西藏“一江两河”中部流域造林对土壤有机碳和主要养分的影响研究

摘要

自80年代以来，西藏“一江两河”中部流域持续开展人工造林，人工造林对改善该流域生态状况、促进地方经济发展、改善农牧民生产生活环境具有重要意义。土壤是植物生长繁育的基地，然而却缺乏对这独特区域造林前后土壤理化性质变化的系统研究。探索青藏高原人工造林的土壤固碳及养分变化对于正确评估西藏造林活动的生态贡献具有重要意义，能够填补西藏造林对土壤有机碳和土壤养分影响研究的空白，为西藏合理进行人工造林、促进人工林可持续经营提供一定理论依据。本研究以“两江四河”流域的造林作业区及其重点区域“一江两河”中部流域的人工林和对照地为研究对象，调查了西藏524个造林作业区、54对林分及对照地，获取近千份土壤样品，对造林作业区、人工林和对照地的土壤理化性质、林分、环境等相关因子进行了系统地测定和研究，旨在掌握西藏造林作业区（待造林地块）土壤养分及肥力特征，研究西藏重点区域造林后土壤有机碳和土壤养分的变化规律、趋势及其影响因素。本研究主要结果和结论如下:
　　1、西藏造林作业区的土壤养分和肥力特征
　　西藏造林地作业区土壤养分和综合肥力（Ps)水平总体偏低，土壤磷、钾、有机质等养分普遍缺乏，土壤各属性养分和肥力水平由西北部的阿里地区至东南部的林芝市逐渐趋好，具有明显的水平地带性，而日喀则市、山南市、拉萨市造林作业区具有一定地理共性，养分水平较多相似。“一江两河”中部流域造林作业区养分和肥力水平稍低于全区平均水平。
　　2、西藏“一江两河”中部流域造林前后土壤养分的特征
　　西藏“一江两河”中部流域是全区人工造林的重点区域，土壤养分普遍缺乏，造林后0-80cm土层剖面上土壤容重、土壤质量含水量、TN、TP、AP、有机碳(SOC)的含量和养分水平等变化极显著(P＜0.01)。造林后土壤容重降低，土壤含水量上升，SOC(OM)、TN含量增加、相应养分丰缺度和分肥力趋好，TP、AP则变化相反。综合肥力、pH、TK则基本不变。AP的养分等级和分肥力水平转化比例最多、最明显，其次是TP、TN和OM，造林后土壤最缺AP。
　　3、西藏“一江两河”中部流域造林前后土壤养分的土层间变化
　　(1)0-80cm土层人工林SOC、TN、TP、TK、AN、AP、AK储量分别为66.18Mg hm-2、7.55 Mg hm-2、5.8 Mg hm-2、118.62 Mg hm-2、53.16 g m-2、4.72 g m-2、95.42 g m-2。造林前后各土层pH、AK、粒径组成均无显著差异。造林对土壤表层0-20cm的改变最显著，表层对整土层的变化占主导作用。造林后AP在各土层显著降低，其相对变化率（绝对值）各土层均最大，TK变幅最小，AP变化的各评价指标造林前后各土层中均差异显著。
　　(2)土壤养分随土层深度变化，有无造林均变化趋势相近，土壤容重随深度增加而增加，土壤质量含水量降低，SOC、TN、TP、AN、AP、AK含量、储量均降低。土壤养分表现出表聚性，上层优于下层。
　　4、不同土地利用类型和造林年限下土壤养分的储量变化
