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不同经营类型杉木人工林土壤呼吸率及影响因素研究

作　者: 张剑锋
导　师: 闫文德
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 生态学
关键词: 土壤呼吸土壤微生物呼吸土壤温度土壤含水量土壤有机质
分类号: S714
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

土壤是除海洋外最重要的一个碳库。全球陆地土壤的碳储量约为1300～2000PgC,是全球陆地植被碳库500-600PgC的2-3倍和大气碳库750 PgC的2倍多。森林土壤中的碳占全球土壤有机碳的73%,土壤是大气C02的一个重要碳汇。正是由于土壤碳的巨大库容,其较小幅度的变化就可能影响到碳向大气的排放。土壤呼吸的碳释放,对全球气候产生的影响不亚于工业向大气排放CO2的影响,以温室效应影响全球气候变化,也影响到陆地植被的养分供应,进而对陆地生态系统的分布、组成、结构和功能产生深刻影响；同时,温室效应反过来又会促进土壤有机碳的损失。杉木是我国南方亚热带地区特有的优良速生乡土用材树种,建国后经济发展对木材需求增加和国家对人工造林的投入增大使杉木人工林面积逐步增加。我国“八五”森林资源统计数据表明,我国杉木林面积1239.1×104hm2,蓄积量为47357.33×104m3,分别占全国人工林面积和蓄积量的26.55%和46.89%,杉木人工林成为南方集体林区的主要森林类型之一,在全球碳平衡中发挥重要的作用。本研究以不同经营类型杉木人工林土壤呼吸为主要内容,对湖南会同杉木林生态系统国家野外科学研究站抚育林(96)、抚育林(88)、撂荒林和林外空地为研究对象,测定了土壤呼吸、土壤微生物呼吸及土壤温度、土壤含水量、土壤有机质含量和土壤pH值等指标,来阐明杉木人工林土壤呼吸的变化规律。主要研究结果为：7月～翌年3月,抚育林(96)、抚育林(88)、撂荒林和林外空地平均土壤呼吸率为1.076μmol.m-2.s-1、0.838μmol.m-2.s-1、1.327μmol.m-2.s-1、2.358μmol.m-2.s-1。大小顺序为：林外空地>撂荒林>抚育林(96)>抚育林(88)。抚育林(96)平均土壤呼吸率是抚育林(88)的1.284倍；撂荒林平均土壤呼吸率是抚育林(96)的1.233倍,是抚育林(88)的1.584倍；林外空地平均土壤呼吸率是抚育林(96)的2.191倍,是抚育林(88)的2.814倍,撂荒林的1.777倍。土壤呼吸的日变化在不同的月份有大致相同的规律,即表现为单峰曲线。夏季土壤呼吸日变化幅度较大,冬季,土壤呼吸日变化不十分明显,波动较小,起伏较为平缓。土壤呼吸具有明显的季节动态变化。从7月至翌年1月,土壤呼吸速率逐月递减,翌年1月至翌年3月,土壤呼吸速率逐月递增。7月土壤呼吸平均速率最大,翌年1月土壤呼吸平均速率最小,抚育林(96)、抚育林(88)、撂荒林和林外空地7月土壤呼吸速率分别是翌年1月土壤呼吸速率的9.26倍、8.04倍、8.14倍和5.92倍。抚育林(96)、抚育林(88)、撂荒林土壤微生物呼吸与土层深度呈明显负相关(P<0.05),即土壤微生物呼吸速率随着土层深度的增加而递减。抚育林(96)、抚育林(88)和撂荒林不同土层深度微生物呼吸速率均在1μmol.m-2.s-1以下。同样土层深度,抚育林(88)微生物呼吸速率均小于抚育林(96)和撂荒林。抚育林(96)、抚育林(88)、撂荒林和林外空地土壤微生物呼吸占土壤总呼吸比率较小,分别为27.12%、26.67%、18.70%和8.81%。在土壤温度的季节变化规律方面,抚育林(96)、抚育林(88)、撂荒林和林外空地表现出明显的一致性,即夏季>春季>秋季>冬季。林外空地土壤温度最高值出现在7月为34.48℃,最低值出现在1月为10.51℃；抚育林(96)土壤温度最高值出现在7月为25.57℃,最低值出现在1月为5.89℃；抚育林(88)土壤温度最高值出现在7月为25.68℃,最低值出现在1月为5.67℃；撂荒林土壤温度最高值出现在7月为27.84℃,最低值出现在1月为7.60℃。林外空地各月平均土壤温度最大,撂荒林次之,抚育林(96)和抚育林(88)各月平均土壤温度相近。土壤呼吸与土壤温度关系密切,变化规律具有较强的一致性,相关程度较高,林外空地、抚育林(96)、抚育林(88)、撂荒林与土壤温度的相关系数分别为0.987(P=0.000)、0.911(P=0.001)、0.976(P=0.000)、0.960(P=0.000)。Q10反映了土壤呼吸对土壤温度的敏感程度。Q10值：撂荒林>抚育林(96)>抚育林(88)>林外空地,分别为2.88、2.87、2.43、1.57。抚育林(96)和抚育林(88)各月平均土壤含水量较为近似,也最大；撂荒林次之,林外空地土壤含水量最小。由于本地区,土壤含水量较高,土壤含水量不成为限制土壤呼吸的因素。抚育林(96)、抚育林(88)、撂荒林和林外空地土壤呼吸与土壤含水量单因素分析显示皆无明显相关性(P>0.05)。抚育林(96)、抚育林(88)、撂荒林和林外空地土壤有机质含量分别为3.13%、2.53%、2.79%、2.47%,7月至翌年3月,土壤呼吸平均速率与土壤有机质含量变化趋势不一致,相关性不显著(P>0.05)。抚育林(96)、抚育林(88)、撂荒林和林外空地土壤pH值分别为5.62、5.01、5.87、8.65,7月至翌年3月,土壤呼吸平均速率与土壤pH值相关性显著(r=0.976,P=0.024)。从以上研究结果可以看出,人工林的抚育经营和集约经营有利于增加土壤碳的贮存,对缓解土壤中二氧化碳的排放具有重要意义。

