采伐方式对东北温带次生林土壤温室气体通量和碳储量的影响

发布时间：2020-04-01 03:41

【摘要】：森林土壤是陆地生态系统最大的碳库,也是重要的C02和N20排放源,以及CH4吸收汇,对全球变暖具有重要的调节作用。为探讨森林采伐后土壤碳储量和温室气体通量的变化,本研究选择东北地区典型次生林为研究对象,利用静态箱法和动态密闭气室法对不同采伐方式的次生林(皆伐后农作、皆伐后造林、50%强度采伐和25%强度采伐)进行了持续3年的土壤CO2、CH4和N2O通量的监测,以及伐后第9年的土壤CO2通量监测,同时也对各处理土壤碳储量进行了伐前和伐后连续3年、伐后第9年的测定,而且为了解采伐对土壤温室气体通量的长期变化,也对相邻的次生林与落叶松人工林进行了 3年的土壤CO2、CH4和N2O通量的监测,结果表明:1)伐后前3年次生林土壤CO2排放速率增大,其中皆伐后造林样地土壤CO2排放最高,比对照提高32%,择伐后约比对照提高20%,皆伐后农作降低。但是,伐后第9年皆伐后造林样地土壤(CO2排放降低,而皆伐后农作和50%强度采伐则增加。次生林采伐后土壤CH4吸收量降低,其中皆伐地和25%强度采伐地土壤CH4吸收量最低,而对照和50%强度采伐地吸收量较多。次生林采伐后土壤N20排放均增加,表现为皆伐地最高,择伐地次之,对照最低的格局。各样地土壤C02排放和CH4吸收主要集中在生长季,而土壤N2O排放没有明显的季节差异。2)采伐后土壤温度、土壤含水量、土壤硝态氮含量、微生物量氮、净氮矿化速率和净硝化速率也表现为皆伐地最高,对照样地最低的趋势。其中土壤CO2排放速率与土壤温度和土壤含水量都显著相关,但是由于皆伐地土壤含水量较高,土壤CO2排放速率主要受温度影响,而在土壤含水量较低的对照和25%强度采伐样地内主要受土壤含水量影响。土壤温度与土壤CH4吸收呈正相关关系,且对CH4吸收速率的影响较大,而土壤含水量的影响与土壤CH4吸收呈负相关关系。各样地土壤N20排放速率仅与土壤温度、土壤硝态氮含量呈正相关关系,且相关程度较低。皆伐后土壤CO2和N2O排放增加,以及CH4吸收的降低主要与采伐地土壤采伐剩余物归还量、土壤含水量和无机氮较高有关。3)次生林转变为落叶松人工林后土壤C02排放速率下降,土壤CH4吸收和N2O排放速率均增加。次生林土壤温度、土壤含水量、土壤硝态氮含量、土壤矿化速率和土壤硝化速率均高于落叶松人工林。两林型土壤CO2排放和CH4吸收主要受土壤温度和土壤含水量影响,而土壤N2O排放主要受土壤温度控制。次生林由于土壤温度和含水量较高,促进了林下植被和土壤微生物的生长,导致土壤CO2排放提高;而落叶松人工林林地较厚的凋落物截留了更多的水分,改变了水分在土壤和有机质层的分配,增大了土壤CH4吸收和N2O排放。4)伐后3年各采伐处理样地伐后土壤有机碳含量、总氮含量和C/N均变化较小,而且各处理之间没有显著差异。土壤有机碳含量和总氮含量都表现为表层较高,深层较低的趋势,其中0-1Ocm 土层土壤碳含量为底层土壤的15-20倍,而0-1Ocm 土层土壤氮含量为底层土壤的10倍以上。5)本研究各样地土壤碳密度范围在11.5-13.7kgm-2之间,伐后前3年各样地土壤碳储量均随时间表现增加趋势,其中皆伐地碳储量增加最多,择伐地次之,对照样地变化最小。各样地土壤碳密度均随土层降低逐渐减小,其中0-30cm 土层碳储量约占土壤0-70cm碳储量的80%。伐后第9年各处理样地土壤碳密度均降低,但是以对照不变校正后,各处理样地土壤碳密度均增加,采伐剩余物的归还是采伐地土壤碳储量增加的主要原因。综合分析表明,较低的采伐强度能够缓解采伐对土壤温室气体通量的影响,而伐后9年皆伐后造林对土壤CO2排放的影响已经降低,采伐地造林20年后土壤温室气体通量主要受树种特性控制,表明采伐对土壤温室气体通量的影响持续时间可能较短。另外通过归还采伐剩余物的措施在伐后能够增加林地土壤碳储量。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S714

【参考文献】