發(fā)布時間：2017-07-28 17:03

  本文關(guān)鍵詞：神農(nóng)架巴山冷杉林土壤有機碳及其影響因素研究

  更多相關(guān)文章： 神農(nóng)架 巴山冷杉林 土壤碳密度 活性有機碳組分 凋落物分解 影響因子

【摘要】：巴山冷杉(Abies fargesii)是湖北神農(nóng)架亞高山地區(qū)最重要的建群種,巴山冷杉林是該地區(qū)分布面積最廣的針葉林類型。開展神農(nóng)架地區(qū)典型森林類型碳密度及分布格局研究,有助于豐富對我國典型區(qū)域森林土壤碳密度特征的認(rèn)識。本研究基于神農(nóng)架二類清查資源數(shù)據(jù),選擇巴山冷杉林典型群落類型,并在開展野外調(diào)查、樣品采集、室內(nèi)分析測定的基礎(chǔ)上,對神農(nóng)架巴山冷杉林土壤碳密度進行了估算,并對土壤碳密度、活性碳組分分布特征及其影響因素進行分析,探討神農(nóng)架巴山冷杉林土壤有機碳與各影響因子的關(guān)系。主要研究結(jié)果如下:(1)選擇巴山冷杉—紅樺林、巴山冷杉—華山松林、巴山冷杉—箭竹林、巴山冷杉—杜鵑林4種典型群落類型,研究不同群落結(jié)構(gòu)巴山冷杉林的土壤有機碳密度特征,探討林分結(jié)構(gòu)、地上植被生物量和土壤理化性質(zhì)等對土壤碳密度的影響。結(jié)果表明:0~60cm土壤總碳密度大小依次為巴山冷杉—杜鵑林(225.70 t·hm-2)巴山冷杉—箭竹林(181.87 t·hm-2)巴山冷杉—紅樺林(156.54 t·hm-2)巴山冷杉—華山松林(108.65t·hm-2),不同群落結(jié)構(gòu)巴山冷杉林土壤碳密度差異達到極顯著水平。巴山冷杉林土壤碳密度與地上植被灌草層物種多樣性指數(shù)和土壤砂粒含量呈極顯著負(fù)相關(guān),與凋落物現(xiàn)存量、土壤全N含量、土壤粘粒含量和粉粒含量呈極顯著正相關(guān),與林木平均胸徑和灌草層生物量呈顯著正相關(guān),而與林分郁閉度和土壤p H值相關(guān)性不顯著。凋落物量、土壤全N含量和土壤粘粒含量是影響神農(nóng)架巴山冷杉林土壤碳密度的主導(dǎo)因子。(2)以神農(nóng)架巴山冷杉林二類清查資源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過建立土壤碳密度與林分平均胸徑的關(guān)系模型,估算土壤有機碳密度,探討土壤碳密度的空間分布特征。結(jié)果表明:神農(nóng)架巴山冷杉林0~20cm和0~40cm土壤碳密度分別為75.25 t·hm-2和130.89 t·hm-2。土壤碳密度最小值出現(xiàn)在海拔2200m以下,最大值出現(xiàn)在海拔2800~3000m。巴山冷杉林北坡土壤碳密度最大,其后依次為東北坡、西北坡、西南坡、西坡、南坡、東坡,而東南坡土壤碳密度最小。巴山冷杉林隨著年齡的增加,土壤碳密度有逐漸增加的趨勢,與幼齡林相比,過熟林0~20cm和0~40cm土壤碳密度分別高15.66%和16.47%。(3)研究神農(nóng)架巴山冷杉天然林凋落物量及組成的動態(tài)變化、凋落物養(yǎng)分年歸還總量、凋落物分解規(guī)律,以及凋落物分解對土壤有機碳含量的影響。結(jié)果表明:巴山冷杉林年凋落物總量為6217.44 kg·hm-2,凋落物中以落葉為主,其次是落枝,樹皮及花果含量相對較少。巴山冷杉林凋落模式為雙峰型,在9~10月和5~6月具有2個明顯高峰期,而在1~2月凋落量最小。巴山冷杉林凋落物養(yǎng)分年歸還量為77.84 kg·hm-2,5種大量元素年歸還量大小順序依次為N(47.13 kg·hm-2)K(18.15 kg·hm-2)Ca(7.77 kg·hm-2)P(4.60 kg·hm-2)Mg(0.19 kg·hm-2)。凋落物分解系數(shù)分別為0.303,凋落物半衰期和周轉(zhuǎn)期分別為1.70a和9.30a。凋落物分解過程中,不同的凋落物分解時間,可使表層土壤(0~10cm)有機碳含量提高3.95%~27.03%。(4)選取微生物量碳(MBC)、水溶性有機碳(WSOC)和易氧化有機碳(EOC)3個有機碳組分指標(biāo),分析巴山冷杉林土壤活性有機碳組分含量海拔梯度分布特征及其影響因子。結(jié)果表明:土壤微生物量碳、水溶性有機碳和易氧化有機碳均隨著海拔的升高而增加,隨著土層的加深而降低。其中土壤微生物量碳在海拔2200~3000m變化范圍為0.30~1.22 g·kg-1,占總有機碳的比例變化范圍為1.05%~2.09%;水溶性有機碳在不同海拔變化范圍為0.16~0.69g·kg-1,占總有機碳的比例變化范圍為0.57%~1.20%;土壤易氧化有機碳在不同海拔變化范圍為5.93~17.20 g·kg-1,占總有機碳的比例變化范圍為21.19%~29.23%。