蘇北不同楊樹人工林經(jīng)營模式下土壤呼吸及楊樹細(xì)根研究.pdf

1、隨著20世紀(jì)70年代“全球變化”的提出，人類已意識到溫室效應(yīng)引起全球變暖帶來的一系列問題。全球碳循環(huán)研究自90年代興起以來，已成為跨學(xué)科、綜合性及規(guī)模較大的國際合作研究的熱點，尋找未知碳匯和如何做到溫室氣體的減排一直是研究的目標(biāo)。土壤呼吸作為大氣主要碳源而倍受研究者關(guān)注，各國已大量開展森林、草原和農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸研究。我國開展土壤呼吸研究較晚，且主要是針對森林生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和草原生態(tài)系統(tǒng)，而對于人工林生態(tài)系統(tǒng)，尤其是農(nóng)林復(fù)

2、合生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸研究很少。森林細(xì)根作為碳循環(huán)中土壤碳庫的重要來源，已越來越受到碳循環(huán)研究者的關(guān)注。細(xì)根生物量只占森林植被總生物量很少的部分，但由于其周轉(zhuǎn)快，年生產(chǎn)量極為可觀，成為土壤碳庫的重要輸入源，在碳循環(huán)中具有十分重要的作用。 楊樹作為我國重要的速生樹種之一，在江蘇省蘇北地區(qū)廣泛栽植，并形成多種栽培經(jīng)營模式，不僅推動林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，增加農(nóng)民收入，同時也改善了生態(tài)環(huán)境。楊樹人工林每年巨大的碳吸存量對蘇北地區(qū)農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)

3、有著特殊的重要意義，而目前對其生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其林下土壤碳動態(tài)還不得而知，其碳源-匯功能尚不清楚，各種經(jīng)營模式下土壤呼吸的研究還未有報道。鑒于此，本項目對蘇北四種不同楊樹人工林經(jīng)營模式和農(nóng)田模式下土壤呼吸進行研究，建立土壤呼吸的溫度、水分模型，估算全年土壤呼吸總量，并開展楊樹細(xì)根季節(jié)動態(tài)和特性研究，估算細(xì)根年生產(chǎn)量和年周轉(zhuǎn)率。為蘇北地區(qū)楊樹人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳源．匯功能及其對大氣CO<,2>的貢獻研究提供依據(jù)。研究主要結(jié)果如下：

4、1、土壤呼吸的季節(jié)動態(tài)和特性為，4種模式和農(nóng)田對照下土壤呼吸年變化成單峰型曲線。楊樹生長盛季(7月-8月)表現(xiàn)為一年中土壤呼吸的最高峰，其土壤呼吸速率為153.00mg CO<,2>·m<'-2>·h<'-1>～253.62 mgCO<,2>·m<'-2>·h<'-1>。休眠季節(jié)(12月-1月)為一年中土壤呼吸速率的最低點，其土壤呼吸速率為46.75 mgCO<,2>·m<'-2>·h<'-1>～54.48mgCO<,2>·m<'-2>

5、·h<'-1>。土壤呼吸速率的季節(jié)變化表現(xiàn)為夏季>春季>秋季>冬季。 2、據(jù)全年土壤呼吸數(shù)據(jù)得到，4種模式和農(nóng)田對照土壤呼吸速率與溫度之間存在顯著的指數(shù)關(guān)系，溫度解釋了土壤呼吸速率變化的 64.6％～80.7％，各模式下土壤呼吸速率與溫度的回歸方程如下： M1 模式有根：R=51.711e<'0.0628T> R<'2>=0.7549 (P<0.001)M1 模式無根：R=49.553e<'0.0542T> R<'2>=

6、0.8073 (P<0.001)M2 模式有根：R=51.013e<'0.0584T> R<'2>=0.7179 (P<0.001)M2 模式無根：R=47.898e<'0.0536T> R<'2>=0.7170 (P<0.001)M3 模式有根：R=50.559e<'0.0572T> R<'2>=0.6966 (P<0.001)M4 模式有根：R=48.603e<'0.056T> R<'2>=0.6190 (P<0.001)農(nóng)田模式：

7、R=50.511e<'0.0569T> R<'2>=0.6455 (P<0.001)。 3、用全年土壤呼吸速率擬合土壤含水量，4種模式和農(nóng)田對照下土壤呼吸速率與含水量之間的線性關(guān)系均未達顯著水平。其回歸結(jié)果如下： M1模式有根：R=109.04W+136.88 R<'2>=0.0065(P>0.05)M1模式無根：R=474.83W+58.193 R<'2>=0.0742(P>0.05)M2模式有根：R=181.27W+

