河北平泉油松林土壤呼吸特征及影响因素研究

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本文以河北平泉3种林分密度(低密度(300~400株/hm~2)、中密度(600~700株/hm~2)、高密度(900~1000株/hm~2))油松天然林为研究对象,分别于2019年生长季的6月至10月以及2019年非生长季11月至2020年1月、2020年非生长季10月底至12月期间利用LI-8100土壤碳通量测定系统对其原状(CK)、去除凋落物(NL)、去除凋落物切除根系(NI)以及加倍凋落物(DL)处理土壤呼吸速率及5cm土壤温湿度进行连续观测,并采集土壤和细根样品,测定土壤微生物量和根生物量。旨在明确该地区油松林土壤呼吸特征及各组分呼吸贡献,探究林分密度和改变凋落物输入对土壤呼吸的影响,分析土壤呼吸与环境因子间的相关关系。为准确评价油松林土壤碳循环提供依据,深入理解土壤呼吸在气候变化中的作用。主要研究结果如下:(1)在生长季,中密度林分平均土壤呼吸速率最大,高密度林分平均土壤呼吸速率最小,但不同密度间未达到显著差异(P>0.05),不同密度油松林土壤呼吸受土壤温湿度及土壤微生物量的共同影响。生长季不同密度油松林矿质土壤呼吸的贡献率明显高于根系和凋落物呼吸的贡献率,矿质土壤呼吸的贡献随林分密度增加呈增加趋势;相反,根系呼吸的贡献随林分密度的增加呈降低趋势,这两种呼吸组分贡献在低密度(P1)和高密度(P3)林分间有显著差异(P<0.05)。(2)在非生长季,高密度林分平均土壤呼吸速率最大,低密度林分平均土壤呼吸速率最小,不同密度间仍未达到显著差异(P>0.05),非生长季呼吸速率主要受土壤温度的影响。非生长季不同密度林分矿质土壤呼吸贡献率增加,根系呼吸的贡献有降低的趋势,中、高密度林分非生长季凋落物呼吸贡献降低,而低密度林分凋落物呼吸贡献增加,各组分呼吸贡献在不同密度间没有显著差异(P>0.05)。(3)改变凋落物输入处理对生长季土壤呼吸速率产生了显著影响,不同处理间土壤呼吸速率有显著差异(P<0.01),去除凋落物分别使不同密度林分土壤呼吸速率平均降低了20.63%、21.61%、18.21%,去凋处理显著改变了不同密度林分水热因子中的主要限制因子,并提高了主要限制因子对土壤呼吸的影响。加倍凋落物分别使不同密度林分土壤呼吸速率平均增加了27.48%、29.09%、32.10%,生长季加倍凋落物产生了“正激发效应”,加倍凋落物处理土壤呼吸主要受土壤温度和凋落物产量的影响。凋落物还通过改变根生物量来间接影响不同密度油松林的土壤呼吸速率。(4)改变凋落物各处理对低、中密度林分非生长季土壤呼吸速率产生了显著影响,但在高密度林分只有去凋切根处理显著降低了土壤呼吸速率。去除凋落物分别使不同密度林分土壤呼吸速率平均降低了19.88%、18.73%、16.30%,加倍凋落物分别使不同密度林分土壤呼吸速率平均增加了21.48%、17.91%、17.37%,非生长季加倍凋落物产生的“正激发效应”消失。非生长季土壤温度是各处理土壤呼吸的主要影响因子。(5)生长季各林分密度不同处理土壤呼吸的敏感性系数(Q10)范围为:1.82~2.90,非生长季不同处理土壤呼吸的敏感性系数(Q10)范围为:2.29~4.67,非生长季Q10升高,说明Q10与土壤温度有负相关关系。不同季节去除凋落物均使不同密度林分土壤呼吸的Q10降低,但不同密度林分土壤呼吸的Q10对加倍凋落物的响应不一致,且不同季节会发生改变。
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