长白山区不同立地条件下土壤温室气体排放的对比研究

作     者：尹海霞 

作者单位：东北师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：靳英华

授予年度：2014年

学科分类：083001[工学-环境科学] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：土壤呼吸 土壤温室气体 不同立地条件 长白山 

摘      要：在全球变化的大背景下，CO2、CH4这两种温室气体正以惊人的速率不断增加，对两种主要温室气体的研究已经成为当前全球变化研究中的重点。 目前大气中温室气体浓度增加主要归因于人类活动的影响，事实上，自然过程也是温室气体的重要来源之一。土壤碳库是全球陆地生态系统中最大的碳库载体，在全球碳循环中起着非常重要的作用。森林土壤呼吸是陆地生态系统土壤呼吸的重要部分且对温室气体的排放有着重要贡献，其变化将对全球碳平衡产生深远的影响。 不同立地条件下植被的群落组成、结构及其林内小气候、土壤环境差别较大，土壤温室气体排放通量存在较大差异。为能更精确核算中纬地区森林碳收支情况，亟待对比研究长白山区不同立地条件下土壤温室气体排放。 长白山林区位于全国最大天然林区东北林区的东南部，以中温带的针阔混交林为主，地带性植被（顶极群落）为阔叶红松林，经采伐干扰后形成的次生林主要为白桦林和山杨林。本研究借助最新的便携式土壤温室气体通量监测系统，对长白山自然保护区北坡的5个样地的土壤CO2、CH4排放通量进行研究，主要选择了在裸地（农田撂荒地）、草地（次生杂草地）、落叶松林、次生白桦林和阔叶红松林进行野外同步观测，旨在揭示不同立地条件下土壤温室气体排放过程的日变化规律及与环境主控因子的关系，为长白山区森林土壤碳源、碳汇问题提供基础数据，为全球环境变化背景下森林碳（CO2、CH4）收支提供计算依据。主要研究结果如下： （1）5个实验样地土壤均表现为CO2的源且CO2通量的日动态都呈现出明显的单峰型，最大值都出现在温度较高的12:00～14:00，最小值出现在温度较低的早晨。土壤CO2日释放通量次序分别是红松针阔混交林落叶松红次生白桦林草地裸地。由于群落结构和林内郁闭度的差异使得植被覆盖率较好的林地CO2通量日最大值出现的时间比裸地和草地要推迟。 （2）5个实验样地土壤为CH4的汇，土壤CH4通量均都为负值且日变化动态没有明显的规律，日变化幅度较大，但是土壤吸收CH4也大致呈现出中午高傍晚或者清晨低的趋势。由于土壤地表异质性的差异，土壤日吸收CH4通量由大到小排序为落叶松次生白桦林红松针阔混交林裸地草地。 （3）通过分别对单日尺度上5个实验样地的土壤CO2通量与地表空气温度和0～5cm土壤温度进行指数拟合，发现土壤CO2通量与0～5cm土壤温度的相关系数更高，且土壤CO2通量与温度都呈现出正相关关系。由于土壤湿度的日变化较小，土壤CO2通量与土壤湿度的没有相关性。但是通过对土壤CO2通量与土壤0～5cm土壤温度和土壤湿度进行多元线性回归，其相关系数明显提高，这说明土壤温度和土壤湿度共同影响土壤CO2通量。同时通过对土壤理化性质的分析，可知，有机质的含量对土壤CO2通量有影响，而PH值与土壤CO2通量没有直接的关系。 （4）通过分别对土壤CH4通量与地表空气温度和0～5cm土壤温度进行线性拟合，得出的结果是5个样地土壤CH4通量与地表空气温度的相关系数不高，而与土壤温度的相关系数更高，并呈现出负相关关系。土壤CH4通量与土壤湿度呈正相关关系，但相关系数不高。通过对土壤CH4通量与土壤0～5cm土壤温度和土壤湿度进行多元线性回归，其相关系数明显提高，这说明土壤温度和土壤湿度共同影响土壤CH4通量，单独用土壤湿度或者土壤温度来解释土壤温室气体通量的变异是不科学的。在植被覆盖情况较好的前提下，土壤CH4的吸收能力随着PH值的增加而增加，土壤C、N含量与土壤吸收CH4之间也没有明显的直接关系。