论文部分内容阅读
全球变暖是人类所面临的最严峻的环境问题之一，并日益成为公众和科学界关注的焦点。研究表明，温室气体如CO2、CH4和N2O等在大气中浓度的上升是全球气候变暖的主要原因。温室气体的源汇失衡引起气候异常等一系列严重的问题，对人类生存和社会经济持续发展带来了巨大的威胁。近几十年来，中国政府积极推行天然林保护工程、退耕还林工程和大规模植树造林活动，使得我国森林覆盖率不断提高，人工林面积不断加大。同时，人工造林活动提供了一种降低CO2释放的潜在减缓措施，可用以抵消各国承诺的温室气体减排指标。川中丘陵区地处长江上游生态屏障的最前沿，具有特殊的生态敏感性，自20世纪70年代以来陆续营造了大面积的桤柏混交林。目前，桤柏混交林已成为长江上游防护林的主体模式。
本文通过长期连续的野外定位观测和采样分析，结合Forest-DNDC模型模拟，研究川中丘陵区人工桤柏混交林土壤CH4、N2O、CO2三种主要温室气体以及土壤各分室呼吸排放特征、影响因素。对34yr人工桤柏混交林生物量和生产力进行了测定，计算了混交林生态系统植被碳库和土壤碳库，并估算了桤柏混交林生态系统碳收支大小。主要结论如下：
(1)桤柏混交林土壤温室气体排放具有明显的季节变化，均表现为夏秋季较高，而春冬季较低的特点。林地土壤是CO2和N2O的排放源，是CH4的一个吸收汇。林地土壤CO2和N2O的年平均排放通量分别为4892.8 kgC ha-1a-1和0.98 kgNha-1a-1；CH4的年平均吸收通量为1.74 kgC ha-1a-1。地表凋落物的去除对林地土壤CO2和N2O排放有显著影响，但对CH4吸收的影响则不显著。
(2)林地土壤CO2排放温度敏感性指数(Q10值)存在明显的季节变化，其大小与土壤温度呈显著的负相关关系而与土壤湿度呈显著的正相关关系，关系式分别为：Q10=-0.0835T+3.4362(R2=0.67，n=12，p<0.01)；Q10=0.1741W-2.4718(R2=0.51，n=12，p<0.01)。表明在测定的温度和湿度范围内，本地区土壤(5cm)处温度每升高1℃，Q10值将减少0.0835；土壤(0～10cm)湿度每升高1％，Q10值将增加0.1741。
(3)持续干旱对林地土壤温室气体的源汇功能产生了显著影响。干旱期间林地土壤CO2、CH4和N2O平均排放(吸收)速率与2005年同期相比均有不同程度的下降，其中对N2O排放的影响最大。
(4)Forest-DNDC模型较好的模拟了桤柏混交林土壤CO2和N2O排放的季节变化趋势。但在降雨或者升温事件发生时，土壤CO2和N2O排放的模型模拟值与实际观测值在峰值大小和响应时间上存在差异。模型模拟表明未来本地区降雨量在±30％范围内变化时，林地土壤CO2和N2O排放量的变化幅度不超过30％；气温在±3℃范围内变化时，林地土壤CO2和N2O排放量的变化幅度不超过10％。
(5)土壤温度和土壤湿度是影响桤柏混交林土壤各分室呼吸速率的主要环境因素。土壤各分室呼吸温度和湿度敏感性指数大小顺序均为根呼吸>枯枝落叶层呼吸>矿质土壤呼吸，表明桤柏混交林根呼吸对土壤温度和湿度的敏感性要高于枯枝落叶层呼吸和矿质土壤呼吸。采用挖壕沟法和根系生物量回归法对比测定了林地根呼吸速率，两种方法测得的根呼吸比例变化范围分别为28.26％～69.09％、23.10％～57.14％，平均值分别为43.97％和38.31％，方差分析表明二者之间差异不显著(p>0.05)。
(6)研究表明在测定期间，桤柏混交林生态系统碳平衡为2.881 tC·hm-2·a-1，每年可固定大气中的CO2量为10.56 t·hm-2·a-1。桤柏混交林普遍由于立地条件较差、林分缺乏管理造成生产力较低，碳汇功能不明显。但从另外一个侧面也反映如果对林分进行更好的抚育与管理，将会更好的发挥其碳汇潜力。