祁连山青海云杉林温度变化对土壤呼吸的影响

祁连山青海云杉林温度变化对土壤呼吸的影响 学林科业 Vol143 , No110 第 43 卷 第 10 期 SCIENTIA SILVAE SINICAE Oct . , 2 0 0 7 2 0 0 7 年 10 月 祁连山青海云杉林温度变化对土壤呼吸的影响 1 1 1 1 2 1罗龙发牛 王艺林苗毓鑫常宗强成彩霞 ()1 . 甘肃省祁连山水源涵养林研究院 张掖 734000 ; 21 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 兰州 730000 关键词 : 温度变化 ; 土壤呼吸 ; 青海云杉林 () 文章编号 :1001 - 7488 200710 - 0117 - 05 中图分类号 : S718155 文献标识码 :A Effects of Temperature on Soil Respiration in Picea crassif olia Forest of Qil ian Mounta ins 1 1 1 1 2 1Luo LongfaNiu YunWang YilinMiao YuxinChang ZongqiangCheng Caixia (11 Academy of Water Resource Conservation Forest of Qilian Mountains in Gansu Province Zhangye 734000 ; )21 Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute , Chinese Academy of Sciences L anzhou 730000 Abstract : The effects of soil temperature on soil respiration in natural forest of Picea crassif olia were evaluated by using the Li26400209 soil respiration rate apparatus. The results indicated that during the growth phase of P. crassif olia , both the soil respiration and temperature were all in a single apex curve which reached summit in J uly. Furthermore , the soil respiration was () positively correlated to temperatures in the forest and on the ground surfacefrom the surface to 10 cm depth, and the corrections could be described by linear regression equations. Thirdly , temperature was the major factor that affected the soil aspiration before the month of utmost rainfall . Concerning the correlations between soil temperature and soil aspiration , the surface 2 ( ) temperature was positively related to soil aspiration R= 01841 4, and the pertinence reduced with depth adding until the ( ) pertinence was minimized at 10 cm depth ; In the end , according to air temperature and soil temperature0 , 5 and 10 cmin Picea crassif olia forest ,the index of Qwas calculated which were 1155 , 1120 ,1142 and 11651 10 Key words : temperature change ; soil respiration ; Picea crassif olia forest - 1 ( ) 据方精 云 等 2001研 究 , 我 国 土 壤 CO的 释 放 通 量 为 412 PgC〃a , 约 占 全 球 土 壤 CO释 放 通 量 的 2 2 516 %,814 %。