冰雪灾害导致的凋落物对亚热带森林土壤碳氮及温室气体通量的影响

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2008年初，一场百年罕见的冰雪灾害袭击了我国南方地区，对南方19个省（区）的林区，相当中国森林面积的13％（1.97×107ha）的森林植被遭受整体性、毁灭性破坏。受灾林区的林木主干折断、断梢、主干劈裂、连根倒伏在50%以上，林地全是残枝、树干和树叶，初步估算，受灾严重的森林所产生的“非正常”凋落物量相当于数年正常凋落物量的总和。林地凋落物的添加对土壤碳循环、储量以及氮素的转化都具有“激发效应”，然而，以往很多相关研究都是人为控制或者室内的试验模拟“激发效应”，对于重大自然灾害如何影响森林土壤碳氮循环很少有相关研究报道。此次冰雪灾害在我国也是百年一遇，关于“非正常”凋落物对森林土壤碳氮生态过程及温室气体通量影响未有专门的研究报道。
　　本研究以南岭地区受冰雪灾害的广东十二度水省级自然保护区不同海拔梯度上的常绿阔叶混交林3种森林群落为研究对象，采用去除冰雪灾害导致的“非正常”凋落物与受损森林林地对比对照试验，土壤原位矿化和静态箱－气相色谱法对3种森林群落类型的土壤有机碳含量和储量，土壤有效氮、氮矿化以及土壤CO2、CH4和N2O通量进行了定位观测，较系统地研究了土壤碳氮及温室气体通量对“非正常”凋落物的响应规律及机理。主要结论如下：
　　1.研究区受冰雪灾害3种森林群落不同深度的土壤有机碳含量和储量持续增加，直至2011年“非正常”凋落物分解完毕时，10~50cm的土壤有机碳含量与上一年相比都有减小趋势。去除“非正常”凋落物样地与对照样地相比，各土壤深度的土壤有机碳含量明显下降，年平均下降百分比例变化范围为12.14%~55.34%，0~30cm土壤的有机碳含量下降变化波动幅度要比30~50cm大。土壤有机碳含量与凋落物有机碳失重量、土壤碳氮比和土壤温度具有显著的线性相关性。灾后3种森林群落土壤水稳性团聚体大团聚体大幅增大，而微团聚体的比例减小。去除“非正常”凋落物样地与对照样地的土壤水稳性团聚体四个粒级有机碳含量差异显著，特别是大团聚体的2.0-1.0mm和1.0-0.5mm粒级的比处理样方高出30.4%和36.7%，但与灾后初期各粒级有机碳含量差异不明显。
　　2.灾后森林群落土壤的土壤有效氮含量大幅增大，年际变化显著，但随土壤深度而递减；灾后第三年（2010年）出现10~50cm土壤深度的有效氮差异不明显。去除“非正常”凋落物对土壤有效氮和土壤氮素的氨化率、硝化率和矿化速率影响明显。灾后森林土壤氮矿化速率与土壤温度、凋落物碳失重量、土壤碳氮比（C/N）和氮磷比（N/P）呈显著正相关；土壤水分因森林群落而有一定差异，甜槠群落、小红栲群落的净硝化率与该层土壤含水量呈显著的二次函数关系，而虎皮楠群落（SD-III）与土壤水分含水量关系不显著。净矿化率与硝化率与凋落物C/N无显著相关性与土壤的C/N、N/P比相关性和显著性相关。
　　3.与受损对照样地相比，去除“非正常”凋落物对土壤地表CO2通量和地表N2O通量的年平均值显著减小，在生长季中去除“非正常”凋落物作用更为明显；去除“非正常”凋落物后都明显提高了林地表 CH4吸收通量，甜槠群落、小红栲群落和虎皮楠群落分别提高了11.10%、10.51%和12.56%，3种森林群落对CH4都是吸收过程。
　　4.各类环境因子对3种森林群落地表温室气体通量影响各有差异，凋落物有机碳失重量和土壤温度对温室气体通量呈正的显著线性相关。CO2通量与土壤硝态氮（NO3-）含量呈正相关，而与土壤氨态氮（NH4+）和C/N相反；N2O通量与其土壤硝态氮（NO3-）和氨态氮（NH4+）含量均呈现显著正的线性相关，与C/N呈显著负的线性相关；CH4吸收通量只有甜槠群落中与土壤硝态氮（NO3-）含量有显著正的线性相关，除海拔最高的虎皮楠群落与C/N线性相关不显著外，与土壤C/N呈正相关。土壤N/P只与地表N2O通量有显著正的线性相关。
　　以上结果表明，冰雪灾后森林土壤主要碳氮过程及温室气体通量的影响取决于凋落物的分解输入、森林类型、土壤温湿度程度及碳氮比等。

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作者
肖以华;
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作者单位

中国林业科学研究院;

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授予单位中国林业科学研究院;
学科生态学
授予学位博士
导师姓名刘世荣;
年度 2012
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正文语种中文
中图分类 S717.13;S718.512;
关键词
亚热带森林; 冰雪灾害; 林地凋落物; 土壤碳氮; 温室气体通量;

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