大渡河中游干旱河谷區(qū)云南松人工林凋落葉分解和土壤呼吸對(duì)增加降水的響應(yīng).pdf

1、由于全球氣候的變暖，引起全球降水格局發(fā)生了異常變化。其中，降水量大幅增加是降水格局異常變化的一種體現(xiàn)。近幾十年來降水增加發(fā)生的頻率、范圍和持續(xù)時(shí)間都有所增加。森林生態(tài)系統(tǒng)是最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，土壤碳、氮、水循環(huán)過程是森林生態(tài)系統(tǒng)中最重要的三種循環(huán)過程。降水量的增加通過改變土壤環(huán)境因素，進(jìn)而影響凋落物分解、土壤碳氮、土壤呼吸、土壤有機(jī)碳礦化等關(guān)鍵生態(tài)過程，勢(shì)必會(huì)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)過程造成重大影響。四川省石棉縣地處大渡河中游干旱河谷區(qū)，全年干、

2、濕季節(jié)分明，從上世紀(jì)50至70年代和90年代至今，該地區(qū)降水量呈上升趨勢(shì)，尤其2000年初期降水量明顯增加，比上世紀(jì)90年代降水量增加了48％。云南松(Pinusyunnanensis)是該區(qū)域主要的造林樹種。本研究于2013年6月至2015年5月，對(duì)大渡河中游干旱河谷區(qū)石棉縣云南松人工林進(jìn)行增加降水試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)置對(duì)照(CK，0 mm·m-2·a-1)、增水10％(A1，80 mm·m-2·a-1)、增水20％(A2，160 mm·m-

3、2·a-1)和增水30％(A3，240 mm·m-2·a-1)4個(gè)處理水平。在研究了增加降水對(duì)云南松人工林凋落葉分解、土壤碳氮、土壤呼吸和土壤有機(jī)碳礦化影響的基礎(chǔ)上，初步探討了云南松人工林土壤碳氮水關(guān)系對(duì)增加降水的響應(yīng)。研究主要結(jié)果如下:
　　(1)云南松人工林凋落葉分解、土壤呼吸和土壤有機(jī)碳礦化及其相關(guān)因素均具有不同的季節(jié)特征。凋落葉分解、土壤呼吸和土壤有機(jī)碳礦化具有濕季快、干季慢的季節(jié)特征;土壤溫度、土壤濕度、土壤全氮、SMB

4、C和SMBN具有濕季高、干季低的季節(jié)特征，土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮?jiǎng)t具有濕季低、干季高的季節(jié)特征;但STOC沒有明顯的季節(jié)特征。
　　(2)增加降水促進(jìn)了云南松人工林凋落葉分解，促進(jìn)作用大小表現(xiàn)為A1＞A2＞A3。增加降水也促進(jìn)了凋落葉木質(zhì)素降解，促進(jìn)作用大小表現(xiàn)為A3＞A2＞A1; A1處理促進(jìn)了的纖維素降解，A2和A3抑制了纖維素降解。凋落葉各養(yǎng)分元素釋放模式?jīng)]有受降水量增加的影響。增加降水促進(jìn)了凋落葉C、N、P和K元素的釋放，A1

5、處理促進(jìn)了Ca和Mg元素的釋放，A2和A3處理抑制了Ca和Mg元素的釋放。凋落葉C/N、C/P和木質(zhì)素/N隨分解時(shí)間增加而升高，增加降水提高了凋落葉C/N和C/P，而木質(zhì)素/N在A1處理下降低，在A2和A3處理下提高。
　　(3)增加降水提高了云南松人工林STOC含量，但這種作用不隨增水量的增加而增大;土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均隨降水量的增加而降低。在濕季，A1處理提高了SMBC含量，對(duì)SMBN含量無顯著影響，A2處理提高了S

6、MBC和SMBN含量，A3處理降低了SMBC和SMBN含量;在干季，SMBN含量隨降水量的增加而降低，僅A3處理降低了SMBC含量。
　　(4)增加降水提高了云南松人工林土壤有機(jī)碳礦化，但這種作用不隨降水量的增加而增大。相關(guān)分析表明，土壤有機(jī)碳礦化與STOC之間沒有明顯的關(guān)系，與SMBC之間有明顯的相關(guān)關(guān)系。增加降水沒有改變土壤有機(jī)碳礦化與STOC的關(guān)系，而A2和A3處理則降低了土壤有機(jī)碳礦化與SMBC的關(guān)系。
　　(5)在

