茶園土壤呼吸及其組分研究.pdf

1、土壤呼吸包括植物根系呼吸和土壤基礎(chǔ)呼吸，主要受生物因素（植被類型、植物生物量、微生物量等）和非生物因素（溫度、水分、土壤有機碳、pH等）的影響。根呼吸和基礎(chǔ)呼吸可能對氣候變化發(fā)生不同的適應性反應，因此區(qū)分土壤呼吸的組分是了解全球氣候變化背景下生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。由于研究區(qū)域和研究方法的不同使根呼吸對土壤呼吸的貢獻率變化幅度較大。茶樹屬于多年生常綠木本植物，多為林地和荒地改造而成，我國現(xiàn)有茶園面積238.5萬hm2，占世界茶園總面積

2、的62％，是第一產(chǎn)茶大國。近年來為了提高茶葉產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，每年大量施用化肥，導致茶園土壤酸化嚴重，土壤生物特性變化明顯。迄今，國內(nèi)外對茶園土壤呼吸組分的研究尚不多見。本論文選取杭州市西湖區(qū)中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所不同生產(chǎn)力和不同植茶年齡茶園土壤以及相鄰林地土壤為研究對象，時間從2013年9月到2014年10月，利用田間原位測定（封閉式動態(tài)氣室法）與實驗室培養(yǎng)相結(jié)合的方法，采用挖壕溝法區(qū)分土壤呼吸組分，對茶園土壤呼吸及其組分的影響因素進

3、行了較為系統(tǒng)的研究，獲得以下主要研究結(jié)果:
　　1.茶園（高產(chǎn)、中產(chǎn)、低產(chǎn)）和林地土壤呼吸的季節(jié)變化均呈現(xiàn)明顯的單峰曲線，與溫度的季節(jié)變化趨勢相似。土壤總呼吸、根呼吸及基礎(chǔ)呼吸與地表溫度和土深5cm溫度均呈極顯著指數(shù)關(guān)系，且后者優(yōu)于前者。土壤呼吸及其組分與土深5cm溫度的指數(shù)模型可以分別解釋四塊樣地土壤總呼吸的84％、83％、91％和83％，分別解釋根呼吸的74％、64％、81％和81％，分別解釋土壤基礎(chǔ)呼吸的73％、74％、94

4、％和32％。不同生產(chǎn)力茶園及相鄰林地土壤呼吸的溫度敏感性系數(shù)Q10值均表現(xiàn)為根呼吸＞基礎(chǔ)呼吸，且茶園土壤總呼吸的Q10值大于林地;高產(chǎn)、中產(chǎn)茶園根呼吸的Q10值大于林地，而低產(chǎn)茶園根呼吸的Q10值小于林地;高產(chǎn)、中產(chǎn)、低產(chǎn)茶園基礎(chǔ)呼吸的Q10值均大于林地。土壤呼吸與溫度模擬方程的殘差隨著溫度升高其離散程度增加，表明Q10模型在溫度較高時模擬精確度下降。高產(chǎn)、中產(chǎn)、低產(chǎn)茶園和林地土壤總呼吸的年通量分別為16.30、15.35、11.08和

5、10.71tChm-2a-1，根呼吸的年通量分別為9.00、9.25、5.50和6.63tChm-2a-1，基礎(chǔ)呼吸年通量分別為7.30、6.10、5.57和4.08tChm-2a-1。根呼吸年通量占土壤呼吸的55.12％、60.17％、49.59％和61.89％。不同生產(chǎn)力茶園及相鄰林地土壤呼吸與土壤含水量無顯著相關(guān)性。
　　2.10a、40a、100a茶園土壤呼吸的季節(jié)變化也呈現(xiàn)明顯的單峰曲線。土壤呼吸、根呼吸及基礎(chǔ)呼吸與土深

6、5cm溫度呈極顯著指數(shù)關(guān)系。土深5cm溫度可以解釋土壤總呼吸、根呼吸和基礎(chǔ)呼吸變化的81％～87％、64％～79％和53％～75％。土壤呼吸溫度敏感性系數(shù)Q10值均表現(xiàn)為根呼吸＞基礎(chǔ)呼吸，10a茶園土壤總呼吸的Q10值大于100a茶園，40a茶園Q10值最小;根呼吸的Q10值以100a茶園最大，40a茶園最小;土壤基礎(chǔ)呼吸的Q10值隨著年齡的增加而減少。10a茶園土壤總呼吸的年通量顯著小于40a和100a茶園，而40a與100a茶園無顯

7、著差異，分別為11.03、15.35和14.77tChm-2a-1。10a茶園根呼吸的年通量顯著小于40a和100a茶園，而40a與100a茶園無顯著差異，分別為4.81、9.25和7.83tChm-2a-1，根呼吸的年通量占土壤總呼吸年通量的貢獻率分別為43.59％、60.17％和52.55％。3塊樣地土壤基礎(chǔ)呼吸的年通量沒有顯著性差異，分別為6.22、6.10和6.94tChm-2a-1。
　　3.添加石灰可以顯著提高茶園土壤

8、pH，但使土壤水溶性有機碳顯著下降。與石灰作用相反，添加鋁離子可以降低土壤pH，減少土壤微生物量，對土壤基礎(chǔ)呼吸有抑制作用。葡萄糖與石灰作用相同可以提高土壤pH，使土壤微生物量增加，對土壤基礎(chǔ)呼吸有促進作用。添加菜籽餅和硫酸銨均使土壤pH降低，且菜籽餅使土壤微生物量和土壤基礎(chǔ)呼吸顯著增加，而硫酸銨使微生物量增加而土壤基礎(chǔ)呼吸速率減少。
　　4.茶園和林地土壤有機碳、土壤呼吸積累量、水溶性有機碳和微生物生物量碳均隨著土壤深度的增加而

9、減少，且茶園均值大于林地。在0～100cm土壤層次內(nèi)，茶園土壤質(zhì)量敏感性指標WSOC/SOC平均值、代謝商qCO2平均值均大于林地，微生物商qMBC平均值小于林地。茶園和林地土壤基礎(chǔ)呼吸速率與SOC、WSOC及MBC呈顯著正相關(guān)，向后篩選回歸模型表明對茶園土壤基礎(chǔ)呼吸的影響作用SOC＞MBC＞W(wǎng)SOC，對林地土壤基礎(chǔ)呼吸的影響作用WSOC＞SOC＞MBC。
　　5.茶園和林地土壤全氮、N2O排放速率及積累量隨著土壤層次深度的增加而

10、減少，且茶園大于林地。土壤pH值、TN、WSON、SMBN、NO3--N及NH4+-N隨著土壤層深度的增加總體呈下降的趨勢，且茶園各層TN、WSON、SMBN、NO3--N及NH4+-N顯著大于林地，pH值小于林地。茶園和林地土壤N2O排放速率與TN、SMBN及NH4+-N呈顯著正相關(guān)，而與pH的相關(guān)性均不顯著。茶園土壤N2O排放速率與WSON的相關(guān)性不顯著，而林地相關(guān)性顯著。茶園土壤N2O排放速率與NO3--N的相關(guān)性顯著，而林地相關(guān)