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汶川地震及其次生灾害引起大面积植被和土壤毁坏,造成严重的水土流失和生态系统受损,加剧了生态恢复与灾害治理的难度。土壤呼吸是表征土壤质量和土壤肥力的重要生物学指标,在一定程度上反映了土壤养分转化供应能力以及生态系统对胁迫的敏感程度和响应模式。为了解地震、次生灾害影响下不同气候类型区受损生态系统治理过程中土壤呼吸与环境因子的关系,本研究选择干旱河谷气候区(大禹威州镇)和亚热带季风气候区(绵竹汉旺镇)生态恢复示范区为研究区,以受损治理区、自然恢复区以及未受损区为样地,于2015年9月-2016年9月进行土壤呼吸速率测定、植被调查和土样采集,测定其土壤理化性质、土壤酶活性、土壤微生物以及植物生物量,分析生态恢复下两种气候区三种处理方式土壤呼吸速率与环境因子的季节变化及两者的相关性,以期阐明生态恢复现状并预测未来发展趋势。主要研究内容和结果如下:(1)典型受灾区土壤呼吸日变化和季节变化规律6个样地土壤呼吸速率均存在显著日变化,峰值多出现在13:00,冬春季在11:00和15:00之间波动;呼吸日变化在两个气候区均表现为未受损区>受损治理区>自然恢复区;而日变化振幅大小则为受损治理区>未受损区>自然恢复区。土壤呼吸主要存在冬低、夏秋高的季节变化规律。不同季节土壤呼吸速率表现为未受损区>受损治理区>自然恢复区且差异显著,但受损治理区和自然恢复区在生长季(夏秋)无显著差异。与未受损区比较,干旱河谷气候区受损治理区与自然恢复区土壤呼吸速率分别降低41%和50%,亚热带季风气候区则分别降低21%和23%。(2)典型受灾区土壤5cm温度与湿度日间变化规律及其对土壤呼吸的影响土壤5cm温度日间变化在两个气候区均与对应土壤呼吸存在较为一致的波动规律。拟合后发现:亚热带季风气候区土壤呼吸与土壤5cm温度有较好的拟合关系。干旱河谷气候区存在一定的变异,具体表现为16年秋季三种处理方式土壤呼吸与对应土温均呈显著正相关关系(P<0.05),但在夏季均无显著相关关系。就不同处理方式而言,两个气候区土壤呼吸与土壤5cm温度有较好的回归关系,拟合系数为受损治理区>未受损区>自然恢复区。(3)典型受灾区土壤水热因子季节变化、Q10变化以及对土壤呼吸的影响土壤呼吸与温度或湿度单一变量进行拟合时相关系数较低。本文采用土壤温度和湿度的双因素模型(R=aebTWc)拟合不同样地土壤呼吸速率变化,提高了拟合结果的相关系数。双因素模型所得结果如下:除水热因子外,另有其他因子影响亚热带季风气候区未受损区的土壤呼吸;干旱河谷气候区未受损区与亚热带季风气候区受损治理区仅受温度或湿度单因子的影响,其余三个样地则受到水热因子复合影响。干旱河谷气候区受损治理区、自然恢复区和未受损区温度敏感系数Q10分别为2.34、1.95、2.78,亚热带季风气候区Q10则分别为1.99、1.25、2.90,表现为自然恢复区对土壤温度变化最为敏感,其次是受损治理区,而未受损区最不敏感。(4)典型受灾区土壤理化性质季节变化及其对土壤呼吸的影响除速效磷、容重、孔隙度外,两个气候区土壤理化性质在观测期内均存在明显的季节变动。不同处理方式中,除全磷、容重和电导率外,两个气候区土壤理化性质在整体上表现为未受损区大于受损治理区和自然恢复区。此外,受损治理区、自然恢复区较2012年有明显恢复,其中受损治理区恢复水平较高。土壤呼吸与理化性质相关分析表明:地震灾区土壤呼吸均值与有机碳、全氮、水解氮、孔隙度均存在极显著正相关,与容重呈极显著负相关(P<0.01)。