華北南部低丘山地刺槐和側(cè)柏人工林土壤微生物呼吸和根系呼吸特征研究.pdf

1、本研究通過(guò)采用樹(shù)木環(huán)割法+基于紅外動(dòng)態(tài)分析法的Li-8100土壤呼吸自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng),觀測(cè)研究了位于河南省濟(jì)源市的華北山區(qū)南部低丘山地40年生刺槐和35年生側(cè)柏人工林的土壤微生物呼吸速率(Rh)和根系呼吸速率(Rr),分析比較了2種林地土壤微生物呼吸和根系呼吸對(duì)土壤呼吸的貢獻(xiàn)比率,時(shí)間變化特征及其與5cm深度處的土壤溫度和濕度的關(guān)系。研究結(jié)果如下:
　　 (1)刺槐和側(cè)柏人工林生長(zhǎng)季的土壤微生物呼吸速率和根系呼吸速率晝夜變化規(guī)律均呈

2、現(xiàn)“單峰”曲線,呼吸速率早上隨著土壤溫度的升高而增大,到中午或下午達(dá)到高峰,下午和夜間隨土壤溫度的降低而減小。刺槐林根系呼吸速率的日最大值出現(xiàn)在下午14時(shí)左右,土壤微生物呼吸速率的日最大值出現(xiàn)在下午15時(shí)左右,與土壤溫度的峰值出現(xiàn)時(shí)間基本一致；而側(cè)柏人工林的根系呼吸速率日最大值卻出現(xiàn)在下午17時(shí)左右,相對(duì)于土壤溫度峰值的出現(xiàn)時(shí)間存在明顯的滯后現(xiàn)象,滯后約1-2.5h,土壤微生物呼吸速率的日變化趨勢(shì)與土壤溫度的變化趨勢(shì)基本一致。在非生長(zhǎng)季

3、節(jié)里,刺槐和側(cè)柏林土壤微生物呼吸和根系呼吸的日內(nèi)變化均不明顯,趨勢(shì)平緩,日內(nèi)變化幅度較小。
　　 (2)刺槐和側(cè)柏人工林的土壤微生物呼吸和根系呼吸均具有顯著的季節(jié)動(dòng)態(tài),在不同季節(jié)均具有顯著差異(P<0.01.),根系呼吸速率的變化規(guī)律基本一致,呈現(xiàn)“單峰”曲線,在夏末秋初到達(dá)最高點(diǎn),冬季達(dá)到最低值。刺槐林根系呼吸速率最高值出現(xiàn)在近水區(qū)9月份為2.38μmol·m-2·s-1,均值為1.26μmol·m-2·s-1,側(cè)柏林根系呼吸

4、速率最高值出現(xiàn)在林木生長(zhǎng)活動(dòng)最為旺盛的8月份,最大值為2.47μmol·m-2·s-1,均值為1.32μmol·m-2·s-1；在冬季,根系呼吸速率出現(xiàn)最低值,分別為0.14和0.24μmol·m-2·s-1。無(wú)論是生長(zhǎng)季出現(xiàn)的根系呼吸速率的最高值還是一年的平均值,側(cè)柏林的根系呼吸速率值都稍大于刺槐林。刺槐、側(cè)柏2種人工林的土壤微生物呼吸速率的季節(jié)變化特征均表現(xiàn)為“單峰”曲線,最大值出現(xiàn)在7月份,刺槐林土壤微生物呼吸速率的變化范圍是0.

5、226—2.226μmol·m-2·s-1,側(cè)柏林的變化范圍是0.324-3.836μmol·m-2·s-1,側(cè)柏林的微生物呼吸速率大于刺槐林。
　　 (3)刺槐和側(cè)柏人工林土壤微生物呼吸速率和根系呼吸速率與5cm深度處的土壤溫度都具有較好的指數(shù)相關(guān)性(p<0.01),土壤溫度分別可以解釋兩種林地類(lèi)型土壤微生物呼吸速率和根系呼吸速率變異的72.22％、84.02％、78.57％和81.98％。2種林地的土壤微生物呼吸Q10值分別

6、為2.703和3.371,根呼吸Q10值分別為2.61和2.46,表明兩樹(shù)種土壤微生物呼吸和根系呼吸對(duì)土壤溫度升高的反應(yīng)都十分敏感,側(cè)柏土壤微生物呼吸和根系呼吸的溫度敏感性稍高于刺槐林。
　　 (4)刺槐林地土壤微生物呼吸速率和根系呼吸速率與5cm深度處的土壤含水量相關(guān)關(guān)系不明顯。側(cè)柏人工林土壤微生物呼吸速率和根系呼吸速率與5cm深度處的土壤含水量呈顯著的二次曲線關(guān)系(p<0.05),當(dāng)土壤含水量在一定的閾值內(nèi)變化時(shí),呼吸速率會(huì)

7、隨著其增加而增大,但是當(dāng)土壤含水量的變化超過(guò)這一閾值時(shí),呼吸強(qiáng)度反而會(huì)隨著土壤水分的增加而減小。
　　 (5)分別建立刺槐和側(cè)柏林土壤微生物呼吸速率和根系呼吸速率與土壤溫度和土壤濕度的雙因素關(guān)系模型,擬合結(jié)果均優(yōu)于僅考慮土壤溫度或濕度的單因素關(guān)系模型。5cm深度處的土壤溫度和土壤水分分別可以解釋刺槐和側(cè)柏林土壤微生物呼吸和根系呼吸變異的63.9％、88.5％、85.3％和84.4％。分析比較單一因素的偏相關(guān)系數(shù)表明,無(wú)論是刺槐林

8、還是側(cè)柏林地內(nèi),相對(duì)于土壤水分,土壤溫度與根系呼吸的相關(guān)性更好,是影響2種林地土壤微生物和根系活動(dòng)的最主要環(huán)境因子。
　　 (6)刺槐和側(cè)柏人工林根系呼吸對(duì)土壤呼吸的貢獻(xiàn)率的季節(jié)動(dòng)態(tài)基本上都呈現(xiàn)“單峰”曲線,并且在生長(zhǎng)季的貢獻(xiàn)率要明顯大于非生長(zhǎng)季,土壤微生物呼吸的貢獻(xiàn)率稍大于根系呼吸。刺槐林根系呼吸對(duì)土壤呼吸的貢獻(xiàn)率的變化范圍是37.54-59.82％,平均值為49.00％,貢獻(xiàn)率最高值出現(xiàn)在9月,最小值出現(xiàn)在冬季十二月；側(cè)柏各