人为干扰对崂山森林复合生态系统生物多样性和碳固存的影响研究

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中文摘要：森林是最重要的陆地生态系统之一，在保护生物多样性和促进全球碳循环中发挥着非常重要的作用。近50年来，人为干扰对森林生物多样性丧失和生态系统服务的威胁持续加剧，成为影响森林生物多样性保护和碳固存的主要因素。本研究旨在揭示人为干扰对生物多样性和碳固存的影响，并进一步探究森林碳固存的影响因素及其机制，为森林生物多样性的保护和碳固存功能的提升提供科学依据。本研究以青岛崂山北坡的森林复合生态系统为研究区域，从保护区核心区到保护区外的4个地点分别设置5个10m×10m的森林样地和果园样地，共计40个样地;保护区核心区和缓冲区内无果园样地，果园样地在邻近森林样地的试验区或农业活动区设置。每个样地内设置1个5 m×5 m的灌木样方和3个1 m×1 m的草本样方。通过样方调查获得生境特征、群落组成和人为干扰数据，森林样地共调查了间伐、火灾、到铺面道路的距离等11个人为干扰变量，果园样地共调查了凋落物清除、树木修剪、除草等12个人为干扰变量。采用德尔菲法确定了各人为干扰变量的权重，并计算了碳固存人为干扰指数(C_DI)和生物多样性人为干扰指数(B_DI)。应用相关分析、多元回归分析探究了人为干扰对森林复合生态系统生境因子、植物多样性和土壤微生物多样性的影响;应用多元回归分析和随机森林分析，揭示了人为干扰、生境因子、植物多样性、土壤微生物多样性等多重因子对森林和果园生态系统的乔木地上碳储量、乔木地下碳储量和土壤有机碳含量的影响。结果显示: (1)人为干扰对森林和果园具有显著影响，对森林主要影响其土壤理化性质、植物多样性和植物功能性状，对果园主要影响其土壤理化性质、植物多样性、植物功能性状和植物群落特征，人为干扰指标中引种植物物种丰富度和引种植物多度是最主要影响因子。在森林生态系统中，人为干扰显著降低了土壤电导率、土壤总氮含量、土壤硝态氮含量，火灾强度、植物引种、到未铺面道路的距离是主要影响因子。人为干扰对草本层和灌木层植物多样性具有显著影响。植物引种物种丰富度、植物引种物种多度、火灾强度、间伐强度是影响森林植物多样性的主要因素。人为干扰与森林植物功能性状呈显著负向相关，其中植物引种显著影响最大冠层高度，到未铺面道路的距离显著影响比叶面积，火灾强度显著影响叶干物质含量。在果园生态系统中，人为干扰显著降低了土壤总磷含量和土壤总氮含量，植物引种和间伐强度是主要影响因子。人为干扰对果园各个层次的植物多样性都具有显著影响。植物引种物种丰富度、植物引种物种多度、除草、居民点的距离和采摘强度是影响果园植物多样性的主要因素。人为干扰与果园植物功能性状呈显著负向相关，其中植物引种显著影响最大冠层高度和比叶面积，到未铺面道路的距离、到居民点的距离、采摘强度显著影响叶干物质含量。到未铺面道路的距离显著影响果园乔木植被盖度。 (2)人为干扰对森林土壤细菌多样性、森林土壤细菌和真菌的群落结构具有显著直接影响。从森林土壤细菌多样性来看，人为干扰显著提高了 Chaol指数、Shannon-Wiener指数，到未铺面道路的距离与土壤细菌Simpson指数呈显著负相关。植物引种物种丰富度和植物引种物种多度是影响森林细菌和真菌群落结构的主要因素。植物引种物种丰富度与变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetota)、担子菌门(Basidiomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)和毛霉门(Mucoromycota)的丰度显著正相关，植物引种物种多度与放线菌门(Actinobacteriota)、芽单胞菌门(Gemmatimonadota)、子囊菌门(Ascomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)的丰度显著正相关。 (3)森林乔木地上碳储量和乔木地下碳储量主要受人为干扰、质量比效应和生境因子的影响，森林土壤有机碳含量主要受土壤理化性质的影响。果园乔木地上碳储量和乔木地下碳储量主要受土壤理化性质和植物群落特征的影响,土壤有机碳含量主要受人为干扰因子和生境因子的影响。森林生态系统中，植物引种物种丰富度、最大冠层高度、比叶面积和坡向是影响森林乔木地上碳储量的主要因素。植物引种物种丰富度、土壤总氮含量、硝态氮含量、比叶面积是影响森林乔木地下碳储量的主要因素。土壤总氮含量、土壤总磷含量、土壤pH是影响森林土壤有机碳含量的主要影响因素。果园生态系统中，土壤硝态氮含量、灌木层植被盖度、土壤容重是影响果园乔木地上碳储量和乔木地下碳储量的主要因素;人为干扰、土壤总氮含量、经度是果园有机碳储量的主要影响因素，其中人为干扰、土壤总氮含量显著提高了果园土壤有机碳含量。综上所述，本研究发现植物引种、火灾强度是影响森林灌木层和草本层植物多样性的主导因子;植物引种和除草是影响果园植物多样性的主导因子;人为干扰对森林土壤微生物多样性和群落结构影响显著;植物引种、最大冠层高度、土壤总氮含量等是影响森林碳固存的主要因子;土壤硝态氮含量和人为干扰是影响果园碳固存的主要因子。因此，建议加强对森林人为干扰特别是火灾、植物引种等人为活动的管控，科学设计果园的树种配置和除草、施肥策略，提升森林复合生态系统的生物多样性水平和碳固存能力。

作者：

申硕

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关键词：

森林生态系统人为干扰生境因子植物多样性土壤微生物多样性碳固存

授予学位：

硕士

学科专业：

生物与医药

导师：

张淑萍

学位年度：

2024

学位授予单位：

山东大学

语种：

中文

中图分类号：