北亞熱帶毛竹材林土壤呼吸特征研究.pdf

1、土壤呼吸是土壤碳庫的主要輸出途徑和大氣CO2重要的源，是全球碳循環(huán)和氣候變化研究的熱點(diǎn)問題。毛竹是我國南方重要的森林資源，在全球森林面積急劇下降的今天，竹林面積卻以每年3％左右的速度在遞增，這意味著竹林將是一個(gè)不斷增大的碳匯。本項(xiàng)研究以我國北亞熱帶典型毛竹林生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用封閉式動(dòng)態(tài)氣室法測(cè)定土壤呼吸，研究土壤呼吸的的時(shí)間變化、沿海拔梯度的變化，受環(huán)境因子和森林經(jīng)營活動(dòng)的影響，明確毛竹林土壤呼吸不同組分的貢獻(xiàn)大小，并對(duì)毛竹林年呼

2、吸碳通量進(jìn)行了估算。為深入研究該區(qū)域毛竹林土壤碳循環(huán)的特征和在林分尺度上合理經(jīng)營毛竹林生態(tài)系統(tǒng)提供理論指導(dǎo)，同時(shí)也為全球CO2濃度變化研究提供微觀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和各級(jí)政府制定林業(yè)發(fā)展規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)政策及國家環(huán)境氣候談判提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)論如下：
　?。?）毛竹林土壤呼吸具有明顯的時(shí)間變化規(guī)律
　　毛竹林土壤呼吸在一年中的大部分季節(jié)（春、夏、秋）都存在明顯的日變化，日最大值分別出現(xiàn)在20:30、21:30、6:00，最大值分

3、別達(dá)到4.71、7.93、4.44μmolCO2·m-2·s-1；最小值分別出現(xiàn)在11:00、11:00、14:30，對(duì)應(yīng)的最小值為3.29、5.69、2.6μmolCO2·m-2·s-1。5和10cm的土壤溫度具有比較明顯的日變化；而20和40cm的土壤溫度在一天當(dāng)中波動(dòng)比較小，沒有明顯的日變化。土壤呼吸在春、夏、秋出現(xiàn)峰值比5cm土壤溫度的峰值分別延遲了3.5、5.5、6.5個(gè)小時(shí)。土壤濕度在各個(gè)季節(jié)都沒有明顯的日變化。毛竹林土壤呼

4、吸具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，變化曲線呈單峰型，8月份土壤呼吸達(dá)到全年最大值，為8.54μmolCO2·m-2·s-1，從9月份開始到第二年的1月份，逐漸遞減，第二年的1月份土壤呼吸為全年最低值，為0.62μmolCO2·m-2·s-1。不同深度土壤溫度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，而土壤濕度沒有明顯的季節(jié)變化，土壤呼吸的季節(jié)變化與土壤溫度的季節(jié)變化同步。
　　（2）毛竹林土壤呼吸組分貢獻(xiàn)率不同。毛竹林土壤呼吸各組分根系呼吸、凋落物呼吸、異養(yǎng)呼

5、吸都具有明顯的季節(jié)變化，且變化趨勢(shì)與土壤總呼吸基本一致，呈現(xiàn)明顯的單峰曲線，與土壤溫度季節(jié)變化趨勢(shì)基本吻合，全年中1月時(shí)最低，以后逐月增大，8月達(dá)到最高。根系呼吸、凋落物呼吸、異養(yǎng)呼吸的年貢獻(xiàn)率分別為25.7%、57%和17.3%。各組分貢獻(xiàn)率的季節(jié)變化規(guī)律不同，根系呼吸和凋落物呼吸呈現(xiàn)單峰曲線，最高值分別出現(xiàn)在6月和4月，異養(yǎng)呼吸貢獻(xiàn)率季節(jié)變化呈現(xiàn)雙峰曲線，最高值分別出現(xiàn)在10月和1月。
　?。?）模型擬合土壤呼吸和水熱因子的關(guān)

6、系
　　采用van’t Hoff指數(shù)方程來構(gòu)建溫度-呼吸模型，土壤呼吸與各層次土壤溫度均具有極顯著的的指數(shù)回歸關(guān)系，回歸方程的R2都比較高，從0.937到0.977。土壤呼吸對(duì)溫度的敏感性指數(shù)Q10在不同深度略有不同，Q10值從2.97—4.52。土壤呼吸各組分（根系呼吸、凋落物呼吸、異養(yǎng)呼吸）與各層次土壤溫度均具有極顯著的的指數(shù)回歸關(guān)系，回歸方程的R2都比較高，從0.84到0.95。土壤呼吸各組分對(duì)溫度的敏感性不同，根系呼吸、凋

