鄂南幕阜山区不同经营措施毛竹林土壤呼吸特征研究

摘要

土壤呼吸是陆地生态系统与大气间碳交换的主要途径，也是全球第二大的碳通量，每年通过土壤呼吸释放到大气中的CO2为98±12 PgC，是人类活动释放CO2量的10倍以上，因此，土壤呼吸的微小变化将对大气 CO2浓度产生重要影响。但土壤呼吸具有很强的时空异质性，不同区域、不同植被类型，土壤呼吸差异较大。加强不同区域及不同植被类型土壤呼吸研究对增加大尺度土壤呼吸估算的精确性具有重要意义。竹林是我国南方重要的森林资源，目前，我国竹林面积已达538万公顷，其中70％为毛竹。竹林碳储量占我国森林总碳储量的约11%，并随着竹林面积增加有增加的趋势。在全球森林面积急剧下降的今天，竹林面积却以每年3%左右的速度递增，在全球气候变化背景下，竹林生态系统在碳平衡中将起到重要作用。竹林生态系统地上碳过程已有较多研究，但地下碳过程研究较少，尤其是不同经营措施对地下碳过程影响研究还鲜见报道。竹林经营是提高毛竹产量的重要手段，因此，本研究以无经营（Ⅰ）毛竹纯林为对照，垦复（Ⅱ）、施用除草剂（Ⅲ）和劈草（Ⅳ）毛竹纯林为研究对象，利用LI-8100土壤 CO2通量自动监测系统测量了土壤呼吸及其影响因子，并结合毛竹林生物量年增长量估算了毛竹林生态系统碳汇/源功能，主要研究结果如下：
　　（1）土壤呼吸的各影响因子具有明显的月动态或季节动态变化。不同经营措施毛竹林土壤温度、湿度为夏季较高，冬季较低，差异均未达到显著水平；叶面积指数呈单峰曲线，8月达到峰值，3月达到低谷，对照、劈草林分显著低于垦复、施用除草剂林分；土壤有机质春季较高、秋季较低，施用除草剂林分显著高于对照林分；凋落物输入量为夏季较低、冬季较高，各林分差异均达到显著水平；总根系与细根生物量夏季较低，冬季较高，施用除草剂林分显著低于其他林分。
　　（2）温度的日变化显著影响土壤呼吸及组分呼吸日变化。土壤呼吸及组分呼吸日变化呈出单峰曲线或双峰曲线，12时、14时或16时出现峰值，但变化趋势并不同步。
　　（3）受温度、湿度和经营措施影响，土壤呼吸及组分呼吸均呈现明显的月动态与季节动态变化。土壤呼吸及组分呼吸均为夏季较高，冬季较低。与对照相比，垦复、施用除草剂、劈草均能提高土壤总呼吸，垦复林分最高，差异达到显著水平；垦复、施用除草剂能显著增加根呼吸，劈草降低了根呼吸，差异未达到显著水平；根呼吸对土壤总呼吸贡献约为30%；凋落物呼吸各经营林分均低于对照林分，差异未达到显著水平，对土壤总呼吸贡献约为20%；垦复、劈草显著增加了土壤矿质呼吸，施用除草剂显著降低了土壤矿质呼吸，土壤矿质呼吸对土壤总呼吸贡献约为50%。
　　（4）土壤总呼吸及组分呼吸与土壤温度、湿度分别呈指数和线性相关关系，土壤总呼吸与矿质呼吸相关性均优于根呼吸与凋落物呼吸。垦复、施用除草剂能增加土壤呼吸温度敏感性，但劈草降低了土壤呼吸温度敏感性。土壤总呼吸年平均速率与叶面积指数、年生态系统净生产力、年凋落物量、根生物量和细根生物量呈正相关关系。根呼吸年平均速率与叶面积指数、年生态系统净生产力和土壤有机质呈正相关关系、与根生物量和细根生物量呈负相关关系。凋落物呼吸与年凋落物量呈正相关关系。矿质呼吸与土壤有机质呈负相关关系。土壤温度与湿度的复合模型能更好预测土壤总呼吸与组分呼吸的动态变化。
　　（5）不同经营措施大年毛竹林土壤呼吸CO2年释放量为884.38、1042.83、904.05和910.10g C·m-2·a-1，林分生物量年增长量分别为1131.32、1353.07、1155.38和1578.40 g·m-2·a-1，生态系统净生产力分别为339.01、414.86、451.73和372.99g C·m-2·a-1。表明，与对照相比，垦复、施用除草剂和劈草虽然提高了土壤呼吸 CO2年释放量，但同时也提高了生物量年增长量和生态系统净生产力。
　　（6）本研究表明，大年毛竹林均为碳汇林，垦复、施用除草剂和劈草均能提高毛竹林碳汇功能，施用除草剂的效果最好，是本研究区中较为合理的经营方式。施用除草剂不仅能增加毛竹林生物量，还有利于增加土壤有机质含量和土壤碳储量，但施用除草剂对土壤微生物群落多样性以及土壤理化性质的影响有待进一步研究。

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表目录

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 研究目标与主要研究内容

1.3 研究技术路线

第二章 研究材料与方法

2.1 研究区概况

2.2 样地设置

2.3 试验方法

2.4 数据处理

第三章 结果分析

3.1 非生物影响因子动态变化

3.2 生物影响因子动态变化

3.3 土壤呼吸动态变化

3.4 毛竹林土壤呼吸机制

3.5 毛竹林碳汇/源估算

第四章 结论与讨论

4.1 结论

4.2 讨论

4.3 研究展望

参考文献

附录A

在读期间参加的学术研究

致谢