然而 ,在我国已经开展的一系列与全球变化相关的研究中 ,对土壤呼吸的研究还比较少 。目 前已报道的研究工作都集中在东部地区特定的森林生态系统或农田内 ,而西部地区土壤呼吸以及土壤呼吸 () 沿海拔梯度 自然条件下海拔梯度和人类干扰下土地利用方式变化的研究报道并不多见 。土壤呼吸是陆地 生态系统碳循环的重要环节 ,由于土壤呼吸对温度变化相当敏感 ,CO又是主要的温室气体 ,在全球变暖的 2 情况下 ,通过土壤呼吸从土壤释放到大气中的 CO量会随着地球 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面温度的升高而增加 ,这是全球变化的 2 一个正反馈效应 。将土壤呼吸与温度变化之间的关系量化 ,有利于人们理解这种反馈机制并对全球变化趋 ( ) (势做出正确判断 。青海云杉 Picea crassif olia林是祁连山的主要森林类型 ,占祁连山水源涵养林总面积 4316 2 ) ( ) 万 hm的 2117 % ,占乔木林总面积的 6614 % 王金叶等 ,2001,探讨青海云杉林土壤呼吸与温度变化的关 系 ,对正确 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 西北地区气候变化 、土壤碳排放对温室效应的影响具有重要意义 。 1 试验地概况 祁连山位于青藏高原的东北部 ,属于大陆性高寒半干旱气候带 ,受高原气候和荒漠气候的影响 ,冬季严 寒干燥 ,多为晴朗低温天气 ,降水稀少 ,11 月至次年 2 月降水量仅占年降水量的 5 % ; 夏季 5 —8 月降水充沛 。 山体北坡自然生态垂直带谱发育良好 ,植被类型从低海拔到高海拔依次为草原化荒漠带 、荒漠草原带 、森林 草原带 、高山灌丛草甸带 、高山草甸带 、高山垫状植物带 、冰川和永久积雪带 ,其中森林草原带和高山灌丛草 甸带为本区主要的水源涵养林带 。以青海云杉为乔木层唯一建群种 ,呈斑块状分布于阴坡 、半阴坡 ; 祁连圆 ( ) ( ) 柏 S abina przewalskil l呈小块状分布于阳坡 、半阳坡 ; 灌木优势种有金露梅 Dasiphora f ruticosa 、箭叶锦鸡儿( ) ( ) ( ) ( Caragana jubata和 吉 拉 柳 S alix gilashanica ; 草 本 植 物 主 要 有 黑 穗 苔 Cavex atrata 、珠 牙 蓼 Polygonum 收稿日期 :2005 - 07 - 05 。 ( ) 基金项目 :国家自然科学基金面上项目《祁连山土壤呼吸沿海拔梯度变化规律研究》30271071和国家重点野外观测实验站建设项目联合 资助 。 ( ) ( ) ( ) ) viviparum、克 氏 针 茅 Stipa krylouii 、短 花 针 茅 Stipa brevif lora 、冷 蒿 Artemisia f rigida 和 羽 毛 芨 芨 草 ( ) Achnatherum splendens等 。 () 试验地位于祁连山中段的西水林区 38?32′515″N ,100?15′115″E,属高寒半湿润山地森林草原气候 ,试 验区年均气温 115 ?,7 月平均气温 10,18 ?,生长期 90,120 d ,潜在年蒸发量 1 052 mm 左右 ,年日照时数 1 89216 h ,相对湿度 60 % 。试验地海拔 2 814 m ,南偏西 23?,坡度 22?,坡面平缓 ,无岩石裸露 ; 青海云杉林树 种单一 , 属天然林 , 无经营历史 , 夏季有牛羊等家畜放牧 , 旅游季节有游人活动 , 郁闭度 0161 , 苔藓总盖度 ( ) ( 0186 ,林内草本以披针苔草 Cavex lanceolata为主 ,盖度达 0178 ,零星分布有珠芽蓼和甘肃马先蒿 Pedicularis ) kansuensis 。 2 试验方法 在试验地中下坡具有代表性的青海云杉林内选择测观点 ,于测前至少 12 h 在不破坏土壤结构的情况下 用小刀将隔离环轻轻压入测点土中 ,入土深度以土壤呼吸速率测定仪的呼吸室入土端长度为准 ,待第 2 天土 壤恢复自然状况后测定 。每一测点设隔离环 4 个 。在每月中旬选择晴朗天气 ,用 Li - 6400 - 09 土壤呼吸速 率测定仪从早上 8 :00 开始 ,连续测定 2 d ,测定间隔时间为 1 h ,测定时 ,土壤隔离环固定不动 ,每个土壤隔离 环重复测定 3 次 。在测定土壤呼吸速率的同时 ,用通风干湿表测定距地表 115 m 处的空气温度 ; 用地表温度 计和土壤曲管温度计同点观测地表温度和地下 5 、10 、15 和 20 cm 处的土壤温度 。 