不同林齡木麻黃人工林土壤呼吸的季節動態

[摘要] 在福建惠安選擇不同發育階段（幼林、中林和成熟林）的木麻黃防護林作為研究對象，用LICOR-8100 Automated Soil CO₂ Flux System法測定其土壤溫度、水分及土壤呼吸的季節動態。結果表明：不同林齡木麻黃純林土壤呼吸、土壤水分和溫度的季節動態都呈單峰曲線，最大值在6或7月，最小值在11或12月。

[關鍵詞] 木麻黃 土壤呼吸 季節動態

土壤呼吸是指土壤釋放CO₂的過程[1]，包括根際呼吸(根和根際微生物呼吸)和異養呼吸(包括土壤微生物呼吸和土壤動物呼吸)。土壤呼吸受到多種因素的影響，有非生物的：土壤溫度、土壤水分、土壤養分、土壤有機質等；有生物的：地面植被、土壤微生物、土壤動物的組成、活性和功能等[2]，其中溫度是影響土壤呼吸的主要因素之一。影響土壤呼吸的因素在不同時間尺度上的變化并不相同，例如地表的植被凋落物、植物物候等的季節間變化顯著而日變化較小，而空氣溫度、空氣濕度、植物根系活動等除了具有季節間的變化外，還具有明顯的日變化。這些因素在不同時間尺度上的變化可能會使土壤呼吸季節間變化和晝夜間變化產生差異[3]。對不同時間尺度土壤呼吸動態變化的研究有助于加深我們對土壤呼吸變化的機理和土壤呼吸溫度敏感性的了解，也有利于精確推算土壤碳的排放[4]。由于受到多種生物和非生物因素的影響，土壤呼吸在不同時間尺度上的動態變化可能不一致。對不同時間尺度的土壤呼吸動態變化的研究有助于深入了解土壤呼吸變化的機理，也有利于精確推算土壤碳的排放。土壤呼吸的季節變化主要受非生物因子溫度和水分變化的調控，而土壤呼吸的晝夜變化則可能主要受植物的生理活動周期性等生物因素的影響[5，6]。

本試驗選取南亞熱帶熱帶木麻黃沿海防護林為研究對象，測定了土壤呼吸季節變化規律，測定了季節間和晝夜間的土壤呼吸排放速率、土壤溫度、土壤含水量、空氣溫度和空氣濕度，探討季節間和晝夜間的溫度和水分變化可能對土壤呼吸造成的影響，目的是為精確測算該區域內的土壤碳儲量提供科學依據[7-9]。

1 試驗地概況

試驗地設在福建省沿海中部惠安縣崇武鎮赤湖防護林場(118°55′ E，24°55′ N)，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫19.8℃；年均降水量1029mm，年均蒸發量2000 mm；夏季(7-9月)多臺風和暴雨天氣，秋冬東北風強盛，8級以上的大風天達105 d，年平均風速7.0 m#8226;s^-1，干濕季明顯。土壤為均一性風積沙土，沙土層厚度80-100 cm。

2 材料與方法

試驗地設置在6年、17年、19年、19年和31年生的5個木麻黃人工純林內，幼林一個，中齡林三個，成熟林一個，分別記為幼林、中林1、中林2、中林3和成林。株行距2.0m×2.0m，樣地面積為20m×20m，在樣地內隨機設置三個50cm×50cm的小樣方作為土壤呼吸測定點，同時在每個小樣方的附近設置一個1m×1m的小樣方進行根排除處理后作為土壤異養呼吸測定點。這樣每個樣地共有6個呼吸點，3個用來測定土壤總呼吸，3個用來測定土壤異養呼吸。

采用排除根系法（也稱作開溝法）進行土壤呼吸分離，即在1m×1m的小樣方四周挖掘深度為70～100cm、寬度為50cm的壕溝，將玻璃纖維薄片放入溝中以阻止根向樣方內生長，然后把溝填平。根據經驗，挖溝在開始觀測3～4個月前進行，即在2006年3月份就把溝挖好，待到2006年7月份才開始呼吸測定，這樣測得的樣方內的土壤呼吸就是扣除了根系呼吸的土壤異養呼吸。

