杉木人工林與次生林土壤呼吸及其影響因素研究.pdf

1、森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳儲(chǔ)存庫(kù)，在維持長(zhǎng)期和短期碳庫(kù)方面都具有巨大的潛力。為揭示亞熱帶典型森林生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸及組分的變異與碳排放特征，促進(jìn)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳輸出過(guò)程的深入了解。本研究在福建南平王臺(tái)選擇本底條件基本相同和經(jīng)營(yíng)措施較為一致的18年生(SM18)、90年生杉木人工林(老齡林)和次生林，利用Li-8100對(duì)這三個(gè)林分的土壤呼吸及組分、土壤溫度和濕度進(jìn)行了為期兩年的觀(guān)測(cè)。結(jié)果表明： (1)從2006年7月至2

2、008年6月，三個(gè)林分土壤總呼吸速率、礦質(zhì)土壤呼吸速率、根呼吸速率季節(jié)變化趨勢(shì)基本一致。SM18、老齡林和次生林的土壤總呼吸速率季節(jié)變化范圍分別為0.65～3.93，0.62～4.49和1.48～7.53μmol·m-2·s-1，礦質(zhì)土壤呼吸速率季節(jié)變化范圍分別為0.33～1.69，0.45～2.03和0.39～3.15μmol·m-2·s-1，根呼吸速率季節(jié)變化范圍分別為0.01～1.99，0.03～1.87和0.26～3.08μmo

3、l·m-2·s-1。各月份土壤總呼吸速率、礦質(zhì)土壤呼吸速率與根呼吸速率不同年齡林分之間的差異均不顯著(P>0.05)。 (2)三個(gè)林分的土壤溫度與土壤總呼吸速率、礦質(zhì)土壤呼吸速率及根呼吸速率均呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)的指數(shù)正相關(guān)關(guān)系。其中，土壤溫度分別解釋上述呼吸速率變化的82％～96％、23％～80％和78％～89％。三個(gè)林分兩個(gè)年度土壤濕度與土壤總呼吸及各組分的線(xiàn)性相關(guān)較低，均未達(dá)到顯著水平(P>0.0

4、5)。在雙因素關(guān)系模型(R=αebTWc)中，土壤溫度和土壤濕度共同解釋了不同林分兩個(gè)年度土壤總呼吸、礦質(zhì)土壤呼吸和g根呼吸速率季節(jié)變化的85％～97％、63％～91％和70％～89％。 (3)兩年觀(guān)測(cè)期內(nèi)，三個(gè)林分土壤總呼吸速率Q10值介于2.12～2.49；礦質(zhì)土壤呼吸速率的Q10值介于1.63～1.99：而根呼吸速率的Q10值介于2.46～6.48。土壤總呼吸速率、礦質(zhì)土壤呼吸速率與根呼吸速率的Q10值依次為：根呼吸>土壤

5、呼吸>礦質(zhì)土壤呼吸。 (4)SM18、老齡林和次生林土壤呼吸全年的碳排放量分別為749.58～839.61gC·m-2·a-1、809.68～916.32 gC·m-2·a-1和1398.47～1539.99 gC·m-2·a-1；次生林年均碳排放量分別是SM18和老齡林的1.8倍和1.7倍。三個(gè)林分中，土壤呼吸各組分年貢獻(xiàn)率為礦質(zhì)土壤呼吸的年貢獻(xiàn)率>根呼吸>凋落物呼吸。其中，礦質(zhì)土壤呼吸的年貢獻(xiàn)率為41.72％～56.77％，

6、根呼吸的年貢獻(xiàn)率為27.08％～45.34％。礦質(zhì)土壤呼吸全年的碳排放量分別為366.22～381.17 gC·m-2.a-1、408.12～434.59 gC·m-2·a-1和590.04～630.63 gC·m-2·a-1。根呼吸全年的碳排放量分別為268.98～330.16 gC·m-2.a-1、283.15～367.80 gC·m-2·a-1和500.92～707.20 gC·m-2·a-1。 溫室效應(yīng)、氣候變暖等生態(tài)問(wèn)

