长白山两种森林类型土壤碳氮的协同积累特征

摘要

森林土壤碳库的稳定性对全球碳循环至关重要，长白山森林生态系统是我国北方最重要的森林生态资源之一，土壤碳储量巨大，然而目前对于其有机碳稳定性的研究相对缺乏。本研究以长白山林区两种典型森林类型（原始红松林和杨桦次生林）土壤为研究对象，采用干筛法分析了有机碳、全氮在各径级团聚体的分布情况，并利用密度分组方法进一步研究了有机碳、全氮的密度组分及其在团聚体中的分布情况，探讨了有机碳、全氮在土壤中的累积特征和稳定机制，主要研究结果如下:
　　(1)杨桦次生林的土壤有机碳、全氮含量显著高于原始红松林，层间平均(0～50cm)为后者的1.5和1.3倍。这表明，林型对土壤有机碳、全氮含量的影响显著，我国在对森林生态系统进行植被规划和管理时应侧重于林型对土壤碳、氮库累积的影响。
　　(2)土壤总有机碳、全氮含量均随着土壤深度的增加显著降低。0～5cm层土壤有机碳、全氮含量最高，其中土壤有机碳含量为123.55g/kg，占整个剖面的64.2％;土壤全氮含量为11.00g/kg，占整个剖面的53.8％。由此可见，表层土壤对土壤碳、氮库的贡献显著，因此加强表层土壤的防护以维持和增加土壤碳、氮的储量，对改善全球气候变暖，降低大气中温室气体的浓度具有重要意义。
　　(3)两林型层间平均(0～50cm)＞0.25mm团聚体的比例(PA0.25)，原始红松林为91.58％要显著高于杨桦次生林的84.76％。这表明原始红松林较杨桦次生林的土壤团聚性能更好，结构更为稳定。此外，＞2mm团聚体的含量随着土层的加深变化显著，由0～5cm至5～15cm层、5～15cm至15～30cm层、15～30cm至30～50cm层两林型平均分别下降了33.0％、37.0％和25.9％;而2～1mm、1～0.25mm、＜0.25mm团聚体的含量变化则相对稳定。这表明大径级团聚体在土壤中的变异性大，周转速度较快，更容易受外界环境及人为干扰等因素的影响而破碎、流失，导致其含量的降低，从而造成土壤的碳、氮库稳定性的降低。因此，大团聚体稳定机制的研究对有机碳、全氮在土壤的固存意义重大。
　　(4)土壤总有机碳和团聚体有机碳、全氮的相关分析结果表明，土壤总有机碳与1～0.25mm和＜0.25mm团聚体有机碳、全氮的关系较为密切，判定系数(R2)分别为0.976、0.928和0.966、0.949。这表明研究区域内土壤总有机碳、全氮的积累主要受到1～0.25mm和＜0.25mm团聚体有机碳、全氮含量的影响，此外，土壤中小径级团聚体储存的有机碳、全氮越多，有机碳、全氮在土壤的稳定性就越强，土壤的固碳、固氮的能力也将大大提高，这符合土壤有机质的输入优先在小径级团聚体中累积的层次理论。
　　(5)杨桦次生林0～5cm和5～15cm层土壤的有机碳含量均显著高于原始红松林，但重组有机碳(HF-C)的比例却显著低于后者。这表明即使次生演替促进了土壤对有机碳的固持，但也降低了土壤有机碳库的整体稳定性。因此，在长白山地区加强原始森林资源的保护并促进次生林生态恢复，对增加稳定性土壤碳库具重要意义。
　　(6)随着团聚体径级的增大游离态轻组有机碳(FLF-C)的分布比例逐渐降低，而HF-C则表现出升高的趋势。这表明，大团聚体(＞0.25mm)中富含了更多的活性有机碳，随着径级的减小，活性有机碳的分配比例逐渐降低，而惰性有机碳逐渐增加，加强了小径级团聚体有机碳的稳定性。
　　(7)闭蓄态轻组有机碳(OLF-C)不足总有机碳的5％，且其分配比例随着团聚体粒级的减小逐渐降低。这部分有机碳在团聚体的保护下相对稳定，增加了土壤稳定性碳库的储量。
　　(8)土壤总有机碳、全氮之间存在显著或极显著正相关，在不同土层及在不同林型下均表现出显著的共积累特征。土壤各密度组分—游离态轻组(FLF)、闭蓄态轻组(OLF)、重组(HF)乃至土壤团聚体各密度组分—FLF、OLF、HF中，有机碳、全氮亦均呈显著或极显著正相关，说明各组分中均存在碳、氮积累的耦合性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 土壤有机碳库的研究进展

1．3 土壤有机碳分组研究进展

1．3．1 团聚体有机碳

1．3．2 轻、重组有机碳

1．4 土壤氮库及碳氮耦合的研究进展

1．5 研究目的与意义

1．6 研究内容

2 样地概况及研究方法

2．1 采样区自然概况

2．2．1 样品的采集及处理

2．2．2 分析方法

2．2．3 数据处理及分析

3 土壤总有机碳和全氮的积累特征

3．1 土壤总有机碳的剖面分布和林型间差异

3．2 土壤全氮的剖面分布和林型间差异

3．3 土壤C／N比的分异特征

3．4 土壤有机碳和全氮、C／N比的相关性

3．5 讨论

3．5．1 有机碳、全氮的空间变异及剖面分布特征

3．5．2 不同林型对土壤有机碳、全氮累积的影响

3．6 本章小结

4 土壤团聚体有机碳和全氮的分布特征

4．1 土壤团聚体的组成特征

4．2 土壤团聚体有机碳的垂直分布特征

4．3 土壤团聚体全氮的垂直分布特征

4．4 土壤团聚体C／N比的分异特征

4．5 土壤团聚体有机碳和全氮、C／N比的相互关系

4．6 土壤总有机碳与各径级团聚体有机碳、全氮含量及C／N比的相关性

4．7 讨论

4．7．1 不同林型对土壤团聚体组成的影响

4．7．2 不同林型对土壤团聚体有机碳、全氮的分布的影响

4．8 本章小结

5 土壤密度组分有机碳、全氮及其在团聚体的分布

5．1 土壤密度组分有机碳和全氮、C／N比的分布特征

5．2 土壤各密度组分有机碳和全氮含量、C／N比的相互关系

5．3 土壤总有机碳和各密度组分有机碳、全氮、C／N比的相互关系

5．4 各密度组分有机碳和全氮含量在团聚体的分布特征

5．5 土壤团聚体各密度组分有机碳和全氮、C／N比的相互关系

5．6 讨论

5．6．1 土壤有机碳的稳定性

5．6．2 不同林型对土壤密度组分有机碳分布的影响

5．6．3 团聚体对有机碳的物理保护

5．7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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