论文部分内容阅读
土壤呼吸作为表征土壤肥力和土壤质量的生物学指标,在一定程度上反映了生态系统生产力与气候变化的相应关系,对准确估算研究样地土壤CO2的排放量以及碳贮量的变化具有重要意义。本论文以位于山西省郊城县与方山县交界处的庞泉沟八道沟林场的4个样地为研究对象,通过长期的野外调查和实验室分析,研究了不同类型样地的土壤呼吸及其环境因子（土壤水分,土壤温度,土壤有机碳）的关系以及不同样地土壤呼吸的季节变化和日变化的模式及其机制,对山西高原土壤呼吸及土壤CO2排放量估算都具有重要的参考价值。本论文分为5部分,第1章为引言,第2章介绍研究区域及研究方法,第3章为主要研究内容,以庞泉沟八道沟林场的4个样地为研究对象,对各样地的土壤温度,土壤水分,土壤有机碳含量及土壤呼吸的季节变化进行分析研究,同时对土壤呼吸与其环境因子之间的关系作出分析,并估算了测定期间的CO2排放量。以2007年8月,10月,2008年5月至9月为测定期对土壤呼吸日变化进行研究,揭示土壤呼吸昼夜变化的规律。第4,5章对本论文的研究进行讨论及展望。主要研究结果如下:（1）土壤温度的变化具有明显的季节性特征。08年5月至10月期间土壤温度的季节变化基本呈对称的“铃”型趋势,最低温度出现在10月,最高温度主要出现在夏季的7-8月份。07年从8月份开始测定,土壤温度较高,基本在15～20℃之间。之后气温不断下降,土壤温度亦持续下降。土壤水分的变化受土壤类型,植被情况和气温的共同影响。测定期内各样地土壤水分无规律可循,土壤水分含量呈高、低交替变化趋势。在4个样地中,混交林的土壤水分相对较高。这是由于其独特的自然条件以及植被特征,最高含水量达到39.70%。4种样地土壤呼吸和土壤温度的季节变化非常明显,基本趋于一致。说明土壤温度对土壤呼吸的季节变化起主导作用。同时,土壤温度和土壤水分共同作用影响土壤呼吸。2007年9月土壤温度降低,但土壤呼吸仍有上升趋势,这可能是由于水分作用的结果。尤其是混交林和人工林的土壤呼吸值较07年8月高,可能受到水分,植被及坡向的影响。4种样地间的土壤呼吸总体差异不显著（p＞0.05）。土壤有机碳的变化主要受气候、植被和土壤特征以及区域地形的综合影响,本文对07年8,9,10月的4种样地土壤有机碳进行了测定。在测定期内,土壤有机碳没有明显的变化趋势。本次实验测定时间较短,仍在继续测定之中,土壤有机碳的积累没有明显特征,数量差异并不大。（2）对4种样地土壤呼吸和土壤温度,土壤水分,土壤有机碳进行指数关系分析。土壤呼吸和土壤温度的R2值介于0.52-0.80之间,相关性较好。从指数方程P值的检验结果来看,混交林,沙棘及农田样地的土壤呼吸与土壤温度的P值＜0.05,达到显著水平,但人工林样地的P值为0.07,可能是由于土壤温度和土壤水分存在一定程度的相关关系,水分的变化同样影响土壤呼吸。土壤呼吸与土壤水分的相关性较差,R2值得范围在0.00-0.31之间,这主要与庞泉沟地区的气候环境有关。土壤水分含量的大小为:混交林＞人工林＞沙棘＞农田,土壤呼吸与土壤水分的指数模型中的R2值为混交林＞人工林=沙棘＞农田,这表明,土壤含水量越高,土壤呼吸越大。但与土壤呼吸与土壤温度的相关性相比,土壤温度对土壤呼吸的影响大于土壤水分对土壤呼吸的影响。土壤有机碳对土壤呼吸的影响也较为明显。以07年8,9,10月的土壤有机碳和土壤呼吸的测定值进行拟合,结果显示土壤有机碳和土壤呼吸的关系较好,07年9月,10月的R2值分别为0.58和0.65,达到相关水平,07年8月的R2值较小,为不相关,这是因为8月份沙棘的土壤呼吸值较大,可能与沙棘的植被特点有关。（3）土壤呼吸和土壤温度都具有明显的日变化特点,基本表现为单峰曲线。本文测定的4种样地中,以沙棘的土壤呼吸日变化最大,最大值在08年8月份,达到9.12μmol m-2s-1,农田的土壤呼吸日变化较小。总体来讲,07年土壤呼吸变化幅度为0.75～5.58μmol m-2s-1,08年土壤呼吸变化幅度为1.45～9.12μmol m-2s-1,最小值出现在07年10月,最大值出现在08年8月,这仍与土壤温度有密切关系。本文测定的土壤呼吸日变化与土壤温度的变化趋势不太一致,土壤呼吸日变化最大值在11:00-16:00之间,从土壤呼吸与土壤温度的直线关系看,除07年8月和08年8月土壤呼吸与土壤温度变化的关系显著外,其他样地的土壤呼吸与土壤温度的关系均不显著（表3-11）。这可能与各样地的自身环境有关,土壤温度的变化滞后于土壤呼吸的日变化,如土壤呼吸的最大值多出现在10:00-12:00前,而土壤温度的最大值则出现在14:00-15:00。各样地的差异程度见表3-10,除08年5月各样地之间土壤呼吸差异显著外,其它各月各样地之间的土壤呼吸总体差异不显著（p＞0.05）。多数土壤呼吸测定是在白天进行的,但白天土壤呼吸的测定值仍不能代表24h的土壤呼吸值。所以夜间土壤呼吸的估算也很重要。本文以24h的土壤呼吸平均值分别与8:00-12:00、12:00-16:00土壤呼吸的平均值进行比较,在8:00-12:00之间,农田的土壤呼吸平均值高于日平均值10%,而在12:00-16:00之间,混交林的平均值比日平均值高10-20%,沙棘,农田,人工林的平均值高约10%,从测定结果来看,在计算土壤呼吸总量时应当考虑不同时间土壤呼吸值所占的比例大小,否则将影响计算结果。