川西亚高山低效云杉人工林林分结构调控下土壤活性有机碳的季节变化

论文摘要

土壤活性有机碳是在一定的时空条件下受植物、微生物影响强烈、具有一定溶解性,且在土壤中移动较快、不稳定、易氧化、易分解、易矿化,其形态和空间位置对植物和微生物有较高活性的那部分土壤碳,直接快速参与土壤生物化学转化过程,虽然只占土壤全碳的较小部分,但可以敏感地反映不同生产措施对土壤碳库和潜在生产力的影响,指示土壤有机质的早期变化。土壤活性有机碳作为土壤的重要组成部分,其指标已经被用来评价退化生态系统的恢复效果,其含量和动态变化可反映土壤有效养分库的大小及其在土壤中的周转。川西亚高山米亚罗林区云杉人工林初植密度大,导致现有林分郁闭度过大,林木生长相互挤压,自然死亡树木较多,林下仅有少量草本植物生长,几乎无灌木,其生态功能处于退化状态,生产功能处于极低效状态。结构调控作为森林经营的主要措施,是影响森林生态系统内部生物多样性的重要因素,它为林木创造了良好的生长环境,改善林下土壤环境,影响着森林的生态功能。因此本文以川西亚高山米亚罗林区不同结构调控后云杉人工林为研究对象,采用对照处理试验和动态采样分析相结合的研究方法,对林分结构调控两年后的人工更新的林窗面积分别是：50m2、100 m2、150 m2；自然更新的林窗面积分别是：50m2、100 m2、150m2；抚育间伐强度分别是：10%、20%、30%、50%带状间伐和对照的林下土壤有机碳活性组分的季节变化以及土壤有机碳活性组分之间及其与酶活性、温度等环境因子的关系进行研究。结果表明：（1）不同结构调控的云杉人工林下,上下层土壤总有机碳与颗粒有机碳含量的季节变化趋势基本一致,均表现为春季到夏季土壤易氧化碳含量逐渐升高,夏季升到最高值,夏季到秋季土壤颗粒碳含量又开始下降,到冬季又有所升高,表现为N字形的变化规律。土壤可溶性有机碳的季节变化趋势为：春季土壤可溶性有机碳含量最高,夏季最低,即春季开始,可溶性有机碳含量逐渐降低,到夏季时降至最低,随后不断升高,呈“V”字形。土壤微生物生物量碳与易氧化碳含量的季节变化趋势也基本一致,表现为：秋季>冬季>春季>夏季,春季到夏季土壤微生物生物量碳含量逐渐降低,夏季降到最低值,到秋季土壤微生物生物量碳含量又开始升高,秋季达到最高值,到冬季又有所下降。（2）人工更新的不同面积云杉人工林林窗下,整个生长季内,上下层土壤总有机碳的均值是100m2林窗>150m’林窗>50m2林窗>对照,其中100m2林窗的总有机碳含量年平均值为25.76g·kg-1,是对照的1.37倍；土壤可溶性有机碳含量的上下层均值表现为100m2林窗>150m2林窗>50m2林窗>对照,其中100m2林窗的土壤可溶性有机碳含量年平均值为70.03 mg·kg-1,是对照的1.32倍；土壤微生物生物量碳含量的上下层均值表现为100m2林窗>150m2林窗>50m2林窗>对照,其中100m2林窗的微生物生物量碳含量年平均值为546.77 mg·kg-1,是对照的1.23倍；土壤易氧化碳含量上下层均值表现为150m2林窗>100m2林窗>50m2林窗>对照,其中150m’林窗的易氧化碳含量年平均值为5.13 g·kg-1,是对照样地含量的1.67倍；土壤颗粒有机碳含量的上下层均值表现为100m2林窗>150m2林窗>对照>50m2林窗,其中100m2林窗的颗粒碳含量年平均值为7.82g·kg1,是50m2林窗的1.83倍。综合各种活性有机碳的含量,人工更新的林窗其较适处理是100m2左右。（3）自然更新的不同面积云杉人工林林窗下,整个生长季内,上下层土壤总有机碳的均值是50m2林窗>100m2林窗>150m2林窗>对照,其中50m2林窗的总有机碳含量年平均值为54.85g·kg1,是对照的1.46倍；土壤可溶性有机碳含量的上下层均值表现为50m2林窗>100m2林窗>150m2林窗>对照,其中50m2林窗的土壤可溶性有机碳含量年平均值为80.42 mg·kg-1,是对照的1.52倍；土壤微生物生物量碳含量的上下层均值表现为50m’林窗>100m2林窗>对照>150m2林窗,其中50m2林窗的微生物生物量碳含量年平均值为538.71 mg·kg-1,是150m2林窗的1.60倍。土壤易氧化碳含量上下层均值表现为50m2林窗>100m2林窗>150m2林窗>对照,其中50m2林窗的易氧化碳含量年平均值为5.74 g·kg-1,是对照含量的1.87倍；土壤颗粒有机碳含量的上下层均值表现为50m2林窗>100m2林窗>对照>150m2林窗,其中50m2林窗的颗粒碳含量年平均值为10.65g·kg-1,是150m2林窗的2.52倍。综合各种活性有机碳的含量,自然更新的林窗的其较适处理是50m2左右。