楊樹人工林皆伐對(duì)生態(tài)系統(tǒng)CH4、CO2和水汽通量的影響.pdf

1、采伐和更新是人工林經(jīng)營(yíng)的重要環(huán)節(jié)，它往往會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)過程發(fā)生巨大變化，這給人工林在減緩氣候變化方面的功能帶來(lái)極大的不確定性。為揭示灘地楊樹人工林皆伐對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳、水通量的影響及調(diào)控機(jī)理，為該區(qū)域楊樹人工林經(jīng)營(yíng)管理和生態(tài)價(jià)值評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)，特開展了灘地楊樹人工林皆伐與更新期間的碳水通量觀測(cè)研究。本文以湖南省岳陽(yáng)市長(zhǎng)江灘地楊樹（Populus deltoides）人工林為研究對(duì)象，以渦度相關(guān)法為主要研究手段，對(duì)楊樹人工林皆伐前后

2、的CH4、CO2和水汽通量進(jìn)行為期四年多（2010-2013年）的長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)研究。
　　本研究結(jié)果顯示，灘地楊樹人工林的皆伐對(duì)生態(tài)系統(tǒng)CH4、CO2和水汽通量均產(chǎn)生了較大影響，其具體表現(xiàn)為:
　　(1)皆伐改變了生態(tài)系統(tǒng)CH4的源匯功能。皆伐使生態(tài)系統(tǒng)CH4吸收強(qiáng)度減弱，并最終轉(zhuǎn)變成長(zhǎng)期的CH4源。采伐后非淹水期CH4排放強(qiáng)度為0.11±0.08 mmolm-2d-1，而淹水期的排放強(qiáng)度為2.17±1.16 mmolm-2

3、d-1，最大為～4.4 mmolm-2d-1。
　　(2)灘地非淹水期和淹水期CH4通量的主要調(diào)控因子不同。未淹水期間，研究區(qū)CH4通量主要受地下水位、土壤含水量、大氣湍流狀況等共同調(diào)節(jié)，因而CH4通量的日變化和季節(jié)變化規(guī)律均不明顯。而淹水期間，淹水深度是CH4通量最主要的調(diào)控因子，且當(dāng)水位達(dá)～1.2 m時(shí)CH4排放強(qiáng)度達(dá)到峰值（～40nmol m-2 s-1），因而研究區(qū)CH4通量的年際變化很大程度由淹水狀況決定。
　　(

4、3)皆伐對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的CO2凈交換產(chǎn)生了重大影響，表現(xiàn)為采伐后生態(tài)系統(tǒng)立即從CO2匯轉(zhuǎn)變成CO2源，但于翌年生長(zhǎng)季開始時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯腃O2匯，期間總CO2排放量為209 g-Cm-2。采伐跡地CO2年通量(-4.60±1.90 mol m-2，2012年)僅皆伐前成熟林年通量（-83.12±8.24 mol m-2，2010年）的5.5％。林下草本植被旺盛的生長(zhǎng)力是采伐跡地較快轉(zhuǎn)變?yōu)樘紖R的主要原因。
　　(4)皆伐后ER的總量?jī)H略微

5、升高，但ER對(duì)溫度的敏感性增強(qiáng)，且ER各組分比例發(fā)生變化。采伐跡地年ER(96.41 mol m-2，2012)是成熟林(2010年)的1.07倍。以土壤溫度計(jì)算的Q10值由采伐前的2.01上升到采伐后的2.12和2.34。由于地上和地下生物量的大幅減少，土壤呼吸的比重上升到ER的94.0％，其中土壤微生物的呼吸是土壤呼吸最主要的部分。去除溫度影響后，ER與歸一化指標(biāo)指數(shù)(NDVI)呈指數(shù)關(guān)系。
　　(5)皆伐導(dǎo)致了GEP的大幅下

6、降，其中采伐跡地的年GEP（101.0 mol m-2，2012年）僅成熟林（173.5mol m-2，2010年）的58.2％。皆伐改變了生態(tài)系統(tǒng)的植被組成，進(jìn)而影響了生態(tài)系統(tǒng)光能利用效率和最大總生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力。成熟林和采伐跡地的最大光能利用效率分別為0.1和0.08 mol-CO2 mol-1，而最大總生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力分別為67.8和16.5umolm-2 s-1。采伐前后的光能利用效率和最大總生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力均與NDVI呈線性關(guān)系。<

7、br>　　(6)皆伐后，采伐跡地的ET和水分利用效率較成熟林均明顯下降。采伐跡地(2012年)年ET和水分利用效率分別為成熟林（2010年）的70.0％和85.6％。皆伐前后ET均和NDVI呈指數(shù)響應(yīng)關(guān)系。
　　(7)基于NDVI和其他因子的模型能較好的模擬各種干擾下ER、GEP和ET的動(dòng)態(tài)變化。方程如下:ER=ERref·e(B1(TS-Tref))·e(B2(NDVI-NDVIref))(5.10)GEP=α'·Par·GEP

8、max/GEOmax+α'·Par·(a+b·NDVI)(5.12)ET=(a×ETo+b)*ec*NDVI(6.1)
　　式中ERref為參考溫度和NDVI條件下的ER，Tref和NDVIref分別為參考溫度(℃)和NDVI，分別設(shè)為15℃和0.4，B1和B2均為試驗(yàn)常數(shù);α'為生態(tài)系統(tǒng)的光量子利用率(mol-CO2 mol-1光量子)，GEPmax為光量子達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的最大總初級(jí)生產(chǎn)力(mol-1 m-2)，Par為光量子數(shù)