毛竹入侵对林分碳储量及土壤特性的影响研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sayaka66
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森林是陆地上最主要的碳源和碳汇,对缓解全球气候变化发挥着至关重要的作用。而森林遭受植物入侵的现状十分严峻,给森林生态系统的结构和功能带来极大的考验。毛竹(Phyllostachys edulis)分布范围广泛,在我国竹类资源中占据着重要的地位。其依靠发达的地下竹鞭、入侵能力强以及成林迅速等特点,对周边森林大面积入侵,可能对森林健康和生态功能造成影响。本实验以湖北省咸宁市潜山国家森林公园内杉木纯林(CS)、毛竹纯林(CZ)、毛竹入侵杉木林(ZS)、毛竹入侵枫香林(ZK)为对象,研究了不同林分类型的土壤理化性质、微生物群落结构、林分碳储量等,分析毛竹入侵对林分生长、固碳效益的差异,探讨毛竹入侵对杉木(Cunninghamia lanceolata)和枫香(Liquidambar formosana)林分碳储量的影响以及土壤特性的改变。实验结果如下:(1)毛竹对杉木和枫香2种林分的入侵过程中,毛竹的胸径和和立竹密度均随时间呈上升趋势,而杉木和枫香密度随着入侵的加剧而不断下降。在毛竹入侵杉木林分中,杉木单株生物量逐渐下降,而毛竹生物量开始增加。2019年、2020年2次调查发现,被入侵的林分的生物量显著高于杉木和毛竹纯林,受林分中毛竹的优势度而影响。在器官生物量分配上,均为干>枝叶>根系,2种入侵林分中毛竹根系生物量均显著高于杉木和枫香,约为乔木层(杉木、枫香)的2-4倍。(2)毛竹入侵对土壤理化性质产生的影响:相较于毛竹纯林,2种入侵林分土壤容重有所增加,而土壤含水率和孔隙度呈下降趋势。4种林分土壤p H值在4-5之间,偏酸性。各个月份土壤p H值均以毛竹入侵枫香林最大。土壤有机质含量4月、7月低于11月、1月,具有季节性特征,且毛竹纯林显著低于2种入侵林分(P<0.05)。相较于毛竹纯林,毛竹入侵的两个林分0-15cm土层全氮、全磷的养分含量显著高于毛竹纯林,其中入侵枫香林最高;但是入侵林分的15-30cm土壤全氮低于毛竹纯林,土壤全磷差异不显著。(3)4种林分中,土壤细菌群落结构以毛竹纯林最好,而土壤真菌群落结构以毛竹入侵杉木林最好。在入侵过程中,土壤真菌群落结构得到改善,但土壤细菌群落结构却表现相反趋势。此外,毛竹入侵对土壤微生物群落物种的组成和丰度也造成了改变。冗余分析(RDA)显示环境因子对4种林分土壤细菌、真菌群落物种以及分布解释率较高,土壤理化性质,特别是土壤p H、有机质、温度与微生物群落间存在着明显相关性。(4)4种林分土壤温室气体的排放通量均具有明显的季节性动态规律,且土壤温度、湿度是影响2种温室气体排放通量的关键环境因子。其中N2O、CO2二者排放规律相似,在4月、7月呈上升趋势并达到最大排放量,10月、1月呈下降趋势且达到排放最小量。毛竹入侵过程中导致林分土壤氧化亚氮(N2O)、二氧化碳(CO2)排放通量和年累计排放通量增加,且毛竹入侵枫香林增加趋势要高于入侵杉木林。而CH4则随着毛竹入侵吸收逐渐降低,以杉木纯林吸收通量最大。(5)2019年,4种林分的碳储量为:毛竹入侵枫香林(151.28 t C/hm~2)>杉木纯林(137.83 t C/hm~2)>毛竹入侵杉木林(130.85 t C/hm~2)>毛竹纯林(119.72t C/hm~2);2020年的碳储量为:毛竹入侵杉木林(180.06 t C/hm~2)>毛竹入侵枫香林(171.37 t C/hm~2)>毛竹纯林(157.43 t C/hm~2)>杉木纯林(152.01 t C/hm~2)。2次调查均以入侵林分最大,毛竹纯林和2种入侵林分生态系统碳储量增长迅速。在生态系统碳储量的分配上,土壤层占据的比例最大,在49.57%-60.60%之间;其次为植被层,在34.44%-43.71%之间;根系最小,低于10%。毛竹入侵过程中,土壤碳储量表现出下降趋势,而植被层则相反,呈上升趋势。
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