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土壤碳库是陆地生态系统碳库中最大的碳库,是陆地植被碳库的2-3倍。土壤碳库的稳定、增长或释放对陆地生态系统碳循环、土壤碳汇功能的发挥有重要影响。人工造林是增加陆地生态系统碳汇、减少陆地碳排放的重要途径。京津风沙源治理工程作为国家重大生态工程,对生态环境改善和固碳起到重要作用。科学量化京津风沙源地区不同树种凋落物对土壤固碳的影响对于理解人工林在生态系统土壤固碳中的作用、实施合理有效的固碳增汇管理措施有重大意义。土壤碳库影响因素多,不确定性大,是影响工程碳汇估算的主要原因。凋落物分解是影响土壤碳库的重要过程,也是土壤碳平衡研究的难点问题,因此研究针阔树种凋落物分解对土壤固碳的影响尤为必要。 本文选择京津风沙源地区的典型造林植被油松和杨树为研究对象,重点研究影响土壤固碳速率的两个重要过程——凋落物分解和土壤呼吸。探究两个过程的动态特征以及不同生物因素(树种、林龄)和非生物因素(温度、湿度)对其影响机制,精确估算并比较出油松、杨树凋落物分解对土壤固碳的影响。主要研究结论如下: 1、凋落物分解 叶片的生长方式和衰老方式决定了凋落物量的树种和季节变异,油松累积凋落物量309.27g m-2,小于杨树累积凋落物量316.47gm-2。经过225天的分解,杨树凋落物最终残余率为64.44%,小于油松凋落物最终残余率72.93%。用Olson负指数衰减模型X/X0=e-kt进行模拟得到油松、杨树的分解速率分别为0.484和0.697,针叶树种油松的分解速率小于阔叶树种杨树。 2、土壤呼吸 土壤呼吸速率呈现单峰曲线的季节变化规律,春末开始增高,到夏季达到最大,秋季开始下降。油松平均土壤呼吸速率为2.2566μmolm-2s-1,杨树平均土壤呼吸为2.0811μmolm-2s-1。土壤呼吸速率因凋落物覆盖与去除有显著差异,油松覆盖凋落物、去除凋落物平均土壤呼吸速率分别为2.8080、2.2789μmolm-2s-1,杨树覆盖凋落物、去除凋落物平均土壤呼吸速率分别为2.6158、2.1334μmolm-2s-1,覆盖凋落物下的土壤呼吸均大于去除凋落物覆盖下的土壤呼吸。林龄也是影响土壤呼吸速率的重要因素,随着林龄增大,土壤呼吸速率呈减小趋势。 3、环境因子对凋落物分解、土壤呼吸的影响 用一元三次方程对凋落物累积分解率和累积温度进行拟合,两个树种拟合效果均较好,均在累积温度到2000℃(8月)时分解速率出现转折。土壤呼吸速率与5cm土壤温度呈现极显著指数正相关关系,温度敏感性指数Q10,油松(3.60)大于杨树(2.64),即油松对温度变化更为敏感。 4、针阔树种凋落物对土壤固碳影响估算 油松、杨树(4-11月)的凋落物碳输入量分别为139.17gCm-2、126.59gCm-2。油松、杨树凋落物释放碳量分别为134.66gCm-2、112.43gCm-2。油松、杨树凋落物的固碳量为4.51gCm-2、14.16gCm-2,这对估算工程造林固碳量,评估造林效果有重要意义。