毛竹林土壤呼吸及其三個(gè)生物學(xué)過程的時(shí)空格局變化研究.pdf

1、土壤呼吸即土壤表面CO2釋放量，包括植物根系呼吸、土壤微生物呼吸和土壤動(dòng)物呼吸等三個(gè)生物學(xué)過程。土壤呼吸及其三個(gè)生物學(xué)過程變異機(jī)理將直接反應(yīng)陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸的強(qiáng)弱，并對(duì)植物生長(zhǎng)及生態(tài)系統(tǒng)碳平衡產(chǎn)生影響。因此，森林生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸及組分分離、量化是當(dāng)前碳循環(huán)研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。本研究采用LI-Cor-8100開路式土壤碳通量測(cè)量系統(tǒng)，結(jié)合壕溝法排除根系，電棒+衛(wèi)生球法排除土壤動(dòng)物等，對(duì)毛竹（phyllostachys edulis

2、）林200m、400m和700m海拔的土壤呼吸及其三個(gè)生物學(xué)過程的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化展開研究，精確區(qū)分、量化各組分呼吸在土壤總呼吸中的貢獻(xiàn)率，同時(shí)測(cè)定空氣溫度、土壤溫度及土壤含水率等環(huán)境因子，毛竹林地下根系生物量、土壤動(dòng)物類群及微生物生物量（碳）等生物因子，確定土壤總呼吸及其三個(gè)生物學(xué)過程呼吸的影響因子，結(jié)果表明：
　?。?）3個(gè)海拔毛竹林土壤總呼吸及組分呼吸晝夜變化均與空氣溫度、土壤溫度晝夜變化相類似，呈單峰曲線，最小值均出現(xiàn)在晚間0

3、2:00左右，但最大值出現(xiàn)的時(shí)間有一定差異?？偤粑逯党霈F(xiàn)在下午15:00左右，根系呼吸在中午11:00達(dá)到最大值，土壤微生物呼吸晝夜變化較為平緩，最大值出現(xiàn)在中午11:00~15:00，土壤動(dòng)物呼吸最大值也出現(xiàn)在中午11:00~15:00。季節(jié)變化同樣表明土壤總呼吸及組分呼吸與土壤溫度、空氣溫度變化趨勢(shì)一致，最大值出現(xiàn)在7、8月份，最小值在11、12月?？臻g變異表現(xiàn)為隨著海拔升高，土壤總呼吸、根系呼吸及微生物呼吸均減小，而土壤動(dòng)物呼吸

4、為200m海拔最大，400m海拔最小。引起這種空間變異的原因，除了由于海拔變化引起的土壤溫濕度變化外，生物因子（根系、微生物及動(dòng)物生物量）及土壤因素也在一定程度上起到了關(guān)鍵作用。
　?。?）3個(gè)海拔2008年8月土壤總呼吸日變化范圍為3.89μmol·m-2·s-1~5.49μmol·m-2·s-1，3～12月變化范圍為3.10μmol·m-2·s-1~3.60μmol·m-2·s-1；2009年三者日均值變化范圍為3.36μmo

5、l·m-2·s-1~4.05μmol·m-2·s-1，3～11月年均值為2.58μmol·m-2·s-1~3.12μmol·m-2·s-1。由碳通量特征來看，2008年3個(gè)海拔土壤總呼吸碳釋放量為881.61g C m-2～1028.35 g C m-2，比2009年碳通量增大了12.74％~18.03%，在熱帶、亞熱帶森林土壤呼吸年通量范圍內(nèi)(345g C m-2～1520gC·m-2·a-1)。
　　根系呼吸2008年日貢獻(xiàn)率

6、為51.73%~55.53%，年貢獻(xiàn)率為33.51%~38.90%，2009年日貢獻(xiàn)率為44.95%~48.97%，年貢獻(xiàn)率34.79%~41.89%，3～12月碳通量為323.93 g C m-2～431.48 g C m-2，占土壤總呼吸的36.74%~41.96%；2009年為277.24 g C m-2～401.25 g C m-2，占土壤總呼吸的37.05%~44.70%；200m海拔最大，總碳通量比400m和700

7、m分別大3.40%和14.20%。
　　2008年200m、400m和700m海拔土壤異養(yǎng)呼吸（微生物呼吸、動(dòng)物呼吸）日貢獻(xiàn)率為42.85%~47.87%（其中微生物呼吸為35.31%~39.45%，動(dòng)物呼吸為7.54%~8.42%）；2009年為52.34%~53.43%（其中微生物呼吸為45.42%~45.52%，動(dòng)物呼吸為6.92%~7.91%。）。從年貢獻(xiàn)率來看，2008年3個(gè)海拔土壤異養(yǎng)呼吸年貢獻(xiàn)率為59.02%~65.