　　(1)不同土地利用类型的土壤养分储量存在显著差别。耕地各养分储量均最高，造林后(5-15a)养分储量普遍降低。荒地和草地造林后土壤SOC、TN积累，＞15a林分固定效益明显，各土地利用类型造林均对TP、TK、AP损耗，耕地造林AP损耗更显著。各土地利用类型造林后表层土壤容重均降低明显。荒地和草地造林后土壤质量含水率增加明显，而耕地造林仅表层增加显著。
　　(2)不同造林年限人工林土壤SOC、TN、AN储量随林龄增加而增加，TP、AP储量随之降低。造林后＞15a林分SOC、TN储量增加显著，各林龄林分对AP消耗显著。15-30年林分SOC累积速率最高。造林后不同林龄林分表层0-20cm土壤容重均降低显著、土壤质量含水率升高显著。造林＞30a才能显著改变土壤容重、含水率、粒径结构。
　　(3)草地和荒地造林后土壤SOC、TN储量各年限上基本都增加(5a＜林龄＜51a)，表层增加显著，草地造林15-30a林分增加最多，荒地＞30a林分增加最多，荒地造林＞15a以上林分造林年限越长其SOC、TN增量越多。TP、AP、TK储量各土地利用类型各年限各土层上基本都减少。草地造林＜15a林分AK储量增加明显，＞15a林分减少，而荒地造林在多数土层上增加。耕地造林(＜15a)各养分储量各土层基本均减少，AP各土层减少明显。
　　5、西藏“一江两河”中部流域造林前后土壤养分变化的影响因素
　　(1)林分因子不是研究区域造林后影响土壤养分储量变化的主要因素，只能解释其30.5％的变化。主要影响SOC、TN、AN的变化，SOC的变化与造林年限、表征林分生长的因子正相关，TN与上层土壤中与林分生长因子正相关，下层则负相关，AN的相对变化率也相似。造林后影响SOC、AN、TN储量变化的林分因子依次是造林年限、林下植被盖度和平均冠幅，呈正相关，而AP、TK、AK、TP的储量变化基本与表征林分生长的因子负相关。AK、TP的变化受林分因子影响较小。
　　(2)环境因子不是影响造林后土壤养分储量变化的主要因素，只能解释19.7％的原因。土壤养分的变化主要与气温和海拔相关。AP、TK的变化与海拔负相关，与气温正相关。而AN的变化在下层土壤中与气温负相关，与海拔正相关。环境因子对AP变化的影响最高，海拔对AP的影响度大于温度。SOC、AK的变化基本与环境因子无关。
　　(3)不同的土地利用类型其初始土壤理化性质显著不同，土壤初始条件是造林后土壤养分储量变化的主要因素，但对AK的变化影响很小，初始土壤AP、TK含量水平、容重对土壤养分储量变化影响较大，与造林后AP、TN、TP的储量变化负相关。
　　(4)造林后影响土壤养分储量变化的因子类别及程度表现为:土壤初始条件（土地利用）＞林分因子＞环境因子。造林后，林分因子和环境因子对上层土壤内的土壤理化性质、养分储量变化及相对变化率影响更强，对土壤养分累积速率的影响在下层更强。造林后，影响TN、TK、AP、TP变化的主要是初始土壤条件，呈负相关。影响SOC变化的依次是林分因子、初始土壤条件，与造林年限、平均冠幅正相关，与初始土壤TN、SOC含量负相关。AK受影响很小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的和意义

