【摘 要】
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利用森林生态系统来增加陆地生态系统碳储量,已成为当前和今后调节和控制大气CO_2浓度,减缓全球变暖速度的主要措施之一。杉木是我国亚热带区域分布最广的人工林,其碳吸存动态直接影响该区域碳平衡。随着我国林业战略的转变,人工林也逐渐从木材生产向生态公益转变,如何评估人工林的固碳潜力是当前学术界关注的焦点。当前杉木人工林比例主要以中、幼林为主,生产力相对较低。在林业生产实践中,定向培育大径材是增加森林蓄积
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利用森林生态系统来增加陆地生态系统碳储量,已成为当前和今后调节和控制大气CO2浓度,减缓全球变暖速度的主要措施之一。杉木是我国亚热带区域分布最广的人工林,其碳吸存动态直接影响该区域碳平衡。随着我国林业战略的转变,人工林也逐渐从木材生产向生态公益转变,如何评估人工林的固碳潜力是当前学术界关注的焦点。当前杉木人工林比例主要以中、幼林为主,生产力相对较低。在林业生产实践中,定向培育大径材是增加森林蓄积量和提升人工林质量的有效措施,然而当前对其生态效益的研究却鲜有报道。研究选择定向培育40年林龄（1979-1981栽植）的杉木人工林为研究对象,随机设置了4个样地（20m×20m）,于2018.12至2019.12分冬（2018.12）、春（2019.03）、夏（2019.06）、秋（2019.09）四季采集土壤样品分析土壤特性、微生物群落组成,并于每月月底上午9至11点间测定土壤呼吸速率,同时探讨凋落物分解、微生物群落组成、土壤酶活性和杉木人工林的生产力等,以揭示定向培育杉木人工林的碳吸存特征,为杉木人工林可持续经营和科学评估科学预测人工林的固碳潜力提供基础数据。取得的主要结果如下:（1）土壤呼吸总速率、自养呼吸速率和异养呼吸速率在季节变化上皆呈单峰变化的趋势,其中全年土壤呼吸总速率范围在1.35-4.10μmol·CO2·m-2·s-1之间,其中自养呼吸速率和异养呼吸速率占土壤总呼吸速率的平均比例分别为13.38%和86.62%;杉木人工林土壤呼吸年碳通量约为10.34±1.06t·C·hm‐2·a‐1,其中异养呼吸年碳通量约为8.98±0.92t·C·hm‐2·a‐1,自养呼吸年碳通量约为1.36±0.14t·C·hm‐2·a‐1。结合乔木层年固碳量(2.26±0.82t·C·hm2·a-1),得出其净生产力约为-8.08t·C·hm2·a-1,杉木人工林乔木层的固碳量要低于土壤呼吸碳的排放量。（2）土壤微生物及其活性特征表明:土壤酶（蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶）活性、土壤微生物总PLFAs量及其他不同种类（革兰氏阴性菌和丛植菌根真菌除外）PLFAs量和真菌/细菌（F/B）值在季节变化上差异显著（P<0.05）。相关性分析表明土壤异养呼吸速率与蔗糖酶活性、自养呼吸速率与过氧化氢酶活性呈极显著负相关（P<0.01）;土壤异养呼吸速率与革兰氏阳性菌PLFAs、放线菌PLFAs、真核生物PLFAs、和Simpson指数（D）呈显著负相关（P<0.05）,与均匀度指数（EH）呈显著正相关（P<0.05）。（3）土壤有机碳（C）、全氮（N）、全磷（P）含量在全年的含量变化范围分别为20.13-28.87g/kg、1.25-1.77g/kg、0.34-1.09g/kg,且均在季节变化上均呈显著差异（P<0.05）。C、N含量呈秋、冬>春、夏,P含量呈夏、冬>秋、春。C/N、C/P、N/P值变化范围分别为15.31-18.85、11.55-28.46、0.74-2.36,其中C/P、N/P值在季节变化上呈显著差异（P<0.05）。相关性分析表明:土壤自养呼吸速率与土壤含水率和p H值、异养呼吸速率与P含量均呈负相关关系（P<0.05）。（4）杉木人工林的凋落物分解系数平均值为在0.048±0.005之间,分解50%的年限为1.068±0.050a,分解95%的年限为2.085±0.115a之间;凋落物经1a分解后,干质量残留率为54.77±2.37%,凋落物分解过程中,其C/N、C/P、N/P值变化分别为2.96-13.55、2.84-17.85、1.10-1.60,且在季节变化上呈显著差异（P<0.05）。凋落物C的年归还量为1.91t/hm2·a-1。综上所述,定向培育的杉木人工过熟林的乔木层的固碳量小于土壤呼吸碳的排放量。因此,在定向培育杉木人工林的经营管理中,采取加强林下植被的管理或套种经济作物等措施,可以提高该人工林生态系统的固碳能力。
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