采伐干扰对温带小兴安岭森林湿地碳源/汇影响

摘要

利用静态箱—气相色谱法、碳/氮分析仪与相对生长方程法，测定温带小兴安岭5种森林沼泽湿地(毛赤杨沼泽(M)、白桦沼泽(B)、落叶松-苔草(LT)、落叶松-藓类沼泽(LX)、落叶松-泥炭藓沼泽(LN))不同采伐处理样地（对照、择伐-45％和皆伐）的土壤呼吸（CO2和CH4）净碳排放量、植被净初级生产力与年净固碳量，并依据生态系统净碳收支平衡，揭示采伐干扰对温带森林沼泽湿地碳源/汇的影响规律。结果表明:
　　(1)采伐干扰改变了温带小兴安岭森林沼泽湿地土壤CH4通量的季节变化趋势，M（择伐与皆伐）由夏＞春≈秋≈冬的单峰型改变为夏≈秋＞春≈冬型，LT（皆伐）、LX（择伐与皆伐）、LN（皆伐）由夏≈春≈秋≈冬的均恒型改变为夏≈秋＞冬＞春型、夏＞春≈秋≈冬型、夏＞春≈秋≈冬型。
　　(2)采伐干扰对小兴安岭5种森林沼泽CH4排放年通量的影响规律不同。择伐仅显著降低M的CH4排放年通量(66.5％，P＜0.05)，而皆伐不仅显著降低M的CH4排放年通量(65.5％，P＜0.05)，而且还显著提高B、LX和LN的CH4排放年通量(3.1～94.3倍，P＜0.05)。因此，皆伐对森林沼泽CH4排放年通量影响强于择伐。
　　(3)采伐使M土壤CH4排放通量与土壤温度相关性由5cm～40cm变为40cm土壤温度，B主控制因子由气温和15～40cm土壤层温度转化为择伐与皆伐的10～40cm、15～40cm土壤层温度，LX由对照CH4排放与温度、水位不相关转化为择伐的水位及皆伐的5～40cm土壤层温度，LN主控因子由0～10cm土壤层温度转化为择伐的水位，皆伐的水位及40cm土壤层温度。
　　(4)5种森林沼泽土壤CO2排放通量的季节分布格局存在2种类型，即M、LT、LN呈现出夏＞春＞秋≈冬型，B、LX则呈现出夏＞春＞秋＞冬型，仅择伐使B转化为夏＞春＞秋≈冬型，其他4种森林沼泽类型采伐（择伐与皆伐）干扰后仍保持其原有格局。
　　(5)采伐干扰对小兴安岭5种森林沼泽湿地土壤CO2排放年通量的影响规律不同。择伐显著提高M的土壤CO2排放年通量(24.4％，P＜0.05)，提高B、LT的土壤CO2排放年通量但不显著(12.4％～27.9％，P＞0.05)，而对LX和LN几乎无影响(-0.8％～-7.2％，P＞0.05);皆伐显著提高M和LT土壤CO2排放年通量(34.3％～53.4％，P＜0.05)，提高B和LX土壤CO2排放年通量但不显著(14.9％～32.0％，P＞0.05)，但降低了LN的土壤CO2排放年通量(-12.0％，P＞0.05)。因此，皆伐较择伐对森林沼泽土壤CO2排放年通量的影响更为强烈。
　　(6)采伐干扰改变了森林沼泽湿地CO2排放的主控因子，采伐干扰后，M（皆伐）增加40cm土壤层温度，B、LN减少了与土壤温度的相关性（前者由0～20cm土壤层温度转化为地表0cm土壤温度;后者由0～30cm土壤层温度转化择伐0～10cm或皆伐0～15cm土壤层温度），LT、LX增加了与土壤温度的相关性（前者由对照的0～10cm土壤层温度转化为择伐5～20cm或皆伐0～20cm土壤层温度;后者由对照0～20cm土壤层温度转化皆伐0～30cm土壤层温度）。B、LX和LN与水位相关性有所改变，三者对照样地与水位显著负相关，B（择伐与皆伐）、LX（皆伐）和LN（择伐）与水位相关性均不显著。
　　(7)小兴安岭5种天然沼泽林的植被净初级生产力和年净固碳量分别分布在0.444～0.882 kg·m-2· a-1和0.205～0.402 kgC· m-2·a-1之间，皆伐对森林沼泽湿地植被净初级生产力的影响强于择伐，即择伐仅显著降低B的植被净初级生产力约1/4，而皆伐使5种森林沼泽的植被净初级生产力降低约1/3至2/3;择伐仅显著降低B的植被年净固碳量约1/4，而皆伐却使5种森林沼泽的植被年净固碳量降低约2/5至2/3。
　　(8)择伐与皆伐干扰对小兴安岭森林沼泽湿地碳源/汇（-4.22～0.14 tC·hm-2·a-1）的影响并不同。择伐提高了M、LT、LX的碳源强度(22.4％～109.8％，P＞0.05)，并使B和LN由碳汇转化为碳源（但仅B变化显著）;皆伐使5种森林沼泽全部转化成碳的强排放源(M、LT、LX碳源强显著提高0.8～11.3倍，P＜0.05;而B、LN由碳弱吸收汇转化为碳强排放源(-3.69～-1.57 tC·hm-2·a-1))。且5种森林沼泽皆伐样地碳源强度较择伐样地提高48.6％～617.0％（除LN外其他4种提高显著）。因此，皆伐对温带森林沼泽湿地碳源/汇的影响程度远强于择伐。故在经营管理温带森林沼泽湿地碳汇实践中应采取择伐方式而避免皆伐方式。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 湿地碳源的研究进展

