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森林生态系统维持着全球陆地生态系统86％的植被碳库和73%的土壤碳库。因此,森林生态系统对全球变化的响应是预测大气CO2浓度及全球气候变化的重要基础。森林生态系统土壤呼吸是陆地生态系统碳循环中的一个重要组成部分,也是大气CO2重要的来源。植物功能性状反映了植物在表征森林生态系统功能,尤其是土壤呼吸方面的生态指示作用。因此,对森林生态系统的植物功能性状和土壤呼吸的研究能够很好地反应森林生态系统对气候变化的响应。海拔梯度在较小的空间范围内浓缩了不同的生态系统类型和环境梯度,是研究不同生态系统功能性状与土壤呼吸的理想场所。本研究以神农架海拔梯度上4种典型森林类型为研究对象,分析植物叶片功能性状和土壤呼吸随海拔的变化规律及其二者的关系。结果表明:
1.在780m-1970m范围内,神农架海拔梯度上典型森林乔木优势种叶片的Narea和叶片厚度随海拔升高而下降。其中,海拔2570m的亚高山针叶林的LMA、Narea和叶片厚度最高,分别为187.37g/cm2、1.92g/m2和385.31μm,且针叶林的LMA是常绿阔叶林的2倍、落叶阔叶林的3.7倍;除常绿落叶阔叶混交林的Nmass小于落叶阔叶林外,其他3个类型森林的Nmass随海拔升高(780m-2570m)而下降;海拔最高(2570m)的针叶林和海拔最低(780m)的常绿阔叶林的LDMC和叶绿素含量最高,分别为454.93g/Kg、407.64g/Kg和48.84、44.12;而海拔介于二者之间的常绿落叶阔叶混交林和落叶阔叶林的LDMC和叶绿素含量则最低,分别为338.93g/Kg、337.3g/Kg和38.73、38.19。
2.叶片各功能性状之间存在着显著的相关性:叶片厚度与LMA/LDMC及LMA显著正相关。叶片叶绿素含量与Narea显著正相关。LMA与LDMC、Narea、叶片厚度、叶绿素含量显著正相关,LDMC与Narea、叶绿素含量、叶片厚度显著正相关,Narea与叶片厚度、叶绿素含量显著正相关,叶片厚度、叶绿素含量显著正相关。
3.四种森林类型的年均土壤呼吸分别为1.63、1.79、1.74和1.35μmolCO2·m-2·s-1,年平均异养呼吸分别为1.13、1.12、1.12和0.80μmol CO2·m-2·s-1。4种森林类型的土壤呼吸及其组分呈现出明显的季节动态,夏季达到最高,冬季降到最低。阔叶林土壤呼吸显著高于针叶林,但是阔叶林土壤呼吸之间没有明显的差异。土壤温度是影响土壤呼吸及其组分的主要因素,二者呈显著的指数关系,而土壤含水量与土壤呼吸之间没有显著的关系,仅在阔叶林出现轻微的抑制现象。四种典型森林土壤呼吸的Q10值分别为2.38、2.68、2.99和4.24。随海拔升高,土壤呼吸对温度的敏感性增强,Q10值呈现出随海拔高度升高而增加的趋势。
4.植物功能性状在一定程度上对土壤呼吸产生影响。土壤呼吸、自养呼吸与LMA呈显著负相关,土壤呼吸与Narea呈显著负相关,自养呼吸与叶片厚度呈显著负相关。除Nmass对土壤呼吸和自养呼吸的影响为正面影响外,LMA、LDMC、Narea、叶片厚度和叶绿素含量对土壤呼吸的影响均为负面影响。植物功能性状直接影响植物根生物量和活性来影响自养呼吸。