發(fā)布時間：2017-12-10 15:04

  本文關(guān)鍵詞：海南熱帶山地雨林土壤碳氮空間格局及其影響機制

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【摘要】：研究熱帶雨林土壤碳氮的空間分布及其影響因素對探索土壤碳庫增匯措施和應(yīng)對全球氣候變化具有重要意義。隨著全球氣候變暖,極端天氣氣候事件呈現(xiàn)增多增強的趨勢,北緯5°至20°森林經(jīng)受更加頻繁或猛烈的颶風或臺風襲擊。尖峰嶺是海南島目前熱帶森林保存最為完好、連片面積最大的地區(qū)之一,而熱帶山地雨林則是尖峰嶺地區(qū)發(fā)育最為完善、結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的類型,且時常遭受臺風威脅。本研究依托海南島尖峰嶺國家級自然保護區(qū)建成的60 ha熱帶山地雨林動態(tài)監(jiān)測樣地,調(diào)查林窗特征和林窗內(nèi)外環(huán)境異質(zhì)性,研究土壤有機碳及其物理化學穩(wěn)定性、土壤全氮及有效氮、土壤呼吸等的空間分布,并采用逐步線性回歸和冗余分析(RDA)等方法探究其影響因素,旨在探明臺風是否會增加尖峰嶺熱帶山地雨林林窗和增加林窗內(nèi)外環(huán)境的異質(zhì)性,進而改變熱帶森林土壤碳氮的穩(wěn)定性和空間分布,并揭示該地區(qū)土壤碳氮空間分布的影響機制,以期為進一步闡明熱帶山地雨林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能提供基礎(chǔ)資料。主要結(jié)果如下:(1)尖峰嶺60 ha熱帶山地雨林動態(tài)監(jiān)測樣地土壤有機碳含量平均為34.36 g/kg,變異系數(shù)為27.53%。土壤輕組有機碳含量平均為7.94 g/kg,占總有機碳比例為23.1%;重組有機碳含量平均為26.43 g/kg,占總有機碳76.9%。土壤烷基碳(41.61%)氧烷基碳(33.00%)羧基碳(23.78%)芳香碳(2.60%);土壤惰性指數(shù)(烷基碳+芳香碳)/(氧烷基碳+羧基碳)平均為79%,有機碳分解程度系數(shù)(烷基碳/氧烷基碳)平均為1.26。(2)半方差分析表明,土壤有機碳、輕組、重組有機碳、微生物量碳的空間結(jié)構(gòu)比C1/(C0+C1)范圍是0.555-0.713,具有中等程度的空間依賴程度,然而土壤烷基碳、氧烷基碳的空間結(jié)構(gòu)比范圍是0.758-0.986,具有較強的空間依賴程度。普通克里格插值及繪制的空間分布輪廓圖表明:土壤有機碳、輕組有機碳、重組有機碳的空間分布規(guī)律相似,沿山脊線增加,總體呈現(xiàn)斑塊狀與帶狀分布結(jié)合的空間結(jié)構(gòu)。土壤烷基碳、氧烷基碳沿著山脊線增加,但土壤烷基碳以斑塊狀分布為主、氧烷基碳以帶狀分布為主。利用多元回歸樹(MRT)的方法對60個20m×20m樣方分成3類,并對土壤有機碳及物理組分進行RDA分析,表明非生物因素對土壤有機碳及物理組分的影響明顯大于生物因素,且二者存在協(xié)變現(xiàn)象。對土壤碳化學組分的RDA分析表明,非生物因素對土壤碳化學組分的影響明顯大于生物因素,且二者存在協(xié)變現(xiàn)象。土壤有機碳、重組有機碳在生物因素和非生物因素前兩軸上的梯度變化是一致的,隨著胸高斷面積、土壤過氧化氫酶的增加而增加。輕組有機碳隨著植物個體數(shù)、物種數(shù)量、豆科植物個體數(shù)、細根生物量(0-10 cm)的增加而增加。土壤烷基碳隨著胸高斷面積、土壤過氧化氫酶的增加而增加,土壤氧烷基碳隨著生物量的增加而增加,隨著pH值的增加而減少。(3)土壤總氮的空間結(jié)構(gòu)比是0.485,表明具有中等程度的空間依賴程度。銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的空間結(jié)構(gòu)比范圍是0.775-0.842,表明具有較強的空間依賴程度。土壤氮的空間分布沿山脊線有增加的趨勢,且斑塊狀和帶狀分布相結(jié)合。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的空間相似,從西到東呈現(xiàn)逐步增加的趨勢,且以帶狀分布為主。(4)土壤總呼吸、根系呼吸、凋落量的空間結(jié)構(gòu)比范圍是0.289-0.62,具有中等程度的空間依賴程度。土壤呼吸的空間分布在西南角平坦區(qū)域較高,沿著山脊線有減少的趨勢,且斑塊狀和帶狀分布相結(jié)合。(5)分析土壤碳氮與環(huán)境的關(guān)系得出,隨著海拔、平均樹高、銨態(tài)氮、土壤脲酶在環(huán)境第一和第二主成分上的梯度增加,土壤碳水、氮水、碳氮水等分布疊加的梯度也增加。隨著胸高斷面積、土壤烷基碳、生物量、土壤過氧化氫酶在環(huán)境上的梯度增加,土壤碳氮分布疊加的梯度也增加。(6)自1949年以來,臺風次數(shù)減少但強度顯著增強。受海南島臺風風向的影響,樣地東北方向林窗較多。樹冠林窗面積大多數(shù)(85%)200 m~2。林窗的最大年齡為23.5年,林窗主要分布于20°-35°斜坡上,林窗形成木的木材密度為0.6g·cm~(-3)-0.7g·cm~(-3)。N_2O排放量異質(zhì)性較強,在林窗內(nèi)和雨季時較高。林窗內(nèi)N_2O排放量與土壤溫度和土壤水分呈現(xiàn)明顯的關(guān)系。如果忽略林窗將導(dǎo)致該區(qū)域N_2O排放量被低估18%。
【學位授予單位】：中國林業(yè)科學研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S714.2

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本文編號：1274880