不同更新方式杉木林土壤有機碳與土壤呼吸的動態(tài)研究.pdf

1、近年來,由于大氣CO2濃度不斷升高,碳循環(huán)研究成為全球關注的熱點,而土壤碳在全球碳循環(huán)中起著至關重要的作用。森林是全球碳循環(huán)的重要組成部分,是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫。一方面可以吸收和固定大氣中的CO2,表現(xiàn)為碳匯;另一方面森林的采伐、經(jīng)營等營林措施又會使原先已固定的碳通過各種途徑釋放出來,表現(xiàn)為碳源。更新方式的改變對森林土壤呼吸的影響十分顯著,根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)模型估計,土壤呼吸的CO2年通量是工業(yè)排放量的10倍,主要是因為干擾之后至少一半

2、的0～20cm土壤碳處于快速循環(huán)庫當中。在這種情況下,對0～20cm土壤碳的研究尤為重要。據(jù)估算,森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳庫為全球土壤碳庫的73％,而土壤有機碳較小幅度的變化就可以引起大氣CO2濃度的明顯改變,從而影響全球氣候變化。因此,深入研究不同更新方式下森林土壤有機碳與土壤呼吸的動態(tài)變化,對于估算未來局部或全球碳的變化將起到至關重要的作用。
　　 杉木作為我國南方主要的商品林,在調(diào)整農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結構和帶動農(nóng)民致富方面發(fā)揮著重要作用。

3、但是近年來,一些不合理的林木更新方式嚴重影響了亞熱帶地區(qū)的氣候格局。目前,國內(nèi)外對杉木林土壤有機碳研究大都集中在空間尺度上,對其動態(tài)變化研究較少,對土壤有機碳與土壤呼吸動態(tài)變化量之間的關系尚不清楚。
　　 為此,本研究選擇杉木主產(chǎn)區(qū)福建南平西芹教學林場本底條件較為一致的70年生老齡杉木人工林(皆伐火燒造林)及其17年前部分皆伐后的林地上再造林形成的17年生杉木人工林(皆伐火燒再造林)和未造林萌芽更新形成的17年生天然杉(萌芽)闊

4、混交林(皆伐未火燒)為研究對象,系統(tǒng)研究不同更新方式土壤活性有機碳和土壤呼吸的動態(tài)變化,探討亞熱帶不同更新方式杉木林土壤有機碳及土壤呼吸的差異,以期為完善杉木人工林的碳匯經(jīng)營提供科學依據(jù)。研究的主要結果如下:(1)老齡杉木林、人工更新林和天然更新林的土壤輕組有機質(zhì)含量月動態(tài)變化均較明顯,三種林分土壤輕組有機質(zhì)含量的最大值出現(xiàn)在1月份或3月份,最小值分別出現(xiàn)在5月、7月和9月份。三種林分土壤輕組有機質(zhì)含量在8.47g·kg-1～14.46

5、g·kg-1,一年中土壤輕組有機質(zhì)含量的平均值表現(xiàn)為老齡杉木林＞天然更新林＞人工更新林。與老齡杉木林相比,人工更新林和天然更新林的土壤輕組有機質(zhì)含量分別下降21.76％和17.10％,且與老齡杉木林的差異達到顯著水平(P＜0.05);人工更新林和天然更新林的差異未達到顯著水平(P＞0.05)。
　　 (2)三種林分土壤輕組有機碳含量的月動態(tài)變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律,老齡杉木林的最大值和最小值分別出現(xiàn)在3月份和7月份,人工更新林與天然更

6、新林的最大值和最小值分別出現(xiàn)在1月份、3月份和7月份、9月份。一年中老齡杉木林土壤輕組有機碳平均含量分別比人工更新林和天然更新林提高29.01％和28.96％。老齡杉木林經(jīng)過皆伐、火燒、煉山后形成的人工更新林和部分皆伐未火燒形成的天然更新林,土壤輕組有機碳均有不同程度的下降,其中人工更新林下降的最為明顯,并且與老齡杉木林的差異均達到顯著水平(P＜0.05),人工更新林和天然更新林的差異不顯著(P＞0.05)。
　　 (3)不同林

