水曲柳幼树光合作用调控土壤呼吸的实验研究

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土壤呼吸在全球碳循环中占有重要地位,了解土壤呼吸机理并准确估算土壤呼吸大小是评价全球碳收支的基础。光合作用产生的同化物为土壤呼吸的组分—自养呼吸提供底物,因此其在调控土壤呼吸方面具有重要作用。本实验以长白山阔叶红松林的主要建群种之一—水曲柳幼树为研究对象,开展了遮荫、环剥、摘叶等降低光合产物对地下供给措施对土壤呼吸影响的短期及长期观测实验,主要结论如下:  (1)短期遮荫抑制土壤呼吸,并且这种抑制作用具有明显的日变化(遮荫对土壤呼吸白天影响较大,夜间较小)与季节变化(6、7月遮荫对土壤呼吸影响较大,而8、9月影响较小)。此外,遮荫对土壤呼吸的影响程度随遮荫强度增加而增加。20%、50%及95%强度的3日遮荫(每月一次)导致土壤呼吸(6-8月平均)分别降低了9.7%、14.7%与19.7%,其中光合有效辐射能够解释95%-99%遮荫对土壤呼吸影响的变化。  (2)氮添加显著促进21%-54%的土壤呼吸。这主要是因为氮添加更大地促进自养呼吸而较小抑制异养呼吸。而自养呼吸的增加是因为氮添加处理下输送到地上及地下的光合产物增加。这一结果可以通过最大净光合速率、叶绿素含量、地上及地下生物量的变化来解释。  (3)光合作用对土壤呼吸影响的开始滞后时间为12.5-21.5小时之间,且开始滞后时间与遮荫强度之间存在线性负相关关系,遮荫强度能够解释64%-84%的开始滞后时间变化。遮荫对土壤呼吸的影响与日光合有效辐射总量之间具有线性正相关关系,其中日PAR总量能够解释95%-99%遮荫对土壤呼吸的影响。  (4)比较100%摘叶及环剥对土壤呼吸的长期影响,发现两种降低光合产物方法均抑制土壤呼吸。处理后4天,摘叶及环剥处理分别导致土壤呼吸降低了25%及33%,整个实验处理期间(90天),平均土壤呼吸分别降低了32%与40%。实验2个月后,环剥处理具有明显的补偿作用,因此摘叶更适合未来研究。  (5)各种阻断光合产物对地下供给措施均降低土壤呼吸的温度敏感性(Q10),说明自养呼吸对温度的敏感性应该比异养呼吸高,这与组分分割得出结论相一致(自养呼吸Q10值为2.65,异养呼吸Q10值为2.32)。氮添加并未显著影响土壤呼吸及其组分的温度敏感性。
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