黃河三角洲刺槐混交林土壤呼吸的時(shí)空變化及其影響因素.pdf

1、黃河三角洲濕地是世界上暖溫帶保存最廣闊、最完善、最年輕的濕地生態(tài)系統(tǒng)。該濕地在維持生物多樣性以及維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全方面具有重要作用，已成為現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。目前該濕地的生態(tài)資源開發(fā)已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，然而該濕地生態(tài)系統(tǒng)在維持全球碳平衡中作用一直未引起足夠的重視。因此，本文在黃河三角洲鹽堿地選取刺槐臭椿混交林、刺槐白榆混交林、刺槐白蠟混交林、刺槐純林4種人工林和無(wú)林地為研究對(duì)象，采用英國(guó)生產(chǎn)的ACE自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)定土壤呼吸速率，同時(shí)

2、采用常規(guī)方法測(cè)定林內(nèi)小氣候、土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量、根系生物量，分析不同人工刺槐林土壤呼吸的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特征及其影響因子。目的是為理解該區(qū)域不同人工造林模式的土壤碳循環(huán)過(guò)程，植被恢復(fù)與生態(tài)重建中的植被模式選擇提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.土壤呼吸速率的時(shí)空變化
　　 (1)土壤呼吸速率的日變化均呈現(xiàn)明顯的“單峰”曲線，隨著溫度的升高而升高，峰值出現(xiàn)在12:00至14:00；其中同一時(shí)刻造林地的土壤呼吸及其

3、日變化范圍明顯高于無(wú)林地；不同林地的土壤呼吸速率日變化略有差異，4月的日變化范圍較小，介于0.24-0.95μmol·m-2·s-1之間，8月份較大，介于3.27-6.51μmol·m-2·s-1之間，而無(wú)林地分別為0.16-0.32μmol·m-2·s-1和2.61-2.93μmol·m-2·s-1，表明造林后提高了土壤呼吸速率。
　　 (2)在土壤呼吸速率季節(jié)動(dòng)態(tài)上，夏季明顯大于春季，5種類型存在顯著差異(P<0.05)。其

4、中4月份土壤呼吸速率的日均值表現(xiàn)為：刺槐純林(0.69μmol·m-2·s-1)>剌槐白蠟(0.59μmol·m-2.s-1)>刺槐白榆(0.48μmol·m-2.s-1)>刺槐臭椿(0.43μmol·m-2·s-1)>無(wú)林地(0.26μmol·m-2·s-1)，8月份表現(xiàn)為：刺槐白榆(4.65μmol·m-2·s-1)>刺槐白蠟(4.43μmol·m-2·s-1)>刺槐純林(4.13μmol·m-2·s-1)>刺槐臭椿(3.99μmo

5、l·m-2·s-1)>無(wú)林地(2.74μmol·m-2·s-1)；CO2的日呼吸通量也表現(xiàn)為夏季明顯大于春季，其8月份CO2的日呼吸通量依次為7.37g·m-2·d-1、7.01g.·-2·d-1、6.54g·m-2·d-1、6.32g·m-2·d-1、4.34g·m-2·d-1，相互之間差異性均顯著(P<0.05)，分別是春季CO2的日呼吸通量的9.64倍、7.45倍、5.89倍、9.24倍、10.54倍。
　　 (3)春、夏

6、兩季土壤呼吸速率在垂直空間上的變化規(guī)律相似，均表現(xiàn)為枯落物層>0-10cm土層>10-20cm土層；不同土層的土壤呼吸速率的日變化動(dòng)態(tài)也呈現(xiàn)明顯的“單峰”曲線，但是土層越深，土壤呼吸速率的日變幅越微弱；夏季4種造林地不同土層的呼吸速率明顯高于其春季的；隨著土層深度的增加，土壤溫度逐漸降低，Q10值增大，對(duì)溫度的敏感性增強(qiáng)，其中混交林對(duì)溫度變化的敏感性大于純林。
　　 2.土壤呼吸速率與環(huán)境因子的關(guān)系
　　 不同林分類型土

