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竹林是我国南方重要的森林类型,到2008年第七次森林资源清查时已达538.10万公顷,其中毛竹(Phyllostachys edulis)林面积为386.83万公顷,约91.57亿株。竹林施肥是影响土壤质量演化及其可持续利用的重要林业措施之一,本文研究施肥对毛竹林生态系统碳平衡的影响,以期为现实竹林的科学经营提供理论指导。本项研究设置施用5年竹林专用肥(Ⅰ)、5年氮、磷、钾配方施肥(Ⅱ)、5年有机肥(Ⅲ)、1年竹林专用肥(Ⅳ)、1年有机肥(Ⅴ)、不施肥毛竹林(Ⅵ)6个试验水平,从生态系统碳输入和输出的角度出发,研究不同施肥措施下毛竹林生态系统碳储量及分配格局、土壤活性有机碳、呼吸及组分呼吸的变化规律,探讨其与土壤温/湿度、根系生物量、凋落物量及土壤质量因子等之间的关系,揭示不同施肥措施调控下土壤呼吸过程及影响机制,评估施肥措施调控下毛竹林碳汇/源的影响。主要研究结果如下:1.不同施肥处理毛竹林生态系统碳储量、碳分配格局及植被层碳素平均年净固定量(1)毛竹林Ⅰ~Ⅵ植被层碳储量分别为41.49、35.82、45.99、32.11、35.30、28.37tC·hm-2,植被层碳储量在器官上的分配均以竹秆最大,毛竹林地施肥可以提高竹秆生物量及碳储量占总量的比例。(2)不同施肥处理及季节变化对土壤有机碳含量无显著影响,有机碳含量为:Ⅵ(13.70g·kg-1)>Ⅰ(13.61g·kg-1)>Ⅳ(12.11g·kg-1)>Ⅲ(11.95g·kg-1)>Ⅴ(11.57g·kg-1)>Ⅱ(11.43g·kg-1),Ⅰ~Ⅵ毛竹林土壤层(0~100cm)碳储量为111.34~122.36t C·hm-2,平均值为117.41t C·hm-2。(3)毛竹林Ⅰ~Ⅵ生态系统碳贮量分别为165.36、153.29、168.35、145.19、154.06、145.00t C·hm-2。土壤层碳贮量所占比例最大,约为75%;其次是乔木层,枯落物层最低,仅为0.47%~1.73%。(4)毛竹林Ⅰ~Ⅵ植被层碳素平均年净固定量均为:Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ>Ⅴ>Ⅳ>Ⅵ,年固碳量分别为11.30、11.23、8.45、6.40、5.64、5.45t C·hm-2·a-1,相当于年同化CO2量41.41、41.17、30.99、23.47、20.69、20.00t CO2·hm-2·a-1。2.不同施肥处理毛竹林活性有机碳变化规律(1)施肥降低土壤MBC含量,下降幅度为16.44%~28.69%。0-100cm土层MBC平均含量排列顺序为:Ⅵ(118.47mg·kg-1)>Ⅳ(98.99mg·kg-1)>Ⅰ(92.46mg·kg-1)>Ⅴ(91.06mg·kg-1)>Ⅱ(86.25mg·kg-1)>Ⅲ(84.48mg·kg-1)。土壤微生物生物量碳表现出明显的季节动态,7月和10月MBC含量均显著高于1月和4月。(2)施肥降低土壤HWC含量,下降幅度为4.99%~23.54%。0-100cm土层HWC平均含量排列顺序为:Ⅵ(641.29mg·kg-1)>Ⅰ(609.30mg·kg-1)>Ⅳ(587.13mg·kg-1)>Ⅴ(562.88mg·kg-1)>Ⅲ(559.16mg·kg-1)>Ⅱ(490.35mg·kg-1)。土壤热水浸提有机碳表现出明显的季节动态,但不同施肥处理之间规律性不一致。(3)施肥降低土壤ROC含量(除处理Ⅰ),降低幅度为-7.82%~20.08%。0-100cm土层ROC平均含量排列顺序为:Ⅰ(5.10g·kg-1)>Ⅵ(4.73g·kg-1)>Ⅲ(4.39g·kg-1)>Ⅱ(4.32g·kg-1)>Ⅳ(4.06g·kg-1)>Ⅴ(3.78g·kg-1)。