7、分土壤微生物生物量碳含量的變化具有較為一致的變化趨勢,1月與3月,林內(nèi)土壤微生物生物量碳維持在較高水平,5月份開始下降,7月份達到最低水平,9月份小幅回升,11月達到一個較高值。老齡杉木林、人工更新林和天然更新林的土壤微生物生物量碳含量最大值均出現(xiàn)在3月份,最小值出現(xiàn)在7月份和5月份。
　　 老齡杉木林、天然更新林與人工更新林的土壤微生物生物量碳含量的差異達到了顯著水平(P＜0.05),老齡杉木林與天然更新林的差異不顯著(P＞0

8、.05)。三種林分土壤微生物生物量碳的平均流通量的大小順序為天然更新林＞老齡杉木林＞人工更新林,其中天然更新林的土壤微生物生物量碳的平均流通量分別是老齡杉木林和人工更新林的1.51倍和1.56倍。
　　 (4)不同林地各季節(jié)間差異較大,各種林分土壤可溶性有機碳含量的季節(jié)變化模式也不完全一致。老齡杉木林的模式為1月份＞3月份＞11月份＞9月份＞5月份＞7月份,人工更新林的模式為11月份＞3月份＞9月份＞1月份＞7月份＞5月份,天然

9、更新林的為1月份＞3月份＞11月份＞9月份＞7月份＞5月份。天然更新林的土壤可溶性有機碳含量分別比老齡杉木林和人工更新林提高了11.25％和47.90％,且與老齡杉木林的差異達到了顯著水平(P＜0.05),與人工更新林的差異不顯著(P＞0.05),老齡杉木林與人工更新林的差異也達到了顯著(P＜0.05)。
　　 (5)三種林分兩年的年均土壤呼吸速率在1.66μmol·m-·s-1～2.95μmol·m-2·s-1之間,其大小順序

10、為天然更新林＞老齡杉木林＞人工更新林,與老齡杉木林相比,天然更新林的年均土壤呼吸速率提高了28.38％,而人工更新林的年均土壤呼吸速率降低了20.48％,且天然更新林與人工更新林的差異達到了顯著水平(P＜0.05)。
　　 (6)兩年中,三種林分的枯枝落葉層呼吸速率呈現(xiàn)較為一致的變化規(guī)律,即在夏季較高,冬季較低,春秋兩季介于之間。天然更新林的枯枝落葉層呼吸速率分別是老齡杉木林和人工更新林提高1.34倍和2.19倍,且與人工更新林

11、的差異達到顯著水平(P＜0.05),與老齡杉木林的差異不大,未達到顯著水平(P＞0.05)。
　　 (7)三種林分無根土壤呼吸速率在兩年中均呈單峰型,都是在植物生長旺盛季節(jié)維持在較高水平,在植物休眠季節(jié)維持在較低水平,最大值出現(xiàn)在6月份或7月份,最小值出現(xiàn)在12月份或1月份。老齡杉木林、人工更新林和天然更新林年平均無根土壤呼吸速率分別為0.97、0.68和0.54μmol·m-·s-1,其中工更新林與天然更新林無根土壤呼吸速率的

12、差異未達到顯著水平外(P＞0.05),其它兩兩之間的差異均達到顯著水平(P＜0.05)。
　　 (8)不同林分的根系呼吸速率在兩年中均呈現(xiàn)出較為一致的變化趨勢,均在氣溫、土壤溫度和降雨量較大的月份維持在較高水平,在氣溫、土壤溫度和降雨量較低的月份維持在較低水平。老齡杉木林、人工更新林和天然更新林根系呼吸速率的變化幅度分別為0.28～1.911μmol·m-2·s-1、0.29～1.56μmol·m-2·s-1和0.16～4.28