武夷山不同海拔高度土壤呼吸动态研究

土壤呼吸是土壤生态系统的一个重要生态学过程,是碳素由陆地生态系统进入大气的最主要途径,是大气CO2重要的源。土壤呼吸是一个由生物和非生物因素控制的复杂的过程,像很多其它土壤过程一样,土壤呼吸也具有很大的时间和空间变异性。为了阐明土壤呼吸时空变化的机理以及与其主要影响因子的关系,进一步揭示不同海拔土壤碳动态及其对未来全球气候变化的响应,从2005年4月到2006年3月,我们在福建武夷山沿海拔高度上的四个不同的植物群落—常绿阔叶林（Evergreen Broadleaf Forest, EBF）、针叶林（Coniferous Forest, CF）、矮林（Dwarf Forest）、高山草甸（Alpine Meadow）测定了土壤呼吸和影响它的因子,包括土壤温度,土壤含水率,土壤有机碳、氮、硫含量,凋落物量,微生物量以及细根生物量。实验设置采用随机区组设计,每一植物群落内,随机设置三个区组,每个区组设置凋落物排除（T）与控制（C）处理的样地两个。通过数据分析,我们得到如下结果: 1.土壤呼吸随海拔高度的升高而降低,EBF,CF,DF,AM,C处理分别为:4.17、3.19、1.94、2.29μmolCO2·m-2·s-1,T处理年平均土壤呼吸速率分别为:3.85、2.70、1.90、2.40μmolCO2·m-2·s-1; DF与AM两个处理年平均土壤呼吸速率都没有显著差异。 2.多元回归分析表明,年均土壤温度可以解释土壤呼吸沿海拔高度垂直空间变化的99.79%。 3.土壤呼吸日变化特点显著,在空气温度达到最大值之后的2—4个小时土壤呼吸速率也达到一个峰值,在凌晨2点左右土壤呼吸速率最低,06年3月的矮林除外土壤呼吸。 4. EBF,CF,DF,AM土壤呼吸季节变化明显,夏季（6～8月）较高,7月底,8月初达到峰值,C处理和T处理分别为6.57、5.49、3.13、5.09μmolCO2·m-2·s-1和5.88、5.26、3.10、4.68μmolCO2·m-2·s-1。冬季（12～2月）土壤呼吸较低,12月底,1月初处于低谷,C处理和T处理分别为1.04、0.76、0.33、0.30μmolCO2·m-2·s-1和1.15、0.68、0.31、0.27μmolCO2·m-2·s-1。 5.土壤呼吸的季节变化与土壤温度、湿度,森林凋落物量等因子有相关性,但温度是最主要的调控因子。对于C处理,5cm的土壤温度可以解释70-96%的土壤呼吸变化、10cm的土壤温度可以解释75-97%、15cm的土壤温度可以解释78-96%的土壤呼吸变化;对于T处理,5cm的土壤温度可以解释84-97%的土壤呼吸变化、10cm的土壤温度可以解释82-96%、15cm的土壤温度可以解释79-95%的土壤呼吸变化。 6.除CF外,Q10值随着海拔的升高而变大;基于5、10、15cm土壤温度,AM, C、T两处理的Q10值分别为4.02、4.40、4.95和3.85、4.16、4.64,这都大于EBF、CF、DF(C、T两处理的Q10值分别为2.15、2.36、2.49和2.27、2.43、2.53;3.34、3.65、3.90和3.53、3.82、4.08;2.46、2.65、2.85和3.30、3.56、3.83)。 本项研究揭示了中亚热带地区土壤呼吸在不同海拔高度表现出显著的时间和空间变化,而且土壤温度是调控土壤呼吸在海拔高度上变化和季节变化的主导因子。结果进一步阐明了高海拔土壤呼吸对温度的变化有较大的敏感性,意味着在未来全球气候变暖的条件下,高海拔植被土壤可能会释放更多的CO2,而对全球气候变化产生更大的影响。