8、122.82 R<'2>=0.0134 (P>0.05)M2模式無根：R=421.86W+61.314 R<'2>=0.0685 (P>0.05)M3模式有根：R=118.43W+124.9 R2=0.0058 (P>0.05)M4模式有根：R=-223W+167.25 R<'2>=0.0317 (P>0.05)農(nóng)田模式：R=313.46W+90.341 R<'2>=0.0566 (P>0.05)。 4、通過全年數(shù)據(jù)分析，4種模

9、式和農(nóng)田對照下，溫度和水分對土壤呼吸的綜合影響用雙變量模型 R=β<,0>e<'β<,1>T>e<'(β<,2>W+β<,3>W<'2>)>進行擬合，其擬合R<'2>比采用溫度或水分的單變量模型有較大的提高，各模式或農(nóng)田對照擬合效果均達顯著水平，表現(xiàn)了土壤呼吸變化同時受溫度和水分的雙重作用。 5、四種模式和農(nóng)田對照下土壤年呼吸總量分別為：M2 模式有根 1492gCO<,2>·m<'-2>·a<'-1>，M3 模式有根 1484

10、gCO<,2>·m<'-2>·a<'-1>，M1 模式有根 1395gCO<,2>·m<'-2>·a<'-1>，農(nóng)田模式136lgCO<,2>·m<'-2>·a<'-1>，M2模式無根1200gCO<,2>·m<'-2>·a<'-1>，M1模式無根1135gCCO<,2>·m<'-2>·a<'-1>，M4模式有根 1088gCO<,2>·m<'-2>·a<'-1>?？傮w表現(xiàn)出有根處理土壤年呼吸總量大于農(nóng)田對照，而無根處理土壤年呼吸總量小

11、于農(nóng)田對照。M4 模式由于其特殊性表現(xiàn)出土壤年呼吸總量顯著小于其他模式有根處理和農(nóng)田對照，而與無根處理年呼吸總量無顯著差異。 6、M1和M2模式下根系年呼吸總量分別為260gCO<,2>·m<'-2>·a<'-1>和292gCO<,2>·m<'-2>·a<'-1>。分別占M1和M2模式土壤年總呼吸量的18.7％和19.6％。 7、在楊樹生長盛期 (8月5-6日)，采用IRGA 法測定土壤呼吸日動態(tài)。結(jié)果為土壤呼吸日變化呈

12、單峰型曲線，土壤呼吸速率日變化與土壤溫度之間有很好的相關(guān)性，5cm土壤溫度變化解釋了土壤呼吸變化的10％～80％，15cm土壤溫度變化解釋了土壤呼吸變化的10％～92％。 8、在楊樹生長盛期(8月5-6日)，同時采用AA法和IRGA法測定土壤日呼吸速率，結(jié)果表明，AA法測定值占IRGA法的27％～44％，兩者的線性關(guān)系為IRGA= 3.8231AA-1118(p<0.05)。 9、楊樹細(xì)根空間分布表現(xiàn)為：細(xì)根主要分布在距

13、離樹干1m-1.5m處；M1和M2模式下楊樹細(xì)根集中在0-10cm 土層，而M3和M4 模式在20-40cm 土層細(xì)根仍有大量分布，表現(xiàn)了M3和M4模式下楊樹對深層水分的吸收利用。 10、M3和M4兩種模式年平均細(xì)根現(xiàn)存生物量分別為1.86t·ha<'-1>和1.26 t·ha<'-1>。不同徑級細(xì)根生物量中，均以0-1mm 的細(xì)根生物量最大，兩種模式下分別占 0-5mm 總細(xì)根生物量的58.4％和59.4％?；罡诳偧?xì)根生物量

14、中占有主要部分，各徑級活細(xì)根占有總細(xì)根生物量的比例在68.6％～91.1％之間。 11、細(xì)根生物量庫季節(jié)變化主要表現(xiàn)為雙峰型。M3和M4 兩種模式下，0-2mm 徑級細(xì)根年凈生產(chǎn)量分別為1.40t·ha<'-1>·a<'-1>和1.06t·ha<'-1>·a<'-1>，各占0-5mm總細(xì)根年凈生產(chǎn)量的89.7％和90.6％。兩種模式下0-2mm 細(xì)根年周轉(zhuǎn)率分別為1.11次·a<'-1>和1.18次·a<'-1>，2-5mm徑級