7、壤呼吸過(guò)程受到諸多環(huán)境因子的綜合影響，包括小氣候因子和土壤環(huán)境因子等。其中4月份土壤呼吸速率微弱，變化范圍為0.24-0.95μmol·m-2·s-1，與環(huán)境因子的相關(guān)性不明顯，所以主要研究夏季土壤呼吸速率與環(huán)境因子的關(guān)系。
　　 (1)小氣候因子對(duì)土壤呼吸速率的影響研究表明，8月刺槐臭椿混交林、刺槐白榆混交林、刺槐白蠟混交林、刺槐純林4種人工林和無(wú)林地中大氣溫濕度對(duì)土壤呼吸速率的影響不同。其中只有刺槐臭椿、刺槐白榆混交林與氣溫

8、呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，無(wú)林地呈顯著相關(guān)(P<0.05)；4種造林地土壤呼吸速率與空氣相對(duì)濕度均呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，而無(wú)林地中空氣相對(duì)濕度變化不穩(wěn)定，相關(guān)性不明顯。
　　 (2)土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤呼吸速率的影響研究表明，刺槐臭椿混交林、刺槐白榆混交林、刺槐白蠟混交林、刺槐純林4種人工林和無(wú)林地中土壤環(huán)境因子對(duì)土壤呼吸速率的影響各不相同。經(jīng)非線性回歸分析得出，不同土層的土壤呼吸速率與土壤溫度的關(guān)系可以用指數(shù)方程來(lái)

9、描述，除了無(wú)林地不具有顯著相關(guān)外，4種造林地均達(dá)到顯著或極顯著相關(guān)；5種類型內(nèi)土壤呼吸速率與土壤體積含水量日動(dòng)態(tài)可用線性方程描述，4種造林地均呈顯著正相關(guān)，無(wú)林地相關(guān)性不顯著；均與體積含水量的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化相關(guān)性不明顯。本區(qū)域中造林地內(nèi)土壤孔隙度、pH及含鹽量是影響土壤呼吸的重要因素。其中3種混交林中的土壤呼吸速率與其孔隙度呈極顯著正相關(guān)，R2達(dá)到0.90以上，刺槐純林中的呈顯著正相關(guān)，R2達(dá)到0.80以上，均可用指數(shù)方程描述；與其pH值

10、及含鹽量呈負(fù)相關(guān)性，可用直線方程描述。
　　 (3)5種類型內(nèi)的土壤微生物數(shù)量不是影響壤呼吸速率的重要因子；根系生物量對(duì)土壤呼吸速率具有一定的影響作用，即根系生物量越大，相關(guān)性越顯著。
　　 (4)Q10值隨著土壤深度的增加而增大，對(duì)土壤溫度敏感性不同，其中刺槐白榆混交林增大的倍數(shù)最大，刺槐白蠟混交林、刺槐臭椿混交林次之，刺槐純林最小。
　　 3.掩埋枯落物釋放CO2的速率
　　 8月份對(duì)掩埋枯落物釋放C

11、O2的測(cè)定結(jié)果表明，除無(wú)林地外，4種造林地內(nèi)每種處理方式釋放CO2的日動(dòng)態(tài)呈“單峰”曲線，且Va>Vb>Vc>Vd，但是釋放的CO2通量之間的倍數(shù)關(guān)系卻與相應(yīng)的枯落物之間的倍數(shù)關(guān)系不成等比。枯落物掩埋后失質(zhì)率增加從而導(dǎo)致CO2的釋放值增加，對(duì)土壤呼吸速率的貢獻(xiàn)值分別升高了23.26％、4.23%、7.22%、28.26%、12.86%，其中枯落物蓄積量相對(duì)較大的刺槐臭椿混交林和刺槐純林升高的幅度最大，分別達(dá)到23.26%、28.26%；