馬尾松林土壤呼吸與微生物對(duì)不同采伐方式的響應(yīng).pdf

1、森林采伐作為最主要的森林經(jīng)營(yíng)方式，對(duì)土壤碳儲(chǔ)量以及碳過(guò)程均產(chǎn)生著復(fù)雜的影響?？茖W(xué)認(rèn)識(shí)采伐干擾下森林土壤碳庫(kù)維持機(jī)制以及碳固定過(guò)程的特征，確定合理的森林經(jīng)營(yíng)措施，增加森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯，是目前國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)。三峽庫(kù)區(qū)地處長(zhǎng)江中游，是我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域。本區(qū)域馬尾松林分布面積大，但由于經(jīng)營(yíng)粗放，低產(chǎn)林大量存在。開(kāi)展三峽庫(kù)區(qū)馬尾松低產(chǎn)林經(jīng)營(yíng)試驗(yàn)，并對(duì)經(jīng)營(yíng)后林內(nèi)土壤碳儲(chǔ)量、主要碳固定過(guò)程的長(zhǎng)期連續(xù)的監(jiān)測(cè)和調(diào)查，可為進(jìn)一步探討氣候變化對(duì)于

2、土壤碳儲(chǔ)量以及養(yǎng)分循環(huán)的可能性影響和適應(yīng)性措施提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)科學(xué)經(jīng)營(yíng)馬尾松林具有重要的基礎(chǔ)理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。
　　本研究以湖北省秭歸縣九嶺頭林場(chǎng)相似立地條件下的馬尾松飛播林為研究對(duì)象，參考常規(guī)經(jīng)營(yíng)措施，選擇設(shè)計(jì)不同采伐干擾:除灌（采伐所有灌木，包括清除所有除灌產(chǎn)生的枝葉）、采伐1（采伐強(qiáng)度15％，采伐樹(shù)干，并未對(duì)枝葉進(jìn)行清除）、采伐2（采伐強(qiáng)度70％,采伐剩余物處理同采伐1）和對(duì)照，采用LI-8100土壤CO2通量測(cè)定系統(tǒng)對(duì)土

3、壤總呼吸以及呼吸組分的呼吸速率進(jìn)行為期1年的原位連續(xù)監(jiān)測(cè)，同時(shí)采用常規(guī)理化分析測(cè)定了采伐干擾后各季節(jié)土壤碳庫(kù)以及相關(guān)環(huán)境因子的變化，并采用磷脂脂肪酸以及酶底物測(cè)定法測(cè)定土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其功能對(duì)不同采伐干擾的響應(yīng)。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)觀測(cè)期內(nèi)，對(duì)照、除灌、采伐1、采伐2的土壤總呼吸速率均值依次為2.18±0.05、1.82±0.07、2.37±0.07、2.86±0.1μmolCO2m-2s-1。除灌顯著降低了土壤總呼

4、吸速率，采伐造成了土壤總呼吸速率的增加，且采伐強(qiáng)度與土壤呼吸速率增值呈正比;3種干擾處理中，僅除灌處理造成土壤年均CO2排放量的顯著降低，降低率達(dá)26.24％;而采伐處理并未造成土壤年均CO2排放量的變化。對(duì)照、除灌、采伐1、采伐2處理下土壤年均累積CO2排放量依次為2.82±0.17、2.08±0.09、2.87±0.19、2.97±0.12kgCO2m-2。土壤溫度以及土壤有機(jī)碳的變化是制約土壤總呼吸變化的主要調(diào)控因子。
　　

5、(2)通過(guò)壕溝斷根法對(duì)土壤自養(yǎng)呼吸組分(RR)和異養(yǎng)呼吸（RM）組分進(jìn)行劃分，結(jié)果表明各處理的RR的貢獻(xiàn)率在35.75％～40.44％左右，RM的貢獻(xiàn)率在59.65％～64.25％左右;與對(duì)照相比，除灌處理顯著降低了自養(yǎng)呼吸與異養(yǎng)呼吸，變化幅度分別為17％、18.9％;采伐1顯著降低了自養(yǎng)呼吸，而增加了異養(yǎng)呼吸;采伐2處理對(duì)自養(yǎng)呼吸無(wú)顯著影響，但造成了異養(yǎng)呼吸20.95％的顯著增加。同時(shí)，除灌處理顯著降低了自養(yǎng)呼吸與異養(yǎng)呼吸年均累積通量

6、，而采伐1、采伐2并未對(duì)其造成顯著影響。細(xì)根生物量以及溫度是影響自養(yǎng)呼吸的變化的主要因子，而土壤溫度是影響異養(yǎng)呼吸變化的主控因子，能解釋各處理異養(yǎng)呼吸的36.7％～88％。
　　(3)各處理土壤總呼吸以及各呼吸組分均在生長(zhǎng)旺盛期達(dá)到最大值，土壤溫度與濕度雙因子模型能夠很好解釋土壤總呼吸以及各呼吸組分的變異。對(duì)照、除灌、采伐1、采伐2土壤總呼吸敏感性指數(shù)Q10值依次為:2.18±1.09、1.65±0.07、2.20±0.09,2.

