中亞熱帶山區(qū)土壤呼吸及其組分對土地利用變化的響應.pdf

1、土地利用/覆被變化（LUCC）是當前生物圈碳素循環(huán)的最主要人為驅(qū)動力之一。土壤碳庫的儲量約為大氣碳庫的2～3倍，土壤呼吸（土壤CO2排放過程）是土壤圈碳流入大氣圈的主要形式。準確評價區(qū)域土地利用變化對土壤呼吸的影響，對于理解地下土壤代謝和區(qū)域碳收支的相互作用具有重要的意義。土壤呼吸由根際自養(yǎng)呼吸和土壤異養(yǎng)呼吸組成，精確分離土壤呼吸組分有助于準確理解和模擬陸地生態(tài)系統(tǒng)的地下碳平衡。
　　 本研究通過在我國亞熱帶閩北山區(qū)（福建建甌市

2、），選擇本底條件基本一致、土地利用史清晰且具有代表性的土地利用方式序列：天然常綠闊葉林、次生常綠闊葉林、杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林、木荷（Schima superba）人工林、柑橘園和坡耕地作為研究對象，采用“空間換時間”的方法，研究土地利用變化對土壤呼吸及其組分的影響，揭示我國亞熱帶山區(qū)地下生態(tài)過程對區(qū)域土地利用變化的響應，提高人們對山區(qū)碳排放的關(guān)注，為進一步認清土壤有機碳積累機制提供基礎數(shù)據(jù)，也為精

3、確制定國家溫室氣體排放清單和山區(qū)碳匯技術(shù)開發(fā)提供基礎數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。
　　 通過對上述典型土地利用方式土壤呼吸連續(xù)3年的定位觀測，結(jié)果表明：土壤呼吸具有明顯的季節(jié)模式，季節(jié)動態(tài)主要與土壤溫度變化一致。土地利用變化后，土壤呼吸的表觀溫度敏感性（Q10值）從天然林的2.10升高到坡耕地的2.71，唯獨改為柑橘園后Q10值降到1.66。本區(qū)土地利用變化后，土壤呼吸平均下降48％，其中改為次生林下降32％，改為人工林下降46％～48％，

4、改為柑橘園下降63％，改為坡耕地下降50％。本區(qū)土地利用變化后，土壤呼吸的下降主要與年凋落物輸入量、活細根（直徑<2 mm）生物量、表層土壤有機碳和輕組有機碳儲量下降有關(guān)。這些指標又直接或間接的反映出土地利用變化后植物生產(chǎn)力的下降。上述結(jié)果表明，土地利用變化后，植物生產(chǎn)力下降引起的呼吸底物有效性（如土壤有機碳和養(yǎng)分）和土壤碳輸入（如細根周轉(zhuǎn)和凋落物）的減少是導致土壤呼吸下降的主要原因。
　　 本區(qū)天然林改為次生（人工）林，土壤C

5、O2排放量的減幅（32％～48％）高出熱帶平均水平（29％），改為農(nóng)業(yè)用地，土壤CO2排放量的減幅（50％～63％）高出全球平均水平（33％）。本區(qū)土地利用變化導致細根周轉(zhuǎn)和土壤有機碳儲量的降幅明顯高出熱帶和全球平均水平，很可能是本區(qū)土地利用變化后土壤CO2排放的減幅高出熱帶和全球平均水平的關(guān)鍵因素。
　　 基于根排除法技術(shù)，分離了不同土地利用方式的土壤呼吸組分，一年的野外定位觀測結(jié)果表明：根際呼吸和土壤異養(yǎng)呼吸具有明顯的季節(jié)變

6、化，兩者的季節(jié)動態(tài)都受溫度和光合作用的物候的共同影響。對任一土地覆蓋而言，根際呼吸的表觀Q10值高于土壤異養(yǎng)呼吸的表觀Q10值，本區(qū)土地利用變化后，表觀Q10值有升高的趨勢，僅改為柑橘園Q10值下降。土地利用變化后，根際呼吸下降41％～91％，高于土壤異養(yǎng)呼吸的降幅（13％～43％），這也導致根際呼吸占總土壤呼吸的比例（RC）呈降低趨勢。土地利用方式改變后，細根生物量大幅下降，是導致根際呼吸大幅下降的關(guān)鍵因素。土地利用變化后，土壤異養(yǎng)呼

7、吸也顯著下降，但天然林改為坡耕地后，土壤異養(yǎng)呼吸并未有顯著差異。本區(qū)土地利用變化后，地上和地下輸入（凋落物和細根周轉(zhuǎn)）和土壤資源（地表枯枝落葉層、表層土壤有機碳和輕組有機碳儲量）大幅下降，引起土壤微生物的底物供應減少，是導致土壤異養(yǎng)呼吸下降的主要原因。這些結(jié)果表明，土地利用變化后，土壤異養(yǎng)呼吸和根際呼吸對新近光合產(chǎn)物的輸入具有類似的響應。此外，在強烈人為干擾的土地利用方式下，養(yǎng)分有效性的增加，也強烈影響著土壤異養(yǎng)呼吸的CO2排放。