模拟酸雨对天然次生林土壤呼吸的影响研究

摘要

于2010年3月至2012年1月在江苏省南京市北郊的龙王山林带进行为期两年的原位观测试验。使用便携式土壤碳通量测量系统LI-8100(美国LI-COR公司)进行观测。观测了土壤呼吸、异养呼吸的季节变异规律,以及不同浓度的模拟酸雨对土壤呼吸及其组分的影响,同时观测了土壤温度、湿度等环境因子。结果表明,异养呼吸随土壤呼吸增大而增加,异养呼吸(Rh)与土壤呼吸(Rs)之间的关系可用对数回归方程Rh=1.37751n(Rs)+0.875描述,该方程可解释异养呼吸83.8％(R2=0.905)的季节变异。进一步的分析表明,土壤呼吸不同组分与温度间均存在指数回归关系,描述土壤呼吸、异养呼吸、自养呼吸与温度间关系的指数回归方程可分别解释81.6％、80.8％和56.1％的变异,p值均达到极显著水平p＜0.01)。在本试验阶段,四个酸雨强度处理CK(pH=6.4,去离子水)、T1(pH=4.0)、T2(pH=3.0)、T3(pH=2.0)在2010年土壤呼吸速率均值分别为2.86、2.73、2.69、3.05μmol·(m2·s)-1;在2011年呼吸速率均值分别为2.24、2.23、2.22、2.16μmol·(m2·s)-1;全观测阶段平均土壤呼吸速率分别为2.54、2.48、2.45、2.59gmol·(m2·s)-1。在全观测阶段,各模拟酸雨处理未显著改变北亚热带林带的土壤呼吸。
　　土壤呼吸与土壤温度之间可用指数方程拟合,分别可解释81.6％、76.3％、77.8％、80.4％的土壤呼吸变异,不同酸雨强度处理下的土壤呼吸速率与土壤温度的指数回归关系均达显著水平(p＜0.001)。Q10表示土壤呼吸的温度敏感性,四个处理的Q10值分别为2.74、2.92、2.73、2.87。模拟酸雨处理未抑制土壤呼吸的温度敏感性,T1、T3处理土壤呼吸的Q10值反而有所增加。通过研究模拟酸雨对土壤呼吸组分的影响发现,四个处理的平均异养呼吸速率在2010年均值分别为2.00.2.30.2.71.2.48μmol·(m2·s)-1;在2011年均值分别为1.64.1.79.1.86.1.86μmol·(m2·s)-1;全观测阶段平均异养呼吸速率分别为1.81.2.04.2.27.2.16μmol·(m2·s)-1。酸雨处理条件下,土壤异养呼吸的速率有所增大;CK、T1、T2和T3处理的异养呼吸速率与土壤温度有显著的指数回归关系(p＜0.001),Q1o值分别为2.47、2.42、2.68、2.55。四个不同浓度酸雨处理下异养呼吸与温、湿度的关系可用方程拟合:RCK=0.346e(0.075t+1.093w),RT1=0.456e(0.073t+0.626w),RT2=0.462e(0.082t+0.331w),RT3=0.484e(0.069t+0.891w,方程分别可解释相应处理83.2％、84.1％、82.9％、79.1％的异养呼吸变异,其中RCK、RT1、RT2、 RT3分别表示不同酸雨处理下的土壤呼吸速率,变量t、w分别表示土壤温度和土壤湿度。本研究自养呼吸由公式Ra=Rs-Rh求得,经数据分析3个酸雨处理组间无显著差异,因而将三个酸雨处理的数据融合成一组,记为酸雨组。则CK组和酸雨组的平均值分别为0.765μmol-(m2.s)-1和0.544μmol-(m2.s)-1,酸雨处理显著抑制了自养呼吸速率,较CK组低0.221μmol-(m2·s)-,比对照组低28.9％;CK组和酸雨组的自养呼吸与土壤温度也存在显著指数回归关系,方程分别能解释63％、58.6％的自养呼吸变异。Q1o值分别为3.572、4.302,自养呼吸的温度敏感性要明显高于土壤呼吸和异养呼吸的温度敏感性。其与土壤温湿度可分别用方程拟合:RCK=0.106e(0098t+0m8w),Racid rain=0.054e(0.127t+0.64w),其中RCK和Racid rain表示对照组和酸雨组自养呼吸速率,变量t、w分别表示土壤温度和土壤湿度。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 土壤呼吸的测定方法

1.2.1 直接测定法

1.2.2 间接测定法

1.3 土壤呼吸组分及区分方法

1.3.1 土壤呼吸组分区分

1.3.2 土壤呼吸组分区分方法

1.4 影响土壤呼吸的环境因子

1.4.1 影响土壤呼吸的非生物因子

1.4.2 影响土壤呼吸的生物因子

1.4.3 人类活动的影响

1.5 酸雨对森林土壤呼吸的影响

1.5.1 酸雨对森林植被的影响

1.5.2 酸雨对植物根系的影响

1.5.3 酸雨对土壤微生物的影响

1.5.4 酸雨对土壤元素含量的影响

1.6 概括总结

第二章 材料和方法

2.1 试验地概况

2.2 土壤理化性质

2.3 试验设计

2.4 观测方法

2.5 环境因子测定

2.6 数据分析

第三章 森林土壤呼吸各组分的关系研究

3.1 土壤呼吸、异养呼吸季节动态变化

3.2 不同呼吸组分之间的关系

3.3 土壤呼吸各组分温度敏感性

3.4 讨论

3.4.1 土壤呼吸组分的区分

3.4.2 呼吸的温度敏感性

第四章 模拟酸雨对北亚热带森林土壤呼吸的影响

4.1 不同模拟酸雨处理下土壤呼吸的动态变化

4.2 模拟酸雨对土壤呼吸的影响

4.3 不同模拟酸雨处理下土壤呼吸的影响因素

4.3.1 土壤温度对土壤呼吸的影响

4.3.2 土壤湿度对土壤呼吸的影响

4.3.3 土壤温、湿度对土壤呼吸的双因素影响分析

4.4 讨论

第五章 模拟酸雨对北亚热带森林土壤呼吸各组分的影响

5.1 不同模拟酸雨处理下土壤呼吸各组分的动态变化

5.1.1 异养呼吸的动态变化

5.1.2 自养呼吸的动态变化

5.2 模拟酸雨对异养呼吸的影响

5.3 不同模拟酸雨处理下土壤呼吸各组分的影响因素

5.3.1 土壤温度对异养呼吸的影响

5.3.2 土壤湿度对异养呼吸的影响

5.3.3 土壤温度对自养呼吸的影响

5.3.4 土壤温、湿度对自养呼吸的双因素影响

5.4 讨论

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.1.1 森林土壤呼吸各组分的关系

6.1.2 模拟酸雨对北亚热带森林土壤呼吸的影响

6.1.3 模拟酸雨对北亚热带森林土壤呼吸各组分的影响

6.2 研究的特点和创新点

6.3 研究展望

参考文献

致谢

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