東北落葉闊葉林土壤呼吸與林冠層CO2濃度的時空變異.pdf

1、深入了解森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)對評價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)的主要過程之一,它與林冠層CO2濃度([CO2])的變化息息相關。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,因此土壤呼吸的時空動態(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時空變異的兩大生物學過程,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,對森林生態(tài)系統(tǒng)

2、土壤呼吸和林冠層CO2時空變異進行研究,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)過程。
　　 本研究利用紅外氣體分析技術測定了帽兒山森林生態(tài)定位站通量塔周圍8個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。在測定8個樣地各種生物物理因子的基礎上,深入分析了生長季土壤呼吸、土壤異養(yǎng)呼吸、土壤溫度和水分的空間變異及其動態(tài)特征。同時利用安裝于通量塔上的CO2廓線系統(tǒng)測定得到8層CO2廓線系統(tǒng)和小氣候梯度觀測的30 min資

3、料,分析了CO2的時空變異及其影響因子。研究結果表明:
　　 (1)土壤呼吸、土壤異養(yǎng)呼吸及各自對應的土壤溫濕度在生長季呈現出雙峰型曲線的變化趨勢,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動,但水分及土壤溫度和水分交互作用對土壤呼吸的影響因樣地而異,在受水分驅動的樣地中,水分對土壤呼吸均表現為負效應。
　

4、　 (2)土壤呼吸和土壤異養(yǎng)呼吸及各自對應的土壤溫濕度樣地間和樣地內變異都具有明顯的季節(jié)動態(tài)。除土壤容重(BD)、土壤溫度(T5)和A0層有機碳含量(CA0)的標準差(SD)和變異系數(CV)均為樣地間大于樣地內外,其余土壤呼吸參數及生物物理因子的SD和CV均表現為樣地內大于樣地間。
　　 (3)在局域尺度上(樣地間),A0層有機碳含量和活根量均與土壤總呼吸有顯著相關關系；A0層有機碳含量與土壤異養(yǎng)呼吸0℃的基礎呼吸速率(R0

5、h)有顯著相關關系;生長季最大葉面積指數(LAIm,m2·m-2)與生長季土壤異養(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℃的基礎呼吸速率R0h之間均有極顯著相關關系。用不分樣地回歸、分樣地回歸、分環(huán)回歸及生長季平均計算得到的生長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表現出明顯的日變化、季節(jié)動態(tài)和垂直梯度。在日尺度上,CO2在夜間或黎明出現最大值,在午后達到最低值。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相似；而林冠上的CO2在5月初和10月分別出現一次峰值,8月出現最低值。
　　 (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對土壤呼吸的依賴性更強,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)的重要過程,對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定,因此沒有涉及二者在短時間