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杉木林地不同更新方式土壤碳氮垂直分布及碳库管理指数

作　者: 徐桂林
导　师: 方晰
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 生态学
关键词: 森林土壤学杉木林更新方式土壤有机碳全氮碳库管理指数
分类号: S791.27
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本论文研究了湖南会同第1代杉木林采伐迹地经不同更新方式转变为第2代杉木林地(12年生和20年生)、自然更新林地、板栗林地、柑桔林地、芒草地的土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)含量的垂直分布和储量及土壤易氧化有机碳(LOC)含量的垂直分布,并以20年生杉木林为对照地,计算5种更新方式地土壤碳库管理指数,揭示不同更新方式林地对土壤碳吸存能力的差异,为人类经营活动下森林土壤碳库估算以及土壤可持续利用提供基础数据和科学依据。研究结果表明：1、5种更新方式林地SOC含量和密度空间分布特征：(1)不同更新方式林地SOC含量随土层深度增加呈指数函数下降趋势(r2≥0.929)；0～75cm土层中,SOC平均含量由高到低排序为：板栗林地(14.76g·kg-1)>12年生杉木林地(13.54g·kg-1)>20年生杉木林地(12.81g·kg-1)>自然更新林地(11.50g·kg-1)>柑桔地(10.73g·kg-1)>芒草地(10.09g·kg-1),且板栗林地显著高于柑桔地和芒草地(p<0.05,t test),12年生杉木林地显著高于芒草地(p<0.05,t test),而20年生杉木林地、自然更新林地和芒草地之间差异不显著(p>0.05,t test);各相邻土层间,12年生杉木林地、20年生杉木林地在0～15cm土层SOC含量均显著高于该林地相邻土层(p<0.05,),而其他林地相邻土层间SOC含量差异均不显著(p>0.05)。(2)5种更新方式林地0～15、0～30、0～45、0～60、0～75cm土层SOC密度从高到低排序均呈现为：板栗林地>12年生杉木林地>20年生杉木林地>芒草地>自然更新林地>柑桔林地。与第1代22年生杉木林地采伐时的SOC密度相比,在0～60cm土壤深度,杉木林地转变为20年生杉木林地、12年生杉木林地、自然更新林地、板栗林地、柑桔林地和芒草地后,林地SOC密度均处于降低状态,年均降低量分别为2.837、2.666、3.207、2.201、3.565和3.278t·hm-2·a-1,年均降低率分别为1.769%、1.666%、2.000%、1.373%、2.223%和2.044%。2、5种更新方式林地土壤LOC含量空间分布：(1)林地土壤LOC含量总体上均随土层深度的增加呈直线下降趋势(R2≥0.731),在0-75cm土层LOC平均含量在1.100～1.800g·kg-1之间,由高至低排序为：自然更新林地(1.713g·kg-1)>20年生杉木林地(1.625g·kg-1)>12年生杉木林地(1.406g·kg-1)>芒草地(1.314g·kg-1)>柑桔林地(1.260g·kg-1)>板栗林地(1.119g·kg-1)。(2)5种更新方式林地土壤LOC的分配比例随着土层深度的增加变化趋势不同。杉木林地、自然更新林地、板栗林地、柑桔林地均呈现随着土层的加深先下降后上升,芒草地则为先上升再下降。0～75cm土壤LOC的平均分配比例在0.07～0.15之间,其中杉木林地、自然更新林地、柑桔林地、芒草地均显著高于板栗林地(p<0.05),且20年生杉木林地、自然更新林地均显著高于12年生杉木林地(p<0.05),其余更新方式地两两间均没有显著的差异(p>0.05)。3、5种更新方式林地土壤TN含量与密度空间分布的差异：(1)土壤TN含量总体上随土层深度的增加呈直线下降趋势(R2≥0.701),在0～75cm土层平均含量大小排序为：板栗林地(1.68g·kg-1)>12年生杉木林地(1.57g·kg-1)>20年生杉木林地(1.47g·kg-1)>芒草地(1.40g·kg-1)>自然更新林地(1.38 g·kg-1)>柑桔林地(1.31g·kg-1)(2)5种更新方式林地0-15、0～30、0～45、0～60、0～75cm土层TN密度从高到低排序均呈现为：板栗林地>12年生杉木林地>芒草地>自然更新林地>20年生杉木林地>柑桔林地。4、坡面对杉木林SOC含量有一定的影响,而且将随着栽植年数的增长而发生变化；随着杉木年龄的增长,左(东)坡杉木林对深层土壤的有机碳密度的贡献大于右(西)坡。