土壤呼吸与气温之间的关 系采用 SPSS 1210 for Windows 统计分析软件进行分析 ,动态曲线采用 Micrisoft ( Excel 2003 绘制 , 土壤呼吸与气温之间关系采用非线性回归程序分析 , 所用到的 指 数 模 型 Kucera et al . , bT ) 1971 ; Liloyd et al . ,1994 ; Luo et al . ,2001R= ae , 式中 : R为土壤呼吸 ; T 为空气温度 ; a 是温度为 0为 s s ?时的土壤呼吸速率 ; b 为温度反应系数 。Q值是衡量土壤呼吸对温度变化敏感程度的一个方便指数 10 () ) ( Ohashi et al . , 2000,即温度每上升 10 ?,青海云杉林土壤呼吸速率增加的百分比 。Q= 1 + Y- YΠ 10 2 1 Y, 式中 : Y为一定温度时的土壤呼吸速率 , Y为温度增加 10 ?时的土壤呼吸速率 。 1 1 2 3 结果分析 311 土壤呼吸与林内气温日变化 土壤呼吸速率是指单位面积和单位时间内土壤释放出 CO的多少 。从 2 图 1 可见 ,土壤呼吸速率与林内气温有着相似的总体变化趋势 ,温度的变化对土壤呼吸速率影响非常大 ,土 壤呼吸速率随林内气温的增大而增大 ,达到最大值后 ,又随着气温的减小而减小 。 312 在 生 长 季 土 壤 呼 吸 与 林 内 气 温 的动态变化 在青海云杉的整个生长 ( ) 季节 5 —9 月,土壤呼吸速率与林内 气温都 呈 单 峰 曲 线 变 化 , 土 壤 呼 吸 速 - 2 - 1 ( μ) 率最高值 5146 mol 〃m s 与 林 内 () 气温的最高值 1717 ?都出现在 7 月 () 图 2。土壤呼吸速率随温度升高而 增大 ,这 是 因 为 青 海 云 杉 林 随 着 温 度 升高 ,土 壤 内 微 生 物 活 性 和 枯 落 物 分 解速率 增 强 , 下 垫 面 和 青 海 云 杉 根 系 图 1 林地土壤呼吸速率与气温日变化情况 呼吸强度也随之增大 。 Fig. 1 The relation between soil respiration rate and temperature in a day in forest 313 土 壤 呼 吸 与 林 内 气 温 变 化 的 相 关性 在青海云杉林的整个生长季节 2 ( () ) 里 ,土壤呼吸速率与气温存在明显的线性正相关关系 R> 01411,其中 6 月相关性最显著 图 3,说明 6 月 的林内气温对土壤呼吸速率的影响最大 ,是制约土壤呼吸速率的主要因素 。而在 7 、8 和 9 月 ,水分 、生物量 和微生物活动都对土壤呼吸速率产生一定的影响 。图 3 的相关分析表明 , 5 月当林内气温由 10 ?上升到 20 () ?时 ,土壤呼吸速率增加 174 % 既 Q= 117420 ?上升到 30 ?时 , Q= 1142 , Q平均值为 1158 , 6 、7 、; 由 10 10 10 第 10 期罗龙发等 :祁连山青海云杉林温度变化对土壤呼吸的影响119 8 和 9 月平均 Q值分别为 1190 、1150 、 10 Q 1125 和 1151 , 生 长 季 节 平 均 = 10 1155 ,也 就 是 说 , 在 一 定 温 度 范 围 内 , 林内气温每上升 10 ?,青海云杉林地 土壤 呼 吸 速 率 增 大 155 % 。其 中 以 6 月份 的 Q值 1190 最 大 , 充 分 说 明 6 10 月份林内气温成为影响土壤呼吸速率 的主要因素 。 314 土 壤 温 度 的 季 节 变 化 与 土 壤 呼 图 2 青海云杉林地土壤呼吸速率与林内气温的季节动态吸 对土壤呼吸速率相对较大的 10 : Fig. 2 Seasonal dynamic of soil respiration rate and temperature in P. crassif olia forest 00 —20 :00 的 平 均 土 壤 呼 吸 速 率 和 土 () 壤各层 0 、5 、10 、15 、20 cm温度的分析 () 表明 ,土壤呼吸速率与土壤各层的温度有着相似的变化趋势 ,均在 7 月出现最大值 图 4。 采用关系式 y = a + bx 对 6 月土壤呼吸速率与不同深度土壤温度进行指数关系模拟 ,得到不同的系数() 表 1。表 1 表明 ,土壤呼吸速率与土壤温度之间存在线性正相关关系 。在所有土壤温度指标与土壤呼吸 2 ( ) 速率之间的关系中 ,地表温度与土壤呼吸速率的关系最为显著 R= 01841 4,其次是 5 和 10 cm 处的温度 , ( ) 说明 0,10 cm 处的土壤温度对土壤呼吸速率的影响最大 ; 由于 10 cm 以下土壤温度的季节变化 图 4与日 (() ) 变化 图 5都不大 日变化差值 ?015 ?,因此与土壤呼吸相关性很小 。 