（4）不同抚育间伐强度的云杉人工林下,整个生长季内,上下层土壤总有机碳的均值表现为30%的间伐强度>20%的间伐强度>10%间伐强度>50%间伐强度>对照,其中30%间伐强度的云杉林下土壤总有机碳含量年平均值为28.82 g·kg-1,是对照样地的1.54倍；土壤可溶性有机碳含量的上下层均值表现为30%的间伐强度>20%的间伐强度>10%间伐强度>50%间伐强度>对照,其中30%间伐强度的土壤可溶性有机碳含量年平均值为75.87 mg·kg-1,是对照的1.43倍；土壤微生物生物量碳含量的上下层均值表现为30%间伐强度>20%间伐强度>10%间伐强度>对照>50%间伐强度,其中30%间伐’强度的微生物生物量碳含量年平均值为511.41 mg·kg1,是50%间伐强度的1.21倍；土壤易氧化碳含量上下层均值表现为30%间伐强度>20%间伐强度>50%间伐强度>10%间伐强度>对照,其中30%间伐强度的易氧化碳含量年平均值为9.36 g·kg-1,是对照样地的1.53倍；土壤颗粒有机碳含量的上下层均值表现为30%间伐强度>20%间伐强度>50%间伐强度>对照>10%间伐强度,其中30%间伐强度的颗粒碳含量年平均值为16.23 g·kg-1,是10%间伐强度的1.75倍；综合各种活性有机碳的含量,不同抚育间伐强度的较适处理为30%间伐强度。（5）将土壤总有机碳量与各活性碳之间进行了Pearson相关分析,结果表明,土壤总有机碳含量与四种土壤活性有机碳之间也具有很强的相关性；同时,土壤可溶性碳、微生物量碳、易氧化碳和颗粒碳的含量之间也具有较强的相关性；土壤总有机碳及四种活性有机碳与土壤酶活性之间存在显著正相关关系；与土壤温度有极显著负相关关系；可溶性有机碳、微生物生物量碳、易氧化碳、颗粒碳与pH值有显著负相关关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景、意义及目的
• 1.2 土壤活性有机碳的研究概况
• 1.2.1 可溶性有机碳（Dissolved Organic Carbon,DOC）
• 1.2.2 微生物生物量碳（Soil microbial biomass Carbon,SMBC）
• 1.2.3 易氧化碳（Readily Oxidizable Carbon,ROC）
• 1.2.4 颗粒有机碳（Particulate organic carbon,POC）
• 1.3 森林生态系统土壤活性有机碳的影响因素
• 1.3.1 自然因素
• 1.3.2 人为因素
• 2 研究区概况及研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.2 研究内容
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 人工更新的林窗
• 2.3.2 自然更新的林窗
• 2.3.3 不同强度的抚育间伐
• 2.3.4 样品采集方法
• 2.3.5 样品测定方法
• 2.4 数据处理分析
• 2.5 技术路线
• 3 结果与分析
• 3.1 人工更新的林窗下土壤有机碳及其活性组分的季节变化
• 3.1.1 人工更新的林窗下土壤总有机碳含量及其季节变化
• 3.1.2 人工更新的林窗下土壤可溶性有机碳含量及其季节变化
• 3.1.3 人工更新的林窗下土壤微生物量碳含量及其季节变化
• 3.1.4 人工更新的林窗下土壤易氧化碳含量及其季节变化
• 3.1.5 人工更新的林窗下土壤颗粒有机碳含量及其季节变化
• 3.1.6 相关性分析
• 3.2 自然更新的林窗下土壤有机碳及其活性组分的季节变化
• 3.2.1 自然更新的林窗下土壤总有机碳含量及其季节变化
• 3.2.2 自然更新的林窗下土壤可溶性有机碳含量及其季节变化
• 3.2.3 自然更新的林窗下土壤微生物量碳含量及其季节变化
• 3.2.4 自然更新的林窗下土壤易氧化碳含量及其季节变化
• 3.2.5 自然更新的林窗下土壤颗粒有机碳含量及其季节变化
• 3.2.6 相关性分析
• 3.3 不同强度的抚育间伐下土壤有机碳及其活性组分的季节变化
• 3.3.1 不同强度的抚育间伐下土壤总有机碳含量及其季节变化
• 3.3.2 不同强度的抚育间伐下土壤可溶性有机碳含量及其季节变化
• 3.3.3 不同强度的抚育间伐下土壤微生物量碳含量及其季节变化
• 3.3.4 不同强度的抚育间伐下土壤易氧化碳含量及其季节变化
• 3.3.5 不同强度的抚育间伐下土壤颗粒有机碳含量及其季节变化
• 3.3.6 相关性分析
• 4 讨论
• 4.1 不同林分结构调控措施对土壤活性有机碳的影响
• 4.1.1 人工更新的林窗对土壤活性有机碳的影响
• 4.1.2 自然更新林窗对土壤活性有机碳的影响
• 4.1.3 抚育间伐对土壤活性有机碳的影响
• 4.2 土壤有机碳活性组分的季节变化
• 4.2.1 土壤可溶性有机碳的季节变化
• 4.2.2 土壤微生物量碳的季节变化
• 4.2.3 土壤易氧化碳的季节变化
• 4.2.4 土壤颗粒碳的季节变化
• 4.3 土壤活性有机碳之间及其与土壤酶活性之间的相关性
• 5 全文结论
• 6 存在的不足及研究展望
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