東北典型森林土壤呼吸的時(shí)空變異.pdf

1、土壤呼吸(RS）是森林生態(tài)系統(tǒng)僅次于總初級(jí)生產(chǎn)力的第二大碳通量，在生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。由于RS起源于不同組分（自養(yǎng)呼吸，RR;異養(yǎng)呼吸，RH），并且隨著氣候因子、林齡以及森林類型轉(zhuǎn)換的變化而變化，因此即使在特定區(qū)域內(nèi)RS也展示出巨大的時(shí)空變異。黑龍江涼水國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)包括了東北地區(qū)不同經(jīng)營(yíng)方式下的典型森林類型，為量化地理限制區(qū)域內(nèi)RS在不同時(shí)空尺度上的變異并探討其控制因子提供了一個(gè)理想的研究平臺(tái)。對(duì)這些典型森林類型RS時(shí)空

2、變異的研究有助于精確評(píng)估該區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)碳源或者碳匯的強(qiáng)度。
　　本研究首先利用空間代替時(shí)間的方法分析探討森林類型轉(zhuǎn)換對(duì)RS及其不同組分的影響。闊葉紅松原始林轉(zhuǎn)變?yōu)榇紊讟辶?、落葉松人工林和紅松人工林后，RH分別增加了35％、31％和19％。平均RH與土壤有機(jī)碳密度顯著正相關(guān)(R2=0.869，P=0.045)，與土壤微生物碳相關(guān)不顯著(R2=0.287，P=0.615)。闊葉紅松原始林轉(zhuǎn)變?yōu)榇紊讟辶趾螅琑R顯著增加了（P＜0

3、.05），然而原始林和兩種人工林之間RR差異不顯著(P＞0.05)。平均RR與土壤微生物碳(R2=0.911，P=0.03)和細(xì)根和中根生物量(R2=0.891，P=0.037)顯著正相關(guān)。
　　其次，以闊葉紅松林、谷地云冷杉林、闊葉紅松擇伐林、次生白樺林、落葉松人工林和紅松人工林為研究對(duì)象，測(cè)定RS及其組分在不同時(shí)間尺度上的變異。結(jié)果展示出在日變化尺度上，除谷地云冷杉林和次生白樺林的RS和RH以及落葉松人工林的RH與土壤溫度呈顯

4、著正相關(guān)(P＜0.05）。其他林型RS及其組分與土壤溫度相關(guān)不顯著（P＞0.05）。除次生白樺林和紅松人工林外，其他林型RH日變化幅度(1.72-2.72μmol CO2m-2 s-1)和變異系數(shù)(8.0-11.5％)較小，而所有林型RR日變化幅度(0.56-3.18μmol CO2 m-2 s-1)和變異系數(shù)(36.0-45.7％)較大。各林型RS和RH的季節(jié)變化與土壤溫度相似，展現(xiàn)出單峰曲線趨勢(shì)，在7-8月達(dá)到峰值。RR季節(jié)動(dòng)態(tài)與土

5、壤溫度則有一些不同并且各林型RR季節(jié)變異系數(shù)(38.3-96.5％)要高于RS(28.0-62.3％)和RH(31.6-55.7％)。所有林型季節(jié)變化的RR(Q10=2.94-4.35)的溫度敏感性系數(shù)(Q10)要大于RH(Q10=2.41-2.64)和RS(Q10=2.48-2.80)，并且RR(R2=0.32-0.51)與土壤溫度指數(shù)模型的擬合程度要小于RHR2=0.71-0.78)和RS(R2=0.62-0.77)。各林型RR年際

6、變異系數(shù)(12.7-30.5％)要高于RS(10.2-17.9％)和RH(8.5-14.8％)。在年際尺度上，除谷地云冷杉林RR與空氣溫度顯著相關(guān)(P＜0.05），其他林型RS及其組分與氣候因子相關(guān)不顯著（P＞0.05）。
　　選擇闊葉紅松林、谷地云冷杉林、闊葉紅松擇伐林和紅松人工林為研究對(duì)象，量化和比較RS在三個(gè)空間尺度上（在樣地內(nèi)土壤環(huán)之間、在一個(gè)林型內(nèi)樣地之間和景觀內(nèi)各林型之間）的變異并探討RS變異的控制因子。結(jié)果表明所有林

7、型樣地內(nèi)RS的變異系數(shù)(30-52％)顯著高于樣地間(20-25％)。土壤充水孔隙空間、土壤有機(jī)碳含量、土壤碳氮比以及RS測(cè)定點(diǎn)幾米半徑內(nèi)所有樹的平均胸徑和總胸高斷面積解釋著各林型內(nèi)RS的變異。四種林型間RS的變異可以被土壤碳氮比所解釋(R2=0.63，P=0.001)。
　　最后，基于2014年對(duì)典型闊葉紅松林9ha樣地RS的測(cè)定，量化和可視化闊葉紅松林RS空間格局并探討生物和非生物因子在決定RS空間變化時(shí)發(fā)揮的作用。結(jié)果表明R