森林土壤碳氮磷化学计量比时空格局及其影响机制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 冯德枫 |
| 答辩日期 | 2017-05 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 导师 | 包维楷 |
| 关键词 | 亚高山森林 土壤深度 海拔-纬度 次生演替 灌丛面积 林龄 林分特征 |
| 学位专业 | 植物学 |
| 英文摘要 | 生态化学计量学是研究生态过程中化学元素比例关系及其随生物和非生物环境因子的变化规律。研究碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的时空分布格局已成为当前的热点问题。土壤C:N:P特征研究相对滞后于植物部分，尚未获得普遍性的时空分布规律，且较少涉及时空变异的环境驱动机制。同时，土壤作为森林树木生长养分资源的供应环境，其C:N:P不仅能指示土壤有机质分解和养分状况，而且还与森林群落生物量分配、多样性和生态功能等密切关联。因此，研究森林土壤C:N:P的时空变异格局及其驱动机制，能有效揭示时空维度上森林生态系统对环境梯度的响应结果及其生态功能变化。本论文利用四川森林群落调查资料，构建合适的相关数据库，聚焦如下三个科学问题：（1）森林土壤C:N:P空间变异的主导环境因素及其在土壤剖面间的差异性；（2）森林土壤C:N:P的海拔-纬度变异格局及其环境驱动机制；（3）森林次生演替早期阶段和人工林过程中，土壤C:N:P的动态变化及其影响因素。主要研究结果及结论如下：1）亚高山森林土壤C:N:P及其环境主导因素的垂直变化规律基于132个青藏高原东缘的亚高山天然林样地构建数据库，分析亚高山森林土壤C:N:P随土壤剖面（0-100 cm）的垂直分布规律；比较该区域土壤C:N:P水平空间变异中各环境（地理位置、地形、土壤和植被）因素的相对贡献率，并探讨主导因素在土壤剖面间的差异性。研究表明，青藏高原东缘亚高山森林土壤C:N:P均随着土壤深度显著下降，且土壤C:P值的下降速率快于C:N和N:P值；海拔、纬度、pH和容重是主导亚高山森林土壤C:N:P空间变异的主要环境因素，且这些因素在土壤剖面和三个化学计量比值间存在差异。2）土壤C:N:P随海拔-纬度变异格局及其驱动机制在岷山-邛崃山和沙鲁里山系，选择人类干扰较少且处于群落稳定状态的天然林样地，构建两个水热条件不同的海拔-纬度环境梯度，研究表层（0-10 cm）土壤C:N:P的海拔-纬度分布格局，以及气候（年均温、年降雨）、地形（坡度）、土壤（碳氮磷含量、pH、土壤类型和容重）、植被（森林类型、树种、生物量、叶C:N:P、凋落物C:N）等因素驱动该过程的机制。结果表明，随着海拔梯度升高，岷山-邛崃山(1183-3976 m)和沙鲁里山(2127-4292 m)两个山系的森林表层土壤C:N:P增加；随着纬度梯度升高，岷山-邛崃山(28.18°-32.74°)与沙鲁里山系(27.89°-31.72°)的表层土壤C:N:P分别呈现降低和增加趋势，这主要是由于起主导控制作用的环境因素在两者间存在差异。驱动岷山-邛崃山系土壤C、N含量随海拔-纬度梯度呈现下降趋势的主导因素是年降雨、叶与凋落物C:N和坡度；驱动沙鲁里山土壤C、N含量海拔-纬度梯度呈现增加趋势的主导因素是年均温和坡度。3）皆伐迹地演替早期-灌草丛阶段土壤C:N:P变化选择高海拔云杉原始林采伐迹地的次生演替早期-灌草丛阶段，研究表层（0-20 cm）土壤C:N:P在草地和灌丛（蔷薇、茶藨子、樱桃和高山柳）之间的演替变化趋势。研究表明，草地和灌丛之间土壤C:N的演替趋势受灌丛岛种类和发育阶段（面积大小）的影响，而灌丛的N:P和C:P总是相对高于临近草地。随着灌丛发育（面积增大），土壤C:N:P呈现线性增加的趋势，且增加速率在四个灌丛种类间没有显著差异。在相同灌丛面积情况下，茶藨子灌丛的N:P和C:P总是相对较高。因此，灌丛种类和面积影响着次生演替早期-灌草丛阶段土壤C:N:P的演替变化趋势。4）云杉人工林土壤C:N:P时间动态变化趋势随着云杉人工林林龄增大（12-42年），土壤C:N:P均随之显著减小，植物和凋落物的C:P和N:P也显著减小，而凋落物和叶片C:N则呈现增加趋势。土壤C:N:P与林下植被生物量和丰富度分别呈现显著正负相关性，还与林分水平的叶-木质部间生物量分配格局密切相关。云杉人工林不仅通过改变林下植被多样性组成影响凋落物的分解能力从而改变养分输入进土壤，而且还通过改变木质部生物量的相对分配影响树木的养分稀释能力，最终造成其土壤C:N:P随林龄呈现下降趋势。结果表明，林分特征（林下植被生物量和多样性）的改变驱动土壤C:N:P的时间动态趋势。 总之，森林土壤C:N:P及其主导环境因素均会随土壤垂直剖面发生变化，以后研究应当充分考虑土壤层次对空间变异格局的影响；水热条件差异区域森林土壤C:N:P的海拔-纬度分布格局及其驱动因素是截然不同的；森林采伐后次生演替过程中，无论是自然恢复还是人工造林，植物特征变化驱动着土壤C:N:P计量比的动态变化趋势。因而，不同空间和时间维度上的环境驱动因素和机制存在差异，从而导致森林土壤C:N:P的时空变异格局复杂多变。 |
| 学科主题 | 生态研究 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 源URL | [http://210.75.237.14/handle/351003/28754]  |
| 专题 | 成都生物研究所_生态研究 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 冯德枫. 森林土壤碳氮磷化学计量比时空格局及其影响机制研究[D]. 中国科学院大学. 2017. |
入库方式： OAI收割
来源：成都生物研究所
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