1．1．3 项目来源和经费支持

1．2 国内外研究综述

1．2．1 森林土壤碳库

1．2．2 人工林土壤碳库及固碳研究

1．2．3 影响造林后土壤固碳变化的因素

1．2．4 造林对土壤碳库影响的研究方法

1．2．5 人工林土壤养分研究

1．2．6 小结

1．3 研究目的与主要研究内容

1．3．1 关键科学问题和研究目的

1．3．2 主要研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 研究地点与研究方法

2．1 研究地点

2．1．2 “一江两河”中部流域概况

2．2 研究方法

2．2．1 数据采集

2．2．2 样地基本情况

2．2．3 内业数据处理

2．2．4 数据分析

第三章 西藏“两江四河”流域造林作业区土壤养分含量和肥力特征

3．1．西藏造林作业区土壤有机碳、土壤养分的特征

3．1．1 造林作业区土壤养分现状及特征

3．1．2 土壤养分因子相关性

3．1．3 地市间土壤养分差异性

3．1．4 土壤养分等级的空间分布

3．2 西藏造林作业区土壤养分的肥力评价

3．2．1 土壤养分的肥力评价

3．2．2 地市间土壤各属性肥力差异性

3．2．3 地市间土壤综合养分肥力差异性

3．2．4 土壤肥力的空间分布

3．3 “一江两河”中部流域造林作业区

3．3．2 “一江两河”中部流域造林作业区与人工林对照地养分比较

3．4 讨论

3．4．1 西藏造林作业区土壤有机碳、土壤养分特征的讨论

3．4．2 西藏造林作业区土壤养分肥力讨论

3．5 本章小结

第四章 人工林和对照地SOC、主要土壤养分的比较

4．1 SOC与主要土壤养分含量的比较

4．1．2 对照地SOC与主要土壤养分含量的分布特征

4．1．3 人工林和对照地SOC、主要土壤养分含量的比较

4．2 土壤养分含量分级的比较

4．2．1 人工林土壤养分含量分级的分布特征

4．2．2 对照地土壤养分含量分级的分布特征

4．2．3 人工林及其对照地土壤养分含量分级的比较

4．3 土壤养分的肥力评价

4．3．1 人工林土壤养分的肥力指数分布特征

4．3．2 对照地土壤养分的肥力指数分布特征

4．3．3 人工林和对照地养分肥力状况的比较

4．4 讨论

4．5 本章小结

第五章 造林前后SOC和主要土壤养分的土层间变化

5．1 造林后不同土层土壤物理性质、pH的变化

5．1．1 不同土层土壤容重和土壤质量含水量的变化

5．1．2 不同土层pH和土壤粒径组成的变化

5．2 造林后不同土层SOC、主要土壤养分的变化

5．2．1 不同土层SOC、TN、TP、TK的变化

5．2．2 不同土层AN、AP、AK的变化

5．3 造林后不同土层SOC、主要土壤养分的相对变化率

5．3．1 不同土层SOC、TN、TP、TK的相对变化率

5．3．2 不同土层AN、AP、AK的相对变化率

5．4 讨论

5．5 本章小结

第六章 不同土地利用类型和造林年限下SOC和主要土壤养分的储量变化

6．1．1 不同土地利用类型SOC和土壤主要养分的储量特征

6．1．2 不同土地利用类型造林后SOC和土壤主要养分储量变化的检验

6．1．3 不同土地利用类型造林后其他土壤性质的变化

6．2 不同造林年限SOC和主要土壤养分的储量特征及变化

6．2．1 不同造林年限人工林SOC和主要土壤养分的储量特征

6．2．2 不同造林年限后SOC和土壤主要养分储量变化的检验

6．2．3 不同造林年限后土壤其他性质的变化

6．3 不同土地利用类型分造林年限SOC和主要土壤养分的储量特征及变化

6．3．1 草地造林不同年限下SOC和主要土壤养分的储量变化

6．3．2 荒地造林不同年限下SOC和主要土壤养分的储量变化

6．3．3 耕地造林不同年限下SOC和主要土壤养分的储量变化

6．3．4 不同土地利用类型造林土壤养分储量变化量随年限的变化

6．4 讨论

6．5 本章小结

第七章 造林后SOC和主要土壤养分变化的影响因素

7．1．1 林分状况与造林后土壤理化性质和养分储量变化的相关性

7．1．2 林分状况与土壤SOC、养分储量累积速率和相对变化率的相关性

7．1．3 不同林分因子对SOC和主要土壤养分储量变化的影响

7．2 环境因子化对土壤养分储量变化的影响

7．2．1 环境因子与造林后土壤理化性质和养分储量变化的相关性

7．2．2 环境因子与造林后土壤养分储量累积速率和相对变化率的相关性

7．2．3 不同土壤外部环境因子对土壤SOC，N、P、K储量变化的影响

7．3 土壤初始条件对土壤养分储量变化的影响

7．4 各类因子对土壤养分储量变化的综合影响

7．5 “一江两河”中部流域土壤养分对林分生长的影响

7．5．1 现土壤养分条件对林分生长的影响

7．5．2 初始土壤养分条件对林分生长的影响

7．6 讨论

7．7 本章小结

第八章 结论与讨论

8．1 结论

8．1．2 “一江两河”中部流域造林对SOC和主要土壤养分的影响

8．2 讨论

8．3 创新点

8．4 展望

参考文献

附录

在读期间的学术研究

致谢