川西亚高山森林土壤呼吸研究

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土壤是一个巨大的碳库,全球每年由土壤释放的CO2量,仅次于全球总初级生产力,等于或超过全球陆地生态系统的净初级生产力,远远高于化石燃料燃烧而释放的CO2,是化石燃料燃烧释放的CO2的10倍以上。土壤碳库的微小变化能显著地减缓或加剧大气中CO2的增加,进而影响气候变化。  本研究的研究区位于四川省理县米亚罗林区,以该区位于海拔2910m-3492m的桦木次生林和海拔3760m-4109m的原始冷杉林为研究对象。2010年6月,分别在海拔2910m,3135m,3300m,3492m,3760m,3919m和4109m选取样地。为了计算土壤呼吸及其组分,我们设置了对照,去凋落物和去凋落物+去根三种样地,去除根系采用的是壕沟法。根据不同样地及不同样地之间的差值来计算土壤呼吸、凋落物呼吸、地下异养呼吸、异养呼吸和自养呼吸。2010年6月,2011年7月和9月采用LI-cor8100便携式CO2分析仪(Li-Cor, Nebraska,USA)对土壤呼吸进行测量。  研究表明:(1)2010年6月,2011年7月和2011年9月,桦木次生林土壤呼吸速率的平均值分别是2.89±0.08(mean±SE)μmolCO2/m-2s-1,3.54±0.08μmolCO2/m-2s-1和2.10±0.08μmolCO2/m-2s-1。2010年6月,2011年7月和2011年9月,原始冷杉林土壤呼吸速率的平均值分别是1.92±0.13μmolCO2/m-2s-1,2.17±0.19μmolCO2/m-2s-1和2.04±0.11μmolCO2/m-2s-1。在两种植被类型中,土壤呼吸与土壤温度有显著相关关系(p<0.05),而与土壤水分无显著相关关系(p>0.05)。并且,土壤呼吸与土壤温度之间存在着显著的指数回归关系,在桦木次生林,回归方程为y=0.826*exp(0.126*x)(R2=0.695;p=0.000;n=65),在原始冷杉林,回归方程为y=1.196*exp(0.102*x)(R2=0.349;p=0.000;n=44)。这说明,在海拔高,温度低,雨量充足,水资源丰富的米亚罗林区,土壤温度是土壤呼吸的重要控制因子,而土壤水分变化对土壤呼吸影响不大。  (2)土壤呼吸沿海拔升高呈下降趋势。土壤呼吸在海拔2910m,3135m,3300m,3492m,3760m,3919m和4109m的速率分别是3.25±0.40,2.73±0.56,2.62±0.41,2.76±0.43,2.77±0.19,1.77±0.04和1.62±0.06μmolCO2/m-2s-1。尽管土壤水分、0-10cm和10-20cm土壤总碳、土壤有机碳、总氮、总磷和总钾沿海拔变化有其自身的变化规律,但是逐步多元回归分析表明这些因子与土壤呼吸沿海拔的空间变化未有显著的相关性,土壤呼吸速率(Y)沿海拔高度的空间变化只与土壤温度(x)呈显著的线性相关关系,回归方程为:Y=1.015+0.196xp<0.05,R2=0.751,n=7)。土壤温度可以解释土壤呼吸沿海拔的空间变化的75%。  (3)在桦木次生林和原始冷杉林,去除凋落物处理降低了土壤呼吸,土壤呼吸的降低可能是因为凋落物数量及土壤有机质输入下降,而这又会对土壤微生物造成影响,从而降低土壤呼吸。挖沟隔离也降低了土壤呼吸,挖沟隔离有效地切断根与树之间的联系,因此中断了光合产物向根系的运输,自养呼吸被抑制,土壤CO2通量降低。  (4)在桦木次生林,异养呼吸对土壤呼吸的百分比贡献为84%,其中67%来自于土壤有机质分解,17%来自于凋落物分解。在原始冷杉林,异养呼吸对土壤呼吸的百分比贡献为77%,其中57%来自土壤有机质的分解,20%来自凋落物的分解。很明显,异养呼吸是土壤呼吸的主要部分,而异养呼吸又主要来自于它的地下部分。  (5)在桦木次生林和原始冷杉林,自养呼吸的温度敏感性均大于异养呼吸的温度明感性。并且,土壤呼吸,自养呼吸和异养呼吸的Q10均高于1,说明该区域森林生态系统的土壤呼吸,自养呼吸和异养呼吸与土壤升温之间的正反馈关系仍然处于主导地位。
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