東北天然次生林生態(tài)系統(tǒng)地下碳動(dòng)態(tài)研究.pdf

1、東北地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)因其面積大，碳貯量高而在本地區(qū)和我國(guó)碳平衡中占有重要的地位。土壤表面CO2通量(RS)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)向大氣圈釋放的主要CO2源，其時(shí)空變化直接影響到區(qū)域碳循環(huán)。土壤有機(jī)碳是高緯度地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)，是森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)極其重要的組成部分。研究東北東部天然次生林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)地下碳動(dòng)態(tài)—碳貯量和土壤表面CO2通量的時(shí)空變化，直接影響到本地區(qū)和我國(guó)的碳平衡，因而具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本研究采用紅外氣體分析法

2、測(cè)定東北東部天然次生林區(qū)6個(gè)典型森林生態(tài)系統(tǒng)(蒙古櫟林、紅松林、落葉松林、硬闊葉林、雜木林和楊樺林)的土壤表面CO2通量，利用挖壕法(Trenchingplot)區(qū)分根系的自養(yǎng)呼吸和土壤動(dòng)物和微生物的異養(yǎng)呼吸。對(duì)土壤溫度、濕度、土壤呼吸和根呼吸(RA)的季節(jié)動(dòng)態(tài)進(jìn)行深入分析，探討土壤水熱因子對(duì)土壤表面CO2通量和異養(yǎng)呼吸(RH)的影響，比較分析植被狀況對(duì)土壤表面CO2通量及其分量的影響；利用土壤剖面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和有機(jī)碳含量，估算土壤有機(jī)碳貯

3、量。研究結(jié)果表明： 影響RS和RH的主要環(huán)境因子是土壤溫度、土壤濕度及其交互作用，但其影響程度因生態(tài)系統(tǒng)類型和土壤深度而異。在整個(gè)生長(zhǎng)季中，不同生態(tài)系統(tǒng)類型的土壤溫度差異不顯著，而土壤濕度的差異顯著(a=0.05)。蒙古櫟林、紅松林、落葉松林、硬闊葉林、雜木林和楊樺林的RS的變化范圍分別為：1.89～5.233μmolCO2·m-2·s-1、1.09～4.66μmolCO2·m-2·s-1、0.95～3.52μmolCO2·m-

4、2·s-1、1.13～5.97μmolCO2·m-2·s-1、1.05～6.58μmolCO2·m-2·s-1和1.11～5.76μmolCO2·m-2·s-1其根系呼吸貢獻(xiàn)率(RC)變化范圍分別為：34.31～37.36％、33.78～37.02％、14.39～35.75％、32.40～51.44％、17.94～47.74％和39.72～46.65％。森林生態(tài)系統(tǒng)的土壤表面CO2通量和RC的季節(jié)動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)單峰曲線，但是二者驅(qū)動(dòng)因子可能有

5、差別。土壤呼吸主要受土壤溫度和濕度的共同驅(qū)動(dòng)；而土壤溫度和植被根系物候是影響RC的季節(jié)動(dòng)態(tài)的主要因子。不同森林生態(tài)系統(tǒng)的Q10波動(dòng)范圍為2.32～3.55。除硬闊葉林外，其它5個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)的Q10隨土壤濕度的升高而增大；但超過(guò)一定的閾值后(硬闊葉林)，土壤濕度對(duì)Q10起一定的抑制作用。包括土壤溫度、濕度及其相互作用的預(yù)測(cè)模型分別可以解釋RS和RH的67.5～90.6％和46.5～71.5％的變異。利用這些模型，對(duì)土壤表面CO2通量及其

6、組分的年通量作了估算。不同生態(tài)系統(tǒng)間的RS、RH和RA年通量存在著顯著性差異。不同生態(tài)系統(tǒng)的RS年通量依次為：雜木林951gC·m-2·a-1；硬闊林892gC·m-2·a-1；楊樺林812gC·m-2·a-1；蒙古櫟林678gC·m-2·a-1；紅松林596gC·m-2·a-1；落葉松林451gC·m-2·a-1各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)RH年通量都顯著地高于RA年通量，二者變化范圍分別為337～540gC·m-2·a-1和88～331gC·m-2

7、·a-1。 闊葉林和針葉林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳含量變化范圍分別為：52.63～66.29g·kg-1和42.15～49.15g·kg-1；平均土壤有機(jī)碳密度分別為15.57kg·m-2和17.16kg·m-2；平均土壤碳周轉(zhuǎn)時(shí)間分別為32年和48年。RS、RH和RA年通量與土壤有機(jī)碳含量呈顯著正相關(guān)，但其相關(guān)程度因土層而異(R2=0.747～0.933)。同一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，土壤有機(jī)碳含量隨土壤深度增加而降低，而土壤碳密度和土壤有機(jī)