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)中最大的碳儲存庫，在維持長期和短期碳庫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，促進對森林生態(tài)系統(tǒng)碳輸出過程的深入了解。本研究在福建南平王臺選擇本底條件基本相同和經(jīng)營措施較為一致的18年生(SM18)、90年生杉木人工林(老齡林)和次生林，利用Li-8100對這三個林分的土壤呼吸及組分、土壤溫度和濕度進行了為期兩年的觀測。結(jié)果表明： (1)從2006年7月至2

2、008年6月，三個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％。三個林分兩個年度土壤濕度與土壤總呼吸及各組分的線性相關(guān)較低，均未達到顯著水平(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)兩年觀測期內(nèi)，三個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。三個林分中，土壤呼吸各組分年貢獻率為礦質(zhì)土壤呼吸的年貢獻率>根呼吸>凋落物呼吸。其中，礦質(zhì)土壤呼吸的年貢獻率為41.72％～56.77％，

6、根呼吸的年貢獻率為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

7、題嚴重威脅人類生存和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，已成為全世界共同關(guān)注的焦點問題之一。森林土壤是全球碳庫的重要組成部分，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)是我國特有的優(yōu)良速生針葉樹種，也是我國亞熱帶地區(qū)最主要的用材樹種之一。分布地域廣闊，栽培歷史悠久，不僅為我國提供了大量的商品用材，而且

8、在維護生態(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)營角度來研究則剛剛起步，有關(guān)不同年齡杉木林土壤呼吸的對比研究幾乎是個空白，且有關(guān)森林轉(zhuǎn)換對土壤呼吸的影響報道也較少。 本研究在福建南平王臺選擇本底條件基本相同和經(jīng)營措施較為一致的18年生(下稱SM18)、90年生杉木林(下稱老齡林)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通量測定系統(tǒng)(Li-8100)測定土

9、壤呼吸速率，研究了三個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，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。三個林分的凋落物呼吸季節(jié)變化呈無規(guī)律的波動，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，均為次生林(0.67 μmol·m-2·s-1)的46％。 (3)三個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)。三個林分兩個年度土壤濕度與土壤總呼吸及各組分的線性相關(guān)較低，均未達

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)三個林分的兩個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；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)三個林分中，土壤各組分年貢獻率表現(xiàn)為礦質(zhì)土壤呼吸的年貢獻率>根呼吸>凋落物呼吸。其中，礦質(zhì)土壤呼吸的年貢獻率為41.72％～56.77％，根呼吸的年貢獻率為27.08％～45.34％。在林分尺度上，老齡林礦質(zhì)土壤呼吸貢獻率最高，而根呼吸貢獻率最大的是次生林；在時間尺度上，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-