不同降雨强度对亚热带杉木林伐桩区与非伐桩区土壤呼吸及其组分的影响

来源 :江西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhubin19851021
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作为土壤碳进入大气的主要通道,土壤呼吸在预测未来气候变化和构建陆地生态系统碳循环模型中发挥着越来越重要的作用。降雨格局改变(尤其是极端降雨事件频发)的现状正逐步影响相关区域生态系统土壤碳释放过程,伐桩系统作为森林采伐所留下的粗木质残体,其分解碳释放过程对极端降雨事件的响应的研究相对较少。为准确评估不同强度脉冲降雨对伐桩系统和非伐桩系统土壤呼吸及其组分的影响大小,并通过深入研究相关生态因子的变化来揭示土壤呼吸的响应机制,本研究基于亚热带杉木人工林间伐平台,通过搭建降雨装置人工模拟对照、轻度、中度和重度4种强度脉冲降雨事件(+0mm、+40mm、+80mm和+120mm),分别在2020年9月、2020年12月、2021年3月和2021年6月开展了针对杉木人工林伐桩区与非伐桩区为期一年的野外人工土壤呼吸及其组分的连续高频监测试验(4h/次),通过分析试验结果得出以下主要结论:(1)与+0mm降雨处理相比较,伐桩区土壤呼吸季节均值变化区间为1.14-2.45μmol m-2s-1,非伐桩区土壤呼吸均值在0.9-1.72μmol m-2s-1之间。低、中强度脉冲降雨显著促进了非伐桩区年均土壤呼吸的释放,而对伐桩区无显著影响,高强度脉冲降雨则显著抑制了伐桩区与非伐桩区土壤CO2的释放。不同季度,土壤呼吸对不同脉冲强度降雨的响应存在明显差异,并且伐桩区与非伐桩区土壤呼吸的响应变化趋势基本一致,9月份土壤呼吸脉冲响应最大,6月份最为敏感,3月份响应最弱,12月份均产生了抑制效应。(2)增加降雨对土壤温度无显著影响,但显著增加了土壤湿度,土壤温度是引起土壤呼吸发生年内动态变化的主要原因,而降雨能够快速增加土壤湿度进而对土壤呼吸日动态产生影响。异养呼吸是土壤呼吸的主要贡献者,伐桩区+0mm降雨处理年均异养呼吸贡献率为71.1%,非伐桩区+0mm降雨处理年均异养呼吸贡献率为61%,增加降雨促进了非伐桩区异养呼吸的贡献,而就伐桩区而言,低强度降雨(+40mm)显著增加了自养呼吸的贡献。(3)结构方程模型分析结果表明非生物因素是引起非伐桩区土壤呼吸组分变异的主要原因,其中异养呼吸的变异主要来源于土壤温度的变化,自养呼吸主要来源于净铵化速率的变化;对于伐桩区而言,生物因素(ANPP)是自养呼吸变化的主要原因,非生物因素是异养呼吸变化的主要原因,异养呼吸更容易受外界环境变化而做出反应。(4)相比非伐桩区,伐桩区生长季(3月、6月)土壤呼吸对降雨响应的最大持续时间短1.1天,降雨量越大土壤呼吸响应持续时间越长,Sigmoid函数拟合结果表明,低(<28mm)、高强度(>82mm)降雨非伐桩区能够较快适应降雨所带来的扰动,而中强度降雨更有利于伐桩区土壤呼吸的释放;降雨处理前铵态氮含量是非伐桩区土壤呼吸响应降雨刺激最重要的环境因子,而降雨处理前土壤温度对伐桩区土壤呼吸脉冲响应的影响更为重要。综上,在这个降雨格局变化较大的杉木林生态系统,相比伐桩系统,未来低、中强度降雨事件频率的增加,将会使得杉木林非伐桩系统土壤碳更多的流向大气,而对于伐桩区,尤其是大事件降雨,将会更多抑制森林表层土壤呼吸的释放。可见,在全球变暖的背景下,适当的采伐更有利于杉木林应对极端降雨事件频发对区域甚至全球流域气候的缓控。
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