北亚热带—暖温带过渡区典型森林生态系统土壤呼吸特征研究

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1、摘要为揭示北亚热带．暖温带过渡区典型森林生态系统的土壤总呼吸及各组分呼吸的变异与碳排放特征，促进对森林生态系统碳输出过程的深入了解。本研究针对目前土壤呼吸研究中的热点与难点问题，以宝天曼森林生态观测站为依托，以土壤总呼吸组分分离为突破口，应用国内外认可的呼吸速率测定及分离方法对分布面积占该区域森林总面积95％以上的5个典型森林生态系统的土壤总呼吸(Rr)、土壤呼吸(凰)、根呼吸(几)、土壤异养呼吸(R．1=r)及凋落物呼吸(RL)在5个森林类型土壤温度、土壤含水量及凋落物含水量变幅分别为26．60-26．94"C、O．19~o．29kg·kg"‘与1．85-1．96kg

2、．kg。条件下的变化过程及相关的环境、生物因子进行了为期一年的观测，并设置了土壤温湿度室内培养与呼吸速率测定试验，对更大温度范围内锐齿栎幼林的土壤呼吸特征进行了研究，经统计分析与模型模拟，结果表明：(1)该区域森林生态系统土壤总呼吸与各组分呼吸有3种昼夜变化模式，第一种发生在春季阔叶林展叶前与秋季阔叶林落叶后，土壤总呼吸及各组分呼吸的变化均与土壤温度一致；第二种仅发生在夏季的幼林中，Rr,Rs与凡与土壤温湿度的变化过程有短暂的解偶联现象，而』b与毗的变化与第一种相同；第三种模式发生在夏秋季的生长季中，仅有心与土壤温湿度有短暂的解偶联，而其它呼吸类型均与土壤温度的变化一致

3、。Rr、凡、RⅣ、也与吼的最低值均出现在06：00，最高值出现在15：00～21：OO。虽然土壤总呼吸与各呼吸组分在不同季节最低与最大值出现的时间存在差异，但昼夜变化均为单峰曲线。凡与土壤温湿度的解偶联是否导致Rr与风与土壤温湿度解偶联与凡在不同季节、不同林分中的绝对与相对大小有关；各呼吸在夏季的昼夜变幅>秋季>春季>冬季，与水热变幅相同：随林龄增加，矾与吼昼夜变幅的季节性变异系数减小，而RⅣ的增大；Rr,凰、j珏及如的季节性变化趋势均为单峰曲线，最小与最大值分别出现在1月与7月，总体上与土壤温度一致，含水量较低时对呼吸有明显制约，凋落物呼吸的季节性变化受其含水量的影响

4、较大。(2)温度与水分对呼吸影响的相对重要性存在季节性变化，土壤含水量与凋落物含水量分别低于O．20kg·kg"1与0．38kg·kg～，而相对应地温与气温分别高于15"C与13"C的季节，含水量对呼吸有明显的制约作用：当土壤温度与气温分别低于15"C与13"(2的季节，温度对呼吸的影响高于含水量；其它温湿度条件下，呼吸同时受到二者的明显影响：室内培养发现，锐齿栎幼林的土壤呼吸速率对土壤升温表现为正反馈，但土壤含水量过高(在o．35kg·kg"1以上)时对二者的正反馈关系具有抑制作用．(3)5个林分的土壤温度与Rr,Rs，RA及舶均呈显著(P(o．05)或极显著(P

5、．oD的指数函数关系，可以分别解释上述呼吸昼夜与季节变化的80．620／,,--93．85％、86．84％毋2．23％、79．050／0-88．12％与82．630／0-96．70％；昼夜与季节尺度上，土壤温度与凋落物呼吸分别里显著的指数函数与二次函数关系，对其呼吸的昼夜与季节性变化的解释能力分别为68．10％-81．58％与34．780／0-54．24％．各呼吸与含水量在昼夜与季节尺度上分别呈负相关与正相关。季节变化中，5种林分的研与其它4种林分(除锐齿栎老林外)的题、凡及勘与土壤含水量问有显著的一元一次函数关系，可分别解释上述呼吸季节性变化的24．80／0-55．2

6、％、23．8％07．1％、20．450／o--41．14％与23．060／0-．-48．45，但室内培养试验发现二次函数对二者关系的解释能力更高；季节性变化中，5种林分凋落物含水量与凋落物呼吸具有显著的一元一次函数关系，能解释凋落物呼吸季节性变化的72．240／0-79．50％．室内培养试验发现，只是在含水量较高或较低时，含水量的增加才对土壤呼吸速率有明显的抑制或促进作用．(4)全年而言，5个林分的Rr,R小RHflLRa的9口值分别为2．18-2．41(平均2．30)、2．30-2．44(平均为2．38)、2．09---2．35(平均为2．19)与2．4蚴．82(平均

7、为2．61)，上述各呼吸的温度敏感性指数间有显著差异(P春季>秋季>夏季，根呼吸的9檀在春季最高，其次为秋季，夏冬季较低．在土壤温度没有显著差异(P>o．05)且含水量对土壤总呼吸没有明显抑制时，幼林土壤总呼吸的温度敏感性高于老林．昼夜与季节性变化中，每个林分土壤总呼吸的o∥值均始终低于土壤呼吸．多数情况下，根呼吸的Qldi>+壤异养呼吸>凋落物呼吸，但冬季时土壤异养呼吸的Qlofft>凋落物呼吸>根呼吸，且不同呼吸类型Q，0的相对大小在不同林分中也不相同．室内培养试验发现，温度对9口