7、題嚴(yán)重威脅人類(lèi)生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，已成為全世界共同關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。森林土壤是全球碳庫(kù)的重要組成部分，占全球土壤碳的73％，在全球碳平衡中具有重要的地位。研究森林土壤呼吸對(duì)于探討全球CO2變化及其影響，具有十分重要的意義。 杉木(Cunninghamia lanceolata Hook)是我國(guó)特有的優(yōu)良速生針葉樹(shù)種，也是我國(guó)亞熱帶地區(qū)最主要的用材樹(shù)種之一。分布地域廣闊，栽培歷史悠久，不僅為我國(guó)提供了大量的商品用材，而且

8、在維護(hù)生態(tài)平衡方面發(fā)揮了重要的作用。有關(guān)杉木的研究主要圍繞速生豐產(chǎn)、短輪伐期和定向培育等，但側(cè)重從碳匯經(jīng)營(yíng)角度來(lái)研究則剛剛起步，有關(guān)不同年齡杉木林土壤呼吸的對(duì)比研究幾乎是個(gè)空白，且有關(guān)森林轉(zhuǎn)換對(duì)土壤呼吸的影響報(bào)道也較少。 本研究在福建南平王臺(tái)選擇本底條件基本相同和經(jīng)營(yíng)措施較為一致的18年生(下稱(chēng)SM18)、90年生杉木林(下稱(chēng)老齡林)和次生林，采用挖壕溝法分離土壤總呼吸及其分室呼吸，利用土壤C通量測(cè)定系統(tǒng)(Li-8100)測(cè)定土

9、壤呼吸速率，研究了三個(gè)林分土壤總呼吸速率、礦質(zhì)土壤呼吸速率、根呼吸速率月變化；分析了土壤總呼吸速率、礦質(zhì)土壤呼吸速率、根呼吸速率與主要環(huán)境因子(土壤溫度和土壤濕度)之間的關(guān)系，并建立了它們之間的數(shù)量關(guān)系模型：并探討了林齡和森林轉(zhuǎn)換等因子對(duì)土壤總呼吸及各組分的影響。研究結(jié)果表明： (1)從2006年7月至2008年6月，三個(gè)林分的土壤總呼吸速率與根呼吸速率的季節(jié)變化基本一致，最大值出現(xiàn)在春末或者夏季(5～8月)，最小值出現(xiàn)在冬季(

10、12月至翌年2月之間)。SMl8和老齡林礦質(zhì)土壤呼吸速率具有相似的季節(jié)變化趨勢(shì)，它們最高值一般出現(xiàn)在7月至8月，而在1至2月處于較低水平(2008年1月除外)；次生林礦質(zhì)土壤呼吸速率季節(jié)變化則較為不規(guī)則，其最大值出現(xiàn)在6月，最小值出現(xiàn)在12月。三個(gè)林分的凋落物呼吸季節(jié)變化呈無(wú)規(guī)律的波動(dòng)，夏季明顯高于其它三季。 (2)年平均土壤總呼吸速率以次生林最大，為3.87 μmol·m-2·s-1，分別是老齡林(2.27 μmol·m-2.

11、s-1)和SM18和(2.09 μmol·m-2.s-1)的1.7倍和1.9倍；三個(gè)林分平均礦質(zhì)土壤呼吸速率大小表現(xiàn)為次生林(1.61 μmol·m-2·s-1)>老齡林(1.11μmol·m-2·s-1)>SM18(0.98 μmol·m-2·s-1)；次生林的平均根呼吸速率(1.59 μmol·m-2·s-1)分別是SM18(0.79 μmol·m-2·s-1)和老齡林(0.86 μmol·m-2·s-1)的2.0倍和1.8倍；SM

