不同经营模式下东北红松天然次生林土壤碳氮库分析毕业论文

毕 业 论 文题目：不同经营模式下东北红松天 然次生林碳氮库分析 学 院(系): 林 学 院 专 业 : 生 态 学 班 级 : 2010 级 学 号 : 1036180124 学生姓名 : 廖 玲 玲 指导教师 : 覃 林 2014 年 6 月摘要碳和氮是土壤质量中最为重要的指标，它不仅反映土壤肥力水平，也印证着区域生态演变规律和生态建设的基本成果。东北红松天然次生林质量低下，已不能满足人口和社会发展对森林生态、经济和社会等多功能的需求，如何科学和可持续地经营和利用东北天然次生林，成为亟待解决的科学问题。本文对传统经营模式（FM1） 、目标树森林经营模式（FM2） 、调整育林法森林经营模式（FM3）和无干扰森林经营模式（FM4）对东北红松天然次生林土壤有机碳氮含量及储量进行研究。研究结果表明：在4种不同经营模式下土壤碳氮含量和碳氮储量均呈现出020cm土层显著高于2040cm和4060cm土层，土壤碳氮含量和碳氮储量都是随着土层的加深而逐渐减少。4种不同经营模式土壤层（060cm ）土壤有机碳储量大小为：目标树森林经营模式（228.64t/ha） 无干扰森林经营模式（205.36t/ha ）传统经营模式（200.56t/ha） 调整育林法森林经营模式（182.53t/ha ） ；土壤层（060cm）土壤氮储量大小为目标树森林经营模式（11.35t/ha）传统经营模式（11.17t/ha）调整育林法森林经营模式（11.06t/ha ） 无干扰森林经营模式（10.19t/ha） 。关键词：森林经营 红松天然次生林 碳储量 氮储量IAnalysis of different operation mode of Northeast Natural Korean pine forest soil carbon and nitrogen poolsAbstractCarbon and nitrogen is the most important indicator of soil quality, it not only reflects the level of soil fertility, also confirms the basic results of regional ecological evolution and ecological construction. The poor quality of the Northeast Natural Korean pine forest, has been unable to meet the population and social development demand for multifunctional forest ecological, economic and social, how scientific and sustainable management and utilization of natural secondary forest in Northeast, become urgent scientific problem. Based on the traditional forest management regime (FM1), target tree forest management regime (FM2), tree species adjusting forest management regimes (FM3) and no disturbance forest management regime(FM4) to carry on the research of Northeast Natural Korean pine forest soil organic carbon and nitrogen content of reserves. The results showed that: under 4 different operating modes of soil carbon and nitrogen content and carbon and nitrogen storage showed 020cm soil layer was significantly higher than that of 2040cm and 4060cm soil layer, soil carbon and nitrogen content of nitrogen and carbon reserves are gradually reduced along with the depth of soil. 4 kinds of different operation mode of soil layer (060cm) soil