三峡库区主要森林植被类型土壤有机碳研究
【摘要】：
本文选择长江三峡库区马尾松针叶林、栎类混交林等11种主要森林植被类型土壤有机碳(SOC)为研究对象，采用土壤类型法和植被类型法分别对三峡库区土壤类型背景碳库及主要森林植被类型下土壤总有机碳库进行了估算，并对三峡库区主要森林植被类型SOC的组成、分配特征及其影响因子进行了分析，探讨库区主要森林植被类型下SOC的分配规律及其与各影响因子间的关系。主要结论如下：
(1)采用土壤类型法估算的三峡库区0～20 cm和0～100 cm土层平均SOC密度分别为3.20 kg／m~2和12.59 kg／m~2；SOC总贮量分别为190.48×10~6 t和750.51×10~6 t。各土壤类型中，以黄壤、黄棕壤、暗棕壤等土壤类型碳密度较高，紫色土和粗骨土类型碳密度较低。
(2)将三峡库区森林植被按主要优势树种和分布面积划分为马尾松针叶林、栎类混交林等11种主要森林植被类型。研究表明，不同森林植被类型下SOC含量和SOC密度均存在较大差异，二者总体上都随土层加深而降低。11种主要森林植被类型土壤平均厚度在56.3～98.5 cm间，其中杉木针叶林土壤最厚，达98.5 cm，灌木林土壤最薄，平均厚度仅56.3 cm。库区11种主要森林植被类型土壤总SOC贮量为366.36×10~6t，其中0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm和＞40 cm土层分别占22.90％、18.36％、28.33％和30.41％。与库区森林植被覆盖率总体上东部高于西部的趋势相反，库区各主要森林植被类型下SOC密度的空间分布从东至西呈现增加的趋势。
(3)三峡库区主要森林植被类型下凋落物总有机碳贮量为1150.31×10~4t。11种主要森林植被类型中，以杉木林和温性松林下凋落物生物量最大，柑桔林凋落物生物量最小。各森林植被类型凋落物含碳率为379.70～514.91 g／kg。研究发现，三峡库区各主要森林植被类型下SOC与凋落物生物量之间的相关关系并不显著。
(4)对采用环刀渗透法测定土壤水溶性有机碳(WSOC)的方法研究结果表明，采用环刀渗透法代替常规的浸提法测定土壤WSOC的方法切实可行。本研究采用该方法测定的各主要森林类型下WSOC总贮量为6.53×10~6 t。11种森林植被WSOC库分别为：马尾松林2.43×10~6 t，栎类混交林1.57×10~6 t，灌木林1.22×10~6 t，柏木林0.46×10~6 t，杉木林0.60×10~6 t，柑桔林0.38×10~6 t，其它软阔林0.22×10~6 t，针阔混交林0.22×10~6 t，竹林0.16×10~6 t，其它硬阔林0.20×10~6 t，温性松林0.06×10~6t。
(5)三峡库区11种主要森林植被类型下活性有机碳(ASOC)、缓性有机碳(SSOC)和惰性有机碳(RSOC)贮量分别占土壤总有机碳的2.2％～6.0％，46.6％～81.3％和16.1％～50.0％。各森林植被类型下ASOC、SSOC、RSOC和WSOC均与土壤总有机碳之间存在很好的回归关系。不同森林植被类型土壤上层SSOC和RSOC含量大于下层的SSOC和RSOC含量，但ASOC在土层间的变化规律不明显。
(6)三峡库区宜昌、万州、涪陵、重庆4个站点5 cm、15 cm、20 cm土层的地温与SOC含量均存在一定的负相关关系。由于整个库区地理跨度较小，本研究所选择4个站点的30年平均温度差别不大等原因，地温与SOC之间的这种相关关系并不显著。
(7)三峡库区各主要森林植被类型下SOC含量与土壤质地、容重之间均存在很好的负相关关系。11种森林植被类型下SOC与土壤质地总的回归方程为：Y=27.69-3.88X(R~2=0.146)；SOC与土壤容重间的关系则可用方程：Y=56.221-29.506X(R~2=0.361)进行表达。研究还表明，土壤水分含量、pH值和三要素养分含量均对SOC有十分重要的影响。其中，pH值和土壤水分烘干系数与SOC呈现负相关关系，土壤质量含水量和养分含量与SOC呈显著正相关关系。
(8)海拔、坡向、坡度等环境因子与SOC含量存在较明显的相关关系，各森林植被类型下，海拔和坡度对SOC有正效应，而坡向因子对SOC有负效应。回归分析还表明，不同森林植被类型和不同土层，海拔、坡向、坡度等环境因子对SOC变异的可解释程度不同。
