(duì)土壤酶活性有顯著的影響,但是影響結(jié)果表現(xiàn)較復(fù)雜。6.利用實(shí)測(cè)值對(duì)Forest-DNDC模型的參數(shù)進(jìn)行了率定,經(jīng)率定后的模型模擬結(jié)果偏差e、e%和MAE僅為-0.0170、-0.0047、1.0176,模型模擬值和實(shí)測(cè)值的線性吻合程度(ME)值達(dá)到了 0.8762,決定系數(shù)r2達(dá)到了0.9362。通過(guò)率定后的Forest-DNDC 模型對(duì)不同氣候變化背景下的興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng) C、N 變化特征進(jìn)行的模擬結(jié)果表明,氣候變化會(huì)顯著的改變寒溫帶興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的C輸入及C輸出過(guò)程,降低興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的凈固碳能力。氣候變化會(huì)增加生態(tài)系統(tǒng)NO的釋放、減少N2O的排放,在總體上將增加興安落葉松林生態(tài)系統(tǒng)的氮儲(chǔ)量。
[Abstract]:The C , N distribution patterns of forest ecosystem , such as C and N in forest ecosystem , are studied by means of a series of physiological and ecological functions . Soil total nitrogen ( TN ) and soil organic carbon ( SOC ) of Larix gmelinii forest ecosystem were significantly affected by N deposition . In the process of C and N cycling , the C and N dynamic characteristics of soil microorganisms in the surface soil were consistent with the change of soil microbial population . The highest values of soil microbial C and N appeared in July of growth peak , and the highest values were 564 鹵 60 mg 路 kg -1 and 70.09 鹵 4.61 mg 路 kg -1 respectively . The results showed that climate change could significantly change the C - input and C - output process of Larix gmelinii forest ecosystem and reduce the net carbon sequestration capacity of Larix gmelinii forest ecosystem .

【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
【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)：1670720