5、坡面对杉木林地LOC含量的影响也随着栽植年数的增长而发生变化。6、坡面对杉木林地TN含量的影响也随着栽植年数的增长而发生变化；土壤TN在左(东)坡的累积速率大于右(西)坡,随着杉木栽植年数的增长,左(东)坡的土壤TN密度超过了右(西)坡。7、以20年生杉木林地为对照,5种更新方式林地土壤管理指数存在着不均一性。自然更新林地土壤碳库活度(L)、碳库活度指数(LI)、碳库管理指数(CMI)均比对照地分别提高了14.12%、21.60%、18.33%；12年生杉木林地、柑桔林地、板栗林地土壤L、LI、CMI均低于对照地；芒草地土壤L、LI高于对照地但CMI比对照地低却高于柑桔林地；12年生杉木林地、板栗林地土壤碳库指数(CPI)比对照地分别增加了15.60%,23.30%,自然更新林地、柑桔林地、芒草地比对照地分别降低了0.50%、11.50%、17.40%。8、5种更新方式地SOC、TN、LOC、CMI与土壤容重均呈线性负相关,与土壤含水率、pH的相关性均没有明显的规律性。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-24
  1.1 土地利用变化对土壤有机碳的影响  11-13
  1.2 土地利用变化对土壤活性有机碳的影响  13-18
    1.2.1 土壤活性有机碳的概念及表征  13-14
    1.2.2 土壤活性有机碳的测定方法  14-16
    1.2.3 土地利用变化对土壤活性有机碳的影响  16-18
  1.3 土地利用变化对土壤氮素的影响  18-20
  1.4 碳库管理指数在土壤质量管理中的作用和意义  20-22
  1.5 存在的问题及其研究展望  22-24
2 试验地概况  24-27
3 研究方法  27-29
  3.1 土壤样品采集  27
  3.2 土壤理化性质测定  27
  3.3 土壤有机碳/氮储量计算方法  27
  3.4 土壤碳库管理指数计算方法  27-28
  3.5 数据处理  28-29
4 结果与分析  29-60
  4.1 不同更新方式林地土壤有机碳(SOC)的垂直分布特征及密度  29-39
    4.1.1 林地土壤有机碳含量的垂直分布特征  29-32
    4.1.2 林地土壤有机碳(SOC)密度的分布  32-33
    4.1.3 杉木林地不同坡面土壤有机碳(SOC)含量分布  33-35
    4.1.4 杉木林地不同坡面土壤有机碳(SOC)密度分布  35-36
    4.1.5 林地土壤有机碳(SOC)含量与土壤理化性质的关系  36-37
    4.1.6 小结与讨论  37-39
  4.2 不同更新方式林地土壤活性有机碳(LOC)的垂直分布  39-46
    4.2.1 林地土壤LOC含量的垂直分布特征  39-41
    4.2.2 林地土壤活性有机碳的分配比例  41-42
    4.2.3 坡面对杉木林地土壤LOC含量垂直分布的影响  42-44
    4.2.4 林地土壤LOC含量与土壤理化性质相关性分析  44-45
    4.2.5 小结与讨论  45-46
  4.3 不同更新方式林地土壤全氮(TN)的垂直分布特征及密度  46-53
    4.3.1 林地土壤全氮(TN)含量的垂直分布  46-48
    4.3.2 不同更新方式林地土壤全氮(TN)密度的垂直分布  48-49
    4.3.3 不同坡面杉木林地土壤全氮(TN)含量的比较  49-50
    4.3.4 不同坡面杉木林地土壤全氮(TN)密度的比较  50-51
    4.3.5 林地土壤全氮(TN)含量与土壤理化性质的关系  51-52
    4.3.6 小结与讨论  52-53
  4.4 不同更新方式林地土壤碳库管理指数比较  53-60
    4.4.1 林地土壤碳库管理指数垂直分布特征  53-55
    4.4.2 林地碳库管理指数与土壤理化性质的相关性  55-58
      4.4.2.1 与土壤含水率的关系  55-56
      4.4.2.2 与土壤容重的关系  56
      4.4.2.3 与土壤pH值的关系  56-57
      4.4.2.4 与土壤有机碳的关系  57
      4.4.2.5 与土壤全氮(TN)含量、C/N的关系  57-58
    4.4.3 小结与讨论  58-60
5 结论  60-63
6 创新点  63-64
7 研究展望  64-65
参考文献  65-75
附录(攻读学位期间主要学术成果)  75-76
致谢  76

杉木林地不同更新方式土壤碳氮垂直分布及碳库管理指数

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