年龄序列桉树人工林碳吸存与碳-水耦合机制研究

植物的光合作用和蒸腾作用是陆地生态系统能量流动与物质循环的两个最基本的生理生态学过程，生态系统碳-水耦合机制已成为全球变化研究的主要内容之一。本项目选择年龄序列（2a、4a、6a）桉树人工林为研究对象，通过4年的定位监测，以实现对8个连续年龄段（2a-9a）桉树人工林的碳吸存与水分利用动态开展研究，探讨碳-水耦合机制。主要研究内容：（1）生态系统各分室碳库随林分年龄的变化动态，结合收获-相对生长方程与空间替代时间两种方法以提高对林木生物量的估算精度；（2）通过对森林净初级生产力、凋落物及土壤呼吸的测定，分析林分碳吸存动态；（3）基于对单木耗水量的观测，结合土壤蒸发量的测定，通过空间尺度转换估算林分耗水量；（4）通过对叶片气体交换的测定,探讨气孔导度对光合和蒸腾作用的调节机理；（5）在对森林碳吸存、水分利用和土壤微生物群落结构研究的基础上，分析探讨桉树人工林生态系统的碳-水耦合机制。

本项目以福建漳州年龄序列（2a、4a、6a）桉树人工林为研究对象，系统监测了森林碳汇动态、单木-林分-生态系统耗水规律、林下植物群落功能组成、土壤养分动态及微生物群落结构。研究结果：（1）连续年龄序列（2a、3a、4a、5a、6a）桉树人工林生态系统碳库总量分别为152.88、199.97、241.67、221.94和210.95t.hm-2。生态系统生产力分别为22.86、26.07、32.64、32.71和46.69 t.hm-2.a-1，C年固定量分别为10.37、11.72、14.98、15.02和21.51 t.hm-2.a-1，各林分土壤异养呼吸向大气释放7.56、7.64、6.45、6.27和6.26 t C.hm-2.a-1 t C.hm-2.a-1。通过数据分析，桉树林生态系统净生产力（NEP）分别为4.16、5.62、10.76、10.85和17.16 t.hm-2.a-1，而且固碳能力随林龄的增大而增大。（2）通过对林木光合作用的测定，计算了叶片尺度上的水分利用效率。不同林龄桉树人工林叶片净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率的年平均值大小顺序为：2a>4a>6a，年水分利用效率平均值分别位2.33、2.28、2.17 μmol mmol -1。随着林龄的增加，净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率逐渐降低。（3）估算了土壤和植被的耗水量，2a、4a、6a林分土壤全年蒸发量分别为318.6，336.1和248.7 mm，年蒸发散量分别为558.2，608.2和752.0 mm，表现为随林分年龄的增加，水分蒸散呈增加趋势；不同林龄的产流量分别为884.0，816.5和760.1 mm，占降水量的50.20%，46.37%和43.17%，表现为随着林龄的增加，产流量出现减少的趋势。（4）对林下灌草生物多样性的分析显示，林下物种的多样性和功能群在不同年龄段之间没有显著变化。（5）物理去除灌草降低了土壤CO2排放，但施用除草剂对土壤CO2排放无明显影响。凋落物分解在2种去除灌草方式下都显著减缓，其中物理去除灌草下凋落物分解还显著慢于除草剂处理。（6）土壤微生物多样性和群落结构在不同林龄间差异明显，林下灌草和施肥处理显著改变了土壤微生物的群落结构。总之，桉树人工林随着林龄的增加，碳汇功能增加，但是水分耗散量增加，土壤微生物和养分在其中起着调节的作用。