本文選題：土壤呼吸　切入點：自養(yǎng)呼吸　出處：《東北林業(yè)大學》2016年博士論文

【摘要】：土壤呼吸(Rs)是森林生態(tài)系統(tǒng)僅次于總初級生產力的第二大碳通量,在生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中發(fā)揮著關鍵作用。由于Rs起源于不同組分(自養(yǎng)呼吸,RR；異養(yǎng)呼吸,RH),并且隨著氣候因子、林齡以及森林類型轉換的變化而變化,因此即使在特定區(qū)域內Rs也展示出巨大的時空變異。黑龍江涼水國家級自然保護區(qū)包括了東北地區(qū)不同經營方式下的典型森林類型,為量化地理限制區(qū)域內Rs在不同時空尺度上的變異并探討其控制因子提供了一個理想的研究平臺。對這些典型森林類型Rs時空變異的研究有助于精確評估該區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)碳源或者碳匯的強度。本研究首先利用空間代替時間的方法分析探討森林類型轉換對Rs及其不同組分的影響。闊葉紅松原始林轉變?yōu)榇紊讟辶帧⒙淙~松人工林和紅松人工林后,RH分別增加了35%、31%和19%。平均RH與土壤有機碳密度顯著正相關(R2=0.869,P=0.045),與土壤微生物碳相關不顯著(R2=0.287,P=0.615)。闊葉紅松原始林轉變?yōu)榇紊讟辶趾?RR顯著增加了(P0.05),然而原始林和兩種人工林之間RR差異不顯著(P0.05)。平均RR與土壤微生物碳(R2=0.911,P=0.03)和細根和中根生物量(R2=0.891,P=0.037)顯著正相關。其次,以闊葉紅松林、谷地云冷杉林、闊葉紅松擇伐林、次生白樺林、落葉松人工林和紅松人工林為研究對象,測定Rs及其組分在不同時間尺度上的變異。結果展示出在日變化尺度上,除谷地云冷杉林和次生白樺林的Rs和RH以及落葉松人工林的RH與土壤溫度呈顯著正相關(P0.05)。其他林型Rs及其組分與土壤溫度相關不顯著(P0.05)。除次生白樺林和紅松人工林外,其他林型RH日變化幅度(1.72-2.72 μmol CO2m-2 s-1)和變異系數(8.0-11.5%)較小,而所有林型RR日變化幅度(0.56-3.18 μmol CO2 m-2 s-1)和變異系數(36.0-45.7%)較大。各林型Rs和RH的季節(jié)變化與土壤溫度相似,展現(xiàn)出單峰曲線趨勢,在7-8月達到峰值。RR季節(jié)動態(tài)與土壤溫度則有一些不同并且各林型RR季節(jié)變異系數(38.3-96.5%)要高于Rs(28.0-62.3%)和RH(31.6-55.7%)。所有林型季節(jié)變化的RR(Qlo=2.94-4.35)的溫度敏感性系數(Ql0)要大于RH(Qlo=2.41-2.64)和Rs(Qlo=2.48-2.80),并且RR(R2=0.32-0.51)與土壤溫度指數模型的擬合程度要小于RH(R2=0.71-0.78)和Rs(R2=0.62-0.77)。各林型RR年際變異系數(12.7-30.5%)要高于Rs(10.2-17.9%)和RH(8.5-14.8%)。在年際尺度上,除谷地云冷杉林RR與空氣溫度顯著相關(P0.05),其他林型Rs及其組分與氣候因子相關不顯著(P0.05)。選擇闊葉紅松林、谷地云冷杉林、闊葉紅松擇伐林和紅松人工林為研究對象,量化和比較Rs在三個空間尺度上(在樣地內土壤環(huán)之間、在一個林型內樣地之間和景觀內各林型之間)的變異并探討Rs變異的控制因子。結果表明所有林型樣地內Rs的變異系數(30-52%)顯著高于樣地間(20-25%)。土壤充水孔隙空間、土壤有機碳含量、土壤碳氮比以及Rs測定點幾米半徑內所有樹的平均胸徑和總胸高斷面積解釋著各林型內Rs的變異。四種林型間Rs的變異可以被土壤碳氮比所解釋(R2=0.63,P=0.001)。最后,基于2014年對典型闊葉紅松林9 ha樣地Rs的測定,量化和可視化闊葉紅松林Rs空間格局并探討生物和非生物因子在決定Rs空間變化時發(fā)揮的作用。結果表明Rs呈現(xiàn)明顯的空間自相關,15-23 m的空間自相關可以解釋樣本方差的87-91%。在三次觀測間(5月、7月和9月),Rs高度相關(R=0.60-0.74)。最優(yōu)回歸模型展示了土壤濕度、容重以及Rs測定點3 m半徑內最大胸徑可以解釋三次觀測平均Rs空間變異的46%。隨著樣地坡位的上升和坡度的變大,Rs呈增加的趨勢。平地(Flat)Rs最小,陰坡(NE,N)和半陰坡(E,NW)Rs要大于半陽坡(SE,W)和陽坡(S,SW)。
[Abstract]:Soil respiration ( Rs ) is the second large carbon flux that forest ecosystem is the second only to the total primary productivity , plays a key role in the carbon cycle of the ecosystem . Since Rs originated from different components ( spontaneous respiration , RR ;
The study of temporal and spatial variability of forest type Rs is helpful to accurately assess the effect of carbon source or carbon sink in forest ecosystems in the region . There was a significant positive correlation between RR and soil temperature ( P = 0 . 01 , P = 0 . 03 ) and coefficient of variation of soil temperature ( P 0 . 05 ) . Finally , based on the measurement , quantification and visualization of Rs spatial pattern of the typical broad - leaved Korean pine forest in 2014 , the spatial pattern of the broad - leaved Korean pine forest was quantified and visualized . The results showed that Rs presented obvious spatial self - correlation , and the spatial autocorrelation of 15 - 23 m could account for 46 % of the average Rs spatial variation .

【學位授予單位】：東北林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S714

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本文編號：1694029