大兴安岭兴安落叶松林土壤温室气体排放通量特征研究

摘要

全球变化背景下，气候变暖所引起的问题已受到众多领域的重视，CO2、CH4和N2O作为导致温室效应最主要的3种气体正被广泛的关注与研究。目前，大量的化石燃料的燃烧、汽车尾气排放、工业废气不达标排放等人为因素被公认为是导致温室气体排放量增加的主要原因，而不可忽略的生态系统的自身排放也是温室气体的重要来源之一。森林生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分，在整个生态系统的温室气体排放上起着至关重要的作用，为估算森林生态系统温室气体整体排放水平，测定其土壤温室气体排放通量必不可少。
　　本研究在黑龙江省大兴安岭地区，以寒温带兴安落叶松原始林为研究对象，于2016年5～9月，利用静态暗箱-气相色谱法测定该地区4种兴安落叶松林（藓类-兴安落叶松林、杜香-兴安落叶松林、草类-兴安落叶松林和杜鹃-兴安落叶松林）土壤CO2、CH4和N2O的排放通量，同时测定各个林型不同月份的土壤理化性质和环境因子，并在生长旺季完成不同林型林分结构的调查，旨在探究不同兴安落叶松林土壤CO2、CH4和N2O的排放通量特征及与土壤理化性质和环境因子的关系，进而为该地区温室气体排放的总体核算提供理论依据。主要研究结果如下:
　　(1)该地区林分结构简单，乔木树种单一（兴安落叶松为绝对优势种），灌木层、草本层和地被层差异显著。4种林型中藓类-兴安落叶松林土壤多常年积水，兴安落叶松零星分布，林分密度最小;杜香-兴安落叶松林林分密度最大，平均胸径最小;草类-兴安落叶松林地处山坡，土层薄，落叶松倒折较多，其林分密度较小，但平均胸径最大;杜鹃-兴安落叶松林多地处高海拔，灌木以杜鹃为主，常伴生白桦与偃松。
　　(2)生长季，4种兴安落叶松林土壤均为CO2的排放源，平均排放通量分别为45.88（藓类-兴安落叶松林）、38.68（杜香-兴安落叶松林）、54.54（草类-兴安落叶松林）和62.98（杜鹃-兴安落叶松林）mg·m-2·h-1。其中杜鹃-兴安落叶松林排放通量最大，杜香-兴安落叶松林排放通量最小。温度是该地区土壤CO2排放通量的主要影响因子，土壤含水量和pH对其土壤CO2排放通量的影响因林型而异。由于海拔高、平均气温低、生长周期短等因素作用，导致该地区CO2排放通量整体水平较低。
　　(3)4种兴安落叶松林土壤CH4平均排放通量依次为0.089（藓类-兴安落叶松林）、-0.037（杜香-兴安落叶松林）、0.004（草类-兴安落叶松林）和-0.03（杜鹃-兴安落叶松林）mg·m-2·h-1，其中藓类-兴安落叶松林和草类-兴安落叶松林土壤表现为CH4的排放源，两者排放强度差异显著，其中藓类-兴安落叶松林提供了该地区95％以上的甲烷排放量。杜鹃-兴安落叶松林和杜香-兴安落叶松林土壤表现为CH4的汇，两者吸收强度相当，且两者CH4排放通量与土壤温度和土壤含水量有显著的相关性，均表现出随土壤温度升高或土壤含水量增加对CH4的吸收量逐渐减小进而转为排放的规律。
　　(4)4种兴安落叶松林土壤N2O平均排放通量依次为0.0073（藓类-兴安落叶松林）、0.012（杜香-兴安落叶松林）、0.0093（草类-兴安落叶松林）和-0.0003（杜鹃-兴安落叶松林）mg·m-2·h-1，表现为N2O的源（杜鹃除外）。通过分析不同月份N2O排放通量可知，该地区4种林型土壤N2O的排放主要集中在夏末和秋季。除藓类-兴安落叶松林外，其他3种林型土壤表现随土壤温度的升高对N2O由吸收转为排放的趋势，而藓类-兴安落叶松林土壤表现为随月份增加其对N2O的吸收与排放交替发生的规律。影响土壤N2O排放通量的环境因子因林型而异，其中草类-兴安落叶松林与10cm土壤温度呈显著正相关，与全氮、碱解氮和有机碳呈显著负相关;杜鹃-兴安落叶松林与土壤温度和土壤含水量均呈显著正相关;藓类-兴安落叶松林和杜香-兴安落叶松林分别与土壤全氮和有机碳存在显著相关性，与土壤温度、含水量和pH值无显著相关性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 土壤温室气体产生机理及影响因子

1．3 土壤温室气体排放通量测定方法

1．3．1 箱法

1．3．2 微气象学法

1．3．3 土壤浓度廓线法

1．3．4 同位素法

1．4 研究目的及意义

1．5 研究内容

2 研究区概况及研究方法

2．1 研究区概况

2．2 研究方法

2．2．1 样地设置及植被调查

2．2．2 土壤温室气体的采集及测定

2．2．3 水热因子的监测

2．2．4 土壤样品的采集与测定

2．2．5 数据处理方法

3 不同兴安落叶松林生长季土壤温室气体排放通量特征

3．3 不同兴安落叶松林土壤N2O排放通量特征

3．4 本章小结

4 不同兴安落叶松林林分结构及环境因子特征

4．1 不同兴安落叶松林群落组成差异

4．2 不同兴安落叶松林群落生长差异

4．3 不同兴安落叶松林土壤理化性质差异

4．3．1 不同兴安落叶松林土壤有机碳、全氮、碱解氮含量和pH月份差异

4．3．2 不同兴安落叶松林土壤温湿度月份差异

4．4 本章小结

5 不同兴安落叶松林土壤CO2、CH4和N2O排放通量与土壤理化性质相关性分析

5．1 不同兴安落叶松林土壤CO2排放通量与土壤理化性质的关系

5．2 不同兴安落叶松林土壤CH4排放通量与土壤理化性质的关系

5．3 不同兴安落叶松林土壤N2O排放通量与土壤理化性质的关系

5．4 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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