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新疆在大规模农业开发的同时,也在大力营造防护林。荒漠上植树造林后,土壤呼吸强度和时间格局将发生改变。揭示干旱区荒漠、人工林地土壤呼吸的基本规律和影响因素,评估不同土地利用/覆盖类型的土壤呼吸对温度变化响应的敏感度,将为进一步确定干旱荒漠区不同生态系统的CO2源/汇关系、揭开全球未知汇之谜奠定基础并提供依据。本文以准噶尔盆地西部克拉玛依农业综合开发区主干防护林杨树、榆树林地和封育荒漠--梭梭、假木贼、盐穗木、柽柳+芦苇群落为研究对象,通过对土壤呼吸、温度、土壤含水量、土壤养分、盐分监测与调查,研究了不同植被覆盖类型土壤呼吸速率的时间变化规律,定量分析了生物、非生物因子对土壤呼吸的影响;通过模拟降水实验探讨了土壤CO2释放对降水激发的响应过程与原理;并利用指数模型估算了生长季人工林地、荒漠土壤碳释放量。
数据分析表明,生长季荒漠土壤呼吸速率日变化呈现明显的单峰格局,与地表温度具有较高一致性;而人工林土壤呼吸日波动明显,与近地面气温、上层土壤温度(5-20cm)的变化具有较高相关性。荒漠、人工林土壤呼吸季节变化均呈单峰型,6、7月达到峰值;荒漠与气温变化基本一致,夏季温度最高时因土壤水分降低土壤呼吸出现下降,人工林与土壤温度变化一致。
近地面气温对梭梭、假木贼、盐穗木、柽柳+芦苇荒漠群落土壤呼吸季节变化的解释率最高,分别达到36.9%、50.7%、64.5%、69.7%,Q10值分别为1.35、1.41、1.52和1.45;50cm、35cm土壤温度对杨树、榆树林地土壤呼吸季节变化的解释率最高,分别达到78.5%、64.4%,Q10值分别为2.89、2.32。不同植被覆盖类型土壤呼吸受土壤含水量的影响程度不同。消除温度的混淆影响后,梭梭、假木贼、盐穗木群落土壤呼吸与土壤含水量均具有显著正相关(R2=0.55、0.58、0.48),柽柳+芦苇群落仅2006年土壤呼吸与土壤含水量具有显著负相关:在人工林地两者之间没有显著关系。温度、土壤含水量对典型荒漠土壤呼吸的协同影响较单因素提高,分别为梭梭(71-93%)、假木贼(79-82%)、盐穗木群落(70-80%);在柽柳+芦苇群落和人工林地,影响差别不明显。
土壤理化性质对荒漠群落土壤呼吸具有一定影响。4种荒漠土壤基础呼吸速率(10℃时)与土壤有机质、有机碳、有效N呈显著正相关,与全P呈显著负相关。高、低盖度的梭梭、假木贼、盐穗木群落土壤呼吸与土壤速效K、pH值、HCO3-离子具有显著正相关,与SO42-离子呈显著负相关。土壤容重未引起群落间土壤呼吸速率的差异。
不同土地利用/覆盖类型,由于植被、经营方式、土壤性质及小气候等差异,土壤呼吸日变化格局不同,土壤呼吸速率差异显著(杨树林地>柽柳+芦苇群落>梭梭群落),土壤呼吸对温度的响应不同。仅高盖度梭梭群落与其他样地间土壤呼吸存在显著差异。各样地土壤呼吸速率时间变化对温度的响应程度不同(22-74%),仅在高盖度梭梭(土壤湿度最低)、盐穗木样地(土壤湿度最高)土壤呼吸与土壤含水量间存在显著负相关性。杨树林地土壤呼吸速率显著高于榆树林地,林内温度、土壤含水量、土壤养分和盐分性质并未存在明显差异,林地生长状况、光合作用是两种林地间土壤呼吸差异的主要原因。
模拟降水对荒漠土壤呼吸速率起到激发作用,但未发生短时间内较大的脉冲式增加。假木贼、盐穗木荒漠10mm模拟降水后土壤CO2累积释放量大于20mm;假木贼群落以5mm.大于2.5mm,盐穗木以2.5mm更高。综合分析,荒漠土壤累积CO2释放量随降水量增加显著下降。
生长季人工林地土壤碳释放量高于荒漠群落,杨树林地高于榆树林地,荒漠中物种多样性更高、盖度更大的柽柳+芦苇群落高于3种典型荒漠,其中小乔木梭梭群落高于假木贼、盐穗木群落,分别为653.33、301.85、217.38、119.19、85.11、69.08 gCm2-。