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《新疆大学》 2019年
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改变碳输入对新疆天山雪岭云杉林土壤呼吸的影响

陈文静  
【摘要】:地表植物残体和地下植物根系是森林生态系统中土壤C库的主要来源,其在质和量上的微妙波动都可能导致土壤呼吸速率(Soil respiration rate,Rs)较大幅度变动。全球极端气候变化极大地改变着森林生物生产力,影响着森林生态系统中的植被-凋落物-土壤(Vegetation-Litter-Soil)各C库间的动态平衡,继而作用于森林土壤呼吸速率。然而在切断植物根系和控制凋落物输入后,干旱区山地森林土壤呼吸速率是如何响应这一问题仍有较大争议。本研究以新疆天山北麓中段的雪岭云杉纯林(Picea schrenkiana)为研究对象,通过设置空白(Check Plot,CK)、双倍凋落物(Double Litter,DL)、切断植物根系(No Root,NR)、去凋落物(No Litter,NL)和切断植物根系去除凋落物(No Input,NI)5种处理方式,研究改变碳源输入后土壤呼吸速率的动态变异规律,进一步探讨土壤呼吸速率及其环境因素之间的关系。研究得到以下结论:(1)土壤呼吸速率月动态变化。土壤呼吸速率在不同碳源输入下表现出明显的月动态变化特征,且存在类似的单峰度曲线变化格局。不同处理方式下月均值大小关系为:DL(3.93μmol·m~(-2)·s~(-1))CK(3.38μmol·m~(-2)·s~(-1))NL(2.88μmol·m~(-2)·s~(-1))NR(2.79μmol·m~(-2)·s~(-1))NI(2.01μmol·m~(-2)·s~(-1));改变碳源输入后雪岭云杉林土壤呼吸速率变化幅度不尽一致,相较于对照处理,NI、NR和NL这三种处理使土壤呼吸速率在整个观测期间平均降低了40.87%、14.50%和11.06%,而其在DT处理下平均增加了20.05%。(2)调控土壤呼吸速率的关键因素-土壤温度和土壤湿度。不同碳源输入方式下土壤5 cm温度与土壤呼吸速率存在极其显着的指数关系(P0.01)。土壤呼吸速率与5 cm土层温度间的指数模型能够诠释土壤碳排放量变化的72.31%-83.03%。NI处理方式下的土壤呼吸速率敏感系数Q_(10)值大于其他处理方式下的Q_(10)值,NL、DL和NR这三个处理方式下的土壤呼吸速率温度敏感系数Q_(10)值均小于对照处理方式下的Q_(10)值。不同碳源输入方式下土壤5 cm湿度与土壤呼吸速率之间存有不同显著性的线性函数关系,其中只有DL处理方式下呈现出极显著相关关系(P0.01),其他处理方式下具有明显的相关性(P0.05),土壤呼吸速率与土壤5 cm湿度间的单因素线性模型仅能解释23.64%-36.5%的土壤呼(3)吸速率变异程度。相较于土壤温度或湿度与土壤呼吸速率之间的单因素模型,土壤温湿度综合作用的双因素复合因素模型可以更好地描述土壤呼吸速率的动态变化。不同碳输入方式后土壤呼吸速率与土壤温湿度双因素复合模型共同解释了75.4%-88.2%的土壤呼吸速率变化,可见天山雪岭云杉林土壤呼吸速率受到5 cm土层温湿度的协同作用。(4)雪岭云杉林土壤呼吸与其他土壤理化指标相关性。Pearson相关分析结果表明,改变碳源输入后土壤呼吸速率和全氮(Total nitrogen,TN)、C/N和土壤电导率(Soil Electric Conductivity,EC)的相关性不显明(P0.05),而土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)、全磷(Total Phosphorus,TP)、土壤pH值和容重对土壤呼吸速率的相关性较为显著(P0.05)。(5)各分室土壤呼吸的贡献率。试验结束后,雪岭云杉林矿质土壤呼吸(Mineral soil respiration,R_m)、凋落物土壤呼吸(Litter soil respiration,R_L)和根系土壤呼吸(Root soil respiration,R_r)对土壤总呼吸的相对贡献率大小为:R_m(59.45%)R_r(17.27%)R_L(11.41%)。
【学位授予单位】:新疆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:S714

【参考文献】
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