全文目录

摘要  4-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-23
  1.1 土壤碳循环  12-13
  1.2 土壤呼吸含义  13-14
  1.3 土壤呼吸日变化  14-15
  1.4 土壤呼吸季节变化  15-16
  1.5 土壤呼吸与影响因素的关系  16-20
    1.5.1 土壤温度  16-18
    1.5.2 土壤含水量  18-19
    1.5.3 土壤有机质  19
    1.5.4 土壤pH值  19-20
  1.6 土壤呼吸的测定方法  20-21
    1.6.1 静态气室法  20
    1.6.2 静态箱—气态色谱法  20-21
    1.6.3 动态气室法  21
    1.6.4 微气象法  21
  1.7 杉木人工林土壤呼吸的研究  21-23
2 选题的目的及意义  23-24
3 研究区概况  24-26
4 研究内容、思路、技术路线和方法  26-31
  4.1 研究内容  26
  4.2 研究思路  26
  4.3 技术路线  26-28
  4.4 研究方法  28-31
    4.4.1 土壤呼吸的测定  28
    4.4.2 土壤微生物呼吸的测定  28-29
    4.4.3 土壤温度的测定  29
    4.4.4 土壤水分含量的测定  29
    4.4.5 土壤pH值  29
    4.4.6 土壤有机质的测定  29-31
5 研究结果与分析  31-51
  5.1 土壤呼吸变化规律  31-36
    5.1.1 不同经营类型杉木人工林土壤呼吸  31
    5.1.2 土壤呼吸日变化规律  31-34
    5.1.3 土壤呼吸季节变化规律  34-35
    5.1.4 小结  35-36
  5.2 土壤微生物呼吸  36-38
    5.2.1 土壤微生物呼吸垂直变化特征  36-37
    5.2.2 土壤微生物呼吸占土壤呼吸比率  37-38
    5.2.3 小结  38
  5.3 土壤呼吸影响因素  38-51
    5.3.1 土壤温度  38-42
    5.3.2 土壤含水量  42-44
    5.3.3 土壤有机质  44-45
    5.3.4 土壤pH值  45-46
    5.3.5 坡位  46-49
    5.3.6 小结  49-51
6 结论  51-54
  6.1 土壤呼吸变化规律  51
  6.2 土壤微生物呼吸  51-52
  6.3 土壤呼吸影响因素  52-54
7 创新点  54-55
  7.1 不同经营类型杉木人工林土壤呼吸的比较  54
  7.2 土壤微生物呼吸垂直变化特征  54-55
参考文献  55-61
致谢  61-62
附录:攻读硕士研究生期间发表的论文  62

不同经营类型杉木人工林土壤呼吸率及影响因素研究

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