發(fā)布時(shí)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(jī)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(duì)探索土壤碳庫(kù)增匯措施和應(yīng)對(duì)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(qiáng)的趨勢(shì),北緯5°至20°森林經(jīng)受更加頻繁或猛烈的颶風(fēng)或臺(tái)風(fēng)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(shí)常遭受臺(tái)風(fēng)威脅。本研究依托海南島尖峰嶺國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)建成的60 ha熱帶山地雨林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(jī)碳及其物理化學(xué)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(tái)風(fēng)是否會(huì)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(jìn)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(jī)制,以期為進(jìn)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)樣地土壤有機(jī)碳含量平均為34.36 g/kg,變異系數(shù)為27.53%。土壤輕組有機(jī)碳含量平均為7.94 g/kg,占總有機(jī)碳比例為23.1%;重組有機(jī)碳含量平均為26.43 g/kg,占總有機(jī)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(jī)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(jī)碳、輕組、重組有機(jī)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(qiáng)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(jī)碳、輕組有機(jī)碳、重組有機(jī)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(duì)60個(gè)20m×20m樣方分成3類,并對(duì)土壤有機(jī)碳及物理組分進(jìn)行RDA分析,表明非生物因素對(duì)土壤有機(jī)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(duì)土壤碳化學(xué)組分的RDA分析表明,非生物因素對(duì)土壤碳化學(xué)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(jī)碳、重組有機(jī)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(jī)碳隨著植物個(gè)體數(shù)、物種數(shù)量、豆科植物個(gè)體數(shù)、細(xì)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(qiáng)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(shì),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(shì),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(shì),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(lái),臺(tái)風(fēng)次數(shù)減少但強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。受海南島臺(tái)風(fēng)風(fēng)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(qiáng),在林窗內(nèi)和雨季時(shí)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(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S714.2

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本文編號(hào)：1274880