7、落物呼吸、異養(yǎng)呼吸的Q10均值分別為3.77、4.03、4.7。采用線形模型、對(duì)數(shù)模型和冪指模型來擬合土壤含水量和土壤呼吸的關(guān)系，土壤呼吸與5、20、40cm處的土壤含水量有極顯著的的相關(guān)關(guān)系，但與10cm處的土壤含水量的三種模型都不顯著。三種模型方程的R2最高的是冪指模型，與5、20、40cm處形成的冪指模型的R2分別為0.615、0.519和0.623，比線性模型和對(duì)數(shù)模型的都要高，所以說明冪指模型比較適合對(duì)土壤含水率和土壤呼吸的關(guān)

8、系的擬合。土壤呼吸各組分與土壤濕度的關(guān)系不同，根系呼吸、異養(yǎng)呼吸與5、20、40cm處的土壤含水量有顯著的相關(guān)關(guān)系，凋落物呼吸與5、20、40cm處的土壤含水量呈極顯著的相關(guān)關(guān)系。各組分與10cm處土壤含水量關(guān)系均不顯著。同樣是冪指模型的擬合程度最高。采用線性雙因子模型和指數(shù)-冪指雙因子模型對(duì)土壤呼吸和不同深度的土壤溫度和土壤含水率進(jìn)行擬合，結(jié)果表明，指數(shù)-冪指模型能夠很好地?cái)M合土壤溫度、土壤濕度與土壤呼吸的關(guān)系，R2在0.956-0.

9、981之間。土壤呼吸各組分與土壤溫度和含水率的雙因子模型采用線性雙因子模型，R2在0.815-0.926之間。雙因子模型對(duì)土壤總呼吸的擬合比單因子模型要好，但對(duì)土壤呼吸的不同組分，雙因子方程的R2比單因子溫度-呼吸模型方程的R2還要低，說明溫度-呼吸單因子模型足以解釋土壤呼吸不同組分的變化，土壤呼吸不同組分受土壤溫度變化的影響比較大。
　?。?）不同海拔土壤呼吸差異顯著
　　本研究從120-640m的海拔跨度研究了不同海拔土

10、壤呼吸的變化，結(jié)果表明不同海拔土壤呼吸差異極顯著（P<0.01），隨著海拔升高，呼吸值逐漸降低。通過對(duì)主要環(huán)境因子（空氣溫度、土壤溫度、土壤含水率、大氣CO2濃度、土壤容重、土壤有機(jī)碳、土壤全氮、土壤有效磷、土壤速效鉀）等與土壤呼吸釋放的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析，空氣溫度、土壤溫度與土壤呼吸間均表現(xiàn)出極顯著的指數(shù)關(guān)系(R2=0.97, P<0.01)，土壤容重、土壤含水率與土壤呼吸間表現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2=0.2701、0.4848)；大

11、氣CO2濃度與土壤呼吸之間表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系（R2=0.7141，P<0.01）。通過主成分分析，空氣溫度、土壤溫度、土壤有效磷含量、土壤容重、土壤有機(jī)碳含量、土壤速效鉀含量等6個(gè)因子的累積貢獻(xiàn)率為92.27%，其中空氣溫度—土壤溫度主成分的貢獻(xiàn)率為47.01%。不同海拔土壤呼吸對(duì)溫度的敏感性不同。各海拔點(diǎn)的Q10值在3-4之間，除了433m處外，總體上隨海拔上升，Q10降低，海拔最低點(diǎn)120m處Q10為3.96，640m處Q10

12、為3。
　?。?）不同施肥處理造成土壤呼吸差異極顯著
　　不同施肥處理造成土壤呼吸差異極顯著（P<0.01）。施用有機(jī)肥的土壤呼吸最高，達(dá)到5.62μmol CO2·m-2·s-1，其次為同時(shí)施用有機(jī)肥和無機(jī)肥的處理，為5.03μmol CO2·m-2·s-1，施用無機(jī)肥的為4.35μmol CO2·m-2·s-1，都比對(duì)照不施肥的3.42μmol CO2·m-2·s-1要高。導(dǎo)致土壤呼吸差異極顯著的直接原因是施肥造成土壤有

13、機(jī)碳含量差異極顯著（P<0.01）。
　　不同施肥處理對(duì)土壤呼吸對(duì)溫度敏感性影響較小。各個(gè)施肥處理的Q10值都集中在1.12-1.14。
　?。?）對(duì)研究區(qū)域的毛竹林土壤呼吸年通量進(jìn)行了估算
　　該研究區(qū)域內(nèi)，毛竹林根系呼吸年通量為404.76g C·m-2·a-1，異養(yǎng)呼吸年通量為246.214g C·m-2·a-1，凋落物呼吸為726.789g C·m-2·a-1。土壤總呼吸通量隨海拔不同從526.83-1377.