7、36±0.09。與對(duì)照（2.16±0.19）相比，除灌（2.29±0.23）和采伐2（2.18±0.15）增加了RR的土壤溫度敏感性，而采伐1（1.60±0.13）則相反;各干擾對(duì)于RM的溫度敏感性作用與RR的變化相反。觀測(cè)期內(nèi)，采伐1的RM溫度敏感性（2.41±0.14）高于對(duì)照（2.18±0.13），而除灌（1.71±0.09）和采伐2（1.99±0.08）降低了RM溫度敏感性。
　　(4)對(duì)干擾后不同時(shí)期:處理后3個(gè)月，處理

8、后12個(gè)月斷根小區(qū)與未斷根小區(qū)表層土壤(0～0cm)的微生物生物量以及群落結(jié)構(gòu)組成的調(diào)查結(jié)果顯示:處理后3個(gè)月斷根與未斷根小區(qū)各處理微生物生物量無(wú)顯著差異，除灌處理斷根與非斷根小區(qū)的革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌生物量均在處理后12個(gè)月顯著高于對(duì)照，而采伐2的斷根小區(qū)內(nèi)真菌與叢枝菌根真菌顯著高于對(duì)照;處理后3個(gè)月未斷根小區(qū)微生物群落結(jié)構(gòu)無(wú)顯著差異，處理后12個(gè)月除灌和采伐1群落結(jié)構(gòu)組成顯著區(qū)別于對(duì)照和采伐2，冗余度（RDA）分析表明，造成各處理微生物群

9、落結(jié)構(gòu)變化的主要可能環(huán)境因子是土壤溫濕度，同時(shí)植被組成的變化也是調(diào)控微生物群落結(jié)構(gòu)的重要因素。
　　(5)各干擾措施對(duì)測(cè)定的土壤酶活性均產(chǎn)生了不同程度影響:處理后3個(gè)月，各處理土壤酶活性無(wú)明顯變化規(guī)律;而12個(gè)月后，與對(duì)照相比，采伐處理（采伐1、采伐2）均造成β-葡糖苷酶活性的增加以及N-乙酰-葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶活性的降低，同時(shí)降低了氧化酶活性（過(guò)氧化物酶和酚氧化酶），除灌的過(guò)氧化物酶活性高于對(duì)照，其他土壤酶活性均低于對(duì)照

10、。土壤濕度、有機(jī)碳、微生物量碳以及土壤碳氮比是顯著影響土壤酶活性的土壤環(huán)境因子，微生物結(jié)構(gòu)中革蘭氏陽(yáng)性菌是影響土壤專(zhuān)一酶活性的主要類(lèi)群。各處理措施可能通過(guò)對(duì)環(huán)境因子的調(diào)控，改變了微生物群落結(jié)構(gòu)以及相關(guān)土壤酶活性，從而造成了不同處理土壤碳排放的變化，但具體調(diào)控機(jī)制仍需進(jìn)行進(jìn)一步研究。
　　總之，對(duì)不同采伐處理的土壤呼吸以及相關(guān)微生物因子為期1年的觀測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)除灌能夠顯著降低土壤呼吸速率以及年均碳排放量，造成微生物群落組成的顯著改

11、變，同時(shí)降低土壤酶活性（過(guò)氧化物酶除外）;采伐（采伐1和采伐2）的土壤總呼吸速率以及年均碳排放量均高于對(duì)照且隨采伐強(qiáng)度的增加而增加，僅采伐1顯著改變了微生物群落組成，采伐均增加了參與碳循環(huán)的酶活性;不同采伐處理后地上植被組成的變化、土壤溫度濕度的改變是引起土壤呼吸以及微生物變異的主要因子。但短期土壤碳排放對(duì)不同采伐干擾的響應(yīng)并不能準(zhǔn)確反映采伐對(duì)于土壤碳庫(kù)的長(zhǎng)期作用，仍需對(duì)碳庫(kù)以及相關(guān)影響因子進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)以探明不同營(yíng)林措施對(duì)土壤碳循環(huán)的影