东北典型森林土壤呼吸的时空变异

发布时间：2018-04-01 04:43

本文选题：土壤呼吸　切入点：自养呼吸　出处：《东北林业大学》2016年博士论文

【摘要】：土壤呼吸(Rs)是森林生态系统仅次于总初级生产力的第二大碳通量,在生态系统碳循环中发挥着关键作用。由于Rs起源于不同组分(自养呼吸,RR；异养呼吸,RH),并且随着气候因子、林龄以及森林类型转换的变化而变化,因此即使在特定区域内Rs也展示出巨大的时空变异。黑龙江凉水国家级自然保护区包括了东北地区不同经营方式下的典型森林类型,为量化地理限制区域内Rs在不同时空尺度上的变异并探讨其控制因子提供了一个理想的研究平台。对这些典型森林类型Rs时空变异的研究有助于精确评估该区域森林生态系统碳源或者碳汇的强度。本研究首先利用空间代替时间的方法分析探讨森林类型转换对Rs及其不同组分的影响。阔叶红松原始林转变为次生白桦林、落叶松人工林和红松人工林后,RH分别增加了35%、31%和19%。平均RH与土壤有机碳密度显著正相关(R2=0.869,P=0.045),与土壤微生物碳相关不显著(R2=0.287,P=0.615)。阔叶红松原始林转变为次生白桦林后,RR显著增加了(P0.05),然而原始林和两种人工林之间RR差异不显著(P0.05)。平均RR与土壤微生物碳(R2=0.911,P=0.03)和细根和中根生物量(R2=0.891,P=0.037)显著正相关。其次,以阔叶红松林、谷地云冷杉林、阔叶红松择伐林、次生白桦林、落叶松人工林和红松人工林为研究对象,测定Rs及其组分在不同时间尺度上的变异。结果展示出在日变化尺度上,除谷地云冷杉林和次生白桦林的Rs和RH以及落叶松人工林的RH与土壤温度呈显著正相关(P0.05)。其他林型Rs及其组分与土壤温度相关不显著(P0.05)。除次生白桦林和红松人工林外,其他林型RH日变化幅度(1.72-2.72 μmol CO2m-2 s-1)和变异系数(8.0-11.5%)较小,而所有林型RR日变化幅度(0.56-3.18 μmol CO2 m-2 s-1)和变异系数(36.0-45.7%)较大。各林型Rs和RH的季节变化与土壤温度相似,展现出单峰曲线趋势,在7-8月达到峰值。RR季节动态与土壤温度则有一些不同并且各林型RR季节变异系数(38.3-96.5%)要高于Rs(28.0-62.3%)和RH(31.6-55.7%)。所有林型季节变化的RR(Qlo=2.94-4.35)的温度敏感性系数(Ql0)要大于RH(Qlo=2.41-2.64)和Rs(Qlo=2.48-2.80),并且RR(R2=0.32-0.51)与土壤温度指数模型的拟合程度要小于RH(R2=0.71-0.78)和Rs(R2=0.62-0.77)。各林型RR年际变异系数(12.7-30.5%)要高于Rs(10.2-17.9%)和RH(8.5-14.8%)。在年际尺度上,除谷地云冷杉林RR与空气温度显著相关(P0.05),其他林型Rs及其组分与气候因子相关不显著(P0.05)。选择阔叶红松林、谷地云冷杉林、阔叶红松择伐林和红松人工林为研究对象,量化和比较Rs在三个空间尺度上(在样地内土壤环之间、在一个林型内样地之间和景观内各林型之间)的变异并探讨Rs变异的控制因子。结果表明所有林型样地内Rs的变异系数(30-52%)显著高于样地间(20-25%)。土壤充水孔隙空间、土壤有机碳含量、土壤碳氮比以及Rs测定点几米半径内所有树的平均胸径和总胸高断面积解释着各林型内Rs的变异。四种林型间Rs的变异可以被土壤碳氮比所解释(R2=0.63,P=0.001)。最后,基于2014年对典型阔叶红松林9 ha样地Rs的测定,量化和可视化阔叶红松林Rs空间格局并探讨生物和非生物因子在决定Rs空间变化时发挥的作用。结果表明Rs呈现明显的空间自相关,15-23 m的空间自相关可以解释样本方差的87-91%。在三次观测间(5月、7月和9月),Rs高度相关(R=0.60-0.74)。最优回归模型展示了土壤湿度、容重以及Rs测定点3 m半径内最大胸径可以解释三次观测平均Rs空间变异的46%。随着样地坡位的上升和坡度的变大,Rs呈增加的趋势。平地(Flat)Rs最小,阴坡(NE,N)和半阴坡(E,NW)Rs要大于半阳坡(SE,W)和阳坡(S,SW)。
[Abstract]:Soil respiration ( Rs ) is the second large carbon flux that forest ecosystem is the second only to the total primary productivity , plays a key role in the carbon cycle of the ecosystem . Since Rs originated from different components ( spontaneous respiration , RR ;
The study of temporal and spatial variability of forest type Rs is helpful to accurately assess the effect of carbon source or carbon sink in forest ecosystems in the region . There was a significant positive correlation between RR and soil temperature ( P = 0 . 01 , P = 0 . 03 ) and coefficient of variation of soil temperature ( P 0 . 05 ) . Finally , based on the measurement , quantification and visualization of Rs spatial pattern of the typical broad - leaved Korean pine forest in 2014 , the spatial pattern of the broad - leaved Korean pine forest was quantified and visualized . The results showed that Rs presented obvious spatial self - correlation , and the spatial autocorrelation of 15 - 23 m could account for 46 % of the average Rs spatial variation .

【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S714

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