应用小波多尺度分析亚热带森林土壤异养呼吸特征

摘要

土壤异养呼吸是森林生态系统碳循环的重要组成部分,其时间变化规律和影响因子一直是碳循环研究的难点和重点.利用全自动连续观测系统对亚热带米槠常绿阔叶次生林土壤异养呼吸进行高频率观测,采用连续小波变换技术对高频率实测值与模型估测值间的差值进行分析,探讨亚热带森林土壤异养呼吸的变化机制.结果发现,土壤异养呼吸速率年变化范围在0.82-7.11 μmol CO2m-2 s-1之间,全年平均值为2.66 μmol CO2m-2 s-1,在7月份达到全年最高值.虽然土壤温度和水分双因素模型能够较好地解释土壤异养呼吸的年变化,但土壤温度和土壤异养呼吸速率在时间序列上未出现同步变化模式,同时双因素模型估测值与高频率实测值年均值相差18％,其中4-7月模型值低估12％,而8-9月模型值高估15％.进一步利用连续小波变换对模型误差分析发现,模型值与实测值差异在4-7月主要分布在短周期(32-64 h)和长周期(≥85 d),这可能与生长季节土壤底物有效性提高,大量的易变化碳输入激发原有土壤有机碳分解有关.8-9月差异主要分布在长周期(≥85 d),这可能是干旱造成底物有效性降低,微生物只能利用原有难分解有机碳进行维持代谢.因此亚热带森林土壤异养呼吸会不仅受到温度、土壤水分等环境因素影响,而且底物有效性变化也可能是影响亚热带常绿阔叶林土壤异养呼吸变化的重要因素.