黃河三角洲刺槐混交林土壤呼吸的時空變化及其影響因素.pdf

1、黃河三角洲濕地是世界上暖溫帶保存最廣闊、最完善、最年輕的濕地生態(tài)系統(tǒng)。該濕地在維持生物多樣性以及維護區(qū)域生態(tài)安全方面具有重要作用，已成為現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的熱點領(lǐng)域之一。目前該濕地的生態(tài)資源開發(fā)已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略，然而該濕地生態(tài)系統(tǒng)在維持全球碳平衡中作用一直未引起足夠的重視。因此，本文在黃河三角洲鹽堿地選取刺槐臭椿混交林、刺槐白榆混交林、刺槐白蠟混交林、刺槐純林4種人工林和無林地為研究對象，采用英國生產(chǎn)的ACE自動監(jiān)測系統(tǒng)測定土壤呼吸速率，同時

2、采用常規(guī)方法測定林內(nèi)小氣候、土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量、根系生物量，分析不同人工刺槐林土壤呼吸的時空動態(tài)變化特征及其影響因子。目的是為理解該區(qū)域不同人工造林模式的土壤碳循環(huán)過程，植被恢復(fù)與生態(tài)重建中的植被模式選擇提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.土壤呼吸速率的時空變化
　　 (1)土壤呼吸速率的日變化均呈現(xiàn)明顯的“單峰”曲線，隨著溫度的升高而升高，峰值出現(xiàn)在12:00至14:00；其中同一時刻造林地的土壤呼吸及其

3、日變化范圍明顯高于無林地；不同林地的土壤呼吸速率日變化略有差異，4月的日變化范圍較小，介于0.24-0.95μmol·m-2·s-1之間，8月份較大，介于3.27-6.51μmol·m-2·s-1之間，而無林地分別為0.16-0.32μmol·m-2·s-1和2.61-2.93μmol·m-2·s-1，表明造林后提高了土壤呼吸速率。
　　 (2)在土壤呼吸速率季節(jié)動態(tài)上，夏季明顯大于春季，5種類型存在顯著差異(P<0.05)。其

4、中4月份土壤呼吸速率的日均值表現(xiàn)為：刺槐純林(0.69μmol·m-2·s-1)>剌槐白蠟(0.59μmol·m-2.s-1)>刺槐白榆(0.48μmol·m-2.s-1)>刺槐臭椿(0.43μmol·m-2·s-1)>無林地(0.26μmol·m-2·s-1)，8月份表現(xiàn)為：刺槐白榆(4.65μmol·m-2·s-1)>刺槐白蠟(4.43μmol·m-2·s-1)>刺槐純林(4.13μmol·m-2·s-1)>刺槐臭椿(3.99μmo

5、l·m-2·s-1)>無林地(2.74μmol·m-2·s-1)；CO2的日呼吸通量也表現(xiàn)為夏季明顯大于春季，其8月份CO2的日呼吸通量依次為7.37g·m-2·d-1、7.01g.·-2·d-1、6.54g·m-2·d-1、6.32g·m-2·d-1、4.34g·m-2·d-1，相互之間差異性均顯著(P<0.05)，分別是春季CO2的日呼吸通量的9.64倍、7.45倍、5.89倍、9.24倍、10.54倍。
　　 (3)春、夏

6、兩季土壤呼吸速率在垂直空間上的變化規(guī)律相似，均表現(xiàn)為枯落物層>0-10cm土層>10-20cm土層；不同土層的土壤呼吸速率的日變化動態(tài)也呈現(xiàn)明顯的“單峰”曲線，但是土層越深，土壤呼吸速率的日變幅越微弱；夏季4種造林地不同土層的呼吸速率明顯高于其春季的；隨著土層深度的增加，土壤溫度逐漸降低，Q10值增大，對溫度的敏感性增強，其中混交林對溫度變化的敏感性大于純林。
　　 2.土壤呼吸速率與環(huán)境因子的關(guān)系
　　 不同林分類型土

7、壤呼吸過程受到諸多環(huán)境因子的綜合影響，包括小氣候因子和土壤環(huán)境因子等。其中4月份土壤呼吸速率微弱，變化范圍為0.24-0.95μmol·m-2·s-1，與環(huán)境因子的相關(guān)性不明顯，所以主要研究夏季土壤呼吸速率與環(huán)境因子的關(guān)系。
　　 (1)小氣候因子對土壤呼吸速率的影響研究表明，8月刺槐臭椿混交林、刺槐白榆混交林、刺槐白蠟混交林、刺槐純林4種人工林和無林地中大氣溫濕度對土壤呼吸速率的影響不同。其中只有刺槐臭椿、刺槐白榆混交林與氣溫

8、呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，無林地呈顯著相關(guān)(P<0.05)；4種造林地土壤呼吸速率與空氣相對濕度均呈顯著負相關(guān)(P<0.05)，而無林地中空氣相對濕度變化不穩(wěn)定，相關(guān)性不明顯。
　　 (2)土壤理化性質(zhì)對土壤呼吸速率的影響研究表明，刺槐臭椿混交林、刺槐白榆混交林、刺槐白蠟混交林、刺槐純林4種人工林和無林地中土壤環(huán)境因子對土壤呼吸速率的影響各不相同。經(jīng)非線性回歸分析得出，不同土層的土壤呼吸速率與土壤溫度的關(guān)系可以用指數(shù)方程來

9、描述，除了無林地不具有顯著相關(guān)外，4種造林地均達到顯著或極顯著相關(guān)；5種類型內(nèi)土壤呼吸速率與土壤體積含水量日動態(tài)可用線性方程描述，4種造林地均呈顯著正相關(guān)，無林地相關(guān)性不顯著；均與體積含水量的季節(jié)動態(tài)變化相關(guān)性不明顯。本區(qū)域中造林地內(nèi)土壤孔隙度、pH及含鹽量是影響土壤呼吸的重要因素。其中3種混交林中的土壤呼吸速率與其孔隙度呈極顯著正相關(guān)，R2達到0.90以上，刺槐純林中的呈顯著正相關(guān)，R2達到0.80以上，均可用指數(shù)方程描述；與其pH值

10、及含鹽量呈負相關(guān)性，可用直線方程描述。
　　 (3)5種類型內(nèi)的土壤微生物數(shù)量不是影響壤呼吸速率的重要因子；根系生物量對土壤呼吸速率具有一定的影響作用，即根系生物量越大，相關(guān)性越顯著。
　　 (4)Q10值隨著土壤深度的增加而增大，對土壤溫度敏感性不同，其中刺槐白榆混交林增大的倍數(shù)最大，刺槐白蠟混交林、刺槐臭椿混交林次之，刺槐純林最小。
　　 3.掩埋枯落物釋放CO2的速率
　　 8月份對掩埋枯落物釋放C

11、O2的測定結(jié)果表明，除無林地外，4種造林地內(nèi)每種處理方式釋放CO2的日動態(tài)呈“單峰”曲線，且Va>Vb>Vc>Vd，但是釋放的CO2通量之間的倍數(shù)關(guān)系卻與相應(yīng)的枯落物之間的倍數(shù)關(guān)系不成等比?？萋湮镅诼窈笫з|(zhì)率增加從而導(dǎo)致CO2的釋放值增加，對土壤呼吸速率的貢獻值分別升高了23.26％、4.23%、7.22%、28.26%、12.86%，其中枯落物蓄積量相對較大的刺槐臭椿混交林和刺槐純林升高的幅度最大，分別達到23.26%、28.26%；