生物质炭和硅肥对毛竹林土壤温室气体排放及生态系统碳汇能力影响研究

论文摘要

以CO2为代表的温室气体浓度上升导致了全球气候变暖、海平面上升和生物多样性降低等全球范围内的环境问题,影响了全人类的可持续发展。森林经营增汇作为一种重要的碳减排技术手段,已经成为我国应对气候变化、履行温室气体减排承诺的重要战略选择。毛竹林作为我国亚热带森林的重要组成部分,蕴含着巨大的碳储量和固碳潜力,是我国林业应对气候变化不可或缺的重要战略资源。同时,毛竹特有的成熟过程和采伐特性使其在实施国土生态安全屏障、国家木材安全、繁荣生态文化战略以及促进山区社会经济发展中发挥着重要作用。因此,探索提升毛竹林生态系统碳汇能力的技术手段,是林业应对气候变化的必然选择,对指导我国毛竹林碳汇林业建设和实现毛竹林可持续发展具有重要的现实和研究意义。但是,长期的集约经营会导致毛竹林土壤酸化严重、土壤肥力下降、土壤结构改变、生产力下降及温室气体排放增加等后果,不利于毛竹林生态系统可持续经营。本研究利用生物质炭和高效硅肥作为外源物质,通过设置随机区组试验,布置野外毛竹林固定样地,长期观测生物质炭和硅肥的组合施入后毛竹林生态系统地上碳储量、竹叶及土壤植硅体及植硅体碳、土壤温室气体排放的动态变化,研究生物质炭和硅肥组合对毛竹林生态系统稳定性碳形态形成以及土壤温室气体排放的影响,为提高毛竹林生态系统稳定性、碳汇形成以及提升毛竹林适应气候变化能力提供科学依据。全文主要结论如下:（1）在生物质炭和高效硅肥施入的第一年,在水溶性高效硅肥Si1水平施入条件下,毛竹林立竹碳储量平均值为20.81 CO2-eq Mg hm-2,并且与对照组CK、生物质炭B1水平、生物质炭与高效硅肥组合（B1Si1、B1Si3、B3Si3）处理下毛竹立竹碳储量存在显著差异（P<0.05）;在生物质炭和高效硅肥施入的第二年,在水溶性高效硅肥Si 3水平施入条件下,样地毛竹林立竹平均碳储量达到36.60 CO2-eq Mg hm-2,与其他处理比较分析可知,水溶性高效硅肥Si3施入除了与Si1水平没有显著差异外,与其他所有处理比较都有显著增加了立竹碳储量。另外,无论是在生物质炭和硅肥施入的第一年还是第二年,生物质炭施入、高效硅肥施入以及生物质炭与高效硅肥的组合施入都不同程度的增加了毛竹林样地灌木和草本的碳储量,但是样地灌木层和草本层碳储量的增加都未达到显著水平;在生物质炭B1水平施入条件下,样地毛竹林平均土壤碳储量达到57.63 CO2-eq Mg hm-2,与对照组相比,显著增加了样地土壤碳储量;（2）生物质炭及硅肥施入的第一年,高效硅肥两个水平（Si1和Si3）显著增加了毛竹林样地竹叶植硅体含量（P<0.05）,分别增加了58.53%和75.80%;生物质炭及硅肥施入的第二年,高效硅肥Si1和Si3水平以及生物质炭和高效硅肥的组合施入各水平均显著增加了毛竹林样地竹叶植硅体含量（P<0.05）,生物质炭两个水平（B1和B3）水平处理没有显著增加毛竹林样地竹叶植硅体含量。对竹叶植硅体碳的影响方面:高效硅肥两个水平（Si1和Si3）施入只在施入的第一年显著增加了毛竹林样地竹叶植硅体碳含量（P<0.05）,其他各处理没有显著增加毛竹林样地竹叶植硅体碳含量;在生物质炭和硅肥施入的第一年和第二年,各处理均未显著增加毛竹林样地土壤0-40cm层的植硅体及植硅体碳的含量;（3）生物质炭不同施入水平（CK、B1、B3）下毛竹林样地土壤CO2排放通量呈现明显的季节性变化特征,在整个现有的试验周期内,样地土壤累计CO2排放量分别为58.03±2.13,73.05±2.74和73.44±2.45 CO2-eq Mg hm-2,与对照组CK相比,样地土壤CO2的累计排放通量分别增加了25.88%和26.55%;土壤N2O排放通量在试验周期内呈现出明显的季节性变化特征,在整个现有的试验周期内,土壤N2O累计排放通量分别为1.47±0.02,1.22±0.04和1.13±0.03 CO2-eq Mg hm-2,与对照组CK比较,土壤N2O的累计排放通量分别降低了16.98%和23.33%;土壤CH4吸收通量在试验周期内也呈现出明显的季节性变化特征,土壤CH4累计吸收量分别为0.32±0.01,0.37±0.01和0.34±0.02 CO2-eq Mg