7、降水量增加下，A1處理對(duì)土壤呼吸和土壤碳排放量沒有明顯影響，A2處理促進(jìn)了土壤呼吸并增加了土壤碳排放量，A3處理抑制了土壤呼吸并降低了土壤碳排放量。濕季期間增加降水未對(duì)土壤溫度和濕度造成顯著影響，干季期間增加降水提高了土壤濕度，而土壤溫度未受到影響。土壤呼吸與土壤溫度具有極顯著正指數(shù)關(guān)系，增加降水沒有明顯影響兩者關(guān)系;各處理土壤呼吸的溫度敏感性（Q10值）分別為2.13(CK)、2.11(A1)、2.11(A2)和2.53(A3)，其中

8、A3處理的Q10值較CK明顯升高(P＜0.05)。土壤呼吸與土壤濕度具有極顯著二項(xiàng)式關(guān)系，而在降低溫度的影響后，兩者之間沒有顯著相關(guān)性關(guān)系，增加降水也沒有明顯改變它們的關(guān)系;與土壤溫度相比，土壤濕度對(duì)土壤呼吸的影響相對(duì)較小。土壤呼吸與土壤溫度、土壤濕度具有極顯著二元線性關(guān)系，變異解釋量較單因素有明顯提高，增加降水降低了土壤溫度和土壤濕度對(duì)土壤呼吸的綜合影響。土壤呼吸與SMBC、SMBN之間有明顯的相關(guān)關(guān)系，A1和A2處理提高了SMBC與

9、土壤呼吸的關(guān)系，A3處理降低了兩者的關(guān)系;僅A1處理提高了SMBN與土壤呼吸的關(guān)系。
　　(6)云南松人工林土壤碳水關(guān)系中，土壤水分與土壤呼吸之間有明顯的相關(guān)關(guān)系，增加降水沒有影響土壤碳水關(guān)系。土壤氮水關(guān)系中，土壤水分與土壤硝態(tài)氮、土壤銨態(tài)氮、SMBN之間有明顯的相關(guān)關(guān)系。在降水量增加下，A1和A2處理降低了土壤水分與土壤銨態(tài)氮的關(guān)系，A1和A3處理降低了土壤水分與SMBN的關(guān)系。土壤碳氮關(guān)系中，土壤有機(jī)碳與土壤氮之間沒有明顯的相

10、關(guān)關(guān)系，增加降水也沒有影響它們的關(guān)系。SMBC與土壤全氮、土壤硝態(tài)氮、土壤銨態(tài)氮之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系;增加降水降低了SMBC與土壤全氮的關(guān)系，A2和A3處理降低了SMBC與土壤硝態(tài)氮的關(guān)系，A1和A2處理提高了SMBC與土壤銨態(tài)氮、SMBN的關(guān)系，而A3處理僅降低了SMBC與土壤銨態(tài)氮的關(guān)系。土壤呼吸與土壤氮之間有明顯的相關(guān)關(guān)系，增加降水降低了土壤呼吸與土壤全氮、土壤硝態(tài)氮的關(guān)系;A3處理降低了土壤呼吸與土壤銨態(tài)氮的關(guān)系;而A1處理提

11、高了土壤呼吸與SMBN的關(guān)系。土壤有機(jī)碳礦化與土壤氮之間存在明顯的關(guān)系，總體上增加降水降低了它們的關(guān)系。土壤碳氮水關(guān)系中，土壤水分總體與土壤碳氮比之間沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，增加降水也沒有改變它們之間的關(guān)系。僅土壤水分與土壤呼吸/全氮、土壤有機(jī)碳礦化/SMBN之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系，增加降水降低了它們的關(guān)系。土壤水分與SMBC/SMBN之間雖沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，但A2處理提高了兩者的相關(guān)性。綜上，土壤碳氮水關(guān)系對(duì)增加降水的響應(yīng)較為復(fù)雜，要深