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《华中农业大学》 2012年
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北亚热带秭归县马尾松林土壤呼吸时空异质性研究

张涛  
【摘要】:本研究选取在我国南方极具代表性的马尾松林作为研究对象,同时选择对生态环境极为敏感的三峡库区作为研究地点,通过壕沟法分离量化土壤呼吸组分,结合传统统计学分析方法与地统计学分析方法,深入研究小尺度上土壤呼吸的时空变异性及其作用机制,得到以下结论: (1)土壤总呼吸及其组分均表现出明显的季节动态,土壤总呼吸时间上的变异系数(CV)为41%,土壤温度是控制土壤总呼吸季节动态的主要作用因子;土壤呼吸组分中凋落物呼吸对土壤温、湿度变化响应最强烈,土壤微生物呼吸次之,根系响应最弱;根系呼吸贡献率在高温月份较低,在低温月份较高,土壤微生物呼吸贡献率与之相反,凋落物呼吸贡献率变化趋势与温度变化趋势相近;研究区域内土壤呼吸温度敏感性Q1o值为2.17。 (2)观测期内各月土壤呼吸水平空间上的变异系数位于32.6%与46.3%之间,属于中等变异;土壤呼吸各组分亦属于中等变异,其中土壤微生物呼吸变异系数最大,凋落物呼吸次之,根呼吸最小。研究区域内各环境因子变异程度差异较大,轻度、中等和强度变异均存在。 (3)半变异函数分析表明各季节土壤呼吸可由球状模型与指数模型拟合,除次年春季外,拟合函数决定系数均较高。块金效应结果表明次年春季土壤呼吸空间分布由结构性因素与随机因素共同作用,其余季节均主要由结构性因素引起。 (4)四个季节土壤呼吸变程较稳定,除冬季为91m外,其他季节均为101m。Moran's I系数分析表明季节间土壤呼吸自相关程度差异不明显,且随着滞后距的增加,Moran's I系数逐渐减小,揭示了土壤呼吸良好的空间自相关特征。Moran's I系数变化过程的波动性则表明了土壤呼吸空间结构的特殊性和影响因素的复杂性。 (5)各向异性比表现出典型的季节变化。春、夏两季45。方向上的变异大于135。方向,秋、冬两季45。方向上的变异相对值不断减小,135。方向上不断增大,预示着某些随季节变化明显的因子强烈地影响着研究区域内土壤呼吸各向异性。四个季节各向异性比曲线均表现出明显的波动,说明研究区域内土壤呼吸各向异性不仅存在,而且在不同尺度上差异明显,各向异性的作用机制复杂。 (6)各季节土壤呼吸各向同性下分维数差异不明显,但仍揭示出不同季节格局变异的空间依赖性:次年春季土壤呼吸随机变异最大,分布最复杂,夏季与冬季次之,秋季随机变异最小,分布最简单。在各向异性下,各方向分维数变化情况不一,表现了土壤呼吸空间分布的复杂性。其中135。方向各月分维数均较高,表明135。方向上土壤呼吸空间分布最复杂。 (7)用Kriging最优内插法进行插值绘出的研究区域土壤呼吸等值线图直观地显示出土壤呼吸的空间分布状况,研究区域内土壤呼吸在各个季节均表现出明显的斑块或条形空间分布格局,高低差异明显。各月土壤呼吸分布格局呈现一定的相似性,但局部差异明显。 (8)相关分析表明不同季节土壤呼吸空间异质性主要作用因子存在差异。7月空间上细根生物量与表层土壤总孔隙度与土壤呼吸速率具有显著相关关系,土壤速效N含量与土壤呼吸速率具有极显著相关关系,10月土壤呼吸速率与各环境因子均没有显著相关性;地统计学分析显示土壤水分含量、土壤微生物生物量、表层土壤总孔隙度、土壤速效N含量、土壤有效P含量与土壤呼吸速率具有相近的变程;水平空间分布格局显示土壤有机C含量、速效N含量及细根生物量等环境因子的空间分布与土壤呼吸空间分布具有有一定的相似性;土壤呼吸和环境因子的所有点对的半方差函数平均值的相关性分析揭示了土壤呼吸受土壤有机C含量、速效N含量、有效P含量的显著影响;另人为活动对土壤呼吸空间分布结构产生显著影响。 (9)利用变异系数来估算合理取样点数,结果显示,在95%置信区间内,要达到10%误差范围,本研究取样点偏少;要达到20%误差范围,本研究取样点足够。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S714

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