3個土壤有機碳活性組分均與土壤總有機碳含量、土壤全N含量和土壤濕度呈極顯著正相關(guān),而與土壤溫度呈極顯著負(fù)相關(guān),土壤總有機碳含量是影響土壤活性碳組分含量的決定因素。(5)選擇巴山冷杉原始林皆伐后自然恢復(fù)形成的巴山冷杉次生林、箭竹林和草地3種典型模式,并以現(xiàn)存的巴山冷杉原始林為對照,探討原始林皆伐對土壤碳密度產(chǎn)生的變化,以及不同恢復(fù)模式的土壤碳密度分布特征及其恢復(fù)潛力。結(jié)果表明:巴山冷杉原始林皆伐后,次生林、箭竹林和草地土壤碳密度分別下降了29.43%、55.66%和65.18%。自然恢復(fù)形成的巴山冷杉次生林對土壤碳密度恢復(fù)最快,箭竹林次之,而草地對土壤碳密度恢復(fù)最慢。在恢復(fù)過程中,箭竹林和草地僅對0~20cm層土壤碳密度有較好的恢復(fù)效果,而20 cm以下土層深度有機碳受植被恢復(fù)的影響很小。巴山冷杉次生林土壤碳恢復(fù)潛力為63.4 t·hm-2,固碳速率為1.71 t/(hm2·a),在不受其它干擾的情況下,土壤碳密度恢復(fù)到采伐前水平共需要約82年�？傊�,神農(nóng)架巴山冷杉林土壤碳密度受林分結(jié)構(gòu)、土壤理化特性、凋落物數(shù)量和分解速率,以及采伐等人為因素的共同影響,并隨海拔、坡向、林齡變化表現(xiàn)出明顯差異。通過研究神農(nóng)架巴山冷杉林土壤有機碳分布特征及其影響因子,可了解該地區(qū)森林土壤碳密度現(xiàn)狀及固碳潛力,為該地區(qū)森林可持續(xù)經(jīng)營,以及提高土壤碳庫管理水平提供科學(xué)依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：神農(nóng)架 巴山冷杉林 土壤碳密度 活性有機碳組分 凋落物分解 影響因子
【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】：S714.2
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-17
• 第一章 緒論17-30
• 1.1 研究背景17-18
• 1.2 國內(nèi)外研究進展18-27
• 1.2.1 土壤有機碳估算方法18-20
• 1.2.2 土壤有機碳分布20-21
• 1.2.3 土壤活性有機碳21-23
• 1.2.4 土壤有機碳影響因素23-26
• 1.2.5 研究中存在問題26-27
• 1.3 主要研究目標(biāo)27
• 1.4 主要研究內(nèi)容及擬解決科學(xué)問題27-29
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容27-28
• 1.4.2 擬解決科學(xué)問題28-29
• 1.5 技術(shù)路線29-30
• 第二章 研究區(qū)概況30-37
• 2.1 自然經(jīng)濟概況30-33
• 2.1.1 自然概況30-33
• 2.1.2 社會經(jīng)濟條件33
• 2.2 神農(nóng)架巴山冷杉林現(xiàn)狀33-37
• 2.2.1 巴山冷杉林群落33-35
• 2.2.2 巴山冷杉林起源35-37
• 第三章 研究方法37-43
• 3.1 樣地設(shè)置與調(diào)查37
• 3.2 灌草層生物量調(diào)查37-40
• 3.3 凋落物分解試驗40-41
• 3.3.1 凋落物現(xiàn)存量調(diào)查40
• 3.3.2 凋落物收集與處理40
• 3.3.3 凋落物分解40
• 3.3.4 凋落物養(yǎng)分歸還量及分解速率計算40-41
• 3.4 土樣采集與處理41-42
• 3.5 土壤樣品測定42
• 3.6 土壤溫濕度監(jiān)測42
• 3.7 數(shù)據(jù)分析42-43
• 第四章 典型巴山冷杉林群落土壤碳密度特征43-62
• 4.1 土壤理化性質(zhì)43-45
• 4.1.1 土壤容重43-44
• 4.1.2 土壤全N含量44
• 4.1.3 土壤pH值44
• 4.1.4 土壤機械組成44-45
• 4.2 土壤有機碳密度特征45-48
• 4.2.1 土壤有機碳含量45-46
• 4.2.2 土壤有機碳含量與理化性質(zhì)相關(guān)性46-47
• 4.2.3 土壤有機碳密度47-48
