江西大岗山杉木人工林生态系统土壤呼吸与碳平衡研究

摘要

通过对江西大岗山杉木(Cunninghamia lannceolata)人工林生态系统的土壤呼吸和碳平衡的研究，准确评价了其碳汇能力，探讨了中亚热带杉木人工林生态系统碳平衡规律，以期为我国林业生产实践中最大限度的发挥人工林固碳能力提供理论依据。 本研究选择江西省主要人工林型一杉木人工林为研究对象，利用LI-6400便携式光合测定系统及土壤呼吸叶室6400-09，在2005年4～10月和2006年4～10月，连续测定了两个生长季的土壤CO<,2>释放速率，并对土壤呼吸规律进行了探讨；基于现存生物量清查方法计算了杉木人工林生态系统生物量和净初级生产力(NPP)，结合各组分的含碳率，计算了生态系统碳年固定量。研究结果表明： (1)土壤呼吸的日动态和季节动态都呈单峰型。在单日时间尺度上，土壤呼吸速率与地表空气温度和0～10 cm土壤温度的指数回归关系均良好，回归方程分别为R<,s>=3.313e<'0.012Ta>(R2=0.640)和R<,s>=0.925e<'0.066Ta>(R2=0.829)；在季节时间尺度上，土壤呼吸速率与地表空气温度和0～10 cm土壤温度的指数回归关系进一步加强。而在不同时间尺度上，单独用土壤含水率的变化解释土壤呼吸速率变异都是不合适的。选择0～10 cm土壤温度和0～10 cm土壤含水率对土壤呼吸速率做多元线性回归，其决定系数达到0.880，因此双因素模型比单因素模型能更好的解释土壤呼吸速率的变异。 (2)不同发育阶段杉木林生态系统的群落生物量为39.923～175.974 t·hm<'-2>，其中乔木层生物量占92.57～94.94％，说明乔木层是构成杉木人工林生物量的主体；林下植被层生物量占群落生物量的2％左右，较枯死凋落物的3.02～4.78％为低。 (3)杉木林生态系统的生物量年增长量为4.832～17.832 t·hm<'-2>·a<'-1>，其中乔木层占45.03～68.50％；枯死凋落物的年归还量仅次于乔木层净初级生产力，是群落净初级生产力的重要组成部分；林下植被层则对群落生物量的增加贡献较小，在占群落净初级生产力比例最大的幼龄林阶段，也只有6.53％。 (4) 乔木层、林下植被层和凋落物层的平均含碳率分别为49.37～51.89％、40.89～45.44％和47.39～50.27％，对各组分来说，不同林龄间均差异显著，表现为中龄林>近熟林>成熟林>过熟林>幼龄林。在各发育阶段，杉木不同器官含碳率也存在差异，总体表现为叶>干>根>枝，但随着林木年龄的增长，其器官之间的含碳率差异逐渐减小。 (5)杉木林生态系统碳年固定量为2.329～9.088 t·hm<'-2>·a<'-1>，表现为近熟林>过熟林>成熟林>中龄林>幼龄林，与各龄组群落净初级生产力的大小顺序一致。乔木层、林下植被层和枯死凋落物的碳年固定量分别占群落碳年固定量的46.22～69.91％、3.42～5.54％和24.55～49.46％，不同发育阶段杉木林生态系统碳年固定量的差异主要是由乔木层和枯死凋落物引起的。 (6)根据指数模型R<,h>=a·e<'bTs>，结合0～10 cm土壤温度数据计算出杉木中龄林生态系统无根土壤呼吸速率为0.889μmol·m<'-2>·s<'-1>，无根土壤呼吸的年释放碳量是3.395 t·hm<'-2>·a<'-1>，江西大岗山杉木人工林生态系统在中龄阶段的碳年净固定量为2.672 t·hm<'-2>·a<'-1>，表现出显著的“碳汇”功能。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

声明

第一章绪论

1.1引言

1.1.1研究背景

1.1.2研究目的和意义

1.1.3项目来源与经费支持

1.2国内外研究现状

1.2.1陆地碳汇的研究现状

1.2.2森林生态系统碳储量和碳平衡研究

1.2.3森林生态系统土壤呼吸的研究

1.3研究目标和主要研究内容

1.3.1研究目标

1.3.2主要研究内容

1.4研究技术路线

第二章试验地概况与研究方法

2.1试验地概况

2.2研究方法

2.2.1样地设置

2.2.2杉木人工林土壤呼吸速率的测定

2.2.3杉木人工林群落生物量及净初级生产力的计算方法

2.2.4杉木人工林含碳率测定

2.2.5杉木人工林生态系统生物量碳年固定量计算

2.2.6杉木人工林无根土壤呼吸碳年释放量计算

2.2.7杉木人工林生态系统碳平衡计算

2.2.8数据统计分析

第三章结果与分析

3.1杉木人工林土壤呼吸规律研究

3.1.1土壤呼吸速率的时间变化动态

3.1.2土壤呼吸环境响应规律

3.2杉木人工林生态系统群落生物量及净初级生产力研究

3.2.1乔木层生物量

3.2.2林下植被层生物量和枯死凋落量

3.2.3乔木层净初级生产力

3.2.4林下植被层净初级生产力和林分年枯死凋落量

3.2.5杉木人工林群落净初级生产力

3.3杉木人工林生态系统各组分含碳率研究

3.3.1杉木人工林生态系统乔木层含碳率

3.3.2杉木人工林生态系统林下植被和凋落物含碳率

3.4杉木人工林生态系统碳年固定量研究

3.5杉木人工林生态系统碳平衡研究

3.5.1无根土壤呼吸碳年释放量

3.5.2杉木林生态系统碳平衡

第四章结论与讨论

4.1结论

4.2讨论

参考文献

在读期间的学术研究

致谢