浙江天童亚热带常绿阔叶林土壤呼吸空间异质性研究

摘要

自工业革命以来，大气中CO2浓度已从1850年的285 ppmv上升到2012年的约398 ppmv。与20世纪初相比，全球气温已经上升了约0.78℃，据预测到本世纪末，全球温度还将增加1.1-6.4℃。大量研究表明，全球碳循环的动态变化与气候变化及人类活动影响有着密切关系，尤其是化石燃料的燃烧和土地利用方式的变化。据估算，1960-2008年，陆地生态系统吸收了人类活动释放碳的30％。因此，陆地生态系统碳循环是全球碳循环中的重要环节，在调节全球气候变化中扮演着重要角色。然而，由于陆地生态系统对全球气候变化反馈的复杂性，陆地生态系统未来吸收碳的能力是否会持续仍未可知。因此，为了能够更好的维持全球CO2浓度稳定，必须了解陆地生态系统对气候变化的响应和反馈机制。
　　土壤呼吸是陆地生态系统碳循环中仅次于总初级生产力的第二大碳通量，是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。因此准确测量土壤呼吸对于估算生态系统碳储量非常重要。由于土壤呼吸速率在自然生态系统中具有高度的空间异质性，因此在野外实验中很难准确估算出生态系统的土壤呼吸。探讨一套合适的野外采样方法对于评估整个陆地碳循环具有重要而又迫切的意义。为了评估取样策略（分层抽样和随机抽样法）和取样个数对实际土壤呼吸估算的影响，我们采用蒙特卡罗模拟法来检测随机和分层取样法的有效性，以浙江天童亚热带常绿阔叶林为研究对象，于2013年8月至2014年1月使用LI-8100土壤呼吸仪测定了不同呼吸环内的土壤呼吸速率及地下5厘米处的温度和水分。结果显示:土壤呼吸平均值不受取样数量和取样策略的影响，但其变异系数随着取样个数的增加而逐渐减少;在生长季，分层取样的精确度比随机取样法提高了约16.7％，工作量减少了约36.4％，在非生长季，这两个数值分别为8.7％和22.2％。运用模型估算出10℃下土壤呼吸速率(R10)约为1.0μmol CO2/m2 s，温度敏感系数(Q10)约为2.0。二者的平均值虽不受取样策略和个数的影响，但其变异系数均随着取样个数的增加而减少，且两种取样策略间没有明显差异。
　　我们于2013年6月至2014年5月使用LI-8100土壤呼吸仪测定了干旱、干扰和空白处理方式下的呼吸环内的土壤呼吸速率。结果显示:短期干旱对陆地生态系统土壤呼吸速率及其空间异质性没有明显影响，干扰对土壤呼吸的变异系数有较大影响，在非生长季时，变异系数增加了100％。干扰使R10的值增加了33％，变异系数增加了109％，短期干旱对R10的值没有明显影响，使变异系数降低了约48％。干扰使Q10降低了约20％，变异系数增加了100％;短期干旱对Q10没有明显影响，使变异系数减少了约45％。

目录

摘要

1、引言

1．1 全球碳循环与气候变化

1．1．1 全球碳循环的主要过程

1．1．2 陆地生态系统碳循环的基本过程

1．1．3 全球气候变化对陆地生态系统碳循环的影响

1．2 陆地生态系统土壤呼吸的影响因子

1．2．1 温度对土壤呼吸的影响

1．2．2 水分对土壤呼吸的影响

1．3 土壤呼吸空间异质性研究的目的和意义

2、森林土壤呼吸空间异质性研究

2．1 实验地点及方法

2．1．1 实验地域概况

2．1．2 实验设计和方法

2．2 数据测量与分析

2．2．1 土壤呼吸速率的测定

2．2．2 土壤温度和水分的测定

2．2．3 随机取样和分层取样法

2．2．4 土壤呼吸参数R10和Q10的计算

2．2．5 呼吸环取样个数的计算

2．3 实验结果和分析

2．3．1 随机取样法和分层取样法的结果

2．3．2 土壤呼吸参数R10和Q10的值

2．3．3 取样个数的优化

2．4 讨论

2．5 小结

3、干旱和干扰对森林土壤呼吸及空间异质性的影响

3．1 实验地点及方法

3．1．1 实验地域概况

3．1．2 实验设计和方法

3．2 数据测量与分析

3．2．1 土壤呼吸速率的测定

3．2．2 土壤温度和水分的测定

3．2．3 植物胸径的调查

3．2．4 随机取样法

3．2．5 土壤呼吸参数R10和Q10的计算

3．3 实验结果与分析

3．3．1 不同样地间温度和水分的比较

3．3．2 干旱和干扰对土壤呼吸速率的影响

3．3．3 干旱和干扰对土壤呼吸空间异质性的影响

3．3．4 干旱和干扰对土壤呼吸参数R10和Q10的影响

3．4 讨论

3．5 小结

4、结论和展望

4．1 主要结论

4．2 研究展望

参考文献

致谢

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