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title: 哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤呼吸特征及其对模拟增温的响应
author: 武传胜
Issued Date: 2016-11
Abstract: 土壤是陆地生态系统中最大的有机碳库,土壤有机碳排放的微弱变化都会对
全球碳循环产生重要影响。森林土壤有机碳排放在区域及全球尺度碳循环中扮演
重要角色,因此在全球变暖的背景下,区分森林土壤呼吸组分并探究森林土壤有
机碳排放对土壤温度升高的响应具有重要的意义。
本研究利用大型多点自动开闭箱式土壤呼吸连续测定系统,通过设置对照
(CK)、去凋落物处理(NL)、切根处理(NR),揭示哀牢山亚热带常绿阔叶林
土壤呼吸特征(如动态、数值及各组分所占的比例);在切根的基础上,设置红
外辐射器增温处理(NRW),揭示该森林异养呼吸对土壤温度升高的响应。同时
利用人工观测,通过设置对照、去凋落物处理、切根处理、切根并去凋落物处理
(NRNL),探究该森林凋落物分解与根际活动的交互作用,并通过设置对照与切
根处理下的凋落物分解实验,探究根际活动对凋落物分解的激发效应,并尝试新
的方法区分土壤呼吸组分;利用海拔梯度的增温效应,移植该森林的土壤(NRNL)
到中低海拔处,以揭示该森林土壤有机碳基础呼吸(RSOC)对不同土壤升温幅度
的响应。
本研究得到以下主要结果:
(1)哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤呼吸年均总量为13.80 tC∙ha–1∙yr–1,季节
动态明显,其中大部分碳排放发生在5 ~ 10 月的雨季(占全年的72.1 %);模型
回归及逐步回归(前进法)分析呈现了土壤温度对土壤呼吸的主控作用及土壤水
分的调节作用;表明气候变化将引起土壤呼吸的发生变化,并将对森林碳循环产
生重大影响。
(2)当区分土壤呼吸为地表部分凋落物呼吸(RAL)与地下部分呼吸(RNL)
时,RNL > RAL;当区分土壤呼吸为自养呼吸(RA)与异养呼吸(RH)时,RH > RA。
RNL 与RH 是土壤有机碳排放占主导地位的土壤碳排放,显示土壤有机碳排放在
土壤呼吸中占有重要位置。
(3)异养呼吸在土壤呼吸中占有很大的比例,未考虑切根处理引起的土壤
水分变化,异养呼吸为土壤呼吸的74.4 %;考虑土壤水分变化,经模型校正后,
异养呼吸为土壤呼吸的70.2 %;由此表明通过人工处理区分土壤呼吸组分时也
改变了土壤微环境,会造成土壤呼吸区分的偏差,因此需要采用回归模型进行校
正。
(4)增温处理后,土壤温度平均升高了2.2 ℃,异养呼吸速率增加了17.1 %;
四年(2011 ~ 2014)观测期内异养呼吸多排放了7.02 tC∙ha–1,平均每年多排放
哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤呼吸特征及其对模拟增温的响应
II
1.76 tC∙ha–1;表明气候变暖会增加土壤有机碳排放。增温处理后,土壤水分平均
降低了5.1 %(m3 / m3),经模型校正后,消除土壤水分变化的影响,使得异养呼
吸速率增加了20.7 %;观测期内异养呼吸多排放了7.98 tC∙ha–1,土壤水分的降低
补偿了0.96 tC∙ha–1。异养呼吸的增温效应主要受土壤温度增温幅度的影响,土壤
移植实验结果表明:土壤有机碳基础呼吸最适增温幅度是0 ~ 5.1 ℃。表明气候
变暖及降雨格局变化将共同影响着未来土壤有机碳的排放。
(5)哀牢山亚热带常绿阔叶林凋落物分解和根际活动间具有显著的正交互
作用,土壤呼吸组分区分为:土壤有机碳基础呼吸(RSOC)、凋落物呼吸(RL),
根呼吸(RR)和交互作用(RINT),其贡献率分别为:46 %、9 %、15 %和30 %。
根际活动对凋落物分解有显著的激发效应,提高了92 %的凋落物分解速率;土
壤呼吸组分重新区分为:土壤有机碳排放(RSOC-total)、凋落物分解(RL-total)和根
呼吸(RR),其贡献率分别为:68 %、17 %和15 %。可见土壤有机碳排放在土壤
呼吸的比重大,在森林碳循环中扮演重要角色。
以上结果表明气候变暖会增大土壤有机碳的排放速率,未来气候变暖会加速
亚热带森林土壤有机碳向大气中的释放。本研究的结果可为进一步研究气候变暖
等全球变化对土壤呼吸组分尤其是土壤有机碳排放的影响提供经验和理论基础。
关键词:土壤呼吸组分,土壤有机碳排放,土壤增温,土壤移植,交互作用,
激发效应,全球变暖。
Degree Level: 博士
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武传胜. 哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤呼吸特征及其对模拟增温的响应[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2016.
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