(9)与农耕地相比，退耕还林实施5年后，大部分退耕模式下0～30 cm的土层SOC含量和碳密度都有不同程度的提高，但在整个0～60cm土层，SOC含量和碳密度没有显著变化(个别模式甚至还有一定程度的下降)。分析认为，5年的退耕还林经营对0～60 cm土层SOC的影响有限。
【关键词】：土壤有机碳 森林植被类型 碳库组分 影响因子 三峡库区
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S714
【目录】：
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S714
【目录】：
- 摘要3-5
- ABSTRACT5-11
- 1 引言11-33
- 1.1 研究的目的和意义11-12
- 1.2 土壤碳库在陆地生态系统中的地位和作用12-14
- 1.2.1 土壤碳库与陆地生态系统碳循环12-13
- 1.2.2 土壤碳库与土壤质量的关系13
- 1.2.3 土壤碳库的环境效应13-14
- 1.3 不同尺度水平的土壤有机碳贮量研究14-18
- 1.3.1 全球尺度的土壤有机碳研究14-16
- 1.3.2 国家和区域尺度土壤有机碳研究16-17
- 1.3.3 生态系统尺度土壤有机碳研究17-18
- 1.4 土壤有机碳库的组成、动态和空间分布18-23
- 1.4.1 土壤有机碳库的组成18-19
- 1.4.2 土壤有机碳库动态19-20
- 1.4.3 森林土壤有机碳库的空间分布20-23
- 1.5 土壤有机碳贮量的主要研究方法23-24
- 1.5.1 土壤类型法23
- 1.5.2 植被类型、生态系统类型和生命地带法23-24
- 1.5.3 统计估算法和相关关系法24
- 1.5.4 模型方法24
- 1.6 土壤有机碳的主要影响因子24-29
- 1.6.1 水热气候因子25-26
- 1.6.2 大气因子26
- 1.6.3 土壤因子26-27
- 1.6.4 植被因子27-28
- 1.6.5 人为因子28-29
- 1.7 我国土壤有机碳贮量及其研究现状29-31
- 1.7.1 我国土壤有机碳贮量估算29
- 1.7.2 我国土壤有机碳贮量的空间分布29-31
- 1.8 小结31-33
- 2 研究区概况33-40
- 2.1 地理位置和地形特点33
- 2.2 研究区主要森林植被类型33-36
- 2.2.1 暖温性常绿针叶林33-34
- 2.2.1.1 暖性松林33-34
- 2.2.1.2 柏木林34
- 2.2.1.3 杉木林34
- 2.2.2 典型落叶阔叶林34-35
- 2.2.3 灌木林35
- 2.2.4 典型常绿阔叶林35
- 2.2.5 暖温性针阔混交林35-36
- 2.2.6 柑桔类人工林36
- 2.2.7 竹林36
- 2.2.8 一般落叶阔叶林36
- 2.2.9 温性常绿针叶林36
- 2.3 研究区气候土壤特征36-40
- 2.3.1 气候特征36-37
- 2.3.2 主要土壤类型37-40
- 3 研究内容与研究方法40-45
- 3.1 主要研究内容40
- 3.2 研究方法40-45
- 3.2.1 数据资料来源40
- 3.2.2 土壤理化性质测定40-41
- 3.2.3 土壤有机碳组分测定41
- 3.2.3.1 土壤活性有机质41
- 3.2.3.2 土壤惰性有机质41
- 3.2.3.3 枯落物含碳率测定41
- 3.2.4 土壤渗透水含碳率测定41-42
- 3.2.5 数据处理42-43
- 3.2.5.1 土壤类型背景碳库估算42
- 3.2.5.2 主要森林植被类型土壤有机碳计算42-43
- 3.2.5.3 土壤碳库管理指数计算43
- 3.2.5 主要技术路线43-45
- 4 三峡库区主要土壤类型背景碳库45-53
- 4.1 土壤碳密度估算方法45-46
- 4.2 主要土壤类型有机碳密度46-48
- 4.3 主要土壤类型碳库及其分配48-50
- 4.3.1 各土壤类型有机碳库大小48-49
- 4.3.2 土壤有机碳库的土壤类型分配特征49-50
- 4.4 土壤有机碳库的空间分布及其在全国的位置50-51
- 4.4.1 主要土壤类型有机碳库的空间分布特征50
