浙江古田山亚热带常绿阔叶林不同干扰强度下土壤呼吸的变化

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全球变暖已经成为人类面临的主要环境问题之一,并且日益成为公众和科学关注的热点。作为重要温室气体之一,陆地生态系统CO2通量变化对维持全球碳平衡有着重要的作用。森林生态系统是最重要的陆地生态系统,不仅生物多样性丰富,也是重要的碳库。但是,随着社会经济的发展,森林生态系统不断遭到破坏,系统功能不断退化;另一方面,各国政府、公众有不断致力于借助于自然和人工的力量对破坏的生态系统进行恢复。目前,对森林碳循环的研究主要集中在原始林,对于由人类干扰形成的次生林、人工林的碳循环的过程缺乏认识,特别是作为森林生态系统碳排放过程的土壤呼吸。我国亚热带常绿阔叶林区面积近250万km2,生物多样性丰富、结构复杂、类型多样,对我国社会经济发展和生态环境安全具有重要作用。但由于长期受到人类活动的干扰,森林退化极为严重,生态系统功能遭到严重破坏。从20世纪80年代后期,在该地区开始大规模的植树造林,森林覆盖率得到不断提高,植被状况也得到了恢复,但同时人类的森林经营活动也加剧,人类对森林的干扰更加频繁,结果呈现出森林干扰与恢复交叉进行,导致亚热带区域碳源与碳汇的估算存在很大的不确定性。本研究在浙江古田山国家级自然保护区内选择了我国亚热带常绿阔叶林区具代表性的四种森林类型(常绿阔叶老龄林(OF)、一次皆伐后自然恢复的天然次生林Ⅰ(SF1)、皆伐后自然恢复过程中经历一次重度择伐的天然次生林Ⅱ(SF2)、人工杉木林(AF)为研究对象,每种森林类型选择3个重复样地,共建立了12个1公顷的长期监测样地,经过为期1年的土壤呼吸常规和日动态监测,定量分析了不同干扰强度下不同林型土壤呼吸的昼夜和季节变化,同时结合土壤有机碳、土壤温度、土壤含水量及微生物碳氮生物量等环境及生物因子的监测,分别从日尺度和季节尺度上探讨了影响我国中亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的主要驱动因子。研究发现四种林型土壤呼吸速率的季节变化均呈现夏季显著高于冬季的趋势,其中从4月份开始各林型以较快速率升高,老龄林、次生林1I和人工林均在8月份达到最大,次生林I在9月份达最大,之后各林型持续下降,在2011年11月份各林型土壤呼吸速率均有一个小回升,而后急剧下降到翌年2月份,2月后开始缓慢回升。四种林型的年平均土壤呼吸速率分别为1.05、1.13、1.26、0.84μmol·m-2·d-1,人工林的土壤呼吸速率显著低于其它三种林型(P<0.05),老龄林和次生林I均显著低于次生林II(P>0.05),但两者之间无显著差异。各林型的土壤呼吸速率和土壤表层温度的日变化幅度均不显著,尤其是在冬季基本上维持在同一个水平,人工林的变化更不明显,土壤碳日累积释放量与昼夜间各时间段测定的土壤呼吸速率均具有极显著的相关性(p<0.01),表明在该地区一天中不同时间测定的土壤呼吸值都能反映当天土壤呼吸碳释放量,这一结果将指导在该区域后续的土壤呼吸监测工作,即只需测定一次土壤呼吸速率就可能估算当天的土壤碳日累积释放量。土壤表层温度是影响该地区土壤呼吸季节动态变化的主要因素,二者呈显著的指数相关关系,相关系数R2为0.93~0.99;而土壤表层含水量与土壤呼吸之间没有显著的相关关系。老龄林和人工林土壤温度敏感性(Q10值)显著高于其它两种次生林型。上述结果表明,受干扰强度最大的人工林其土壤呼吸速率显著降低,对温度变化的敏感性反而和老龄林维持在同一水平;而受干扰强度相对较小的次生林其土壤呼吸速率和老龄林保持一致,而温度敏感性显著低于老龄林和人工林。古田山不同林型土壤呼吸季节变化的主要驱动因子均为土壤温度。这些结论说明不同干扰梯度对亚热带森林土壤碳的释放影响不同,这为精确估算该地区不同植被类型碳收支提供了重要依据,此外土壤呼吸无显著昼夜变化的结论对该区域后续的动态监测工作将起到积极的指导意义。
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