12、18平均凋落物呼吸速率(0.32pm01.m-2.s-1)與老齡林(0.31./tm01.m-2.sd)相當(dāng)，均為次生林(0.67 μmol·m-2·s-1)的46％。 (3)三個(gè)林分的土壤溫度與土壤總呼吸速率、礦質(zhì)土壤呼吸速率及根呼吸速率均呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)的指數(shù)函數(shù)關(guān)系。其中，土壤溫度分別解釋不同林分2006～2007和2007～2008年度土壤總呼吸季節(jié)變化的95％～96％(SM18)、84％～

13、96％(老齡林)、82％～85％(次生林)；土壤溫度分別解釋不同林分2006～2007和2007～2008年度礦質(zhì)土壤呼吸季節(jié)變化的23％～35％(SM18)、49％～80％(老齡林)、62％～78％(次生林)：土壤溫度分別解釋不同林分2006～2007和2007～2008年度根呼吸季節(jié)變化的82％～86％(SM18)、69％～89％(老齡林)、78％～86％(次生林)。三個(gè)林分兩個(gè)年度土壤濕度與土壤總呼吸及各組分的線(xiàn)性相關(guān)較低，均未達(dá)

14、到顯著水平(P>0.05)。 采用雙因素關(guān)系模型(R=aebTWc)，土壤溫度和土壤濕度分別共同解釋了不同林分兩個(gè)年度土壤總呼吸季節(jié)變化的95％～96％(SM18)、86％～97％(老齡林)、85％～95％(次生林)；土壤溫度和土壤濕度分別共同解釋了不同林分兩個(gè)年度礦質(zhì)土壤呼吸季節(jié)變化的68％～76％(SM18)、71％～84％(老齡林)、63％～91％(次生林)；土壤溫度和土壤濕度分別共同解釋了不同林分兩個(gè)年度根呼吸季節(jié)變化的

15、81％～86％(SM18)、70％～89％(老齡林)、78％～86％(次生林)。 (4)三個(gè)林分的兩個(gè)年度土壤總呼吸速率的Q10均值為：2.12～2.49，老齡林比其他兩者略高；礦質(zhì)土壤呼吸速率的Q10均值為：1.63～1.99，老齡林最小，其他兩者相當(dāng)；而根呼吸速率的Q10均值為：2.46～6.48，以SM18最大，次生林最小。土壤總呼吸速率、礦質(zhì)土壤呼吸速率與根呼吸速率的Q10值依次為：根呼吸>土壤呼吸>礦質(zhì)土壤呼吸。

16、 (5)三個(gè)林分中，土壤各組分年貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為礦質(zhì)土壤呼吸的年貢獻(xiàn)率>根呼吸>凋落物呼吸。其中，礦質(zhì)土壤呼吸的年貢獻(xiàn)率為41.72％～56.77％，根呼吸的年貢獻(xiàn)率為27.08％～45.34％。在林分尺度上，老齡林礦質(zhì)土壤呼吸貢獻(xiàn)率最高，而根呼吸貢獻(xiàn)率最大的是次生林；在時(shí)間尺度上，根呼吸在春季和夏季所占比例最高，礦質(zhì)土壤呼吸在冬季和秋季所占比例較高。 (6)SM18、老齡林和次生林土壤呼吸全年的碳排放量分別為749.58～839

17、.61gC·m-2·a-1(均值為794.60 gC·m-2·a-1)、809.68～916.32 gC·m-2·a-1(均值為863.00gC·m-2·a-1)和1398.47～1539.99 gC·m-2.a-1(均值為1469.23 gC·m-2·a-1)；礦質(zhì)土壤呼吸全年的碳排放量分別為366.22～381.17 gC·m-2.a-1(均值為373.70 gC·m-2·a-1)、408.12～434.59 gC·m-2·a-1(

18、均值為421.36 gC·m-2·a-1)和590.04～630.63 gC·m-2·a-1(均值為610.34 gC·m-2·a-1)。根呼吸全年的碳排放量分別為268.98～330.16 gC·m-2·a-1(均值為299.57 gC·m-2·a-1)、283.15～367.80 gC·m-2.a-1(均值為325.48 gC.m-2·a-1)和500.92～707.20 gC·m-2·a-1(均值為604.06 gC·m-2·a-