坡向对长白山区西南部蒙古栎林净初级生产力和净生态系统生产力的影响

摘要

以长白山西南部地区(地理中心坐标:125°58′54″E、41°44′31″N)为研究区域,以蒙古栎(Quercus mongolica)天然次生林为研究对象,分别在代表研究区域主要植被特征的同一座山、同一海拔高度的阳坡和阴坡,各设置固定样地3块(20 m×30 m)。在两坡向样地内分别设置3个样方(10 m×10 m),阳坡3个样方蒙古栎样木分别为17、13、17株,阴坡3个样方蒙古栎样木分别为13、19、10株,在生长季晚期测量样方内蒙古栎样木胸径、树高;利用生长锥(内径5 mm)钻取样方内所有树木的微生长芯,利用Lintab6年轮分析仪还原树木历年胸径。利用异速生长方程,结合树木年代学方法,测算两坡向蒙古栎林生物量、净初级生产力(NPP);在生长季初,利用挖壕法在各样地中随机设置3个异养呼吸样方(1 m×1 m),样方内随机放置土壤环1个(环高5.0 cm,内径19.5 cm),利用LGR便携式温室气体分析仪配备土壤呼吸气室,观测土壤异养呼吸速率;结合微气象法,整合森林净初级生产力及土壤异养呼吸速率数据,综合估算净生态系统生产力(NEP)。依据试验测试数据,分析坡向环境对蒙古栎林净初级生产力和净生态系统生产力的影响。结果表明:(1)两个坡向蒙古栎林净初级生产力呈现逐年增加的趋势。径向生长在生长初期较快,随着树龄增长生长速度趋于平缓,生长旺盛期在2~10 a。(2)目前,蒙古栎林两坡向生物量,由大到小依次为树干、粗根、树枝、树叶、细根;蒙古栎林两坡向净初级生产力,由大到小依次为树叶、树干、细根、树枝、粗根,阳坡蒙古栎林净初级生产力为840.21 g·m^(-2)·a^(-1)、阴坡蒙古栎林净初级生产力801.22 g·m^(-2)·a^(-1),两坡向蒙古栎林净初级生产力没有显著差异。(3)阳坡土壤异养呼吸通量分别为172.30 g·m^(-2)、阴坡土壤异养呼吸通量212.95 g·m^(-2),阳坡显著低于阴坡(P<0.05)。(4)当前,阳坡净生态系统生产力为667.91 g·m^(-2)·a^(-1)、阴坡净生态系统生产力588.27 g·m^(-2)·a^(-1),阳坡比阴坡高13.54%。(5)近20 a,蒙古栎径向生长速率先快后慢,净初级生产力呈现逐年增长趋势,1998—2017年阳坡净初级生产力显著高于阴坡。土壤异养呼吸通量显著低于阴坡;但阳坡和阴坡的净生态系统生产力,差异不显著。(6)坡向通过影响水热因子的再分配,导致蒙古栎林净初级生产力、土壤异养呼吸通量、净生态系统生产力的高空间异质性,致使其碳封存能力评估和比较还存在很大的不确定性。