土壤易氧化态碳表现出明显的季节动态,均以10月份最高,1月份次之,4月和7月较低。(4)施肥有利于土壤中轻组有机质含量的积累,提高幅度为13.37%~59.30%。0-100cm土层LFOM平均含量排列顺序为:Ⅲ(2.74g·kg-1)>Ⅰ(2.22g·kg-1)>Ⅱ(2.20g·kg-1)>Ⅳ(1.95g·kg-1)>Ⅴ(1.72g·kg-1)=Ⅵ(1.72g·kg-1)。(5)不同土壤活性有机碳占总有机碳的比率为:ROC>LFOM>HWC>MBC。其中ROC的比例介于29.00%~37.80%,LFOM介于11.01%~22.93%,HWC介于4.11%~4.84%,MBC介于0.68%~0.82%。不同形式活性有机碳均随土层加深呈现下降趋势,表层富集现象明显。土壤总有机碳、微生物量碳、热水浸提有机碳、易氧化态碳及轻组有机质之间均达到极显著相关水平,相关系数介于0.708~0.964。(6)以不施肥毛竹林各土层为参照土壤,计算出混交经营对毛竹林各土层土壤碳库指数(CPI)、碳库活度(L)、碳库活度指数(LI)、氧化稳定系数(KOS)和碳库管理指数(CMI),CPI介于0.83~0.99之间,LI介于0.92~1.15之间,KOS介于1.65~2.06之间,CMI介于77.32~112.36之间。表明处理Ⅰ对土壤具有培肥作用,处于良性管理状态。3.不同施肥处理毛竹林总呼吸及组分呼吸变化规律。(1)不同施肥处理毛竹林土壤总呼吸、根呼吸、凋落物呼吸、矿质呼吸均表现出一定的月动态特征,且呈单峰型曲线。(2)六种处理(Ⅰ~Ⅵ)毛竹林地土壤总呼吸、根呼吸、凋落物呼吸、矿质呼吸年平均速率为3.57~3.96、1.15~1.69、0.86~1.21、1.05~1.49μmol·m-2·s-1。施肥处理增大了毛竹林土壤总呼吸、矿质呼吸,根呼吸(除处理Ⅲ),降低了凋落物呼吸。(3)根呼吸、凋落物呼吸、矿质呼吸对总呼吸的贡献率均具有一定的季节性变化。根呼吸年平均贡献率分别为42.14%、44.08%、31.40%、42.41%、39.76%、39.04%;凋落物呼吸年平均贡献率分别为23.48%、22.50%、29.06%、30.47%、26.69%、31.80%;矿质呼吸年平均贡献率分别为34.99%、33.59%、39.79%、27.12%、33.85%、29.17%。(4)土壤呼吸及组分呼吸与5cm土壤温度、土壤湿度均呈指数相关,土壤总呼吸,矿质呼吸相关性要高于根呼吸与凋落物呼吸。土壤呼吸及组分呼吸Q10介于1.30-2.13。处理Ⅰ增强了土壤呼吸与根呼吸的敏感性,处理Ⅱ-Ⅴ降低了土壤呼吸与根呼吸的敏感性,施肥处理均降低了凋落物呼吸和矿质呼吸的敏感性。4.不同施肥处理毛竹林生态系统碳平衡处理Ⅰ~Ⅵ土壤总呼吸年释放量分为13.67、14.18、14.41、14.96、14.10、13.51tC·hm-2·a-1,相当于年CO2释放量为49.55~54.84t CO2·hm-2·a-1,其中根呼吸年释放量为18.20~23.36t CO2·hm-2·a-1,凋落物呼吸年释放量为11.96~16.82t CO2·hm-2·a-1,矿质呼吸年释放量为14.53~20.61t CO2·hm-2·a-1。年初级净生产力(NPP)分为12.60、9.79、12.86、6.31、7.13、6.25t C·hm-2·a-1。不同施肥处理下生态系统净生产力(NEP)不同,Ⅰ~Ⅵ生态系统净生产力分别为4.71、1.47、2.79、-2.28、-1.21、-2.29t C·hm-2·a-1,表现为:Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅴ>Ⅳ>Ⅵ,施肥毛竹林高于不施肥毛竹林,施肥5年毛竹林优于施肥1年毛竹林,且以施用5年毛竹林专用肥效果最佳。