hm-2,与对照组CK相比,土壤CH4累计吸收通量分别增加了16.45%和6.70%;（4）水溶性硅肥不同施入水平（CK、Si1、Si3）下毛竹林样地土壤CO2排放通量呈现明显的季节性变化特征,在整个现有的试验周期内,样地土壤累计CO2排放量分别为58.03±2.13、40.99±1.41和40.53±1.01 Mg hm-2,与对照组CK相比,样地土壤CO2的累计排放通量分别减少了29.37%和30.15%;土壤N2O排放通量在试验周期内呈现出明显的季节性变化特征,土壤N2O的累计排放通量分别为1.47±0.02,1.00±0.03和0.89±0.02 CO2-eq Mg hm-2,与对照组CK比较,土壤N2O的累计排放通量分别降低了32.11%和39.65%;土壤CH4吸收通量在试验周期内呈现出明显的季节性变化特征,土壤CH4的累计吸收量分别为0.32±0.01,0.36±0.01和0.43±0.02 CO2-eq Mg hm-2,与对照组CK比较,土壤CH4累计吸收通量分别增加了13.55%和35.35%;（5）生物质炭和硅肥不同施入组合（CK、B1Si1、B1Si3、B3Si1、B3Si3）处理下毛竹林样地土壤CO2排放通量呈现明显的季节性变化特征,样地土壤累计CO2排放通量分别为58.03±2.12、62.64±1.81、56.49±1.39、62.56±1.89和52.44±1.35 CO2-eq Mg hm-2,与对照组CK比较,样地土壤CO2的累计排放通量分别增加了7.59%、-2.66%、7.80%和-9.63%;土壤N2O排放通量在试验周期内呈现出明显的季节性变化特征,土壤N2O的累计排放通量分别为1.47±0.08,1.15±0.07、1.07±0.06、1.15±0.05和1.12±0.07 CO2-eq Mg hm-2,与对照组CK比较,土壤N2O的累计排放通量分别降低了22.17%、27.48%、21.87%和23.91%;土壤CH4吸收通量在试验周期内呈现出明显的季节性变化特征,土壤CH4的累计吸收量分别为0.32±0.01、0.38±0.02、0.41±0.03、0.35±0.01和0.39±0.02 CO2-eq Mg hm-2,与对照组CK比较,土壤CH4累计吸收通量分别增加了18.26%、26.20%、10.08%和21.01%。（6）总的来说,在生态系统碳汇能力方面,生物质炭施入、硅肥施入和组合施入显著提升了毛竹林生态系统碳汇能力,其中硅肥对毛竹林生态系统碳汇能力提升的程度要明显好于生物质炭施入和两者的组合施入,但从硅肥肥效的发挥以及植硅体碳汇能力提升效果来看,组合施入是长时间毛竹林生态系统经营更好的选择之一。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 选题依据与研究意义
•   1.2 国内外研究现状及发展趋势
•     1.2.1 毛竹林生态系统碳储量研究进展
•     1.2.2 毛竹林造林及经营增汇技术研究进展
•     1.2.3 生物质炭和硅肥对土壤理化性质及温室气体排放影响研究进展
•     1.2.4 植硅体及植硅体碳汇研究进展
•   1.3 本研究内容、目标及技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 研究目标
•     1.3.3 技术路线
• 2 试验区域及研究方法
•   2.1 试验区概况及试验设计
•     2.1.1 试验区概况
•     2.1.2 样地布设与试验设计
•   2.2 试验测定项目与方法
•     2.2.1 土壤理化性质测定方法
•     2.2.2 毛竹林地上碳储量及土壤碳储量测定方法
•     2.2.3 毛竹林生态系统植硅体及植硅体碳测定方法
•     2.2.4 土壤有机碳组分测定方法
•     2.2.5 土壤温室气体排放通量测定方法
•   2.3 试验数据处理与分析
• 3 生物质炭和硅肥对植被碳储量及土壤碳储量的影响
•   3.1 对毛竹碳储量的影响
•   3.2 对灌木和草本碳储量的影响
•   3.3 对毛竹林土壤碳储量的影响
•   3.4 讨论
•   3.5 本章小结
• 4 生物质炭和硅肥对毛竹林植硅体碳汇的影响
•   4.1 对竹叶植硅体及植硅体碳的影响
•   4.2 对土壤植硅体及植硅体碳的影响
•   4.3 讨论
•   4.4 本章小结
• 5 生物质炭单施对毛竹林土壤温室气体排放的影响
