会同杉木人工林林龄序列地表温室气体通量特征及其模拟研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:thangna9806
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大气中温室气体的浓度不断增加所带来的生态环境问题是全球关注的焦点,对于二氧化碳(CO2),甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)通量的研究是减缓温室效应重要的基础。森林作为陆地生态系统的重要组成部分,对于调节全球气候变化有着至关重要的作用。杉木作为我国种植面积最大的树种,杉木人工林地表温室气体通量研究受到了广泛的关注。本文在2021年3月-12月期间采用静态暗箱-气相色谱法测定了会同杉木人工林林龄序列(6a,11a,14a,24a,32a,100a)地表温室气体通量,结合室内试验,分析杉木人工林林龄序列地表温室气体通量动态特征以及其增温潜势,探究环境因子对于温室气体通量的影响作用,使用CO2观测数据对Forest-DNDC模型进行验证,预测未来气候变化下杉木人工林地表CO2通量变化趋势。主要的研究结果如下:(1)杉木人工林林龄序列土壤理化性质均存在极显著性差异。6a杉木人工林土壤黏粒含量(15.98%)显著高于其他林龄;24a杉木人工林土壤可溶性有机碳(DOC)(450.91mg/kg)显著高于其他林龄;32a杉木人工林土壤容重(1.42g/cm3)和土壤充水孔隙度(72.84%)显著高于其他林龄;100a杉木人工林土壤pH(4.58)和土壤Eh值(326.56mv)显著高于其他林龄。(2)杉木人工林地表CO2通量变化主要受到温度的调控,CH4、N2O通量变化主要受到温湿度的调控。地表CO2通量在6-8月份出现排放峰值,在12月份出现排放最低值。地表CH4通量在8-10月份出现多个吸收峰值,在5-7月份出现吸收低值。地表N2O通量在5-7月份出现排放峰值,在3、10-12月份出现排放低值。地表CO2年平均排放通量随着林龄的增加总体上呈现先减少后增加的趋势;地表CH4年平均吸收通量随着林龄的增加总体上呈现先增加后减少的变化趋势;地表N2O年平均排放通量随林龄增加呈现先增加后减少再增加的变化趋势。不同林龄和不同月份的杉木人工林地表温室气体通量均存在显著性差异(P<0.05)。(3)杉木人工林地表CO2、CH4、N2O气体年排放量随着林龄的增加变化趋势不一致。杉木人工林地表CO2年排放量随林龄增加呈现先减少再增加再减少再增加的变化情况,6a杉木人工林最大(28.66 t/hm~2),在32a杉木人工林最小(24.99 t/hm~2)。杉木人工林地表CH4年吸收量总体随着林龄的增加呈现先增加再减少的情况,其中,11a杉木人工林最大(-4.24kg/hm~2),32a杉木人工林最小(-1.98kg/hm~2)。杉木人工林地表N2O年排放量随着林龄的增加呈现先增加再减少再增加的变化情况,100a杉木人工林最大(2.16kg/hm~2),6a杉木人工林最小(0.44kg/hm~2)。(4)环境温度是影响杉木人工林林龄序列地表CO2通量的主要因子,土壤5cm湿度和土壤充水孔隙度是影响杉木人工林林龄序列地表CH4通量的主要因子,环境温度和土壤温湿度是影响杉木人工林林龄序列地表N2O通量的主要因子。6a,11a,14a,24a,32a,100a杉木人工林土壤温度敏感性分别为:2.2,1.44,1.78,1.59,1.43,1.89。杉木人工林温室气体受到不同土壤理化性质的影响作用。14a杉木人工林地表CO2、CH4通量的因子受到DOC的影响;24a杉木人工林地表CO2通量受到pH和SOC的影响;100a杉木人工林地表CO2通量受到Eh和SOC的影响。6a、11 a和24a杉木人工林地表CH4通量受到SOC的影响;1 1a、32a杉木人工林地表CH4通量受到的土壤Eh的影响。6a杉木人工林地表N2O通量受到pH、SOC的影响;24a杉木人工林地表N2O通量受到pH、Eh的影响;32a杉木人工林地表N2O通量受到Eh、DOC的影响。(5)校正后的Forest-DNDC模型可以模拟杉木人工林林龄序列地表CO2通量。将实测值和模型模拟值比较,其中6a、11a、24a、32a杉木人工林决定系数R~2在0.84以上,模型效率系数ME在0.75以上,一致性指数d值在0.9以上,模拟值和实测值拟合效果较好。对未来10年的气候情景下6a杉木人工林地表CO2排放量进行模拟预测,随着时间的增加,杉木人工林地表CO2年排放量逐渐增大,与2021年6a杉木人工林地表CO2年排放量相比,2022年-2027年,2029的6a杉木人工林地表CO2年排通量降低了 3.3%-28.4%,2028年和2030-2031年6a杉木人工林地表CO2年排通量升高了 6.4%-12.5%。综上所述,杉木人工林林龄序列地表温室气体通量有着明显的季节特征,温度是影响杉木人工林地表CO2、N2O通量的主要因素,土壤湿度是影响杉木人工林地表CH4通量的主要因素,不同土壤理化性质对杉木人工林地表温室气体通量的影响作用不同,Forest-DNDC模型可以有效地模拟杉木人工林地表CO2通量。
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