東北落葉闊葉林土壤呼吸與林冠層CO2濃度的時(shí)空變異.pdf

1、深入了解森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)對(duì)評(píng)價(jià)森林的源匯功能和研究陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)有重要意義。森林生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸是森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的主要過(guò)程之一,它與林冠層CO2濃度([CO2])的變化息息相關(guān)。森林生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸是森林向大氣排放CO2的主要途徑,因此土壤呼吸的時(shí)空動(dòng)態(tài)深刻影響著森林的碳源功能；另一方面植被光合碳同化與呼吸碳異化是影響林冠層CO2時(shí)空變異的兩大生物學(xué)過(guò)程,土壤呼吸釋放的CO2可以作為光合作用的底物再次吸收。因此,對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)

2、土壤呼吸和林冠層CO2時(shí)空變異進(jìn)行研究,有助于深入了解森林生態(tài)系統(tǒng)的源匯功能及其碳循環(huán)過(guò)程。
　　 本研究利用紅外氣體分析技術(shù)測(cè)定了帽兒山森林生態(tài)定位站通量塔周圍8個(gè)固定樣地的土壤呼吸,并利用挖壕法區(qū)分了土壤異養(yǎng)呼吸。在測(cè)定8個(gè)樣地各種生物物理因子的基礎(chǔ)上,深入分析了生長(zhǎng)季土壤呼吸、土壤異養(yǎng)呼吸、土壤溫度和水分的空間變異及其動(dòng)態(tài)特征。同時(shí)利用安裝于通量塔上的CO2廓線系統(tǒng)測(cè)定得到8層CO2廓線系統(tǒng)和小氣候梯度觀測(cè)的30 min資

3、料,分析了CO2的時(shí)空變異及其影響因子。研究結(jié)果表明:
　　 (1)土壤呼吸、土壤異養(yǎng)呼吸及各自對(duì)應(yīng)的土壤溫濕度在生長(zhǎng)季呈現(xiàn)出雙峰型曲線的變化趨勢(shì),RS和RH的變化范圍分別是為:0.93-7.34μmolCO2·m-2·s-1和0.51-4.28μmolCO2·m-2·s-1;各樣地土壤呼吸均受土壤溫度的驅(qū)動(dòng),但水分及土壤溫度和水分交互作用對(duì)土壤呼吸的影響因樣地而異,在受水分驅(qū)動(dòng)的樣地中,水分對(duì)土壤呼吸均表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。
　

4、　 (2)土壤呼吸和土壤異養(yǎng)呼吸及各自對(duì)應(yīng)的土壤溫濕度樣地間和樣地內(nèi)變異都具有明顯的季節(jié)動(dòng)態(tài)。除土壤容重(BD)、土壤溫度(T5)和A0層有機(jī)碳含量(CA0)的標(biāo)準(zhǔn)差(SD)和變異系數(shù)(CV)均為樣地間大于樣地內(nèi)外,其余土壤呼吸參數(shù)及生物物理因子的SD和CV均表現(xiàn)為樣地內(nèi)大于樣地間。
　　 (3)在局域尺度上(樣地間),A0層有機(jī)碳含量和活根量均與土壤總呼吸有顯著相關(guān)關(guān)系；A0層有機(jī)碳含量與土壤異養(yǎng)呼吸0℃的基礎(chǔ)呼吸速率(R0

5、h)有顯著相關(guān)關(guān)系;生長(zhǎng)季最大葉面積指數(shù)(LAIm,m2·m-2)與生長(zhǎng)季土壤異養(yǎng)呼吸總通量(RHt,g C·m-2)、土壤異養(yǎng)呼吸速率(RH,μmol CO2·m-2·s-1)和土壤異養(yǎng)呼吸0℃的基礎(chǔ)呼吸速率R0h之間均有極顯著相關(guān)關(guān)系。用不分樣地回歸、分樣地回歸、分環(huán)回歸及生長(zhǎng)季平均計(jì)算得到的生長(zhǎng)季土壤碳通量分別為:718.25 gC·m-2、726.76 g C·m-2、724.29 g C·m-2和739.33g C·m-2,不

6、同方法之間差異小于3％。
　　 (4)東北落葉闊葉林的CO2表現(xiàn)出明顯的日變化、季節(jié)動(dòng)態(tài)和垂直梯度。在日尺度上,CO2在夜間或黎明出現(xiàn)最大值,在午后達(dá)到最低值。在季節(jié)尺度上,近地層CO2日平均值的變化與土壤溫度及土壤呼吸的趨勢(shì)相似；而林冠上的CO2在5月初和10月分別出現(xiàn)一次峰值,8月出現(xiàn)最低值。
　　 (5)在垂直方向上,CO2隨高度增加而降低,CO2的日變化也逐漸減弱。日尺度上CO2及其垂直梯度的變化主要受控于森林碳

7、代謝和邊界層行為,近地層的CO2對(duì)土壤呼吸的依賴性更強(qiáng),而林冠上的CO2則受邊界層的影響更大。年尺度上近地層的CO2與以地表溫度和土壤呼吸變化格局相吻合,而林冠上的CO2則受森林生態(tài)系統(tǒng)光合作用和呼吸作用的共同影響。
　　 本研究表明東北典型天然次生林生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸和林冠層CO2均具有明顯的時(shí)間和空間變異。兩者作為森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要過(guò)程,對(duì)森林的源匯功能有重要影響,由于缺乏土壤呼吸的日變化測(cè)定,因此沒(méi)有涉及二者在短時(shí)間