长期集约经营对雷竹林土壤温室气体排放的影响

摘要

森林是全球最大的陆地生态系统，森林土壤是CO2、CH4、N2O等温室气体重要排放源或吸收汇。集约经营改变了森林土壤理化性质，影响了植物根系的生长和微生物的活性，导致森林土壤碳、氮循环发生改变进而影响土壤温室气体的排放。雷竹（Phyllostachys praecox）是我国优良的笋用竹，广泛分布于长江以南地区，目前仅浙江省雷竹林面积就达6.7万hm2，占全省经济林面积的7.7％。上世纪80年代以来，以施肥和覆盖为核心的集约经营措施提高了雷竹的经济效益，但同时导致土壤酸化、养分过量积累以及有机碳稳定性下降等问题，目前雷竹林长期集约经营过程中土壤温室气体排放的动态变化规律及其机理尚缺乏深入系统的研究。本研究利用空间代替时间的方法，以不同集约经营时间（1、5、10、20和30年）雷竹林作为研究对象，利用静态箱-气相色谱法研究长期集约经营过程中雷竹林土壤温室气体排放特征，结合土壤水溶性碳、氮和微生物生物量碳、氮的季节动态变化规律，探讨长期集约经营雷竹林土壤温室气体排放的动态变化机理，为科学评估经营管理对土壤温室气体排放的影响提供科学支撑。研究结果如下:　　(1)随集约经营时间的增加，雷竹林表层土壤有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量均显著提高(P＜0.05)，土壤容重、土壤pH值显著降低(P＜0.05)。雷竹林土壤水溶性有机碳(WSOC)、水溶性有机氮(WSON)、NH4+-N、NO3--N、微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量均随集约经营时间的增加而增加(P＜0.05)，MBC和MBN在集约经营20年时达到最大值，随后呈现降低趋势。　　(2)雷竹林土壤CO2排放通量呈明显的季节变化，即春夏季高、秋冬季低。集约经营1年、5年、10年、20年和30年雷竹林土壤CO2年均排放通量分别为:338.89、337.53、374.52、491.10和364.14 mg·CO2·m-2·h-1，在20年时达到最大值，随后呈现降低趋势。1年、5年、10年和30年雷竹林土壤CO2年累积排放量没有明显差异。长期集约经营显著增加了20年雷竹林土壤CO2年累积排放量(P＜0.05)。雷竹林土壤CO2排放通量与地下5cm土壤温度具有极显著相关性(P＜0.01)。除集约经营20年雷竹林外，其余集约经营年份土壤CO2排放通量均与WSOC呈显著正相关(P＜0.05)。雷竹林土壤CO2排放通量与土壤含水量、MBC没有相关性。　　(3)雷竹林土壤N2O排放通量具有明显的季节变化，即春夏季高、秋冬季低。集约经营1年、5年、10年、20年和30年雷竹林土壤N2O年均排放通量分别为:54.10、155.19、202.34、246.53和315.17μg·N2O·m-2·h-1。长期集约经营显著增加了雷竹林土壤N2O年累积排放量(P＜0.05)，具体表现为:集约经营5年、10年、20年和30年雷竹林土壤N2O年累积排放量分别是1年的3.07、3.48、4.00和5.74倍。集约经营10年、20年和30年雷竹林土壤N2O排放通量与地下5cm土壤温度具有显著相关性(P＜0.05)。集约经营5年、10年和30年雷竹林土壤N2O排放通量与土壤WSON具有显著相关性(P＜0.05)。集约经营10年和30年土壤N2O排放通量与土壤NH4+-N具有显著相关性(P＜0.05)。土壤含水量、MBN、NO3--N与土壤N2O排放通量没有相关性。　　(4)雷竹林土壤CH4排放通量没有明显的季节变化;集约经营显著增加了土壤CH4年累积排放量（P＜0.05），并使土壤由CH4吸收汇转变为CH4排放源。集约经营1年、5年、10年、20年和30年雷竹林土壤CH4年累积排放量分别为:-0.05、2.89、3.28、6.22和0.80 kg·CH4·hm-2·a-1。集约经营5年土壤CH4排放通量与地下5 cm土壤温度具有显著相关性(P＜0.05)，其余集约经营年份土壤CH4排放通量与地下5 cm土层土壤温度均无相关性。土壤CH4排放通量与土壤含水量、WSOC、MBC均没有相关性。　　(5)集约经营1年、5年、10年、20年和30年雷竹林土壤排放温室气体的综合温室总效应分别为:30.15、33.99、37.19、45.52和39.18 Mg·CO2-e hm-2·a-1。集约经营显著增加了雷竹林土壤排放温室气体的综合温室效应，随集约经营时间的增加，雷竹林土壤排放温室气体的综合温室效应逐渐增加(P＜0.05)，在集约经营20年时达到最大值，随后呈现降低趋势。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 研究背景和意义

1．2 土壤温室气体排放的主要影响因素

1．2．1 土壤呼吸的主要影响因素

1．2．2 土攮CH4的主要影响因素

1．2．3 土壤N2O的主要影响因素

1．3 经营管理对林地土壤温室气体排放的影响

1．3．1 施肥

1．3．2 火烧

1．3．3 采伐

1．3．4 林下植被管理

1．4 科学问题的提出

2 研究内容和方法

2．1 研究区域概况

2．2 试验设计与研究方法

2．3 技术路线

2．4 数据计算与数据分析

3 长期集约经营对雷竹林土壤碳、氮库及基本理化性质的影响

3．1 结果与分析

3．1．1 长期集约经营对雷竹林土壤理化性质的影响

3．1．2 长期集约经营对雷竹林土壤WSOC和MBC季节变化的影响

3．1．3 长期集约经营对雷竹林土壤WSON和MBN季节变化的影响

3．1．4 长期集约经营对雷竹林土壤NH4+-N和NO3--N季节交化的影响

3．2 讨论

3．3 结论

4 长期集约经营对雷竹林土壤CO2排放通量的影响

4．1．2 雷竹林土壤CO2排放通量的季节变化

4．1．3 环境因子与雷竹林土壤CO2排放通量的相关性

4．2 讨论

4．2．3 长期集约经营对雷竹林土壤CO2排放通量的影响

4．3 结论

5 长期集约经营对雷竹林土壤N2O排放通量的影响

5．1 结果与分析

5．1．2 环境因子与雷竹林土壤N2O排放通量的相关性

5．2 讨论

5．2．3 长期集约经营对雷竹林土壤N2O排放通量的影响

5．3 结论

6 长期集约经营对雷竹林土壤CH4排放(吸收)通量的影响

6．1 结果与分析

6．1．1 雷竹林土壤CH4排放(吸收)通量的季节变化

6．1．2 环境因子与雷竹林土壤CH4排放(吸收)通量的相关性

6．1．3 雷竹林土壤温室气体综合温室效应

6．2 讨论

6．2．3 长期集约经营对雷竹林土壤CH4排放(吸收)通量的影响

6．2．4 长期集约经营对雷竹林土壤温室气体综合温室效应的影响

6．3 结论

7 结论与展望

7．1 主要研究结论

7．2 研究展望

参考文献

个人简介

研究生期间发表论文情况

致谢