短轮伐期巨桉人工林土壤碳转移研究

论文摘要

作为世界三大造林树种之一的桉树（Eucalyptus）（尤其是巨桉（E.grandis）人工林,它占世界桉树人工林面积的1/2）,正以惊人的速度,从赤道附近被引种栽培至亚热带,桉树工业人工林面积已超过1000万hm2,占全球热带亚热带人工林面积的1/4。中国自1890年引种桉树,尤其是近25a来的种源选育和亚热带地区的大范围种植,目前桉树人工林面积已据全球第三。桉树具有高生产力和很强的碳固定能力,据研究,桉树人工林是目前世界上单位面积森林生产力最大的森林生态体系,但是,对这种高生产力速生丰产林的地下生态系统碳转移的特征却鲜见报道,这很难满足对桉树速生丰产林地下生态系统的能量流动和变化的深入了解;然而,在当前世界各国对全球气候变化减缓和林业碳汇工程高度重视的形势下,很有必要对桉树人工林碳汇潜力予以考虑,并对其林地碳循环问题进行基础研究,这也是近年来国际社会对植物体生物量（相对于化石燃料燃烧）作为“碳中立”（Carbon Neutral）研究的核心内容之一;因此,本试验以中国亚热带地区近年来大力发展的短轮伐期巨桉工业人工林为对象,采用“空间换时间法”,研究一个轮伐期巨桉林凋落物和细根碳储量、凋落物持水量和吸水率、土壤水分—物理性质、细根生物量及其关系,以及1～6a生巨桉林分的土壤呼吸速率,结论如下。（1）巨桉林凋落物鲜重现存量在不同年龄林分中表现为5a（12.648）＞6a（12.156）＞2a（11.154）＞4a（9.556）＞1a（8.211）＞3a(7.189t·hm-2);季节趋势为,7～10月凋落量(5.581t·hm-2)＞1～4月凋落量(1.619t·hm-2)＞10～1月的凋落量(0.152t·hm-2);在0～50cm土层中,巨桉林60%的细根（＜2 mm）分布在0～15cm,30%分布在15～30cm。0～50cm土层中细根生物量年平均值大小依次为:6a生(0.906 3 t·hm-2)＞5a生(0.779 8t·hm-2)＞1 a生(0.627 7 t·hm-2)＞2a生(0.619 8 t·hm-2)＞4a生（0.550 5 t·hm（-2））＞3a生(0.537 7 t·hm-2)。各年龄林分细根生物量在不同季节的基本趋势是:秋＞夏＞春＞冬季。细根生物量在巨桉林各年龄间差异不显著,季节差异显著（P＜0.01）。（2）1～6a生巨桉林凋落物碳储量为0.641～6.648 t·hm-2,不同年龄巨桉林凋落物碳储量,1a为2.263±1.022 t·hm-2,2a为3.4144±1.873 t·hm-2,3a为2.270±1.262 t·hm-2,4a为2.305±1.664 t·hm-2,5a为3.011±1.630 t·hm-2,6a为4.139±2.509 t·hm-2,6a生巨桉林凋落物碳储量最大。但凋落物凋落量在年龄序列中表现为“高-低-高”的趋势;1～6a生巨桉林细根碳储量为0.101～0.637 t·hm-2,不同年龄巨桉细根碳储量,1a为0.318±0.109 t·hm-2,2a为0.308±0.139 t·hm-2,3a为0.255±0.154 t·hm-2,4a为0.263±0.076 t·hm-2,5a为0.390±0.128 t·hm-2,6a为0.438±0.199 t·hm-2,6a生巨桉林细根碳储量最大,3、4a生较小,这与细根生物量的年龄变化趋势相一致。（3）凋落物持水量的变异性较大,同一个季节不同年龄林分的凋落物持水量差异显著,平均持水量,1 a为9.8040,2 a为12.8218,3 a为7.7508,4 a为5.9498,5 a为17.0042,6 a为14.4596 t·hm-2。