木麻黃人工林土壤異養呼吸及其季節動態

[摘要] 為了探討不同林齡木麻黃防護林異養呼吸在土壤呼吸中所占的比例，本研究用挖壕溝法對異養呼吸和自養呼吸進行了分離，并采用LICOR-8100 Automated Soil CO₂ Flux System法測定木麻黃純林的土壤自養呼吸和異養呼吸。結果表明：土壤異養呼吸在總呼吸中所占比例的季節動態變化較小，變化幅度為68.59%～76.87%，基本穩定在72.73％左右;異養呼吸在各林齡間差異不明顯，季節動態也沒有一致的規律。

[關鍵詞] 木麻黃 土壤呼吸 季節動態

土壤異養呼吸是土壤總呼吸的一個重要組成部分，也是影響野外實測土壤呼吸速率的重要因子[1]。對土壤異養呼吸占總呼吸速率比例進行精確估算，對于了解土壤有機碳對周轉速率和陸地生態系統對凈碳平衡十分重要[2]。異養呼吸占土壤總呼吸的比例在不同的區域差別很大，并且隨著植被類型和生長季節的不同而變化，從小于10%到大于90%，平均大約為52%。Raich和Tufekcioglu對近年來發表的有關資料進行了系統總結[3]，這些研究主要集中在北方針葉林和暖溫帶落葉闊葉林，對于熱帶亞熱帶森林、溫帶草原和農田的研究較少[4-6]。

木麻黃作為東南濱海沙地地區的主要造林樹種[7-9]，在防風固沙、改造生態環境方面發揮著難以替代的巨大作用；在濱海沙地木麻黃人工林生態系統中，以短枝木麻黃純林為主，林下灌木、草本稀少，而且木麻黃的凋落物絕大部分被附近村民刮走當柴火使用，故本實驗中對土壤呼吸的另一組分枯枝落葉呼吸沒有測定，把土壤呼吸只分成兩個組分：根系呼吸（自養呼吸）和微生物呼吸（異養呼吸）。

本實驗采用排除根系法（即挖壕溝法）來分離土壤呼吸，分析土壤異養呼吸所占比例在不同林齡林分之間及不同季節之間的差異，為了解土壤有機碳對周轉速率和陸地生態系統對凈碳平衡的影響提供依據。

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1 029mm，年均蒸發量2 000 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

在本實驗的五個樣地中，土壤異養呼吸在總呼吸中所占的比例在一年中的變化很小，基本穩定在72.73％，變化幅度為68.59%～76.87%（見表1）。

由圖1可知，各樣地土壤異養呼吸所占比例的季節差異沒有明顯規律，研究結果與前人的研究結果沒有一致性，比較混亂。其中幼林的變化幅度為76.87～71.38％，春季、夏季相對大些，冬季最小；中林1的變化幅度為72.69～90.94％；中林2的變化范圍為73.13～70.9％；中林3的變化范圍為75.5～73.33％；成林的變化范圍為71.20～68.59％。

在相同季節中，土壤異養呼吸所占比例在不同林齡林分之間的差異也不是非常明顯。由圖2可知，基本上是幼林和中林3的比例會高于其他三個林分，而成林的一般會偏低。

4 小結

本實驗把土壤呼吸只分成兩個組分：根系呼吸（自養呼吸）和微生物呼吸（異養呼吸），采用排除根系法（即挖壕溝法）來分離土壤呼吸。五個樣地中，土壤異養呼吸在總呼吸中所占的比例在一年中的變化很小，基本穩定在72.73％，變化幅度為68.59%～76.87%。各樣地土壤異養呼吸所占比例的季節差異沒有明顯規律，而且土壤異養呼吸所占比例在不同林齡林分之間的差異也不是非常明顯。

影響異養呼吸所占比例的因素有很多，如土壤溫度、土壤濕度等強烈影響微生物生理活性，尤其是在濱海沙地這樣一個土壤濕度偏低的環境中，很多時候土壤濕度季節變化對微生物呼吸所占比例的影響會大于土壤溫度季節變化的影響，雖然春夏兩季土溫有利于木麻黃根系尤其是幼林根系的生長，但是這兩季土壤濕度也較秋冬大，各種因素的相互影響才會導致這樣一個季節變化沒有規律的結果。還有一個要說明的是，挖壕溝來分離土壤呼吸的一個重要問題是樣地內根只是隔離沒有遷移走，殘留根的分解將有很重要的影響。

參考文獻

[1] Raich JW，Potter CS.Global patterns of carbon dioxide emissions from soils[J].Global Biochemisty Cycles. 1995，(9)：23-36.

[2] 劉紹輝，方精云.土壤呼吸的影響因素及全球尺度下溫度的影響[J].生態學報，1997，(17)：469-476.

[3] 易志剛，蟻偉民.森林生態系統中土壤呼吸研究進展[J]. 生態環境，2003， 12 (3):361-36.

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[8] 葉功富.隆學武，潘惠忠，等．1996b 木麻黃林的凋落物動態及其分解[J]．防護林科技，(專刊)：30-34.

[9] 葉功富，鄭仁華，馮澤幸．木麻黃專題文獻研究[J]．福建林業科技，1994，21(1)：57-61.