不同发育阶段杉木林土壤碳素及其影响因素的研究

论文摘要

在江西省大岗山森林生态站所辖区选取杉木幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林,通过对林下土壤有机碳含量、土壤呼吸速率及其他主要土壤性质的分析,探讨不同发育阶段林下各土壤指标的变化特征,并进一步运用简单相关、逐步多元回归和通径分析等数学方法研究了土壤有机碳含量和土壤呼吸速率与土壤性质的关系。结果表明：在杉木人工林的整个发育过程中,土壤有机碳含量、土壤呼吸速率等性质均表现出明显变化规律。土壤有机碳含量随土壤深度的增加而降低,各层次有机碳含量表现出明显的变异特征,变异程度为：40-60cm土层>20-40cm土层>0-20cm土层,其中,中龄林土壤变异最为显著；土壤有机碳含量从幼龄林到中龄林呈下降趋势,中龄林到过熟林则呈上升趋势。土壤呼吸速率的变动范围为0.51-1.14μmol·m-2s-1,并且表现出从幼龄林到成熟林阶段呈明显的先降低后增加、过熟林阶段又显著降低的变化特征,反映出杉木生长对土壤呼吸速率的强烈影响；土壤全氮量、碱解氮量、速效钾含量、微生物数量以及土壤孔隙度、田间持水量等大部分土壤理化性质都表现出幼龄林阶段较高、其后开始明显下降,成熟林阶段显著提高、至过熟林阶段达到整个生长发育阶段最高水平的规律性变化,但土壤速效磷含量仅在近熟-成熟林阶段有显著增加,其他阶段变化不显著；年凋落物量和土壤纤维素酶活性逐渐增加,蔗糖酶活性呈现出先增加后降低的变化趋势,而淀粉酶活性无明显变化规律。土壤性质通过直接作用和间接作用共同影响着土壤有机碳的含量和分解转化方向,但不同土壤性质的影响机理不同。在土壤系统中,碱解氮量、细菌数量和真菌数量以及它们的共同作用决定了土壤有机碳含量的大部分变异,是影响土壤有机碳含量变化的主导因素,有效磷含量和放线菌数量由于直接正效应和间接负效应相抵,因而对土壤有机碳含量的决定程度较小,总孔隙度和速效钾含量对有机碳含量虽也表现出一定的直接效应影响,但影响程度较低；不同土壤性质对土壤呼吸速率也表现出不同程度的影响。在被研究的土壤性质中,年凋落物量、土壤有机碳含量和纤维素酶活性对土壤呼吸速率表现出更强烈的直接影响和间接影响作用；和简单相关或多元回归分析方法相比,通径分析能更加客观和全面地评价土壤性质对土壤有机碳含量和土壤呼吸速率的影响作用。不同健康状况的杉木林土壤有机碳含量和土壤呼吸速率不同。初步得出：在处于健康状态的幼龄林阶段,土壤有机碳含量和土壤呼吸速率较高；之后林分健康状况变差,中龄林时达到亚健康状态,二者均降低；近熟林和成熟林时,林分逐渐恢复到较健康、健康状态,土壤有机碳含量和土壤呼吸速率也逐渐增加；到达过熟林时,林分处于健康状态,土壤有机碳含量达到最大,但土壤呼吸速率则下降到中龄林水平。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 引言
• 1.1 土壤有机碳
• 1.1.1 土壤有机碳的意义
• 1.1.1.1 土壤碳库与陆地生态系统碳循环
• 1.1.1.2 土壤碳库与土壤质量的关系
• 1.1.1.3 土壤碳库的环境效应
• 1.1.2 森林土壤有机碳的动态及形成过程
• 1.1.3 森林土壤有机碳库的空间分布
• 1.1.4 森林土壤有机碳的影响因素
• 1.1.4.1 气候因子
• 1.1.4.2 植被因子
• 1.1.4.3 人为因素
• 1.1.5 杉木人工林土壤有机碳的研究现状
• 1.2 土壤呼吸研究进展
• 1.2.1 土壤呼吸研究的意义
• 1.2.2 土壤呼吸作用及过程
• 1.2.3 土壤呼吸的影响因素
• 1.2.3.1 温度
• 1.2.3.2 水分
• 1.2.3.3 其他自然因素
• 1.2.3.4 人类活动
• 1.3 目前研究存在的问题
• 1.4 研究的目的及意义
• 2 试验地概况
• 2.1 研究区域概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 地貌
• 2.1.3 土壤
• 2.1.4 气候
• 2.1.5 水文
• 2.1.6 植被
• 2.1.7 利用现状
• 2.2 研究样地基本概况
• 3 材料与方法
• 3.1 样品采集与分析
• 3.1.1 土壤样品采集与分析
• 3.1.2 土壤呼吸速率测定方法
• 3.1.3 凋落物的收集
• 3.2 数据分析
• 3.2.1 通径分析原理和方法
• 3.2.2 数据处理
• 4 结果与分析
• 4.1 不同发育阶段土壤碳素及土壤性质的变化特征
• 4.1.1 土壤有机碳含量的变化特征
• 4.1.2 土壤物理性质的变化特征
• 4.1.3 土壤化学性质的变化特征
• 4.1.4 土壤微生物数量的变化特征
• 4.2 不同发育阶段土壤土壤呼吸率及土壤性质的变化特征
• 4.2.1 土壤呼吸速率的变化特征
• 4.2.2 土壤物理性质的变化特征
• 4.2.3 土壤有机碳含量和全氮量的变化特征
• 4.2.4 土壤酶活性的变化特征
• 4.2.5 年凋落物量的变化特征
• 4.3 土壤有机碳与土壤性质之间的关系
• 4.3.1 土壤有机碳与土壤性质的相关分析
• 4.3.2 土壤有机碳与土壤性质的回归分析
• 4.3.3 土壤有机碳与土壤性质的通径分析
• 4.3.3.1 直接和间接通径系数分析
• 4.3.3.2 决定程度分析
• 2总贡献分析'>4.3.3.3 各自变量（土壤因子）对回归方程估测可靠程度R₂总贡献分析
• 4.4 土壤呼吸速率与土壤性质的关系
• 4.5 杉木人工林土壤碳素与森林健康关系的探讨
• 5 结果与讨论
• 5.1 不同发育阶段土壤碳素及土壤性质的变化特征
• 5.2 土壤碳素与土壤性质之间的关系
• 5.3 土壤碳素与森林健康关系讨论
• 5.4 对未来研究的建议
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