大兴安岭地区樟子松天然林土壤呼吸及影响因子研究

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土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,土壤呼吸作用是土壤向大气中释放CO2的重要过程。森林是陆地生态系统的重要组成部分,在维持全球生态平衡上有着关键作用。研究森林土壤呼吸的变化特征及其调控机理,对减少大气CO2浓度及减缓全球温室效应上有重要意义。本文以大兴安岭林区不同地形樟子松天然林为研究对象,于2018年6月到10月,用LI-6400对平地和坡地樟子松天然林土壤呼吸及其组分(异养呼吸、自养呼吸、枯落物呼吸、矿质土壤呼吸)月动态进行测定,同时进行影响因素的测定,研究樟子松天然林土壤呼吸特征及其与影响因子间的关系,以期为我国寒温带地区森林生态系统碳循环研究提供帮助。研究结果表明:(1)不同地形樟子松天然林土壤总呼吸及各组分呼吸的月动态均呈现“单峰”曲线,且6~8月平地土壤总呼吸、异养呼吸、矿质土壤呼吸均显著高于坡地(P<0.01)。土壤总呼吸速率范围在1.00~8.78μmol·m-2·s-1之间,峰值出现在7月或8月;异养呼吸和矿质土壤呼吸的范围分别是0.49~7.86μmol·m-2·s-1和0.13~6.74μmol·m-2·s-1,峰值均出现在7月;在观测期内不同地形的土壤总呼吸、异养呼吸、矿质土壤呼吸均值存在显著差异,平地的土壤总呼吸、异养呼吸、矿质土壤呼吸均值显著高于坡下和坡中(P<0.05),但平地与坡上的差异不显著;自养呼吸的范围在0.35~3.21μmol·m-2·s-1之间,峰值均出现在8月,坡地显著高于平地(P<0.05),不同坡位间差异不显著;枯落物呼吸在0.19~2.22μmol·m-2·s-1之间波动,各地形间差异均未达显著水平。(2)不同地形樟子松林土壤总呼吸和异养呼吸与土壤10 cm温度(T10)存在极显著的指数相关(P<0.01),平地、坡下和坡中自养呼吸与土壤温度显著相关,土壤温度可以解释樟子松林土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸月变化的69.3%~83.8%、68.77%~88.7%和39.7%~76.2%,因此土壤温度是影响樟子松林土壤呼吸的关键因子。(3)在坡中和坡上部,土壤湿度与土壤总呼吸存在显著线性正相关(P<0.05);而在坡下和坡中,异养呼吸与土壤湿度存在显著线性相关(P<0.05);不同地形自养呼吸与土壤湿度均存在极显著的线性相关关系(P<0.01);土壤湿度可以解释樟子松林土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸月变化的6.4%~41.5%、0.9%~44.4%和59.3%~78.9%。(4)不同地形樟子松林土壤总呼吸与0~10 cm土壤总有机碳均呈极显著正相关(P<0.01),全氮、易氧化有机碳、水解氮、碳氮比、p H在部分地形与土壤总呼吸的相关性达极显著水平(P<0.01)。(5)樟子松林土壤总呼吸均与多种土壤酶之间存在显著或极显著的相关性。平地和坡中土壤总呼吸与土壤过氧化氢酶、脲酶、纤维素酶、蔗糖酶和蛋白酶均存在显著或极显著正相关关系;坡下土壤总呼吸与蔗糖酶和纤维素酶的相关性达极显著,与过氧化氢酶呈显著的负相关;坡上土壤总呼吸与过氧化氢酶呈极显著正相关,与蛋白酶呈极显著负相关。
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