黄土高原半干旱区两典型森林群落土壤呼吸动态特征研究

【摘要】：土壤呼吸研究是全球碳循环研究的一个热点领域。近年来,森林群落的土壤呼吸受到广泛重视,但关于干旱半干旱区林地土壤呼吸的研究大大滞后于其它区域。本研究以黄土高原半干旱区两种典型林分辽东栎天然次生林和刺槐人工林为研究对象,在延安市公路山林区,应用自动式土壤碳通量测量系统Li-8100对两典型林分土壤呼吸进行研究,同时对两林分生物和非生物因子进行观测。本研究着重探讨不同时间尺度下两林分土壤呼吸变化特征,阐明了两森林群落土壤呼吸及其组分与生物、非生物因子相变化与适应规律;揭示了该地区两林分土壤呼吸对降雨响应规律及机理;在日变化,季节变化尺度下探讨了两林分土壤呼吸及其组分温度敏感性差异,并通过多因子分析对Q10模型进行评价。本研究主要结论如下: (1)辽东栎天然次生林和刺槐人工林两林分土壤呼吸日变化均为单峰曲线,最低值出现在6:00左右,但最高值出现的时间存在差异。一般非生长季,土壤呼吸日变化波动微小,而在生长季,土壤呼吸日变化波动较大。日变化尺度下,天然次生林总土壤呼吸值高于刺槐林,两林分自养呼吸均高于异养呼吸。利用多因子回归分析发现,日变化尺度下,土壤呼吸及其组分与土壤温度和太阳辐射显著相关。 (2)辽东栎天然次生林和刺槐人工林两林分土壤呼吸季节变化模式基本相同,辽东栎林总土壤呼吸,自养呼吸和异养呼吸年平均值分别为3.68μmol m~(–2) s~(–1), 1.06μmol m~(–2) s~(–1)和3.26μmol m~(–2) s~(–1),刺槐林总土壤呼吸,自养呼吸和异养呼吸年平均值分别为2.76,μmol m~(–2) s~(–1), 0.87μmol m~(–2) s~(–1)和2.23μmol m~(–2) s~(–1)。自养呼吸与异养呼吸季节变化特征基本与之一致,但其波动范围小于总土壤呼吸。季节变化尺度下,天然辽东栎林总土壤呼吸值高于刺槐林。 (3)根据对2009年和2010年两次降雨(27.7mm和19.0mm)后两林分土壤呼吸研究发现,本地区常规性降雨会导致两林分土壤湿度显著增加,温度下降,促进土壤呼吸升高。降雨后,辽东栎林和刺槐林土壤呼吸最高值分别为4.8μmol CO_2 m~(–2) s~(–1)和4.4μmol CO_2 m~(–2) s~(–1)。雨后干旱期,土壤湿度和土壤呼吸逐渐降低,土壤温度逐渐升高。降雨前后,辽东栎林土壤呼吸均高于刺槐林,但是辽东栎林每单位有机质异养呼吸和每单位细根含量自养呼吸均高于刺槐林。降雨后,刺槐林土壤呼吸的变化主要是由于其自养呼吸的变化导致的。刺槐林土壤呼吸对降雨响应的敏感性高于辽东栎林。 (4)无论在日变化还是季节变化尺度下,两林分的自养呼吸Q10均高于自养呼吸。生长季,辽东栎林自养呼吸Q10高于刺槐林,非生长季,情况相反。通过多因子分析,发现光合作用在生长季对土壤呼吸产生重要影响。生长季适用于多因子模型,非生长季Q10方程模拟效果较好。