8、36%（其中微生物呼吸為52.07%~57.67%，動(dòng)物呼吸為6.95%~7.69%），2009年異養(yǎng)呼吸年貢獻(xiàn)率為54.60%~64.86%（其中微生物呼吸為47.41%~57.04%，動(dòng)物呼吸為7.19%~7.82%）。從年碳通量來看，3個(gè)海拔2008年3～12月異養(yǎng)呼吸碳通量為557.68g C m-2～626.63 g C m-2，占土壤總呼吸的57.36%~63.93%（土壤動(dòng)物呼吸為69.42g C m-2～87.94 g

9、C m-2，占土壤總呼吸的7.87%~8.55%，微生物呼吸為488.26g C m-2～544.75 g C m-2，占土壤總呼吸的49.49%~55.38%）；2009年3～11月異養(yǎng)呼吸碳通量為470.90g C m-2～500.93 g C m-2，占土壤總呼吸的55.12%~63.63%（土壤動(dòng)物呼吸為60.81g C m-2～74.57 g C m-2，占土壤總呼吸的8.13%~8.81%，微生物呼吸為410.18g C m

10、-2～429.12 g C m-2，占土壤總呼吸的46.99%~54.82%）。
　　2008年毛竹林土壤根系呼吸比異養(yǎng)（微生物呼吸、動(dòng)物呼吸）呼吸碳通量小195.15 g C m-2～233.75g C m-2；2009年小99.65g C m-2～193.66 g C m-2，由此我們可以看出，土壤微生物和動(dòng)物呼吸在很大程度上是土壤表面CO2通量的優(yōu)勢(shì)組成部分。
　?。?）土壤溫度與土壤總呼吸、根系呼吸、微生物呼吸和動(dòng)物

11、呼吸的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平（P<0.01）。其中土壤總呼吸與土壤不同層溫度（0~10cm，10~20cm和20~30cm）的相關(guān)性均達(dá)到顯著水平（P<0.05），與10cm處土壤溫度相關(guān)性最大，達(dá)到極顯著水平（P<0.01）。Q10量化土壤呼吸的溫度敏感性發(fā)現(xiàn)，土壤微生物呼吸溫度敏感性比根系呼吸溫度敏感性更高；土壤動(dòng)物呼吸與溫度相關(guān)性相（R2）比微生物呼吸稍有減?。≧2），但從Q10值來看土壤動(dòng)物的溫度敏感性大于根系呼吸和微生物呼吸的

12、溫度敏感性。與土壤呼吸總與土壤溫度之間的相關(guān)性比，土壤總呼吸與土壤含水量的相關(guān)性較小，但消除土壤溫度的影響后，標(biāo)準(zhǔn)化的土壤呼吸與土壤含水率相關(guān)性顯著增強(qiáng)（P<0.05）。土壤含水率是引起根系呼吸變化的重要因素之一，二者呈極顯著線性相關(guān)性(P<0.01)，而對(duì)土壤微生物和動(dòng)物呼吸的影響不大。土壤水熱雙因子模型優(yōu)于土壤溫度或含水率單因子模型，土壤溫度和土壤含水率的交互作用共同解釋了不同海拔土壤總呼吸的50%以上，根系呼吸變化的77.10％~

13、90.30％，土壤微生物呼吸的86.50%~88.90%，土壤動(dòng)物呼吸的68.30%~76.20%，表明亞熱帶毛竹林土壤組分呼吸及土壤總呼吸均受土壤溫度和土壤濕度的共同影響。
　　土壤微生物呼吸與細(xì)菌、放線菌數(shù)量呈極限值正相關(guān)關(guān)系（P﹤0.01），而與真菌數(shù)量不存在相關(guān)關(guān)系（P﹥0.05），與微生物量碳存在顯著相關(guān)性（P﹤0.05）。根系生物量、土壤動(dòng)物區(qū)系的差異也會(huì)導(dǎo)致組分呼吸大小，毛竹林地下活根根系生物量解釋了土壤呼吸的65.

14、99%~70.26%，而土壤中的主要?jiǎng)游镱惾簩?duì)土壤呼吸的影響大都達(dá)到顯著水平，土壤各類群動(dòng)物總數(shù)可以解釋土壤表面CO2釋放量的55.40%~60.10%。
　?。?）健康，較健康，亞健康和不健康4種不同健康狀況毛竹林土壤總呼吸大小為，健康林﹥較健康林﹥亞健康林﹥不健康林，多元方差分析表明4種健康狀況土壤總呼吸之間差異極顯著（P﹤0.01）。土壤微生物呼吸貢獻(xiàn)率大小為健康林﹥較健康林﹥亞健康林﹥不健康林；根系呼吸貢獻(xiàn)率大小為亞健康林