北帶馬尾松林土壤呼吸的模型模擬.pdf

1、土壤呼吸作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳素循環(huán)的一個(gè)重要過(guò)程，是土壤與大氣碳交換的主要途徑，也是目前碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。森林土壤呼吸主要由植物的根系呼吸、土壤微生物呼吸和土壤動(dòng)物呼吸組成，與土壤溫度、濕度、土壤有機(jī)質(zhì)等非生物因子及森林植物根系分布、微生物種群等生物因子密切相關(guān)。弄清土壤呼吸組分的量化、作用機(jī)理及預(yù)估模型對(duì)于研究全球碳循環(huán)具有極為重要的價(jià)值。馬尾松是我國(guó)針葉樹種中用途廣泛的鄉(xiāng)土樹種，通常作為我國(guó)南方山地造林和植被恢復(fù)的先鋒樹種。

2、本研究選擇分布廣泛的馬尾松林開展土壤呼吸研究及模型模擬具有重要的實(shí)際意義。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)馬尾松林土壤呼吸及影響因素進(jìn)行測(cè)定和分析，確定影響馬尾松林土壤總呼吸及組分呼吸的主要因素及作用規(guī)律，并建立多因素耦合的土壤呼吸預(yù)估模型。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　　 (1)馬尾松土壤呼吸存在明顯變異。時(shí)間尺度上土壤呼吸表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化，其中馬尾松異養(yǎng)呼吸是影響該樣地土壤呼吸時(shí)間變化的主要組分。而空間尺度上，不同樣點(diǎn)之間土壤呼吸同樣存在明顯差異。

3、方差分析結(jié)果顯示，土壤總呼吸速率存在極顯著的差異(P<0.01)，根呼吸速率存在極顯著差異(P<0.01)，異養(yǎng)呼吸速率的差異性不顯著(P>0.05)，由此根呼吸是造成馬尾松土壤呼吸空間差異的主要組分。
　　 (2)馬尾松土壤呼吸與影響因素之間的相關(guān)關(guān)系不同。根呼吸僅與土壤5cm溫度表現(xiàn)出極顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與其他影響因素的關(guān)系不明顯(P>0.05)。異養(yǎng)呼吸與土壤5cm溫度、細(xì)根生物量和凋落物量均表現(xiàn)出極顯著的正相

4、關(guān)(P<0.01)，而與土壤5cm濕度、土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著的相關(guān)性(P<0.05)。土壤總呼吸則與土壤5cm溫度、細(xì)根生物量、凋落物量都呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，與土壤有機(jī)質(zhì)呈顯著相關(guān)(P<0.05)，而與土壤5cm濕度、土壤微生物關(guān)系不明顯(P>0.05)。
　　 馬尾松土壤呼吸對(duì)土壤5cm溫度變化的敏感性不同。土壤總呼吸、根呼吸及異養(yǎng)呼吸的Q10值分別為2.034、1.419、2.484，表明馬尾松異養(yǎng)呼吸對(duì)土壤5cm

5、溫度變化的敏感性最強(qiáng)，其次是土壤總呼吸，根呼吸敏感性最弱。
　　 (3)單因素對(duì)馬尾松土壤呼吸各組分的作用規(guī)律不同。土壤5cm溫度與馬尾松根呼吸成線性回歸模型RA=0.249+0.024T(R2=0.033，P=0.035)，與異養(yǎng)呼吸呈指數(shù)模型RS=0.173e0.103T(R2=0.696，P=0.000)，與土壤總呼吸成指數(shù)模型RT=0.411e0.080T(R2=0.540，P=0.000)。土壤5cm濕度僅與異養(yǎng)呼吸呈

6、冪函數(shù)關(guān)系RS=2.327*TW0.808(R2=0.066，P=0.001)。細(xì)根生物量與異養(yǎng)呼吸存在二次方關(guān)系RS=0.737+0.506W+0.074W2(R2=0.284，P=0.000)，而與土壤總呼吸存在冪函數(shù)關(guān)系RT=1.932*W0.445(R2=0.238，P=0.000)。冪函數(shù)關(guān)系較好地?cái)M合了凋落物量與異養(yǎng)呼吸(RS=0.739*M0.210(R2=0.115，P=0.002))和總呼吸的關(guān)系(RT=1.363*M

7、0.161(R2=0.102，P=0.004))。土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)異養(yǎng)呼吸(RS=0.070℃0.722(R2=0.175，P=0.014))和土壤總呼吸(RT=0.213℃0.572(R2=0.182，P=0.038))的作用規(guī)律也表現(xiàn)為冪函數(shù)模型。
　　 (4)馬尾松土壤呼吸多因素模型效果優(yōu)于單因素模型。多元回歸擬合得出異養(yǎng)呼吸指數(shù)模型RS=0.397*e0.100T*e-2.236TW*e0.048W(R2=0.917，P

8、=0.000)效果最優(yōu)，多因素相互作用共同解釋了91.7%的異養(yǎng)呼吸變異。馬尾松土壤總呼吸的冪函數(shù)模型RT=0.018*T1.313*M0.013*W0.079℃0.200(R2=0.752，P=0.000)解釋了土壤總呼吸變異的75.2%。
　　 (5)地上林木因子與地下細(xì)根生物量之間存在冪函數(shù)關(guān)系W=0.007*(∑D2/L)0.65*T1.284(R2=0.466，P=0.001)，該函數(shù)關(guān)系較好的表示了該樣地內(nèi)0-50c

9、m深度細(xì)根生物量與胸徑、距離及土壤溫度的關(guān)系，為分析地下部分生物量對(duì)土壤呼吸的影響提供了簡(jiǎn)易的方法。
　　 (6)指數(shù)函數(shù)RT=0.5701*e0.052T*e0.002Rf*e3.067(D∧2/L)(R2=0.669，P=0.000)能較好的擬合該地區(qū)氣象因子及林分結(jié)構(gòu)因子與馬尾松土壤呼吸的關(guān)系，各因素共同解釋了土壤呼吸66.9%的變異。
　　 (7)單因素回歸模型在95%置信區(qū)間下精度較低，只有溫度模型精度達(dá)到70