木麻黃人工林土壤呼吸測定方法的比較分析

[摘要] 以惠安濱海沙地木麻黃沿海防護(hù)林為研究對象，采用靜態(tài)箱式法和LI-8100 Automated Soil CO₂ Flux System兩種方法測定比較了木麻黃人工林土壤呼吸的日動態(tài)和季節(jié)動態(tài)。分析表明，靜態(tài)法的測定結(jié)果是動態(tài)法的1.327倍，且測定結(jié)果不太穩(wěn)定。兩種方法的線性回歸分析得出R² =0.8258，說明它們存在顯著的線性關(guān)系，這兩種方法的測定結(jié)果都有較高的可信度。

[關(guān)鍵詞] 木麻黃 土壤呼吸 比較

土壤呼吸是土壤釋放CO₂ 的過程，是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分。全球土壤是一個巨大的碳庫，其碳貯量約1 500 Pg，分別是陸地植被和大氣的2倍和3倍[1]。據(jù)估計，全球土壤每年向大氣釋放碳68～100 Pg[2]，是化石燃料燃燒排放碳量的10倍以上。因此，即使土壤呼吸發(fā)生微小變化，也會引起大氣中CO₂濃度的明顯改變。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其土壤碳貯量約占全球土壤的73％[3，4]。森林采伐及采伐后的土地利用方式變化對土壤碳貯量和碳釋放有較大影響。在中國規(guī)模巨大的人工林中，沿海各種防護(hù)林占有相當(dāng)大的比重。木麻黃作為東南沿海地區(qū)的主要造林樹種，在防風(fēng)固沙、改造生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著難以替代的巨大作用。相信隨著國家沿海防護(hù)林體系的不斷完善，木麻黃林在沿海的規(guī)模、地位和作用會越來越突出[5-7]。因此，研究木麻黃人工林土壤呼吸對于準(zhǔn)確評估沿海防護(hù)林，乃至于我國人工林在全球碳循環(huán)中的作用具重大意義。

目前測定土壤呼吸的方法有很多[8，9]，不同的測定方法都存在各自的優(yōu)缺點，有的方法適合某一種生態(tài)系統(tǒng)，而并不一定就適合其它的生態(tài)系統(tǒng)。本實驗采用了靜態(tài)箱式法和LI-8100 Automated Soil CO₂ Flux System兩種方法測定木麻黃人工林某一測定點的一日和半年的土壤呼吸動態(tài)，并對兩種方法測定的結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析比較其差異，以期能夠選出一種能夠客觀展示木麻黃人工林土壤呼吸狀況的方法。

1 試驗地概況

試驗地設(shè)在福建省沿海中部惠安縣崇武鎮(zhèn)赤湖防護(hù)林場(118°55′ E，24°55′ N)，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫19．8℃；年均降水量1 029mm，年均蒸發(fā)量2 000 mm；夏季(7月-9月)多臺風(fēng)和暴雨天氣，秋冬東北風(fēng)強盛，8級以上的大風(fēng)天達(dá)105d，年平均風(fēng)速7.0 m#8226;s-1，干濕季明顯。土壤為均一性風(fēng)積沙土，沙土層厚度80-100 cm。

2 材料與方法

試驗地設(shè)置在17年木麻黃人工純林內(nèi)，株行距2.0m× 2.0m，樣地面積為20m×20m，在樣地內(nèi)隨機設(shè)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(shè)置一個1m×1m的小樣方進(jìn)行根排除處理后作為土壤異養(yǎng)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(yǎng)呼吸。

采用排除根系法（也稱作開溝法）進(jìn)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(nèi)生長，然后把溝填平。根據(jù)經(jīng)驗，挖溝在開始觀測3～4個月前進(jìn)行，即在2005年7月份就把溝挖好，待到2005年11月份才開始呼吸測定，這樣測得的樣方內(nèi)的土壤呼吸就是扣除了根系呼吸的土壤異養(yǎng)呼吸。

靜態(tài)箱式法從2005年11月份開始至2006年10月份結(jié)束，每月中旬測定一次；LI-8100 Automated Soil CO₂ Flux System方法從2006年5月份開始至2007年4月份結(jié)束，每月中旬測定一次，也就是說從2006年5月份到2006年10月份半年期間采用兩種方法同時測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 兩種方法在某一測定點日動態(tài)的差異比較

下面通過在2006年7月份木麻黃中林樣地土壤異養(yǎng)呼吸的日動態(tài)來比較兩種方法的差異。如下圖所示，很明顯的是，靜態(tài)法的測定結(jié)果比動態(tài)法的結(jié)果大，在這一天中，平均而言前者是后者的1.327倍，這與Nakadai的研究結(jié)果是一致的。這可能主要是因為靜態(tài)法由于氣室內(nèi)部缺少小風(fēng)扇，以致氣室所收集的CO₂不能很好的分散開來，所以抽取一定體積的CO₂濃度會偏大，從而造成呼吸速率的偏大。兩種方法的土壤異養(yǎng)呼吸日動態(tài)變化曲線基本是一致的，但是靜態(tài)方法的測定結(jié)果明顯不是很穩(wěn)定，變異更大，其在這一天中的變化范圍為4.77～3.54，而動態(tài)法的變化范圍是3.52～2.92。這主要是因為靜態(tài)法的密閉氣室要求頻繁的插入和拔出，這樣會對呼吸點會造成比較大的擾動，從而造成變異較大；正因為靜態(tài)法的變異較大，所以上面都是基于動態(tài)法的測定結(jié)果來分析的。

3.2兩種方法測定結(jié)果月際動態(tài)的差異比較

由圖2所示，每個測定數(shù)據(jù)均為當(dāng)日異養(yǎng)呼吸測定結(jié)果的平均值。可以看出，兩種方法測得的木麻黃中林樣地的土壤異養(yǎng)呼吸速率的季節(jié)動態(tài)具有非常好的一致性，說明這兩種方法的測定結(jié)果具有較高的可信度。

3.3 兩種方法測定結(jié)果的相關(guān)性分析

把這兩種呼吸測定方法的大量數(shù)據(jù)在一起做線性相關(guān)分析，剔除很明顯的異常數(shù)據(jù)，如下圖所示，發(fā)現(xiàn)它們存在著比較好的線性相關(guān)，R²值達(dá)到0.8258，這同樣可以說明這兩種方法的測定結(jié)果具有較高的可信度。

4 小結(jié)

本試驗中采用了兩種方法即靜態(tài)法——靜態(tài)箱式法和動態(tài)法——LI-8100 Automated Soil CO₂ Flux System法對土壤呼吸進(jìn)行同步對比測定。大量數(shù)據(jù)表明，靜態(tài)法的測定結(jié)果比動態(tài)法的大，在這一天中，平均而言前者是后者的1.327倍，同時靜態(tài)方法的測定結(jié)果不是很穩(wěn)定，變異較大。對兩種方法的線性回歸分析表明，R²值為0.8258，說明它們存在著比較好的線性關(guān)系，這兩種方法的測定結(jié)果具有較高的可信度。

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