organic carbon storage size: target tree forest management regime(228.64t/ha) no disturbance forest management regime (205.36t/ha) traditional forest management regime (200.56t/ha) tree species adjusting forest management regimes(182.53t/ha); soil layer (060cm) soil nitrogen storage size the target tree forest management regime (11.35t/ha) traditional forest management regime (11.17t/ha) tree species adjusting forest management regimes(11.06t/ha) no disturbance forest management regime(10.19t/ha).Keywords: Forest management；Korea pine natural secondary forest； Carbon storage；Nitrogen storage目 录摘要 .IAbstract .II目 录 .I第一章 前言 .11.1 研究背景 .11.2 研究目的与意义 .2第二章 研究区概况 .22.1 地理 .32.2 地貌 .32.3 水文 .32.4 气候 .32.5 土壤 .3第三章 研究方法 .53.1 经营模式 .53.1.1 传统森林经营模式（FM1） .63.1.2 目标树经营模式（FM2） .63.1.3 调整育林法森林经营模式（FM3） .63.1.4 无干扰森林经营模式（FM4） .63.2 样方设置 .73.3 数据测定 .83.3.1 样品采集与测定 .83.3.2 土壤碳、氮储量计算 .8第四章 结果与分析.94.1 不同经营模式下东北红松天然次生林土壤碳库差异分析.94.1.1 土壤有机碳含量差异分析.94.1.2 土壤碳储量差异分析 .114.2 不同经营模式下东北红松天然次生林土壤氮库差异分析.12第五章 结论与讨论 .145.1 土壤有机碳含量和碳储量 .145.2 土壤全氮含量和氮储量 .15参考文献 .16致 谢 .18I0第一章 前言1.1 研究背景土壤是陆地生态系统的核心，是连接大气圈、水圈、生物圈以及岩石圈的纽带。土壤碳库是陆地生态系统碳库中最大的贮库，而且是其中非常活跃的部分。全球约有1.410181.51018g碳是以有机质形态储存于地球土壤中，是陆地植被碳库（0.510180.61018g）的23倍，是大气碳（0.751018g）的2倍 13。由于土壤有机碳储量巨大，其较小幅度的变化就有可能影响到碳向大气的排放，进而影响陆地植被的养分供应，对陆地生态系统的分布、组成、结构和功能产生深刻影响，因此土壤有机碳在全球碳循环过程中起着极其重要的作用。因此土壤有机碳在全球碳循环过程中起着极其重要的作用。土壤有机碳不仅为植被生长提供碳源，维持土壤良好的物理结构，而且以CO 2等温室气体形式向大气释放碳，以气候变暖为标志的全球变化必将影响到土壤有机碳的滞留于周转，而这些变化又将对气候变暖产生反馈作用，加速或减缓全球气温上升的速率 4。因此，全面理解土壤有机碳的性质和变化规律，不仅有助于正确评估土壤有机碳的变化方向、变化速率以及全球碳循环，而且对准确地预测气候变化以及制定应对气候变化的策略和措施具有重要意义。土壤有机碳不仅影响土壤结构，而且还影响土壤的持水性能、缓冲性能、生物多样性以及植物营养的生物有效性，环节或调节与土壤退化及土壤生产力有关的一系列土壤过程。土壤有机碳是反映土壤质量或土壤健康的一个重要指标，直接影响土壤肥力和作物产量的高低。陆地生态系统的碳在循环过程中会受到其他养分元素的制约，其中氮是主要的制约因素之一。一方面，土壤碳氮比通常被认为是土壤氮素矿化能力的标志，碳氮比低有利于微生物在有机质分解过程中的养分释放，土壤中的有效氮增加；反之，微生物在分解有机质的过程中会存在氮受限，从而与植物存在对土壤无机氮的竞争，不利于植物的生长。另一方面，植物体死亡以后，枯枝落物分解进入土壤的量和速率与植物组织中的碳氮比1又有直接关系。从而，碳素和氮素在生态系统的物质循环中被紧密的联系在一起 5。因此，研究土壤碳 68氮储量成为全球变化科学的一个重点和热点。国内外目前有关土壤中氮矿化和硝化作用研究较多，在土壤氮储量方面也有一些研究。但这些主要是针对各种土壤类型的氮储量进行的研究，如张春娜等 9对中国森林020 cm土壤表层的平均氮密度和氮库储量的研究。李明锐、沙丽清等 10对西双版纳六种常用土地利用方式的土壤氮储量的研究。