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土壤呼吸是陆地生态系统的第二大碳通量,对于调控陆地生态系统碳循环和气候变化具有重要的作用。土壤呼吸与土壤微气象、林分结构、微生物活性和土壤理化性质等因素密切相关。同时,土壤呼吸在同一林地内部也有巨大的时间和空间变异。为了研究土壤呼吸的时空变异和土壤呼吸测定过程中的最佳取样量,本研究选取立地条件相似的亚热带常绿阔叶林和杉木纯林,采用经典统计学和地统计学方法研究了两种森林类型土壤呼吸的时空异质性,并探讨其主要控制因素。此外,我们还运用传统法和自助法估算了在90%精度和95%置信水平下土壤呼吸的最佳取样量。该研究对于提高森林生态系统碳收支状况的评估精度以及预测未来全球气候变化趋势具有重要的意义。本研究主要结论如下: (1)在一年的观测期间,常绿阔叶林和杉木人工林的土壤呼吸均存在明显的季节变化动态。土壤呼吸和气象要素之间的相关分析和模型拟合表明,土壤呼吸的季节变异主要受温度控制,土壤温度可以解释土壤呼吸变异的75.4%~90.9%,指数模型可予以较好拟合;土壤湿度与土壤呼吸的关系较弱,未达到显著水平(P>0.05)。同时,我们发现常绿阔叶林的土壤呼吸显著大于杉木人工林(P<0.001);而夏季的土壤呼吸高于冬季,在2个林分中分别占年呼吸通量的36.93%和33.27%。 (2)两种森林土壤呼吸的空间变异介于41.94%~76.21%之间,显著大于时间变异;地统计分析显示常绿阔叶林和杉木人工林土壤呼吸的空间变异明显不同,分别呈现斑块状和同心圆的分布特征。在常绿阔叶林和杉木人工林,土壤理化性质均存在较强的空间变异,大部分土壤理化性质指标表现为中等程度变异,且速效土壤指标的变异系数显著高于全量土壤指标(P<0.05)。此外,与杉木人工林相比,常绿阔叶林中土壤全量指标具有更高的变异系数。 (3)常绿阔叶林和杉木人工林土壤呼吸受生物和非生物因素控制。具体而言,土壤呼吸与根生物量、土壤全碳、全氮和速效氮含量呈显著正相关,而与土壤湿度和全镁含量呈显著负相关。此外,逐步多元回归结果显示:常绿阔叶林土壤呼吸空间异质性主要受全碳、铵态氮、硝态氮、全镁和土壤湿度的控制;而杉木纯林土壤呼吸空间异质性则主要与根生物量、全氮、全钾和土壤湿度相关。 (4)在95%置信度和90%精度条件下,本研究常绿阔叶林和杉木人工林土壤呼吸的最佳取样量分别为94和104个。此外,我们也发现土壤呼吸的最佳取样量与季节有关,为了准确估算森林生态系统土壤呼吸,冬季需要更多的取样量。