表 1 青海云杉林地土壤呼吸与不同深度土壤温度的关系 Ta b. 1 Relationships bet ween soil respiration and soil temperature in different depths in P . crassif olia f orest 土壤深度 土壤温度 回归方程 2 R Soil depthΠcm Regression equation Soil temperatureΠ ? 2 19 y = 01050 9 x + 21069 4 110 R= 01841 4 2 617 y = 01142 2 x + 11399 6 5 R= 01692 5 2 419 y = 01342 8 x + 01661 2 10 R= 01591 5 2 313 y = 01473 1 x + 01781 4 15 R= 01169 2 2 218 y = - 01731 2 x + 41396 9 20 R= 01105 6 315 土壤温度与土壤呼吸的日变化 随着土壤温度的升高 ,土壤微生物活性随之增强 ,土壤呼吸速率相应 增加 。植物根系的呼吸代谢速率具有类似的变化特性 。在一昼夜中 ,土壤地表温度的最高值出现在 12 :00 —14 :00 ; 地下 5 cm 处温度自 12 :00 开始升高 ,至 15 :00 开始降低 ,但变幅不大 ,基本平稳 。土壤呼吸速率随着 地表温度的升高而相应增加 ,但有一个滞后效应 ,地表温度至 20 : 00 随着太阳辐射的减弱开始急剧下降 ,而 土壤呼吸由于小 范 围 的 土 壤 湿 度 增 加 , 并 没 有 随 着 地 表 温 度 的 急 剧 下 降 也 急 剧 降 低 , 而 是 缓 慢 降 低 , 在 () 4 :00 —6 :00达到最低 图 5。 316 土壤呼吸对土壤温度变化的响应 由表 1 的线性回归方程计算出 ,当地表温度由 10 ?上升到 20 ? () 时 ,青海云杉林土壤呼吸速率增加 120 % 即 Q= 1120; 地表温度由 20 ?上升到 30 ?时 , Q= 1116 ,平均 10 10 Q值为 1120 ,同样得出 5 和 10 cm 处平均 Q分别为 1142 和 1165 ,即地表及地下 10 cm 深度处平均 Q值为10 10 10 1142 ,由于 10 cm 以下土壤温度与土壤呼吸速率相关性不显著 ,这里不对其 Q值探讨 。从 Q值由地表及地 10 10 下逐渐增大的趋势可以说明 :温度由地表及地下逐渐降低 ,在温度较低的土壤内部 ,温度的小幅增加势必引 起 Q值的增大趋势 。 10 4 结论与讨论 在整个试验期间 ,青海云杉林内温度和土壤 0 、5 、10 cm 土壤温度表现出明显的一元线性正相关关系 ,温 度对植物根系的呼吸 、土壤微生物活性 、含碳矿物质的氧化分解均有一定的促进作用 ,因而对土壤呼吸具有 显著的影响 。6 月祁连山林区最大降雨月份还未来临 ,土壤水分状况一般 ,植物根系呼吸量也并非整个生长 季节的极旺盛期 ,因此温度成了制约土壤呼吸的主要因子 。7 、8 月 ,随着降雨的增多 ,土壤水分相对充足 ,根 图 4 青海云杉林地土壤呼吸速率与不同深度 土壤温度季节动态 Fig. 4 Seasonal dynamic of soil respiration rate and soil temperature in different depth in P. crassif olia forest 图 3 青海云杉林地土壤呼吸速率与林内气温 图 5 青海云杉林不同深度土壤温度日变化曲线 的线性关系 Fig. 5 Soil temperature curve in different depths Fig. 3 Relationship between soil respiration in a day in P. crassif olia forest rate and temperature in P. crassif olia forest 系呼吸强度相应加大 ,合适的土壤湿度有利于可溶性有机质的淋溶分解 ,土壤通透性增加 ,能促进微生物 、植 物的生长和活动 ,此时土壤水分状况 、生物量和微生物活性等其他环境因子也会对土壤呼吸产生较大的影 响 ,温度已不是唯一影响土壤呼吸的环境因子 。在研究过程中 ,人们习惯用 Q值来衡量温度对土壤呼吸的 10 作用 。本研究中 ,在一定温度范围内 ,林内气温每上升 10 ?,土壤呼吸增大 155 % ,土壤温度每上升10 ?,土 壤呼吸增大 142 % 。 