1．2．2 湿地碳汇的研究进展

1．2．3 采伐对森林湿地碳源／汇的影响

1．3 本论文研究目的和意义

1．4 本论文研究目内容

2 研究区域概况与取样方法

2．1 研究区域概况

2．2 样地设置

2．3 研究方法

2．3．1 植被净初级生产力和年净固碳量的测定

2．3．2 温室气体碳排放量测定

2．3．3 环境因子测定

2．3．4 温室气体年碳排放量测定

2．3．5 碳源／汇评价

2．3．6 数据处理

3 采伐干扰对森林沼泽湿地土壤净碳排放量的影响

3．1 采伐干扰对森林沼泽湿地土壤CH4排放的影响

3．1．1 采伐干扰对森林沼泽湿地土壤CH4排放季节动态的影响

3．1．2 采伐干扰对森林沼泽湿地土壤CH4排放通量的影响

3．1．3 采伐干扰对森林沼泽湿地土壤CH4排放主控因子的影响

3．2 采伐干扰对森林沼泽湿地土壤CO2排放的影响

3．2．1 采伐干扰对森林沼泽湿地土壤CO2排放季节动态的影响

3．2．2 采伐干扰对森林沼泽湿地土壤CO2排放通量的影响

3．2．3 采伐干扰对森林沼泽湿地土壤CO2排放主控因子的影响

3．3 讨论

3．3．1 采伐对森林沼泽CH4排放通量的影响

3．3．2 采伐对森林沼泽CO2排放通量的影响

3．3．3 采伐对森林沼泽土壤碳排放主控因子的影响

3．4 本章小结

4 采伐干扰对森林沼泽湿地植被固碳能力的影响

4．1 采伐干扰对森林沼泽湿地植被净初级生产力的影响

4．2 采伐干扰对森林沼泽湿地年净固碳量的影响

4．3 讨论

4．3．1 采伐干扰对森林沼泽湿地植被净初级生产力的影响

4．3．2 采伐对森林沼泽湿地年净固碳量的影响

4．4 本章小结

5 采伐干扰对森林沼泽湿地碳源／汇的影响

5．1 采伐干扰对森林沼泽湿地土壤净碳排放量的影响

5．2 采伐干扰对森林沼泽湿地碳源／汇的影响

5．3 讨论

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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