• 4.3 土壤碳密度影響因子分析48-56
• 4.3.1 土壤碳密度與林分結(jié)構(gòu)48-50
• 4.3.2 土壤碳密度與林分地上生物量50-53
• 4.3.3 土壤碳密度與土壤理化性質(zhì)53-56
• 4.4 土壤碳密度主要影響因子56-58
• 4.4.1 主成分分析56-57
• 4.4.2 逐步回歸分析57-58
• 4.5 討論58-60
• 4.5.1 林分結(jié)構(gòu)對土壤碳密度的影響58-59
• 4.5.2 林分生物量對土壤碳密度的影響59
• 4.5.3 土壤理化性質(zhì)對土壤碳密度的影響59-60
• 4.6 小結(jié)60-62
• 第五章 巴山冷杉林土壤碳密度空間分布格局62-67
• 5.1 土壤有機碳密度估算62-63
• 5.2 土壤碳密度海拔梯度分布63
• 5.3 土壤碳密度坡向分布63-64
• 5.4 土壤碳密度齡組分布64-65
• 5.5 討論65-66
• 5.5.1 巴山冷杉林土壤碳密度現(xiàn)狀65
• 5.5.2 土壤碳密度分布格局的影響因素65-66
• 5.5.3 土壤碳密度提高措施66
• 5.6 小結(jié)66-67
• 第六章 巴山冷杉林凋落物對土壤有機碳的影響67-74
• 6.1 凋落物量及組成特征67
• 6.2 凋落量月動態(tài)67-69
• 6.3 凋落物養(yǎng)分年歸還量69
• 6.4 凋落物分解月動態(tài)69-70
• 6.5 凋落物分解速率70
• 6.6 凋落物分解過程中土壤有機碳含量變化70-71
• 6.7 討論71-73
• 6.7.1 凋落量及其動態(tài)71-72
• 6.7.2 凋落物分解及影響因素72
• 6.7.3 凋落物量及分解對土壤有機碳的影響72-73
• 6.8 小結(jié)73-74
• 第七章 巴山冷杉林土壤有機碳及活性組分海拔梯度分異研究74-85
• 7.1 土壤微生物量碳74-76
• 7.1.1 土壤微生物量碳特征74-75
• 7.1.2 土壤微生物量碳與土壤養(yǎng)分的關(guān)系75-76
• 7.1.3 土壤微生物量碳與土壤環(huán)境的關(guān)系76
• 7.2 土壤水溶性有機碳76-79
• 7.2.1 土壤水溶性有機碳特征76-77
• 7.2.2 土壤水溶性有機碳與土壤養(yǎng)分的關(guān)系77-78
• 7.2.3 土壤水溶性有機碳與土壤環(huán)境的關(guān)系78-79
• 7.3 土壤易氧化有機碳79-81
• 7.3.1 土壤易氧化有機碳特征79-80
• 7.3.2 土壤易氧化有機碳與土壤養(yǎng)分的關(guān)系80
• 7.3.3 土壤易氧化有機碳與土壤環(huán)境的關(guān)系80-81
• 7.4 活性有機碳組分之間相關(guān)性81-82
• 7.5 討論82-83
• 7.5.1 土壤活性有機碳分布特征82
• 7.5.2 土壤活性有機碳影響因素82-83
• 7.6 小結(jié)83-85
• 第八章 巴山冷杉原始林皆伐后土壤有機碳密度變化85-91
• 8.1 土壤有機碳含量85-86
• 8.2 土壤有機碳密度86-87
• 8.3 土壤固碳潛力與速率87-88
• 8.4 討論88-89
• 8.4.1 森林采伐對土壤碳密度的影響88
• 8.4.2 森林恢復(fù)對土壤碳密度的影響88-89
• 8.4.3 森林土壤固碳速率89
• 8.5 小結(jié)89-91
• 第九章 結(jié)論與展望91-93
• 9.1 結(jié)論91-92
• 9.2 展望92-93
• 參考文獻93-115
• 在讀期間的學(xué)術(shù)研究115-117
• 致謝117

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 孫文義;郭勝利;;天然次生林與人工林對黃土丘陵溝壑區(qū)深層土壤有機碳氮的影響[J];生態(tài)學(xué)報;2010年10期

2 謝錦升;楊玉盛;解明曙;黃石德;鐘炳林;岳輝;;植被恢復(fù)對侵蝕退化紅壤碳吸存的影響[J];水土保持學(xué)報;2006年06期

3 于東升;史學(xué)正;孫維俠;王洪杰;劉慶花;趙永存;;基于1∶100萬土壤數(shù)據(jù)庫的中國土壤有機碳密度及儲量研究[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報;2005年12期

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本文編號：585062