凋落物吸水率与浸泡时间呈现极显著的相关性（R2=0.9479～0.9969,P＜0.01）,其季节差异在浸泡的前4～6 h表现很明显,且一般为秋＞冬＞夏＞春季（P=0.1407）;年龄差异表现表现为4 a生巨桉林凋落物的吸水率最差,1 a生的最好;在林分生长初期（1～3 a）各年龄细根生物量与凋落物持水量及其浸泡时间显著相关,随着年龄的增长,这种关系不明显;土壤最大、毛管、田间持水量的增大,以及土壤容重的减小对巨桉林细根生长是有益的。（4）不同年龄巨桉林每月初期土壤呼吸速率在0.35～1.71μmol·m-2·s-1间波动,季节趋势为,夏季（1.35）＞秋季（1.16）＞春季（0.62）＞冬季(0.41μmol·m-2·s-1)（P＜0.01）。1～6 a的巨桉林土壤呼吸速率年均值表现出“高—低—高”的趋势（P＜0.01）,6 a生巨桉林土壤呼吸速率最高;土壤呼吸速率月变化与土壤温度存在显著相关性。用月初动态拟合的1～6 a生土壤呼吸温度敏感性Q10大小为:4 a生（2.29）＞1 a生（2.03）＞6 a生（1.95）＞3 a生（1.88）＞2 a生（1.83）＞5 a生（1.73）（P＜0.01）;土壤温度和0～50 cm细根生物量与土壤呼吸速率具有二元线性回归关系（r=0.9640）,它们对土壤呼吸的季节变化贡献率基本相等。（5）所有年龄巨桉林土壤碳储量调查结果表明,6 a生林分土壤碳储量大于其它年龄林分,1 a林分土壤碳储量小于3 a和5 a年生巨桉林土壤碳储量,其它年龄巨桉林土壤碳储量差异不显著（P＜0.05）。不同土壤深度碳储量表现为,0～5 cm与5～15 cm差异不显著,其它差异性均达极显著水平,0～15 cm、15～30 cm、30～50 cm土层碳储量依次降低（P＜0.01）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 森林土壤碳转移的研究意义
• 1.1.1 森林土壤碳库的功能与潜力
• 1.1.2 森林土壤碳库的类型与特征
• 1.1.3 影响森林土壤碳库及转移的因素
• 1.2 森林土壤碳转移研究进展
• 1.2.1 森林土壤呼吸
• 1.2.2 土壤侵蚀
• 1.3 立题背景与研究目的
• 1.3.1 问题的提出及其背景
• 1.3.2 研究目的
• 2 研究地区与研究对象
• 2.1 研究地区自然概况
• 2.2 研究对象概况
• 3 巨桉人工林土壤碳输入动态
• 3.1 前言
• 3.2 研究内容与方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 凋落物储量及其水文特性
• 3.3.2 细根分布特性及与凋落物持水量的关系
• 3.3.3 细根分布特性与土壤水分—物理性质的关系
• 3.3.4 凋落物及细根碳储量
• 3.4 结论与讨论
• 4 巨桉人工林土壤碳输出动态
• 4.1 研究内容与方法
• 4.2 结果分析与讨论
• 4.2.1 各年龄巨桉林土壤呼吸速率月动态
• 4.2.2 土壤呼吸速率动态与土壤温度的关系
• 4.2.3 细根生物量动态及其与土壤呼吸速率的关系
• 4.2.4 土壤温度和细根生物量对土壤呼吸速率的综合效应
• 4.3 土壤呼吸测定时间的说明
• 5 巨桉人工林土壤碳库
• 5.1 研究内容与方法
• 5.2 结果与分析
• 5.3 讨论
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 不同年龄短轮伐期巨桉人工林凋落物和细根碳储量
• 6.1.2 不同年龄巨桉林的林地水文效应及其与细根生物量的关系
• 6.1.3 不同年龄巨桉林土壤呼吸及其与土壤温度和细根生物量的关系
• 6.2 研究展望
• 6.2.1 本研究的不足
• 6.2.2 需要研究与探讨的内容
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 攻研期间参加的课题、会议及发表的论文