【摘 要】
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倒木(Coarse woody debris:CWD)是森林生态系统碳库的重要组成部分,其分解呼吸释放出CO2是森林生态系统向大气排放CO2的重要来源。同时,倒木分解碳释放是一个复杂的生态学过程,受一系列环境因子(空气温度、水分、光照、氮沉降)、基质特性和生物群落特征的影响。本文以亚热带庐山自然保护区为研究区域,研究了不同林分类型不同树种倒木分解碳释放特征及其影响因素。通过在庐山自然保护区内原位倒
【基金项目】
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国家自然基金项目:中亚热带典型森林倒木分解碳释放驱动机制(No. 31460185); 江西庐山森林生态系统国家定位观测研究站; 江西省森林培育重点实验室; 江西特色林木资源培育与利用协同创新中心
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倒木(Coarse woody debris:CWD)是森林生态系统碳库的重要组成部分,其分解呼吸释放出CO2是森林生态系统向大气排放CO2的重要来源。同时,倒木分解碳释放是一个复杂的生态学过程,受一系列环境因子(空气温度、水分、光照、氮沉降)、基质特性和生物群落特征的影响。本文以亚热带庐山自然保护区为研究区域,研究了不同林分类型不同树种倒木分解碳释放特征及其影响因素。通过在庐山自然保护区内原位倒木分解研究得出:石栎(Lithocarpus glaber)、化香(Platycarya strobilacea)和日本柳杉(Cryptomeria japonica)倒木分解碳释放表现出显著的季节性波动。在24个月的研究期间,倒木分解碳释放两年平均值表现为化香倒木(3.92μmol/m~2/s)>石栎倒木(3.84μmol/m~2/s)>日本柳杉倒木(2.18μmol/m~2/s),且彼此之间存在显著差异。同时,不同倒木分解温度敏感性Q10值表现为石栎倒木(2.73)>日本柳杉倒木(2.67)>化香倒木(2.46),彼此之间差异不显著。不同树种倒木温度和碳释放之间都存在显著的正指数相关关系;不同树种倒木温度解释了碳释放总变异的42.9-59.2%;倒木湿度的变化解释了不同树种倒木分解碳释放总变异的11.7-16.6%。两种不同林分类型不同树种倒木原位和互换的分解试验表明:不同场所各树种倒木分解碳释放表现出明显的季节波动变化,并且主要受倒木温度和微生物控制。倒木分解碳释放的温度敏感性指标Q10值变化范围为2.35-2.94,且随倒木树种类型和场所而发生改变。化香(3.92μmol/m~2/s)和青榨槭(4.24μmol/m~2/s)倒木分解碳释放在其主场要显著高于客场的2.40和2.58μmol/m~2/s。而日本柳杉倒木则表现为在客场(2.96μmol/m~2/s)要显著高于主场(2.18μmol/m~2/s)。化香和青榨槭(Acer davidii)倒木分解Q10值及其下土壤微生物在“主场”要明显高于“客场”;然而,日本柳杉倒木分解碳释放和Q10值则表现出相反的变化趋势。倒木温度解释了不同树种和场所中倒木分解碳释放总变异超过50%,但是倒木分解碳释放与倒木湿度之间没有显著的相关关系。主场和客场土壤微生物群落的差异解释了本研究中观察到的倒木分解主场效应。通过海拔梯度变化对庐山森林生态系统倒木分解的影响研究表明:随海拔梯度增加黄山松(Pinus taiwanensis)和樟树(Cinnamomum camphora)倒木分解碳释放都呈现了显著降低的变化趋势,并且其降低绝对值随海拔增加而增加。和海拔215m相比,随着海拔梯度的增加,黄山松和樟树倒木分别降低了18.40%-127.06%和12.33%-84.78%。各海拔梯度下,樟树倒木的年平均分解碳释放量要显著大于黄山松倒木,具体高出范围为32.12-62.35%。倒木分解温度敏感性Q10值也随着海拔梯度增加而增加。光强变化对倒木分解影响的模拟试验表明:遮阴显著降低了杉木(Cunninghamia lanceolata)、木荷(Schima superba)和樟树倒木分解碳释放,并且这种降低作用随着温度的增加而增加。和对照CK处理相比,遮阴30%、遮阴60%、遮阴100%处理下木荷倒木分别降低了20.74%、32.72%、48.85%,杉木倒木分别降低了24.10%、36.41%、51.79%,而樟树倒木则分别降低了20.40%、32.40%和49.60%。各遮阴处理条件下,樟树和木荷倒木的年平均分解碳释放量要显著大于杉木倒木,其差异变化范围为11.3-34.0%。倒木分解温度敏感性Q10值随着遮阴处理而减小。倒木温度解释不同树种和不同遮阴处理倒木分解碳释放总变异超过70%。UV-B和N添加变化对倒木分解影响的模拟试验表明:UV-B增加和N添加处理都显著促进了杉木和樟树倒木分解碳释放,并且这种促进作用随着温度的增加而增加。和对照CK处理相比,在N、UV-B、UV-B&N处理条件下,杉木分别增加67%、149%、273%;而樟树则分别增加了58%、152%和259%。并且与对照处理相比,UV-B&N添加处理条件下杉木和樟树倒木分解碳释放分别增加的273%和259%,该值要远大于单独UV-B和N添加处理引起倒木分解碳释放增加之和的216%和211%。综上研究结果表明:在亚热带江西地区的阔叶树种倒木分解碳释放大于针叶树种。倒木分解碳释放与倒木温度的相关性大于湿度。倒木分解碳释放主场效应随树种而变;且倒木质量和微生物变化是倒木主场效应的决定性因子。光强和光质对倒木分解有显著影响,随着光强减弱倒木分解碳释放降低;紫外辐射(UV-B)增强和氮沉降都会增加倒木分解碳释放。同时,全球环境变化中的重要驱动因素(UV-B增加、光强变化、氮沉降增加和温度升高)将协同作用促进亚热带森林生态系统中倒木分解碳释放。
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