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降水减少对热带雨林生态系统碳水循环主要过程的影响
Alternative TitleInfluence of Precipitation Decrease on Major Processes of Carbon and Water Vapor Cycle in a Tropical Rainforest
张翔
Subtype博士
Thesis Advisor张一平 ; 沙丽清
2017-05
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Degree Discipline生态学
Keyword土壤呼吸 土壤含水量 生物量 温度敏感性 树干液流
Abstract全球气候变化已成为不争的事实,降水格局的改变是其重要表现之一。降水
减少会导致陆地生态系统的植物光合作用与蒸腾作用、土壤温室气体排放等一系
列过程发生改变,进而影响到整个生物圈的碳水循环。作为陆地碳循环的重要组
成部分,土壤呼吸对降水减少的响应在近几十年来受到广泛关注。水分条件可以
通过对土壤微生物活动、根系活动、可利用有机质等的限制来直接影响土壤呼吸,
还可能通过改变土壤呼吸的温度敏感性间接影响土壤呼吸。然而,关于土壤呼吸
及其温度敏感性如何响应降水减少的问题尚未得到清晰一致的认识。植物蒸腾作
用对于植物体调节叶片温度、植物对土壤营养元素的吸收及运输等具有重要意义,
它直接受到土壤可利用水分的影响,但目前有关降水减少对植物蒸腾耗水影响的
相关研究较少。本研究通过在西双版纳热带雨林开展的持续降水减少试验,从生
物量、土壤碳排放、植物蒸腾耗水特性等方面探讨了热带森林碳水交换的重要环
节对降水减少的响应及可能机理。研究结果表明:
1) 降水减少不会改变林内空气温度及相对湿度的日变化动态,但对空气温
湿度极值的影响在不同季节有所不同。持续降水减少导致土壤含水量明显降低,
对土壤温度的影响不明显。从绝对值来看,雨季土壤含水量降低的程度大于干季,
但是就减小土壤含水量的效应而言,干季和雨季差异不明显;伴随降水减少的持
续,土壤含水量减小的效应呈现增强趋势;持续降水减少导致的土壤含水量减少
效应最大值出现在干季。
2) 在月尺度和年尺度上,降水量与凋落物量之间均无显著相关关系。降水
减少在不同季节对叶面积指数的影响有所不同,其中隔离穿透雨处理组在干热季
叶面积指数有明显降低。热带雨林乔木层叶面积指数与月降水量呈显著对数相关,
故使用月降水量可以很好地估计西双版纳热带雨林叶面积指数变化情况。降水减
少未造成西双版纳热带雨林生物量剧烈减少,但不同树种胸径年相对生长率差异
较大,且同一树种内不同个体也有很大差异,说明不同树种及不同树龄的乔木个
体对水分亏缺的敏感性不同。
3) 持续降水减少条件下,热带雨林土壤呼吸在不同季节的响应有所不同。
其中土壤年碳排放和雨季碳排放量均有显著增加,分别从8.84 t C ha-1 yr-1 和5.92
t C ha-1 yr-1 增加至9.91 t C ha-1 yr-1 和6.84 t C ha-1 yr-1,而干季碳排放增加不显著。
持续降水减少导致的年土壤碳排放增量为1.62 t C ha-1 yr-1,基于西双版纳热带雨
林多年平均净生态系统碳交换量仅为1.68 t C ha-1 yr-1,故由降水减少导致的排放增量十分可观,若假定光合能力不受影响,该地区未来发生降水减少可能改变森
林原有的弱碳汇功能。
4) 由不同年份土壤呼吸与土壤温度分别计算得到的 Q10 存在较大波动,但
持续降水减少样地在任一年份计算得到的Q10 均大于对照样地的Q10 值,说明持
持续降水减少造成了土壤呼吸的温度敏感性增加,即土壤含水量减少会使西双版
纳热带雨林土壤呼吸对温度变化的响应更加敏感。因此,在预测持续降水减少情
景下热带雨林生态系统土壤呼吸的响应时,需要考虑到水分对土壤温度敏感性的
影响,以降低预测的误差。
5) 在整个试验期间 (2011 ~ 2015),持续降水减少对西双版纳热带雨林土壤
呼吸的促进作用始终存在,但自第四年起有明显减弱趋势,对照组和隔离穿透雨
处理组的土壤年碳排放量及温度敏感性均存在明显的年间波动。土壤呼吸年碳排
放增量占对照组年碳排放量的百分比依次为21.33 %、11.36 %、23.77 %、8.25 %
和7.57 %。故短期降水减少与多年持续降水减少对西双版纳热带雨林生态系统土
壤呼吸碳排放的影响存在差异,未来预测降水减少对土壤呼吸影响时需要对降水
减少的持续时间加以考虑。
6) 降水减少不会对成年绒毛番龙眼个体的蒸腾耗水日动态和季节动态造成
显著影响,但会显著减弱其干季和年总蒸腾量。各环境因子中冠层温度与个体蒸
腾相关性最好,其次是相对湿度;降水减少不会显著改变环境因子与个体蒸腾的
相关关系。故未来西双版纳地区发生降水减少时,需要重点关注干季植物蒸腾可
能存在的胁迫效应。
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.xtbg.org.cn/handle/353005/10564
Collection西双版纳热带植物园毕业生学位论文
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GB/T 7714
张翔. 降水减少对热带雨林生态系统碳水循环主要过程的影响[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.
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