不同雪况与添加凋落物对亚高山地区冬季土壤呼吸的影响

论文摘要

随着全球气候变化的进行,尤其是冬季增温和雪覆盖的减少,冬季土壤呼吸对区域和全球碳循环的贡献显得更为重要。由于高纬度地区生态系统对全球变暖的敏感性和特殊性,目前绝大多数冬季土壤呼吸的测定都是在极地苔原和高山生态系统中开展的,而对于非极地苔原生态系统的研究十分匮乏。本研究以川西高原的成都生物所松潘卡卡沟试验基地（北纬32°59’,东经103°40’,海拔3200 m）,通过野外开展受控雪况梯度（雪层厚度）和人工添加凋落物试验,评估在低纬度高海拔地区冬季上壤呼吸的影响机制,改变雪况对土壤呼吸的影响以及该区域是否存在碳亏缺的现象,研究结果表明：1)在低纬度高海拔地区,季节性雪被覆盖下,土壤呼吸的限制性因素是水分而非温度。2)3种不同雪厚度处理间,无雪被（NS）、30 cm （MS）和100cm（DS）,土壤呼吸速率差异显著（p<0.05）。比较而言,DS处理的土壤呼吸在整个冬季比较平稳,变化幅度相对较小（从0.63到3.05μmol m-2 s-1）,变异系数为105.12%,而没有雪层覆盖组（NS）变幅从0.11到7.41,变异系数最大,达到132.90%,而30 cm雪厚组的月际间变幅从0.55到7.79,变异系数127.88%,月际间的变化幅度介于二者之间。表明增加雪层厚度对冬季土壤呼吸速率有一定的影响,加深雪层覆盖会减缓雪下土壤呼吸速率,尤其在晚冬早春季节（4-5月）由于雪融化较晚和地表温度上升缓慢,土壤呼吸速率的增加远不如浅雪覆盖和没有雪被覆盖的处理组。3)添加凋落物方面,1到3月份3种凋落物处理组（NL、LL和ML）之间的土壤呼吸速率差异均未达到0.05水平。说明前3个月添加凋落物对土壤呼吸速率没有显著的影响,然而4月和5月不同添加凋落物处理间土壤呼吸值差异显著（FApr=19.626, p=0.000; FMay=18.329,p=0.000）。添加凋落物较多的处理组（20 g）,从3月份开始土壤呼吸速率明显增加,由3月的1.39μmolm-2s-1增加到5月的10.54μmol m-2 s-1,增幅高达7.58倍；而5g处理组和对照组则在晚冬早春季节虽然有所增加,但增加幅度不明显,从3月份的1.08μmol m-2s-1增加到5月份的3.34μmol m-2 s-1,仅为20 g凋落物组的土壤呼吸速率的31.69%。结果表明随添加凋落物数量增加对土壤呼吸有明显的促进作用,而增加凋落物对土壤呼吸的影响方式主要体现在提高晚冬早春季节（4-5月份）的土壤呼吸。这可能与后期凋落物中易分解物质分解殆尽,上壤中可利用的底物浓度减少有关。4)对雪被厚度和添加凋落物对上壤呼吸速率的交互作用分析表明。雪被厚度和添加凋落物的单因素比较,以及不同月份之间的土壤呼吸速率都存在比较明显的差异。去除雪层差异不明显,增加雪层厚度导致呼吸速率下降,显示雪层改变对土壤呼吸速率的影响具有不确定性；而增加凋落物量到一定程度会急剧促进土壤呼吸速率增加；从时间动态来看,由冬季到春季土壤呼吸增加,季节动态变化明显。改变雪层厚度与添加凋落物之间不存在显著的交互作用（F=0.468,p=0.778）,说明这两个因素分别独立影响土壤呼吸速率。而雪被厚度和土壤呼吸的季节动态间存在明显的交互作用（F=18.421,p=0.000）,由冬到春,深雪层覆盖的土壤呼吸缓慢上升,浅雪层和没有雪被覆盖时,土壤呼吸速率增加明显。当添加较多数量的凋落物（20 g）时,土壤呼吸的在早春上升明显。显示碳源是控制冬季土壤呼吸的关键要素。5)该区域不存在“碳亏缺”现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 冬季土壤呼吸对区域和全球碳循环的响应
• 1.2 冬季土壤呼吸最新的研究动态
• 1.3 冬季土壤呼吸速率的测定方法
• 1.4 冬季土壤呼吸的影响因素
• 1.4.1 雪况
• 1.4.2 土壤温度和含水量
• 1.4.3 土壤微生物活力与可溶性碳底物
• 1.4.4 凋落物水平
• 1.5 非极地苔原冬季土壤呼吸的研究十分匮乏
• 1.6 青藏高原亚高山地区季节性雪被覆盖的的特殊性
• 2 研究目标与内容
• 2.1 研究目标
• 2.2 研究内容
• 3 研究区和研究方法
• 3.1 研究区概况
• 3.2 研究方法
• 4 结果与分析
• 4.1 不同雪厚度对土壤呼吸的影响
• 4.2 添加凋落物对土壤呼吸的影响
• 4.3 不同雪况与添加凋落物交互作用对土壤呼吸的影响
• 5 讨论与结论
• 5.1 土壤呼吸对水分与土壤温度的响应
• 5.2 土壤呼吸对雪况的响应
• 5.3 土壤呼吸对添加不同凋落物量的响应
• 5.4 土壤呼吸对不同雪厚度与季节动态交互作用的响应
• 5.5 结论
• 6 研究展望
• 参考文献
• 致谢