在2006年7月份、2006年10月份、2007年1月份和2007年4月份的四天用Licor-8100土壤呼吸自動測量系統方法進行晝夜24小時測定變化。每2小時測定一次，連續測定3min，3次重復，取平均值；測定前一天將樣方內的綠色草本層從根部剪斷撿凈，測定時盡量選取晴朗天氣，每次測定前進行儀器的調零校準。

3 結果與分析

3.1 不同林齡木麻黃人工林季節土壤呼吸動態

由圖1、圖2和表1、表2可以得到，五個木麻黃人工林樣地的土壤呼吸的季節動態呈現出比較一致的變化規律，基本上都是單峰曲線，最大值出現在夏季的6或7月份，如中林1樣地的土壤異養呼吸速率在2006年6月份達到5.95μmol m^-2 #8226; s^-1，如成林樣地的土壤異養呼吸速率在2006年7月份達到最大，為3.93μmol m^-2 #8226; s^-1，土壤呼吸的最小值一般出現在每年的11或12月份，如中林1樣地的土壤異養呼吸速率在11月份達到低谷，為1.80μmol m^-2 #8226; s^-1，成林樣地的土壤異養呼吸速率在12月份為最小，為1.40μmol m^-2 #8226; s^-1。五個樣地的土壤總呼吸速率的月際變化規律與異養呼吸的變化規律基本一致。這種變化規律與樣地的氣象因子的變化規律基本一致（如圖3、4），土壤5cm處溫度和土壤體積含水量的月際變化也呈現出單峰曲線，也是在夏季時達到最大值，在冬季時達到最低值。

3.2 土壤呼吸影響因素分析

不同林齡木麻黃樣地的土壤呼吸月際變化幅度不一致，基本上是在中林的大于幼林和成林的。異養呼吸的月際變化幅度分別為1.41、3.37、4.14、2.27和2.53μmol m^-2 #8226; s^-1，土壤總呼吸的月際變化幅度分別為1.21、4.37、5.44、3.09和3.52μmol m^-2 #8226; s^-1，這同時說明總呼吸的變化幅度大于異養呼吸的月際變化幅度，這主要是因為在夏季，土壤根系的生命活動與土壤微生物的活性都很活躍，而在冬季這兩者都處于低潮。

影響土壤呼吸季節變化的主導因子可以是溫度，也可以是土壤水分，這主要取決于什么是具體地點的限制性環境因子。對中國溫帶森林、歐洲森林和北澳薩王那草原的研究表明，土壤呼吸速率最大值出現在一年中溫度最高的月份，而在最冷的季節呼吸作用幾乎是停止的，其季節動態與土壤溫度的季節動態基本上是一致的。而對大多數熱帶森林而言，土壤呼吸的季節變化與溫度變化節律有所不同，一般而言土壤呼吸最大值出現在溫度適中而降雨量最大的月份。這與本研究的結果基本是一致的。

4 小結

五個木麻黃人工林樣地的土壤呼吸速率的季節動態呈現出比較一致的變化規律，基本上都是單峰曲線，最大值出現在夏季的6或7月份，最小值一般出現在每年的11或12月份；五個樣地的土壤總呼吸速率的月際變化規律與異養呼吸的變化規律基本一致。這種變化規律與樣地的氣象因子（主要是5cm土壤溫度和土壤體積含水量）的變化規律基本一致；不同林齡木麻黃樣地的土壤呼吸速率的月際變化幅度不一致，基本上是在中林的大于幼林和成林的，五個樣地異養呼吸速率的月際變化幅度分別為1.41、3.37、4.14、2.27和2.53μmol m^-2 #8226; s^-1，土壤總呼吸速率的月際變化幅度分別為1.21、4.37、5.44、3.09和3.52μmol m^-2 #8226; s^-1，這說明總呼吸速率的變化幅度大于異養呼吸速率的月際變化幅度。

參考文獻

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