天龙山地区油松林地土壤呼吸与环境因子的关系

摘要

土壤呼吸通量是森林生态系统碳循环的主要组成成分，准确估算系统中 CO2通量对研究某一生态系统乃至一个区域的碳平衡以及进行碳通量模拟都具有重要意义。土壤呼吸的时空变化主要受其影响因子的变化而变化。尽管影响土壤呼吸的因素很多，但其最关键、最重要的2个因素是土壤温度和土壤水分因子。研究表明，受土壤温度和土壤水分的年际、季节变化，土壤呼吸同样表现出明显的季节、年际变化特征。研究土壤呼吸的年际、季节变化与环境因子年际、季节的关系对于准确估算非常重要。为此，本研究以山西太原天龙山地区的主要植被类型油松林地为对象，对其土壤呼吸进行了为期10年、每年3-12月、每月约2次的测定。在测定土壤呼吸的同时，同步测定5、10和15 cm深度的土壤温度以及地表0-10 cm深度的土壤水分。在此基础上分析土壤呼吸的季节变化、年际变化及其与土壤温度、土壤水分季节、年际变化的关系。主要研究结果如下:
　　油松林地的土壤呼吸及其影响因子土壤温度具有较明显的年际和季节变化特点。但是，土壤水分的季节变化没有明显的季节变化规律，但有明显的季节波动趋势，其波动主要受降水量大小和季节分配影响。土壤呼吸的季节变化规律表现为：冬季最低，初春缓慢上升，仲夏最高，秋季持续下降。土壤温度的季节变化与土壤呼吸的季节变化规律基本一致。土壤呼吸和土壤温度的季节变化与天数的关系可以用高斯3参数方程（Rs（土壤呼吸）或Ts（土壤温度）= ae[-0.5((d-X)/b)^2]; a, b, x为拟合参数，d为天数）拟合，方程的显著性可达显著和极显著水平。用10年的季节测定数据的平均值分析，土壤水分的季节变化规律为“倒S”型：初春较高、春末夏初最低、夏仲夏末最高、秋末冬初缓慢下降的趋势。10个测定年土壤呼吸的年平均值为3.37±2.84μmol CO2 m-2 s-1，土壤呼吸的月均最大值出现在8月，平均值为6.94±1.88μmol CO2 m-2 s-1，最小值在12月至3月，均值在1μmol CO2 m-2 s-1以下。油松林地土壤土壤呼吸的年通量的年碳通量10年平均值为945.2±174.6 g C m-2。
　　土壤呼吸的季节变化主要受土壤温度的季节变化影响，二者的变化趋势相一致。呼吸与温度之间的关系可以用指数方程表达。大多数年份，土壤温度的季节变化可以解释土壤呼吸季节变化的60％以上。土壤水分是影响土壤呼吸的又一因素，与土壤呼吸与土壤温度的关系相比，土壤呼吸的季节变化与土壤水分的季节变化的关系的相关性相对较弱，它们之间的关系仅在部分测定年份显著。与土壤温度和土壤水分的单因素方程相比，包括土壤温度和土壤水分的双变量方程可以更好的解释土壤呼吸季节变化。
　　土壤呼吸的温度敏感性 Q10值有较明显的年际变化，10年测定计算的 Q10值从2010年的（根据5、10和15 cm土壤测定深度平均值数据计算）平均值2.22到2014年的9.75。土壤温度的Q10值随土壤温度的测定深度而增加，但不同温度深度计算的Q10值差异不大，3个测定深度都可以用于土壤碳通量的Q10值估算。与Q10值的年际变化幅度相比，10℃时的土壤呼吸速率R10值的年际变化相对较小，在1.32μmol m-2s-1到2.67μmol m-2s-1之间。我们的研究结果对于类似区域的土壤CO2通量研究具有重要的借鉴意义。

目录

第一章 引言

1.1 土壤呼吸及其测定

1.2 土壤呼吸的时空变化

1.3土壤呼吸与环境因子的关系模型

1.4人类活动对土壤呼吸的影响

1.5 研究内容和目的

1.6研究技术路线图

第二章 研究区概况与研究方法

2.1研究区概况

2.2 研究方法

第三章 结果分析

3.1 不同测定年份土壤呼吸和环境因子的年际变化

3.2土壤呼吸与环境因子的季节变化

3.3 土壤呼吸季节变化与环境因子季节变化的关系

3.4 土壤呼吸年通量变化

第四章 讨论

4.1 土壤呼吸及其环境因子的季节变化

4.2 土壤呼吸与土壤温度和水分的关系

第五章 结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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