亚热带4种典型森林生态系统地表甲烷通量研究

论文摘要

甲烷是一种重要的温室气体,对全球气候变暖的贡献仅次于CO2,约为25%。大气甲烷可以被土壤中甲烷氧化细菌在有氧条件下利用,陆地生态系统森林土壤氧化吸收甲烷的研究已有大量报道。甲烷氧化菌是以甲烷作为唯一的碳源和能源的一类细菌的总称。但森林土壤在全球甲烷核算中具有一定不确定性,取决于产甲烷菌和甲烷氧化菌的相对活性。目前,甲烷氧化菌的研究集中在环境对氧化能力的影响和自身氧化能力上。大气甲烷氧化过程为高氧化能力低亲力氧化,具体机理的研究还有待进一步深入,受到一些因子,如土壤温度、土壤通气状况、pH、氮肥等,以及植物通过自身对生境的作用或化感作用影响土壤甲烷氧化。本文从甲烷氧化菌的分类出发,对甲烷氧化菌氧化甲烷的机理、生态分布及甲烷氧化的影响因素、时空异质性、观测方法等作出综述。通过静态箱-气象色谱法对大山冲森林公园4种林分（马尾松-石栎、青冈-石栎、南酸枣-石栎混交林和杉木纯林）地表进行为期1年的原位观测。结果表明：不同的林分表现出不同的源或汇特性,马尾松-石栎针阔叶混交林和南酸枣落叶阔叶林表现为大气甲烷的汇,而青冈-石栎常绿阔叶混交林和人工林杉木纯林表现为大气甲烷的源；按通量由小到大排序为马尾松-石栎林<南酸枣-石栋林<青冈-石栎<杉木纯林,分别为57.86±45.65（ug CH4·m"2·h-1）,-3.15±23.57（ug CH4·m2·h-1）、39.98±28.89（ug CH4·m-2·h-1）、90.65±62.35（ug CH4·m-2·h-1）,表明如果将树种改变,则可引起土壤甲烷排放的巨大变化。土壤CH4通量有显著明显的季节差异,且四种林分表现出相同变化趋势,夏秋低、冬春高,但具体数值大小存在差异。进一步分析发现土壤CH4通量与5cm土壤温度与表现为负相关,在温度20℃以上时土壤吸收CH4。而土壤含水率与土壤甲烷通量存在一定关系,但相关系数较低（马尾松-石栎林、南酸枣-石栎林、青冈-石栎和杉木纯林的相关系数分别为0.541、0.505、0.243和0.495）,因为土壤含水率同时受坡度、降水量、气温和植被的影响,作用机制复杂,难以用线性回归进行解释,亟待进一步研究。土壤甲烷通量与5cm土壤温度,土壤含水率和土壤孔隙含水率与土壤甲烷通量存在一定关系,其中与5cm土壤温度对土壤甲烷通量影响最大,而土壤甲烷通量的变化受三者共同影响。土壤甲烷通量与土壤WFPS呈正相关,虽然相关系数不高（r2=0.08）,但回归方程极显著（y=201.2x-63.6,p<0.01）；表明土壤WFPS增加时,部分水分以液体形态占用气体扩散传输的路径,即土壤孔隙的空间,降低土壤通气性,使土壤氧化甲烷能力下降,而产甲烷能力增强。研究区土壤pH低于甲烷氧化菌的最适pH,对甲烷氧化菌的生理活性起到限制作用,同时H+离子使土壤释放出A13+等金属离子对甲烷氧化菌氧化甲烷过程起抑制作用。方差分析结果表明不同森林群落之间土壤容重有显著性差异（p<0.05）,多重比较结果表明只有人工林杉木纯林群落与马尾松-石栎针阔叶混交林、南酸枣落叶阔叶林、青冈-石栎常绿阔叶混交林的土壤容重有显著性差异（p<0.05）,这也是不同林分之间甲烷通量差异的原因之一。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究的目的与意义
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 甲烷氧化菌的分类
• 1.3.2 甲烷氧化过程
• 1.3.3 土壤的理化性质对甲烷通量的影响
• 1.3.4 生物因素对甲烷通量的影响
• 1.3.5 土壤类型或土地利用方式对甲烷通量的影响
• 1.3.6 甲烷通量的空间变异
• 1.3.7 甲烷通量的季节变异
• 1.3.8 地表甲烷通量的观测方法
• 2 试验地概况与实验方法
• 2.1 实验样地概况
• 2.2 实验设计与采样点布置
• 2.3 气体样品采集与分析
• 2.4 其它影响因子测定
• 2.5 主要仪器设备
• 2.6 统计分析
• 3 结果与分析
• 3.1 土壤甲烷通量的变化规律
• 3.1.1 不同林分甲烷通量的变化规律
• 3.1.2 甲烷通量的季节变化规律
• 3.1.3 不同坡位土壤甲烷通量差异
• 3.2 环境因子对土壤甲烷通量的影响
• 3.2.1 土壤温度
• 3.2.2 土壤含水率
• 3.2.3 土壤通气性
• 3.2.4 土壤pH
• 3.2.5 土壤质地
• 4 结论与讨论
• 4.1 不同森林群落类型对土壤甲烷通量的影响
• 4.2 森林土壤甲烷通量的季节变化规律
• 4.3 土壤温度对森林土壤甲烷通量的影响
• 4.4 土壤含水率对对森林土壤甲烷通量的影响
• 4.5 土壤通气性对森林土壤甲烷通量的影响
• 4.6 土壤温度对森林土壤甲烷通量的影响
• 4.7 土壤酸碱度对森林土壤甲烷通量的影响
• 5 创新点、主要问题与研究展望
• 5.1 创新点
• 5.2 主要问题
• 5.3 拟解决措施
• 5.4 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的主要学术成果
• 致谢