就不同季节而言,土壤呼吸在不同季节与全氮、水解氮均有较好的相关性;而土壤呼吸仅在夏季与土壤pH和全磷存在显著相关关系,但与速效磷、电导率无明显相关关系。两个气候区不同处理样地土壤呼吸主要受有机碳、全氮和水解氮等养分的影响。(5)典型受灾区植物生物量季节变化及其对土壤呼吸的影响植物地下生物量和总生物量基本表现出冬季低、夏秋季高的季节变化规律(除亚热带季风气候区自然恢复区表现为冬季低、春季高外)。不同处理方式中,植物总生物量和地下生物量均表现为:未受损区>受损治理区>自然恢复区,未受损区与自然恢复区间差异显著(P<0.05)。相关分析表明,地震灾区土壤呼吸均值与植物地下生物量、总生物量间存在极显著正相关关系;就季节而言,除植被地下生物量在秋季以及总生物量在夏季外,两种植物生物量在各季节均与土壤呼吸存在显著正相关关系(P<0.05)。干热河谷气候区不同处理样地土壤呼吸主要受植物地下生物量和总生物量的影响,而亚热带季风区样地主要受植物地下生物量的影响。(6)典型受灾区微生物数量和生物量季节变化及其对土壤呼吸的影响除真菌存在冬高夏低的趋势外,细菌、放线菌、微生物碳、微生物氮在6个样地内呈冬低夏秋高的季节变化趋势。土壤微生物总量在6个样地均表现为细菌>放线菌>真菌。不同气候区微生物数量和生物量均表现为未受损区大于受损治理区和自然恢复区,且受损治理区微生物活性恢复率较高。相关分析发现,除地震灾区土壤呼吸均值与真菌无显著相关性外,灾区土壤呼吸均值与细菌、放线菌、微生物碳、微生物氮均存在显著正相关关系(P<0.05)。就季节而言,除细菌数量在不同季节与土壤呼吸均无显著相关性外,土壤呼吸与微生物数量和生物量在冬季和16年生长季(夏、秋季)均存在显著正相关关系(P<0.05)。亚热带季风气候区不同处理样地土壤呼吸主要受细菌、放线菌的影响,而干旱河谷气候区则主要受真菌和微生物氮的影响。(7)典型受灾区土壤酶活性季节变化及其对土壤呼吸的影响不同气候区五种酶活性季节变化不同,但总体上表现为夏秋高、冬春低的季节变化规律。在不同处理方式中,两个气候区样地的碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶均表现为未受损区显著大于受损治理区和自然恢复区;但两个气候区受损治理区和自然恢复区的过氧化氢酶活性和纤维素酶活性与未受损区均无显著差异。相关分析得出:地震灾区土壤呼吸均值与脲酶、蔗糖酶活性存在显著正相关关系,但与过氧化氢酶、碱性磷酸酶和纤维素酶则无显著相关性。就不同季节而言,土壤呼吸除在15年秋季、16年夏季与脲酶和蔗糖酶无显著相关性外,其余季节与脲酶、蔗糖酶存在显著正相关关系,土壤呼吸与纤维素和磷酸酶在秋季呈显著正相关关系(P<0.05)。总体而言,干热河谷气候区不同样地土壤呼吸主要受碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶的影响,而亚热带季风区主要受碱性磷酸酶的影响。(8)典型受灾区土壤呼吸的主要影响因子分析两个气候区土壤呼吸主要影响因子各异。其中,干旱河谷气候区不同处理样地土壤呼吸第一主成分均为土壤全氮,亚热带季风气候区不同处理样地则均为温度和碱性磷酸酶。综合分析发现,地震灾区土壤呼吸均值的主导因子为有机碳、全氮、水解氮、地下生物量、总生物量、细菌、微生物碳、微生物氮、脲酶和蔗糖酶。第二主成分以温度、电导率和纤维素酶为主;第三、第四主成分分别为pH和全磷。分别将整个观测期6个样地土壤呼吸以及地震灾区土壤呼吸均值(6个样地呼吸均值)与生成的主成分进行拟合后发现:不同样地以及整个灾区生态系统土壤呼吸均与第一主成分呈显著相关关系,但与其余主成分均无显著关系。