2 ( ) 本研究中 ,青海云杉林呼吸速率与 10 cm 以下土壤温度的相关关系不显著 R< 01169 2,因为青海云杉 第 10 期罗龙发等 :祁连山青海云杉林温度变化对土壤呼吸的影响121 林分布于阴坡和半阴坡 ,地下土壤温度低 ,即使在生长季节里 ,温度变化仍然不大 ,不至于对土壤呼吸速率产 生影响 。 参 考 文 献 () 方精云 ,朴世龙 ,赵淑清. 2001 . CO失汇与北半球中高纬度陆地生态系统的碳汇. 植物生态学报 ,25 5:594 - 602 2 ) ( 王金叶 ,张学龙 ,张 虎 ,等. 20011 祁连山水源涵养林组成结构及生长状况. 西北林学院学报 ,16 增:4 - 7 Kucera C , Kirkham D. 1971 . Soil respirations studies in tall grass prairie in Missouri . Ecology ,52 : 912 - 915 Liloyd J ,Tailor J A. 1994 . On the temperature dependence of soil respiration. Functional Ecology ,8 :315 - 323 Luo Y ,Wan S , Hui D , et al . 2001 . Acclimatization of soil respiration to warming in a tall grassprairie . Nature ,413 :622 - 625 ( ) Ohashi M , Gyokusen K ,Saito A. 2000 . Contribution of root respiration to total soil respiration in a Japanese Cedar Cryptomeria japonica D. Donartificial forest . Ecological Research , 15 :323 - 333 ()责任编辑 于静娴 《现代农业科技》杂志 稿约 杂志简介 《现代农业科技》杂志 ,1972 年创刊 ,是经国家科技部正式批准的面向国内外公开发行的国家优秀农业 () 技术研究性期刊 半月刊。国内统一刊号 : CN34 - 1278ΠS ,国际标准刊号 : ISSN1007 - 5739 ,邮发代号 : 26 - 41 。每月 10 日 、20 日出版 ,大 16 开 ,240 页 ,彩色四封 ,系国家优秀农业科技期刊 、安徽省优秀科技期刊 《、中 () 国学术期刊综合评价数据库》来源期刊《、中国核心期刊 遴选数据库》来源期刊 。 《现代农业科技》杂志利用自身影响面广而强的优势 ,致力于推广农业最新技术 ,强化前沿学术交流平 台 ,荟集农村工作成功经验 ,传播农业适用经济信息 。融学术性 、指导性 、实用性于一体 。设有园艺博览 、动 物科学 、植物保护 、土壤肥料 、大田农艺 、资源与环境 、贮藏与加工 、工作研究等栏目 ,涵盖了农业生产与农村 经济的方方面面 。 来稿要求 1 . 文稿 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 名下写清作者及其工作单位 、邮政编码 。文末提供详细通讯地址 、联系电话 。文稿字数不少于 2000 字 ,并附摘要 、关键词 、参考文献等 。 ( 2 . 文稿要求主题突出 ,分段明晰 ,字句简洁 。邮递稿最好打印 ,也可通过 E - mail 以 Microsoft Word 格式 ) 发附件投稿 。 3 . 正文一级标题序号为 1 ,二级标题为 1 . 1 ,三级标题为 1 . 1 . 1 ,,均靠左侧顶格书写 。无标题的分段 () () () ,前空 2 格 。、编号 不用阿拉伯数字连续编号 ,用 1、2、3、 2 2 μ4 . 用国家统一的法定计量单位名称 ,如面积用 hm、m等 ; 质量用 t 、kg 、mg 等 ; 浓度用 mgΠkg 或LΠL ; 能 量用 kJ 或 J 。所有单位一律用英文 。 5 . 不得一稿多投 ,来稿文责自负 。本刊人力有限 ,恕不退稿 ,请作者自留底稿 。凡 1 周内未收到刊用通 知的稿件 ,请作者自行处理 。编辑部对来稿有权修改 ,不愿修改者请来稿时一并说明 。 详细请参阅 http :ΠΠwww. xdnykj . comΠcompanyΠtgxz. asp 来稿请寄 :安徽省合肥市庐阳区农科南路 40 号《现代农业科技》杂志社 邮编 :230031 电子邮箱 :xdnykj @163 . com 或 anhe @chinajournal . net . cn 网 址 : http :ΠΠwww. xdnykj . com 联 系 人 :蔡正平 曹忠凡 )( 联系电话 :0551 - 5160716 、5160772 兼传真