孙志高等 11对三江平原不同水分带上小叶樟湿地氮的垂直分布特征的研究。张鹏等 12研究祁连山自然垂直带阴阳坡表层土壤全氮分布与海拔、地形，植被和土壤特性的关系，表明阴坡土壤的全氮含量显著高于阳坡。氮素是植物的主要养分来源之一，是植物生长不可或缺的元素，植物体内许多重要有机化合物的组成都需要有氮元素的参与。土壤固氮能力直接影响着植物的生长。陆地生态系统的氮主要以有机的形式存在，人类各种对生态系统的干扰都会影响到氮的固定 13。氮的流失不仅会导致植物生长不利，同时可以加剧水体污染。森林为陆地生态系统的主体，其土壤氮的空间分布反映了土壤养分的供给状况及其对森林植被的可利用水平，其土壤氮库的变化，直接影响着全球氮着固氮功能，研究森林土壤氮分布特征，了解森林土壤氮的吸收与利用，对于合理利用森林，提高森林的生态功能有重要作用。近十几年来，国内外生态学和土壤学家对森林碳、氮储量极为关注，并开展了大量的研究，但是由于森林类型的多样性、结构的复杂性等因素导致对森林土壤碳氮储量的估算存在较大的不确定性。1.2 研究目的与意义红松是松科松属的常绿乔木，产于中国东北长白山到小兴安岭，常与鱼鳞松、红皮云杉组成混交林。花期6月，球果第二年9-10月成熟。红松喜光性强，耐寒性强，喜微酸性土或中性土，对土壤水分要求较高，不宜过干、过湿的土壤及严寒气候。本文通过比较不同经营模式下东北红松天然次生林土壤质地、植被类型对土壤有机碳氮库的动态变化关系，研究不同经营模式下的土壤有机碳氮含量及储量分布特征，为探究东北红松天然次生林多目标经营模式提供科学依据。2第二章 研究区概况2.1 地理研究区地处小兴安岭南坡的低山丘陵地带，位于黑龙江省哈尔滨市林业局丹清河林场内（1291112925E，46314639N，见图1）。丹清河林场场界东北与南岔林业局相接，西北与朗乡林业局为邻，南、西南同烟筒山林场相毗邻，东、东南与四块石林场相连。丹清河林场境内有国家级森林公园丹清河森林公园。2.2 地貌林场东部与四块石林场交界处有四块石主峰，它的主脉伸向西北和西南直至巴兰河沿岸为止，中间形成山脉起伏的山带，坡度一般在15左右。由于巴兰河纵贯全场中部，故把全场分成河东、河西两部分。境内最高海拔1028米，最低海拔190米，平均海拔500米。2.3 水文林场境内水资源丰富，是松花江一级支流巴兰河源头主要汇水区。松花江二级支流丹清河平均河面宽10米左右，由东北向西南流入巴兰河，水流量随季节变化较大，以雨季流量最大，水面较宽。2.4 气候研究区气候属于温带大陆性季风气候。夏季气候湿润，冬季寒冷、漫长，降雨量集中在七、八月份，年降雨量600毫米左右，年蒸发量1250毫米。年日照时数2200小时，年大于10积温2300。年平均气温2。最高气温31，最低气温-35。早霜在 9月末，晚霜在5月中旬，无霜期 120天左右，始冻期为10月初，解冻期为5月初。2.5 土壤林场土壤类型有3种，即暗棕壤、沼泽土和草甸土，以暗棕壤为主。暗棕壤在林场种分布在不同的坡向和坡位，总面积为13541公顷，占林场土壤面积的94.9%，暗棕壤共分四个亚类：3典型暗棕壤：主要分布在底山丘陵，山前台地和坡度较大的阶地，A1层厚度为10-20厘米，总面积为10943公顷，占暗棕壤土类面积80.8%；原始暗棕壤：主要分布在山地，丘陵的上部、中部或坡度较陡的地段，A1层厚度9厘米以下，总面积为1648公顷，占暗棕壤土类面积的12.2%；潜育暗棕壤：主要分布在河谷地、宽平岗、台地与排水不良的地段，A1层厚度为15-25厘米，总面积为827公顷，占暗棕壤土类面积的6.1%；草甸暗棕壤：主要分布在平缓岗地、河谷阶地，A1层厚度20厘米左右，总面积为123公顷，占暗棕壤土类面积的0.9%；沼泽土：主要分布在河岸低洼地、山间沟谷低洼地和山下部小溪两侧谷地。总面积为721公顷，占该林场土壤面积的5.1%，该土类只有一个亚类，即泥炭腐殖质沼泽土，这类土壤发育在积水较深的沼泽区。2.6 植被研究区植被属于小兴安岭植被群系，原生植被是以冷杉、红松、云杉为主的针阔混交林，由于林业生产活动，原始林已衍生为次生林，因而该区的森林植被已衍生为以冷杉为主的针叶混交林和以蒙古栎、黑桦为主的次生林及胡枝子、毛榛子等植物群落。本区地处小兴安岭南坡，地形变化比较明显，因而森林的水平分布与垂直分布也比较明显。其水平分布如下：以冷杉、云杉为主的针叶混交林，面积4673公顷，蓄积69万立方米，主要分布在林场东南部及东北部火烧岗一带；以蒙古栎、黑桦为主的阔叶林，面积2196公顷，蓄积26万立方米，主要分布在河西及兔子沟一带；软阔叶林、硬阔叶林面积4765公顷，蓄积63万立方米，镶嵌分布在蒙古栎、黑桦为主的阔叶林分中；白桦树、珍贵硬阔叶混交林，面积658公顷，蓄积5万立方米，主要分布在沟谷两侧。其垂直分布如下：以臭冷杉、鱼鳞云杉为主的针叶混交林，主要分布在海拔700米以上，以中龄林为主，长势较好，比较集中；以蒙古栎、黑桦为主的阔叶林，主要分布在