华北南部低丘山地刺槐和侧柏人工林土壤微生物呼吸和根系呼吸特征研究

发布时间：2020-06-10 17:25

【摘要】：本研究通过采用树木环割法+基于红外动态分析法的Li-8100土壤呼吸自动观测系统,观测研究了位于河南省济源市的华北山区南部低丘山地40年生刺槐和35年生侧柏人工林的土壤微生物呼吸速率(Rh)和根系呼吸速率(Rr),分析比较了2种林地土壤微生物呼吸和根系呼吸对土壤呼吸的贡献比率,时间变化特征及其与5cm深度处的土壤温度和湿度的关系。研究结果如下: (1)刺槐和侧柏人工林生长季的土壤微生物呼吸速率和根系呼吸速率昼夜变化规律均呈现“单峰”曲线,呼吸速率早上随着土壤温度的升高而增大,到中午或下午达到高峰,下午和夜间随土壤温度的降低而减小。刺槐林根系呼吸速率的日最大值出现在下午14时左右,土壤微生物呼吸速率的日最大值出现在下午15时左右,与土壤温度的峰值出现时间基本一致;而侧柏人工林的根系呼吸速率日最大值却出现在下午17时左右,相对于土壤温度峰值的出现时间存在明显的滞后现象,滞后约1-2.5h,土壤微生物呼吸速率的日变化趋势与土壤温度的变化趋势基本一致。在非生长季节里,刺槐和侧柏林土壤微生物呼吸和根系呼吸的日内变化均不明显,趋势平缓,日内变化幅度较小。 (2)刺槐和侧柏人工林的土壤微生物呼吸和根系呼吸均具有显著的季节动态,在不同季节均具有显著差异(P0.01),根系呼吸速率的变化规律基本一致,呈现“单峰”曲线,在夏末秋初到达最高点,冬季达到最低值。刺槐林根系呼吸速率最高值出现在近水区9月份为2.38μmol·m~(-2)·s~(-1),均值为1.26μmol·m~(-2)·s~(-1),侧柏林根系呼吸速率最高值出现在林木生长活动最为旺盛的8月份,最大值为2.47μmol·m~(-2)·s~(-1),均值为1.32μmol·m~(-2)·s~(-1);在冬季,根系呼吸速率出现最低值,分别为0.14和0.24μmol·m~(-2)·s~(-1)。无论是生长季出现的根系呼吸速率的最高值还是一年的平均值,侧柏林的根系呼吸速率值都稍大于刺槐林。刺槐、侧柏2种人工林的土壤微生物呼吸速率的季节变化特征均表现为“单峰”曲线,最大值出现在7月份,刺槐林土壤微生物呼吸速率的变化范围是0.226-2.226μmol·m~(-2)·s~(-1),侧柏林的变化范围是0.324-3.836μmol·m~(-2)·s~(-1),侧柏林的微生物呼吸速率大于刺槐林。 (3)刺槐和侧柏人工林土壤微生物呼吸速率和根系呼吸速率与5cm深度处的土壤温度都具有较好的指数相关性(p0.01),土壤温度分别可以解释两种林地类型土壤微生物呼吸速率和根系呼吸速率变异的72.22%、84.02%、78.57%和81.98%。2种林地的土壤微生物呼吸Q10值分别为2.703和3.371,根呼吸Q10值分别为2.61和2.46,表明两树种土壤微生物呼吸和根系呼吸对土壤温度升高的反应都十分敏感,侧柏土壤微生物呼吸和根系呼吸的温度敏感性稍高于刺槐林。 (4)刺槐林地土壤微生物呼吸速率和根系呼吸速率与5cm深度处的土壤含水量相关关系不明显。侧柏人工林土壤微生物呼吸速率和根系呼吸速率与5cm深度处的土壤含水量呈显著的二次曲线关系(p0.05),当土壤含水量在一定的阈值内变化时,呼吸速率会随着其增加而增大,但是当土壤含水量的变化超过这一阈值时,呼吸强度反而会随着土壤水分的增加而减小。 (5)分别建立刺槐和侧柏林土壤微生物呼吸速率和根系呼吸速率与土壤温度和土壤湿度的双因素关系模型,拟合结果均优于仅考虑土壤温度或湿度的单因素关系模型。5cm深度处的土壤温度和土壤水分分别可以解释刺槐和侧柏林土壤微生物呼吸和根系呼吸变异的63.9%、88.5%、85.3%和84.4%。分析比较单一因素的偏相关系数表明,无论是刺槐林还是侧柏林地内,相对于土壤水分,土壤温度与根系呼吸的相关性更好,是影响2种林地土壤微生物和根系活动的最主要环境因子。 (6)刺槐和侧柏人工林根系呼吸对土壤呼吸的贡献率的季节动态基本上都呈现“单峰”曲线,并且在生长季的贡献率要明显大于非生长季,土壤微生物呼吸的贡献率稍大于根系呼吸。刺槐林根系呼吸对土壤呼吸的贡献率的变化范围是37.54-59.82%,平均值为49.00%,贡献率最高值出现在9月,最小值出现在冬季十二月;侧柏各月的根系呼吸占土壤总呼吸的比重(Rr/Rs)也发生了较大的变化,变化范围是33.66-52.11%,平均值为42.98%,在夏末秋初的10月达到最高值,冬季十二月出现最低值。刺槐林根系呼吸对土壤呼吸的贡献率高于侧柏林。
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S714

【参考文献】