不同土地利用條件下土壤呼吸與環(huán)境因子的關(guān)系.pdf

1、土壤呼吸作為表征土壤肥力和土壤質(zhì)量的生物學(xué)指標(biāo)，在一定程度上反映了生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力與氣候變化的相應(yīng)關(guān)系，對準(zhǔn)確估算研究樣地土壤CO2的排放量以及碳貯量的變化具有重要意義。本論文以位于山西省郊城縣與方山縣交界處的龐泉溝八道溝林場的4個(gè)樣地為研究對象，通過長期的野外調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室分析，研究了不同類型樣地的土壤呼吸及其環(huán)境因子（土壤水分，土壤溫度，土壤有機(jī)碳）的關(guān)系以及不同樣地土壤呼吸的季節(jié)變化和日變化的模式及其機(jī)制，對山西高原土壤呼吸及土壤CO

2、2排放量估算都具有重要的參考價(jià)值。
　　本論文分為5部分，第1章為引言，第2章介紹研究區(qū)域及研究方法，第3章為主要研究內(nèi)容，以龐泉溝八道溝林場的4個(gè)樣地為研究對象，對各樣地的土壤溫度，土壤水分，土壤有機(jī)碳含量及土壤呼吸的季節(jié)變化進(jìn)行分析研究，同時(shí)對土壤呼吸與其環(huán)境因子之間的關(guān)系作出分析，并估算了測定期間的CO2排放量。以2007年8月，10月，2008年5月至9月為測定期對土壤呼吸日變化進(jìn)行研究，揭示土壤呼吸晝夜變化的規(guī)律。第4，

3、5章對本論文的研究進(jìn)行討論及展望。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)土壤溫度的變化具有明顯的季節(jié)性特征。08年5月至10月期間土壤溫度的季節(jié)變化基本呈對稱的“鈴”型趨勢，最低溫度出現(xiàn)在10月，最高溫度主要出現(xiàn)在夏季的7-8月份。07年從8月份開始測定，土壤溫度較高，基本在15～20℃之間。之后氣溫不斷下降，土壤溫度亦持續(xù)下降。
　　土壤水分的變化受土壤類型，植被情況和氣溫的共同影響。測定期內(nèi)各樣地土壤水分無規(guī)律可循，土壤水分含量

4、呈高、低交替變化趨勢。在4個(gè)樣地中，混交林的土壤水分相對較高。這是由于其獨(dú)特的自然條件以及植被特征，最高含水量達(dá)到39.70％。
　　4種樣地土壤呼吸和土壤溫度的季節(jié)變化非常明顯，基本趨于一致。說明土壤溫度對土壤呼吸的季節(jié)變化起主導(dǎo)作用。同時(shí)，土壤溫度和土壤水分共同作用影響土壤呼吸。2007年9月土壤溫度降低，但土壤呼吸仍有上升趨勢，這可能是由于水分作用的結(jié)果。尤其是混交林和人工林的土壤呼吸值較07年8月高，可能受到水分，植被及坡

5、向的影響。4種樣地間的土壤呼吸總體差異不顯著(p＞0.05)。
　　土壤有機(jī)碳的變化主要受氣候、植被和土壤特征以及區(qū)域地形的綜合影響，本文對07年8，9，10月的4種樣地土壤有機(jī)碳進(jìn)行了測定。在測定期內(nèi)，土壤有機(jī)碳沒有明顯的變化趨勢。本次實(shí)驗(yàn)測定時(shí)間較短，仍在繼續(xù)測定之中，土壤有機(jī)碳的積累沒有明顯特征，數(shù)量差異并不大。
　　(2)對4種樣地土壤呼吸和土壤溫度，土壤水分，土壤有機(jī)碳進(jìn)行指數(shù)關(guān)系分析。土壤呼吸和土壤溫度的R2值介

6、于0.52-0.80之間，相關(guān)性較好。從指數(shù)方程P值的檢驗(yàn)結(jié)果來看，混交林，沙棘及農(nóng)田樣地的土壤呼吸與土壤溫度的P值＜0.05，達(dá)到顯著水平，但人工林樣地的P值為0.07，可能是由于土壤溫度和土壤水分存在一定程度的相關(guān)關(guān)系，水分的變化同樣影響土壤呼吸。
　　土壤呼吸與土壤水分的相關(guān)性較差，R2值得范圍在0.00-0.31之間，這主要與龐泉溝地區(qū)的氣候環(huán)境有關(guān)。土壤水分含量的大小為:混交林＞人工林＞沙棘＞農(nóng)田，土壤呼吸與土壤水分的指

7、數(shù)模型中的R2值為混交林＞人工林=沙棘＞農(nóng)田，這表明，土壤含水量越高，土壤呼吸越大。但與土壤呼吸與土壤溫度的相關(guān)性相比，土壤溫度對土壤呼吸的影響大于土壤水分對土壤呼吸的影響。
　　土壤有機(jī)碳對土壤呼吸的影響也較為明顯。以07年8，9，10月的土壤有機(jī)碳和土壤呼吸的測定值進(jìn)行擬合，結(jié)果顯示土壤有機(jī)碳和土壤呼吸的關(guān)系較好，07年9月，10月的R2值分別為0.58和0.65，達(dá)到相關(guān)水平，07年8月的R2值較小，為不相關(guān)，這是因?yàn)?月份

8、沙棘的土壤呼吸值較大，可能與沙棘的植被特點(diǎn)有關(guān)。
　　(3)土壤呼吸和土壤溫度都具有明顯的日變化特點(diǎn)，基本表現(xiàn)為單峰曲線。本文測定的4種樣地中，以沙棘的土壤呼吸日變化最大，最大值在08年8月份，達(dá)到9.12μmol m-2s-1，農(nóng)田的土壤呼吸日變化較小。總體來講，07年土壤呼吸變化幅度為0.75～5.58μmol m-2s-1，08年土壤呼吸變化幅度為1.45～9.12μmol m-2s-1，最小值出現(xiàn)在07年10月，最大值出現(xiàn)

9、在08年8月，這仍與土壤溫度有密切關(guān)系。
　　本文測定的土壤呼吸日變化與土壤溫度的變化趨勢不太一致，土壤呼吸日變化最大值在11:00-16:00之間，從土壤呼吸與土壤溫度的直線關(guān)系看，除07年8月和08年8月土壤呼吸與土壤溫度變化的關(guān)系顯著外，其他樣地的土壤呼吸與土壤溫度的關(guān)系均不顯著（表3-11）。這可能與各樣地的自身環(huán)境有關(guān)，土壤溫度的變化滯后于土壤呼吸的日變化，如土壤呼吸的最大值多出現(xiàn)在10:00-12:00前，而土壤溫度的

10、最大值則出現(xiàn)在14:00-15:00。各樣地的差異程度見表3-10，除08年5月各樣地之間土壤呼吸差異顯著外，其它各月各樣地之間的土壤呼吸總體差異不顯著(p＞0.05)。
　　多數(shù)土壤呼吸測定是在白天進(jìn)行的，但白天土壤呼吸的測定值仍不能代表24h的土壤呼吸值。所以夜間土壤呼吸的估算也很重要。本文以24h的土壤呼吸平均值分別與8:00-12:00、12:00-16:00土壤呼吸的平均值進(jìn)行比較，在8:00-12:00之間，農(nóng)田的土壤