东北主要温带树种树干呼吸的种内种间变异

摘要

树干不仅是森林生态系统内最大的生物量储存体,更是长期而巨大的碳汇。树干组织的活细胞一年四季都在进行碳代谢,其呼吸导致光合固定的大量CO2被释放到大气中,从而影响森林生态系统的碳平衡。作为森林生态系统自养呼吸的主要组分之一,树干呼吸不仅能指示树木生长活力和碳代谢状况,更能影响森林生态系统的生产力。地处中高纬度、对气候变化敏感的东北温带森林在维持陆地生态系统碳平衡中具有重要作用,其碳循环研究中存在的不确定性之一就是木质组织呼吸的大小,但对于这方面的研究还不多,尤其缺乏对树干呼吸的种内种间变异的量化。采用红外气体分析仪一局部通量测定法于2009年6-10月和2010年5-11月分别原位测定了东北东部山区14个和12个温带森林主要组成树种的树干表面CO2通量(RW),旨在量化种内和种间RW、年通量(RT)及其组分(生长呼吸,RG)的差异,探索RW、RT、RG随树木直径变化和RW、月通量(RM)的季节动态规律,为深入理解温带森林生态系统碳循环过程、构建和校验其模型提供基础数据。测定的树种包括:散孔材阔叶树((白桦Betula platyphylla)、枫桦B.costata、山杨Populus davidiana、紫椴Tilia amurensis、五角槭Acer mono)、环孔材和半环孔材阔叶树(春榆Ulmus propinqua、黄菠萝Phellodendron amurense、(胡桃楸Juglansmandshurica)、蒙古栎Quercus mongolica、水曲柳Fraxinus mandshurica)、针叶树(兴安落叶松Larix gmelinii、红松Pinus koraiensis、红皮云杉Picea koraiensis、樟子松P.sylvestris var.mongolica)。
　　 树种、月份及其交互作用均显著地影响RW(P<0.001)。2009年测定期间14个树种平均RW波动在1.32(黄菠萝)-3.12μmol CO2·m-2·s-1(兴安落叶松)之间,其中环孔材和半环孔材阔叶树的平均RW高于散孔材阔叶树,而针叶树的平均RW变异较大。RW种内的绝对变异(标准误,SE)波动在0.11-0.29μmol CO2·m-2·s-1之间,相对变异(变异系数,CV)波动在61％(红皮云杉)-89％(白桦)之间。各个树种RW的平均值均呈单峰型季节变化模式,其中7月份最高、10月份最低。各树种的RW均有随胸径(DBH)增大而增加的趋势,但两者之间的回归模型及其决定系数因树种而异。除了春榆和水曲柳之外(P>0.05),其它树种的RW与DBH之间的回归关系显著(P<0.05),表明DBH可作为某些树种RW预测和上推的一个简便实用的指标。
　　 2010年12个树种RT和RG的种内种间差异显著(α=0.05),平均RT和RG分别波动在144.13(红松)-628.08 gC·m-2·a-1(蒙古栎)和27.24(红松)-153.27 gC·m-2·a-1(水曲柳)之间,其中环孔材树种的平均RT和RG均高于散孔材树种和针叶树种。RT和RG种内的绝对变异(标准差,SD)分别波动在的67.07(红松)-320.20 gC·m-2·a-1(蒙古栎)和18.86(红松)-90.19 gC·m-2·a-1(蒙古栎)之间,CV分别波动在40％(黄菠萝)-68％(山杨)和38％(紫椴)-79％(蒙古栎)之间。各个树种的RM均呈现峰值出现在6、7月份的单峰季节变化格局。各树种的RT和RG均有随DBH增大而增加的趋势,但二者之间的回归模型及其决定系数随树种变化。除了黄菠萝(RT)和水曲柳(RG)之外(P>0.05),其余树种的RT和RG与DBH之间的回归关系显著(P<0.05),表明DBH可作为估测某些树种RT和RG的一个简便实用的指标。无论是全年还是生长季,各树种RG贡献率均小于50％,表明维持呼吸在生长季和全年所占比重较大,可能抵消了生长量的增长。本研究强调了在树干呼吸能力的比较和上推估测时应充分考虑其种内种间差异的重要性。