论文部分内容阅读
本文用静态箱.气相色谱法对鼎湖山3种主要森林类型——季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松林3种温室气体CO2，CH4和N2O地表通量的昼夜变化和季节变化动态及其影响因素进行了系统的研究，探讨了温室气体通量与土壤微生物生物量、相关功能群微生物数量及其活性的关系，用土壤采气管对上述3种林型土壤中不同层次的温室气体浓度进行了全年的原位观测，并分析了土壤温室气体浓度与地表排放/吸收通量的相关性。研究结果如下：
3种林型地表CO2通量的昼夜变化不明显，阔叶林、混交林和马尾松林的地表CO2通量日变异系数分别为0.06-0.25、0.08-0.18和0.09-0.14。3种林型地表CO2通量都有相似的季节变化模式，即雨季较高而旱季较低，雨季地表CO2排放量占全年总排放量的比例分别为：阔叶林69.7％，混交林73.3％，马尾松林74.8％。阔叶林、混交林和马尾松林的地表CO2通量年平均值分别为11.37±0.84MgCO2-Cha-1a-1、9.57±0.70MgCO2-Cha-1a-1和6.03±0.75MgCO2-Cha-1a-1，统计分析表明3者之间差异达到显著水平。3种林型由凋落物分解释放的CO2对地表CO2通量的贡献均相当显著，就全年平均而言来源于凋落物分解的CO2通量占总的地表CO2通量的比例按阔叶林、混交林和马尾松林的顺序分别为：24.43％，41.75％和29.23％。3种林型不同处理地表CO2通量均与地下5cm土壤温度呈显著指数相关，Q10值变化范围在1.86-3.24之间；地表CO2通量均与0cm-10cm土壤含水量呈显著线性相关，当土壤含水量全年变异系数较大时，地表CO2通量与土壤含水量的相关性较好。
在没有降水的情况下，3种林型地表N2O通量的昼夜变化不显著，日变异系数在0.15-0.40之间。阔叶林雨季地表N2O通量明显高于旱季，而其它两种林型地表N2O通量的雨季旱季间差异不显著。除了在旱季的少数观测日，森林土壤有吸收N2O的现象外，3种林型土壤总体上为N2O的排放源，阔叶林、混交林和马尾松林的地表N2O排放通量年平均值分别为4.87±0.74KgN2O-Nha-1a-1、2.89±0.44KgN2O-Nha-1a-1和1.79±0.39KgN2O-Nha-1a-1，统计分析表明3者之间差异达到显著水平。不同林型间的N2O通量差异与森林土壤的性质有为明显的促进作用，去除凋落物后，地表N2O通量减少了27.6％。阔叶林和混交林的地表N2O通量在雨季存在明显的降雨驱动效应，统计分析显示在该地区影响森林地表N2O通量的主要因子是土壤湿度。
3种林型的地表CH4通量昼夜变化没有明显的规律，季风常绿阔叶林的地表CH4通量日变异系数在0.15-0.33之间，针阔叶混交林的日变异系数在0.23-0.48之间，马尾松林的日变异系数在0.32-0.59之间。阔叶林土壤吸收CH4通量的季节变化比较明显，表现为旱季的吸收通量显著大于雨季的：而其它2种林型土壤吸收CH4通量在旱季雨季间差异不显著。在雨季的少数观测日，森林土壤出现排放CH4的现象，但3种林型土壤总体为甲烷的汇，且阔叶林土壤汇的强度明显高于混交林和松林土壤汇的强度，差异达到极显著水平。阔叶林、混交林和马尾松林土壤年平均吸收CH4通量分别为6.94±1.85CH4ha-1a-1、4.40±1.40CH4ha-1a-1和3.73±1.16KgCH4ha-1a-1。全年而言3种林型地表CH4通量与土壤温度和湿度都没有明显相关性，而在旱季土壤温度成为控制地表CH4通量的主要因子。
有关土壤微生物的实验结果表明，3种林型土壤主要温室气体通量的差异在一定程度上取决于土壤微生物性质的差异。土壤微生物生物量，土壤氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量以及土壤硝化作用强度均以阔叶林为最高，混交林次之，马尾松林最低，说明土壤微生物特性是反映森林土壤温室气体源汇潜力的一个敏感指标。
全年总体来看，在0cm-60cm土壤深度范围内，CO2和N2O在3种林型土壤空气中的浓度都是随着土壤深度的增加而升高，CH4则是随土壤深度的增加而降低。3种林型土壤中CO2和CH4浓度的时间和空间变化很大，变动范围分别在400ppm-27000ppm和0.1ppm-4.8ppm之间；而土壤中N2O浓度的时空变异相对较小，变化范围在370ppb-4400ppb之间。就土壤CO2和N2O浓度而言，各土层都以季风常绿阔叶林的为最高，与其它2种林型之间的差异达到极显著水平；就土壤CH4浓度而言，各土层都以季风常绿阔叶林的为最低，与其它2种林型之间的差异也达到极显著水平。3种林型之间土壤温室气体浓度差异与温室气体地表排放/吸收通量差异的一致性说明，在一定程度上土壤温室气体浓度的高低可以反映森林土壤温室气体源汇功能的强弱。3种林型各土层CH4的浓度在旱季和雨季间都无显著差异，就各土层CO2和N2O浓度而言，旱季和雨季之间的差异随着森林由先锋阶段向成熟阶段的演替而越来越显著。