•   5.1 生物质炭对毛竹林土壤环境和活性有机碳库的影响
•   5.2 生物质炭对土壤温室气体排放通量的影响
• 2排放通量的影响'>    5.2.1 生物质炭对土壤CO₂排放通量的影响
• 2O排放通量的影响'>    5.2.2 生物质炭对土壤N₂O排放通量的影响
• 4吸收通量的影响'>    5.2.3 生物质炭对土壤CH₄吸收通量的影响
•   5.3 土壤温室气体排放通量与土壤环境因子的关系
• 2排放通量与环境因子的关系'>    5.3.1 土壤CO₂排放通量与环境因子的关系
• 2O排放通量与环境因子的关系'>    5.3.2 土壤N₂O排放通量与环境因子的关系
• 4吸收通量与环境因子的关系'>    5.3.3 土壤CH₄吸收通量与环境因子的关系
•   5.4 讨论
• 2排放的影响'>    5.4.1 生物质炭施入对毛竹林土壤CO₂排放的影响
• 2O排放的影响'>    5.4.2 生物质炭施入对毛竹林土壤N₂O排放的影响
• 4吸收的影响'>    5.4.3 生物质炭施入对毛竹林土壤CH₄吸收的影响
•   5.5 本章小结
• 6 硅肥单施对毛竹林土壤温室气体排放的影响
•   6.1 硅肥对毛竹林土壤环境因子和活性有机碳库的影响
•   6.2 硅肥对土壤温室气体排放通量的影响
• 2排放通量的影响'>    6.2.1 硅肥对土壤CO₂排放通量的影响
• 2O排放通量的影响'>    6.2.2 硅肥对土壤N₂O排放通量的影响
• 4吸收通量的影响'>    6.2.3 硅肥对土壤CH₄吸收通量的影响
•   6.3 土壤温室气体排放通量与土壤环境因子的关系
• 2排放通量与环境因子的关系'>    6.3.1 土壤CO₂排放通量与环境因子的关系
• 2O排放通量与环境因子的关系'>    6.3.2 土壤N₂O排放通量与环境因子的关系
• 4吸收通量与环境因子的关系'>    6.3.3 土壤CH₄吸收通量与环境因子的关系
•   6.4 讨论
• 2排放的影响'>    6.4.1 硅肥施入对毛竹林土壤CO₂排放的影响
• 2O排放的影响'>    6.4.2 硅肥施入对毛竹林土壤N₂O排放的影响
• 4吸收的影响'>    6.4.3 硅肥施入对毛竹林土壤CH₄吸收的影响
•   6.5 本章小结
• 7 生物质炭和硅肥组合对毛竹林土壤温室气体排放的影响
•   7.1 组合对毛竹林土壤环境因子和活性有机碳库的影响
•   7.2 组合对土壤温室气体排放通量的影响
• 2排放通量的影响'>    7.2.1 组合对土壤CO₂排放通量的影响
• 2O排放通量的影响'>    7.2.2 组合对土壤N₂O排放通量的影响
• 4吸收通量的影响'>    7.2.3 组合对土壤CH₄吸收通量的影响
•   7.3 土壤温室气体排放通量与土壤环境因子的关系
• 2排放通量与环境因子的关系'>    7.3.1 土壤CO₂排放通量与环境因子的关系
• 2O排放通量与环境因子的关系'>    7.3.2 土壤N₂O排放通量与环境因子的关系
• 4吸收通量与环境因子的关系'>    7.3.3 土壤CH₄吸收通量与环境因子的关系
•   7.4 讨论
•   7.5 本章小结
• 8 生物质炭和硅肥对毛竹林生态系统碳汇能力的影响
•   8.1 对生态系统碳汇能力的影响
•   8.2 讨论
•   8.3 本章小结
• 9 全文结论与展望
•   9.1 全文结论
•   9.2 创新之处
•   9.3 研究展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 成果目录
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 徐林

导师: 周国模,施拥军,杜华强

关键词: 毛竹林,生物质炭,硅肥,碳储量,植硅体,植硅体碳,温室气体排放

来源: 浙江农林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,林业,林业

单位: 浙江农林大学

基金: 国家自然科学基金面上项目(31870618)

分类号: S714;S718.5

总页数: 137

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