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《中国林业科学研究院》 2007年
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毛竹林生态系统碳平衡特征的研究

肖复明  
【摘要】: 毛竹是我国南方重要的森林资源之一,分布地域广阔,栽培历史悠久。据不完全统计,中国现有毛竹林总面积300万hm~2以上,约占全世界竹林总面积的20%,并且近年来种植面积有不断扩大的趋势。毛竹林不仅为我国提供了大量的商品用材,而且在维护生态平衡方面发挥了明显的作用。本项研究采用CID—301便携式光合测定仪,对湖南会同林区毛竹林生态系统的CO_2排放动态进行了观测,并结合现存生物量测定、分析,对其生态系统碳平衡特征进行了研究,主要结果如下: (1)对毛竹林地土壤和凋落物的呼吸进行了季节和日变化动态测定,首次区分毛竹林地土壤自养、异养呼吸及各组分呼吸对林地土壤呼吸的贡献。 ①毛竹林地土壤总呼吸、矿质土壤呼吸、根系呼吸和凋落物呼吸年平均速率分别为2.1276、1.4403、0.6873和0.3058μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1),且季节变化曲线呈单峰型,表现为1至7月份随着气温、地温的升高呈上升的趋势,8月份达最大值,分别为4.9487、3.0092、1.9359和0.7976μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1),此后随温度的降低而呈逐渐递减的趋势,直到次年的1~2月份,呼吸速率降至最低值,分别为0.7642、0.7017、0.0625和0.0471μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1)。凋落物呼吸主要集中在5~9月份,这期间的呼吸占全年凋落物呼吸的73.6%。 ②毛竹林地土壤呼吸速率、矿质土壤呼吸速率、根系呼吸速率和凋落物呼吸速率日变化曲线图均表现为单峰形态,一般也是随着温度的升高而加大,随着温度的降低而减小。6~14时,随着土壤温度的升高而增加,至16~18时出现最高峰,此后,一直递减,直到次日4~8时,且毛竹林地土壤呼吸昼夜基本相当。 ③毛竹林地年释放CO_2量为33.9414 tCO_2.hm~(-2).a~(-1),月平均为2.8284 tCO_2·hm~(-2),其中,凋落物、矿质土壤、死细根、活细根年呼吸量分别为4.154、19.052、1.1367和9.5957tCO_2.hm~(-2).a~(-1),分别占林地总呼吸量的12.24%、56.14%、3.35%和28.27%,由此得出毛竹林土壤有机碳周转时间为21.35年。 ④毛竹林土壤温度、湿度及温、湿度的交互作用对土壤呼吸产生了极显著的影响。土壤温度可以单独解释67.4%的毛竹林地土壤呼吸速率变化,并且土壤总呼吸与土壤5cm和10cm层温度的相关性要好于与大气温度的相关性;土壤含水量只可以单独解释10%的毛竹林地土壤呼吸速率变化,与土壤温度相比解释能力较小,但二者的交互作用明显,能共同解释79.8%的土壤呼吸速率的变化。本研究发现,土壤呼吸对温度响应的临界点为30℃,对毛竹林土壤呼吸产生抑制的土壤含水量临界点为36%。毛竹根系生物量和土壤微生物量碳可以单独解释72.8%和73.75%的林地土壤呼吸量变化,而林地根系生物量和地表温度可以共同解释毛竹林地土壤呼吸量的86%。 (2)采用生物量清查法对生态系统的碳贮量和碳分配进行了测定,结果表明毛竹林生态系统碳贮量为144.3tC·hm~(-2),其中,森林土壤、植被生物量以及森林凋落物分别贮存110.95 tC·hm~(-2)、32.61 tC·hm~(-2)和0.74 tC·hm~(-2)。 ①毛竹不同器官碳含量波动在47.74%~50.13%之间,各器官碳含量高低依次为竹枝(50.13%)、竹鞭(49.91%)、竹秆(49.27%)、竹叶(48.00%)、竹蔸(47.8%)、竹根(47.74%),不同器官的碳含量没有随着年龄增加而增大的趋势。 ②毛竹林植被碳贮量为31.97 tC·hm~(-2),空间分布格局为乔木层碳贮量是植被碳贮量的主体,为30.58 tC·hm~(-2),占整个植被碳贮量的95.64%;其次,毛竹林凋落物层碳贮量占植被层碳贮量的2.33%,略高于林下植被的2.02%。从毛竹林中植被碳贮量在乔木层各器官中的分配来看,碳贮量在不同器官中的分配基本上与各器官生物量成正比关系。 ③毛竹林地3个土壤层次(60cm深)碳含量为1.015%~2.607%,各层次碳含量分布不均,差异达极显著水平,其中表层(0~20cm)土壤碳含量和碳贮量最高,占林地土壤碳贮量的44.75%,分别为20~40cm层和40~60cm层的1.38倍和1.97倍。 ④毛竹林地三个层次土壤各粒径团聚体分布特征为>5mm的含量在土壤团粒结构中占主导地位,占总团聚体的比例为26.39%~42.38%;其次为1~5mm含量,占14%~18%;<0.25mm的含量最小,占2.31~6.73%。毛竹林土壤团聚体平均重量直径平均值为0.90mm,并且随着土壤层次的增加有逐渐增加的趋势。毛竹林地土壤总有机碳的积累与0.25~3.15mm团聚体中有机碳含量呈显著相关,但与>3.15mm和<0.25mm团聚体有机碳含量相关不显著。 (3)首次得出毛竹林细根年生长量和分解量分别为6.895t.hm~(-2).a~(-1)和0.3124 t.hm~(-2).a~(-1),细根年周转率为0.93次/年,由此计算出毛竹林地植物年凋落进入土壤的碳量为2.245tC.hm~(-2).a~(-1),其中,地上和地下凋落物分别占78.5%和21.5%。并且,凋落物层分解每年以腐殖酸形式输入矿质土壤中的碳量为0.802tC.hm~(-2).a~(-1)。 (4)毛竹林生态系统年固定CO_2总量为37.18 tCO_2·hm~(-2)·a~(-1),其中,林地土壤和凋落物每年以呼吸的形式排放CO_2的量分别为29.786 tCO_2·hm~(-2)·a~(-1)和4.115 tCO_2·hm~(-2)·a~(-1),最后整个毛竹林生态系统年净固定CO_2的量为3.239tCO_2·hm~(-2)·a~(-1),折合成净碳量为0.883tC·hm~(-2)·a~(-1)。由此可见,毛竹林对缓解大气CO_2浓度的升高,具有一定的现实意义。
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