南亞熱帶四種人工林土壤碳固持及其主要相關(guān)過程研究.pdf

1、通過造林、再造林和森林管理提高陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳固持已被國際社會廣泛地接受。造林對提高陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯的最直接影響是增加了植被的生物固碳量。而土壤中的碳儲量非常大，即使是造林再造林對土壤碳產(chǎn)生較小的改變，也會對整個森林生態(tài)系統(tǒng)的凈碳積累產(chǎn)生較大的影響。然而，目前有關(guān)研究結(jié)果表明森林經(jīng)營管理對土壤碳固持的影響仍有相當大的不確定性。國內(nèi)外人工林均存在樹種單一，特別是人工針葉純林所占比例較大，出現(xiàn)了生態(tài)穩(wěn)定性較差和生態(tài)服務(wù)功能低等亟待解決的問題

2、。不同人工林類型會由于自身根系統(tǒng)、冠層結(jié)構(gòu)、凋落物組分和質(zhì)量的差異而改變土壤化學(xué)性質(zhì)，土壤溫度和濕度，以及土壤生物/非生物過程。所以，選擇不同的造林樹種與造林地內(nèi)土壤溫室氣體收支狀況密切相關(guān)。凋落物葉和細根分解是過去幾十年生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的科研工作者始終關(guān)注的重要內(nèi)容，然而人們對凋落物葉和細根分解之間關(guān)系的了解十分有限。本研究在廣西壯族自治區(qū)中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實驗中心選取了位置鄰近的具相似地形、土壤質(zhì)地、林齡和經(jīng)營歷史的南亞熱帶四種人

3、工林類型：馬尾松人工林（Pinus massoniana）、紅錐人工林（Castanopsis hystrix）、火力楠人工林（Michelia macclurei）和米老排人工林（Mytilaria laosensis）。主要采用常規(guī)理化實驗分析方法、固體13C核磁共振波譜法、靜態(tài)箱氣相色譜法和凋落物分解袋法，研究了：（1）不同樹種的凋落物葉、細根、土壤理化性質(zhì)對土壤有機碳儲量和土壤碳化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響；（2）不同樹種土壤溫濕度和凋落物葉

4、、細根和土壤生物理化性質(zhì)對土壤-大氣間溫室氣體交換的影響；（3）馬尾松、紅錐、火力楠和米老排四個樹種凋落物葉和細根（直徑小于2 mm）在各自林分下的原位分解速率之間的相關(guān)關(guān)系，分解過程中氮固定速率之間存在相關(guān)關(guān)系，以及林下微環(huán)境和化學(xué)性質(zhì)對凋落物葉和細根分解過程的影響。本研究的目的是闡明南亞熱帶人工林土壤碳固持潛力、溫室氣體排放和凋落物分解的驅(qū)動機制，為選擇具有更高土壤碳固持潛力的人工造林樹種提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　

5、（1）紅錐、火力楠和米老排三種闊葉人工林的0~10 cm土壤有機碳儲量比馬尾松人工林高出了11％~19%，四種林分間10~30 cm土壤有機碳儲量差異不明顯。不同人工林之間的土壤有機碳儲量的差異主要歸因于細根的輸入而不是凋落物葉的輸入。紅錐、火力楠和米老排三種闊葉人工林的0~10 cm土壤比對應(yīng)馬尾松人工林土壤具有較低的烷基碳、較高的氧烷基碳和較低的烷基碳/氧烷基碳比值，盡管本研究尚不能完全確定三種闊葉人工林比馬尾松人工林多出的土壤碳儲

6、量是否最終會通過呼吸作用釋放進入大氣， 但是這表明了三種闊葉人工林的土壤有機碳與馬尾松人工林比較而言不夠穩(wěn)定。因此，建議將來的造林樹種的選擇需要綜合考慮土壤碳儲量與碳化學(xué)結(jié)構(gòu)的潛在變化。
　　（2）馬尾松人工林年平均土壤CO2和N2O的排放速率低于任何一種闊葉人工林（紅錐、火力楠和米老排），并且馬尾松人工林年平均土壤CH4的吸收速率高于任何一種闊葉人工林（紅錐、火力楠和米老排）。樹種間土壤 N2O排放速率差異主要歸因于樹

7、種間凋落物葉碳氮比和土壤氮儲量的差異。樹種間土壤 CH4吸收速率差異主要歸因于樹種間土壤呼吸速率和土壤濕度的差異。樹種間土壤 CO2排放速率差異主要歸因于樹種間凋落物葉碳氮比的差異。本研究結(jié)果說明由馬尾松人工林轉(zhuǎn)化為紅錐、火力楠和米老排闊葉人工林對減少該地區(qū)森林土壤溫室氣體排放的目標存在負作用。因此，在我國南亞熱帶地區(qū)，馬尾松人工林應(yīng)該與闊葉樹人工林平衡發(fā)展，將來的造林樹種的選擇需要考慮不同樹種對土壤-大氣間溫室氣體交換的潛在影響。

8、r>　　（3）馬尾松、紅錐、火力楠和米老排四種南亞熱帶樹種中，樹種對凋落物葉和細根的原位分解速率的影響非常相似，從而引起樹種對整個地上和地下凋落物原位分解速率產(chǎn)生一致的影響。因此，凋落物葉的較快分解對應(yīng)著細根的較快分解會導(dǎo)致樹種之間在凋落物分解速率上的差異更為明顯。四個南亞熱帶樹種中凋落物葉和細根分解速率之間明顯的正相關(guān)關(guān)系的主要有以下原因：1）土壤濕度對凋落物葉和細根的分解速率產(chǎn)生相似的影響；2）同時對凋落物葉和細根分解速率產(chǎn)生影響的