不同更新方式对皆伐杉木林土壤温室气体排放的短期影响

摘要

森林是温室气体重要的源、汇和转换器，在全球气候变化过程中起着重要作用，而森林温室气体排放受到人类经营活动的影响。经营活动对森林温室气体排放影响的研究对于减小温室气体通量、调控经营措施、减缓温室效应意义重大。本研究选择成熟杉木林为研究对象，研究皆伐+不整地+自然更新（NG）、皆伐+穴状整地+种植毛竹（DB）、皆伐+全垦整地+种植毛竹（WB）和不采伐对照（CK）四种经营方式下林地土壤CO2、CH4和N2O三种温室气体排放的变化特征；林地土壤温湿度、土壤理化性质和土壤微生物量的变化特征；阐明皆伐后不同更新方式下土壤温室气体通量的变化与土壤温湿度、土壤理化性质和土壤微生物量的相关性，分析皆伐后不同更新方式作用于土壤温室气体排放的内在机理，为科学认识采伐更新对林地土壤温室气体排放的影响机制提供理论依据，为改善经营措施从而减缓温室气体排放提供理论基础。主要研究结果如下：　　（1）各皆伐更新样地内土壤5cm温度都显著升高（P<0.05），表现为WB>DB>NG>CK；土壤湿度有升高的趋势，在DB和WB样地内显著升高（P<0.05），但NG样地内升高不显著，表现为WB>DB>NG>CK。　　（2）各皆伐更新样地内土壤pH均有升高趋势，但只有在NG样地显著升高（P<0.05），表现为NG>DB>WB>CK；土壤有机碳均显著下降(P<0.05)，表现为CK>NG>DB>WB；土壤全氮都显著下降(P<0.05)，表现为CK>NG>WB>DB；土壤可溶性有机碳呈下降趋势，但均没有显著性，表现为CK>NG>DB>WB。　　（3）各皆伐更新样地内土壤微生物碳均发生极显著下降（P<0.001），表现为CK>NG>DB>WB；土壤微生物氮也均呈极显著下降趋势（P<0.001），表现为CK>NG>DB>WB；土壤微生物碳氮比有下降趋势，在DB样地和WB样地内呈极显著下降（P<0.001），在NG样地内下降不显著，表现为CK>NG>DB>WB。　　（4）比较各处理间土壤CO2年排放通量，WB和DB、NG及对照均有显著差异（P<0.05），分别增加了14％、30%和45%；DB和NG、对照有显著性差异（P<0.05），分别增加了15%和28%；NG处理和对照之间没有显著性差异。各样地内土壤CO2排放的季节动态均为夏季>春季>秋季>冬季，样地间差异性夏秋季节高于冬春季节；　　（5）比较各处理之间土壤N2O年排放通量，WB和DB、NG及对照都有显著差异（P<0.05），分别增加了27%、64%和68%；DB和NG、对照有显著性差异，分别增加了30%和33%；NG处理和对照之间没有显著性差异。各样地内土壤N2O排放的季节动态均为夏春高，秋冬低；　　（6）杉木人工林在皆伐更新后从甲烷的吸收汇转变成了排放源。比较各处理间土壤CH4的年排放通量，WB和DB、NG有显著性差异（P<0.05），分别增加了91%、182%；DB和NG有显著性差异（P<0.05），增加了47%。对照样地一直为甲烷的吸收汇，吸收能力夏春季高于秋冬季。皆伐更新样地大部分时间为排放源，排放能力为夏季>秋季>冬季>春季。　　（7）在对照和皆伐更新样地内，土壤CO2排放与土壤5cm处温度呈指数相关（P<0.001），与土壤湿度（P<0.001）和土壤水溶性有机碳（P<0.05）呈正相关；土壤N2O排放与土壤湿度呈指数相关（P<0.001），与土壤5cm处温度（P<0.001）和土壤水溶性有机碳（P<0.05）呈正相关，与土壤微生物碳氮比呈负相关（P<0.05）；当土壤为甲烷的吸收汇和排放源时，土壤CH4的吸收/排放通量与土壤5cm处温度和土壤湿度均呈正相关（P<0.001），土壤CH4的排放与pH呈正相关（P<0.05），与土壤有机碳和土壤微生物碳氮比呈负相关（P<0.05），与其他土壤理化指标和土壤微生物指标没有相关性。　　（8）皆伐增加了土壤温室气体的排放，土壤CO2、N2O和CH4的年排放量分别增加了6.08t·hm-2、0.35kg·hm-2和2.48kg·hm-2。皆伐更新样地间各温室气体排放通量具有显著性差异(P<0.05)，均表现为WB>DB>NG.。人工更新在整地和种植过程中会由于对土壤的扰动，进一步促进土壤温室气体的排放，并且排放量会随着整地规模的扩大而增加。　　（9）在皆伐更新后一年内，土壤非生物因子是影响土壤温室气体排放的主要因子，其中土壤温、湿度占主导作用，而土壤生物因子对其的影响较小。因此，从调控森林土壤温室气体排放的角度，建议在皆伐后可以将采伐剩余物覆盖于土壤表面，通过增加地表反照率来减少直接太阳辐射以降低土壤温度；在更新过程中，尽可能避免全垦整地以减少对土壤的扰动。

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1引言

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究内容

2试验地概况及研究方法

2.1试验地概况

2.2 研究方法

2.3数据处理

3结果与分析

3.1不同更新方式下土壤温湿度的动态变化特征

3.2不同更新方式下土壤理化性质的动态变化特征

3.3不同更新方式下土壤微生物量的动态变化特征

3.4不同更新方式下土壤温室气体排放的动态变化特性

3.5 土壤CO2排放与影响因子之间的关系研究

3.6 土壤N2O排放与影响因子之间的关系

3.7 土壤CH4排放与影响因子之间的关系

4研究结论与展望

4.1 研究结论

4.2 问题与展望

参考文献

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