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集约经营毛竹林土壤温室气体排放特征及其与施肥的关系

叶耿平  
【摘要】:全球气候变暖是目前全球变化研究中的一个热点问题,其主要原因是大气中温室气体浓度的不断增加。森林生态系统碳氮循环过程对大气中温室气体浓度变化起着至观重要的作用。毛竹是中国南方重要的森林资源,具有年生物量积累和固碳量巨大的特点,近年来,随着效益林业的实施,有近40%的毛竹林实行了集约化栽培。研究集约经营毛竹林温室气体排放特征及其相关影响因子,有助于评价竹林生态系统在减缓气候变化的作用以及为采取相关措施提供依据,具有重要的意义。本项研究以粗放经营毛竹林和常绿阔叶林作为对照,利用静态箱-气相色谱法对集约经营毛竹林土壤CO_2、CH_4和N_2O排放量进行了全年观测,在此基础上讨论了CO_2、CH_4和N_2O排放量的季节变化特征和日变化特征及其与土壤水溶性碳氮等环境因子的关系;研究不同施肥处理下毛竹林土壤温室气体排放特征。主要结论如下: 1)集约经营、粗放经营毛竹林和常绿阔叶林土壤呼吸均呈现一致的季节变化规律,夏季最高,秋冬季逐季降低,春季又开始升高;三种林地之间土壤呼吸速率差异极显著(P0.01);三种林地土壤呼吸的日变化也呈现一定的规律,白天高,夜间低,但不同测定日期土壤呼吸的最高值和最低值的时间有所不同。温度和土壤含水量是影响土壤CO_2排放通量的重要因子,三种林地土壤呼吸与大气温度及各层地温均呈极显著相关(P0.01),集约经营毛竹林和常绿阔叶林土壤呼吸速率与土壤含水量呈极显著相关(P0.01),粗放经营毛竹林和土壤含水呈显著相关(P0.05);无论是通过各个土层温度还是大气温度计算,温度敏感性Q10值的大小顺序均依次为:粗放经营毛竹林集约经营毛竹林常绿阔叶林。集约经营毛竹林土壤CO_2排放速率和土壤WSOC(水溶性碳)之间关系不显著,而粗放经营毛竹林和常绿阔叶林土壤CO_2排放与土壤WSOC之间的关系极显著(P0.01);三种林地土壤CO_2排放速率和土壤WSON(水溶性氮)均呈极显著性相关(P0.01)。 2)集约经营和粗放经营毛竹林及常绿阔叶土壤CH_4排放季节变化和日变化无明显的规律,各时段之间土壤CH_4排放通量差异大。三种林地CH_4排放为负值,说明三种林地均为CH_4的汇,平均CH_4吸收速率的大小依次为:常绿阔叶林粗放经营毛竹林集约经营毛竹林,但三者之间土壤CH_4排放不存在显著差异;三种林地土壤CH_4排放与大气温度、各层地温、土壤WSOC、WSON及土壤含水量均不存在显著性相关。 3)集约经营、粗放经营毛竹林和常绿阔叶林土壤N_2O排放速率均呈现一致的季节变化规律,高峰主要集中在6-9月份,在11月也出现一个小高峰,12月至次年5月维持在较低的排放值,甚至出现负值。三者之间土壤N_2O排放速率差异显著(P0.05)。三种林地土壤N_2O排放速率的日变化无明显规律,在各个采样时段的差异比较大,集约经营毛竹林和常绿阔叶林土壤的N_2O排放速率与各层土壤温度和大气温度均显著相关(P0.01);粗放经营毛竹土壤的N_2O排放速率与温5cm、10cm、20cm深处土壤温度呈显著相关(P0.05),但与地表温度和大气温度相关性不显著。三种林地土壤N_2O排放速率与土壤水分有一定的相关性,但均未达到显著性水平。集约经营毛竹林土壤N_2O排放速率与土壤WSOC显著相关,与土壤WSON相关性不显著,常绿阔叶林正好相反;粗放经营毛竹林土壤N_2O排放速率与土壤WSOC、WSON相关性均未到达显著水平。 4)毛竹林土壤CO_2和N_2O排放量在不同肥料处理之间呈现显著的差异(P 0.05),随着施肥量的增减,CO_2排放量呈显著增加趋势。单施尿素、施过磷酸钙和氯化钾,可以增加CO_2的排放,但是增加的幅度不大,而单施尿素可以极大地增加N_2O的排放量。


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