片段化森林中粗木质残体分解和土壤呼吸及其影响因子

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森林是最重要的陆地生态系统之一,但由于人类活动日益加剧,全球森林遭到破坏,森林片段化现象严重。粗木质残体分解和土壤呼吸是森林碳进入大气的主要形式,在物质循环和能量流动中具有重要作用。森林片段化可能会改变森林碳释放的强度,进而影响全球气候变化。迄今国内学者对森林片段化效应的研究主要集中在生物多样性方面,关于森林生态系统功能尤其是碳释放的研究还较为欠缺。因此,研究片段化森林中粗木质残体分解和土壤呼吸及其影响因子,对进一步揭示区域森林生态系统碳释放具有重要意义。千岛湖岛屿形成时间一致、基质(湖水)均一、边界清晰、植被类型相似(绝大部分为马尾松(Pinus massoniana)林),是研究森林片段化的理想平台。为探明森林片段化造成的生物因子和非生物因子的变化是否会影响森林粗木质残体分解和土壤呼吸等碳释放过程,本研究选择在淳安县千岛湖库区开展两项实验:以三个常见树种:落叶阔叶树种短柄枹(Quercus serrata)、常绿阔叶树种苦槠(Castanopsis sclerophylla)和针叶树种马尾松的粗木质残体作为分解对象,采用0.8 mm(排除土壤大型无脊椎动物进入)和4 mm孔径(允许土壤大型无脊椎动物进入)的网孔分解袋,在片段化生境中的45个样方(位于小岛、大岛边缘和大岛内部三种生境)和连续生境中的15个大陆样方展开了为期两年的分解实验;同时在上述样方开展了为期一年的土壤呼吸观测实验。主要结果如下:(1)粗木质残体的分解速率存在种间差异。马尾松的分解速率最高,苦槠次之,短柄枹最低。密度、直径和木质素含量对分解速率具有负效应。(2)土壤大型无脊椎动物显著促进了粗木质残体的分解。分解两年后,粗网孔袋中的分解速率高于细网孔袋。(3)分解两年后,短柄枹和马尾松的分解速率随着岛屿面积的增大而下降,马尾松的分解速率随岛屿隔离度的增大而下降。马尾松在小岛上的分解速率(0.38±0.02 yr-1)显著高于大陆(0.32±0.02 yr-1)。(4)小岛上的白蚁多度显著高于大陆,但四种生境中的真菌子实体盖度无显著差异。白蚁多度和真菌子实体盖度对分解速率具有正效应。分解一年后,岛屿面积通过增大木本植物丰富度对白蚁多度和真菌子实体盖度产生负效应。分解两年后,岛屿面积通过增大木本植物多样性对真菌子实体盖度产生正效应,而岛屿隔离度通过对木本植物多样性和生物量的负效应对真菌子实体盖度产生负效应。(5)土壤呼吸速率在不同季节差异显著。夏季(3.74±0.11μmol·m-2·s-1)>秋季(2.30±0.07μmol·m-2·s-1)>春季(1.82±0.05μmol·m-2·s-1)>冬季(1.40±0.05μmol·m-2·s-1)。季节间的差异性主要是由土壤温度驱动的。(6)土壤呼吸速率在不同生境间差异显著。总体来说,岛屿土壤呼吸速率(2.37±0.05μmol·m-2·s-1)显著高于大陆(2.08±0.07μmol·m-2·s-1),大岛边缘土壤呼吸速率(2.46±0.12μmol·m-2·s-1)显著高于大岛内部(2.03±0.06μmol·m-2·s-1)。(7)土壤温度和细根生物量对土壤呼吸速率具有正效应。岛屿面积和隔离度可通过对土壤温度和细根生物量的负效应从而对土壤呼吸速率产生负效应。本研究表明,森林片段化通过改变非生物和生物因子加速了粗木质残体分解和土壤呼吸速率,并进一步揭示了片段化森林碳释放的影响因子,从而为森林生态系统碳循环研究提供了科学资料。
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