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亚高山草甸土壤呼吸的时空变异特征研究

张义辉  
【摘要】: 随着全球气候的变暖,全球碳循环已引起生物科学、地球科学与社会科学的共同关注,成为世界气候研究计划(WCRP)、国际地圈-生物圈计划(IGBP)、生物多样性计划(DIVERSITAS)以及全球环境变化的人为因素计划(IHDP)等重大科学计划的主题。作为碳循环最重要环节的土壤呼吸是认识比较薄弱的部分,关于土壤呼吸的影响因子及其变异性的研究还需要加强,这不仅与精确估算全球碳收支紧密相关,也是制定应对全球变暖策略的关键所在。 亚高山草甸生态系统具有独特的生物地球化学过程,对环境和气候变化极其敏感。温度和湿度方面的微小变化都可能引起亚高山草甸土壤CO2释放量的巨大变化,而亚高山草甸土壤CO2释放量的变化又对环境与气候有着反馈作用。目前关于亚高山草甸土壤呼吸研究资料的报道很少,所以了解土壤呼吸的时空变异特征及其影响因素对亚高山草甸生态系统碳循环研究意义重大。本研究在2008和2009年间,对山西吕梁庞泉沟国家级自然保护区云顶山亚高山草甸的土壤呼吸进行测定,目的是研究土壤呼吸在时间和空间上的动态变化及其与土壤温度、土壤含水量和土壤有机碳之间的关系。主要研究结果如下: (1)亚高山草甸土壤呼吸表现出明显的季节变化,但年际变化不显著。土壤温度是影响土壤呼吸季节变化的主要因素,指数模型能较好的反映了土壤温度和土壤呼吸间的关系,尤其温度相对较低的季节模型拟合的效果更好。土壤呼吸的年际相关性极显著,表明2008年和2009年土壤呼吸受到共同的环境因子的影响。 (2)土壤呼吸与10 cm深度土壤温度的拟合效果最好,其相关系数大于5 cm和15cm;10 cm深度的土壤温度可以解释土壤呼吸的99%(2008)、77%(2009)。依据不同深度土壤温度得到的Q10和R10各不相同,随着土壤深度的增加,Q10和R10值随之增大。Q10和R10的年际变化也非常明显,2008年的Q10和R10值远大于2009年。 (3)亚高山草甸土壤呼吸与土壤水分关系不显著,可见水分不是亚高山草甸土壤呼吸的限制因子,但是极端干旱对土壤呼吸的影响非常显著。消除温度的影响之后,土壤呼吸与土壤水分的相关系数有了很大的提高,可见土壤温度一定程度上掩盖了土壤水分对土壤呼吸影响的真实效应。 (4)土壤呼吸不仅存在时间上的变化,而且也具有明显的空间变化特征。传统统计分析结果显示,土壤呼吸的空间变化属于中等变异,土壤呼吸与有机碳的关系最为密切,说明亚高山草甸土壤有机碳对土壤呼吸的空间分布起着主要作用。采用地统计学的半方差函数进行分析结果表明:线性模型能很好地反映土壤呼吸及其相关因子的空间结构特征,土壤呼吸表现出中等的空间自相关性,其空间变异主要是由结构性因素引起;土壤呼吸的变程为53.15m,说明影响土壤呼吸的因子在53.15m的尺度以内起作用;用Kriging插值法绘制的土壤呼吸等值线图进一步表明土壤呼吸具有中等的空间异质性,其异质性主要是由于土壤有机碳的空间分布不同所造成。


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