- 4.4.2 库区土壤类型有机碳库在全国的位置50-51
- 4.5 小结51-53
- 5 三峡库区主要森林植被类型土壤有机碳库53-67
- 5.1 主要森林植被类型划分53-55
- 5.2 主要森林植被类型土壤有机碳含量55-56
- 5.3 主要森林植被类型土壤有机碳密度56-57
- 5.4 主要森林植被类型土壤有机碳的空间分布特征57-63
- 5.5 森林土壤有机碳的植被类型分配特征63-64
- 5.6 森林土壤有机碳的土壤类型分配特征64-65
- 5.7 小结65-67
- 6 三峡库区主要森林植被类型土壤碳库组分研究67-86
- 6.1 各森林植被类型土壤凋落层有机碳库67-71
- 6.1.1 不同森林植被类型凋落层生物量67-68
- 6.1.2 不同森林植被类型凋落物含碳率68-69
- 6.1.3 主要森林植被类型土壤凋落层有机碳库69
- 6.1.4 土壤凋落层与土壤总有机碳的关系69-71
- 6.2 土壤水溶性有机碳库71-76
- 6.2.1 环刀渗透法测土壤水溶性有机碳研究71-74
- 6.2.1.1 实验地点和实验方法71-72
- 6.2.1.2 数据处理72
- 6.2.1.3 结果与讨论72-74
- 6.2.2 主要森林植被类型土壤水溶性有机碳库74
- 6.2.3 水溶性有机碳与土壤总有机碳的关系74-76
- 6.2.4 土壤水溶性有机碳库与凋落层生物量的关系76
- 6.3 土壤活性、缓性、惰性有机碳库76-82
- 6.3.1 土壤活性、缓性、惰性有机碳库大小76-81
- 6.3.2 活性、缓性和惰性有机碳与土壤总有机碳的关系81-82
- 6.4 不同森林植被类型土壤碳库管理指数研究82-84
- 6.4.1 土壤碳库管理指数的计算方法82
- 6.4.2 主要森林植被类型土壤碳库管理指数82-84
- 6.5 小结84-86
- 7 土壤有机碳的主要影响因子分析86-108
- 7.1 土壤温度对土壤有机碳的影响86-87
- 7.2 土壤水分对土壤有机碳的影响87-91
- 7.3 土壤因子对土壤有机碳的影响91-100
- 7.3.1 土壤养分对土壤有机碳的影响91-95
- 7.3.2 土壤pH值对土壤有机碳的影响95-97
- 7.3.3 土壤质地和容重对土壤有机碳的影响97-100
- 7.3.3.1 土壤质地对土壤有机碳的影响97-99
- 7.3.3.2 土壤容重对土壤有机碳的影响99-100
- 7.4 海拔、坡度、坡向对土壤有机碳的影响100-102
- 7.5 退耕还林对土壤有机碳的影响102-107
- 7.5.1 研究区概况102-103
- 7.5.2 研究方法103
- 7.5.3 结果与分析103-107
- 7.5.3.1 不同退耕还林模式土壤有机碳含量103-104
- 7.5.3.2 不同退耕还林模式土壤碳密度104-107
- 7.6 小结107-108
- 8 结论与展望108-113
- 8.1 研究结论108-110
- 8.2 研究特色110-111
- 8.3 存在的问题与研究展望111-113
- 8.3.1 存在的问题111
- 8.3.2 研究展望111-113
- 参考文献113-121
- 个人简介121-123
- 导师简介123-127
- 发表论文情况127-129
- 致谢129
| 【引证文献】 | ||
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| 【参考文献】 | ||
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| 【同被引文献】 | ||
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| 【二级引证文献】 | ||
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| 【二级参考文献】 | ||
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| 【相似文献】 | ||
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