陳 燦,江 燦,范海蘭,林勇明,吳承禎

1 福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院,福州 350002 2 湖南省婁底第一中學(xué),婁底 417000 3 武夷學(xué)院生態(tài)資源工程系,南平 354300 4 福建農(nóng)林大學(xué)海洋研究中心,福州 350002

凋落物去除/保留對杉木人工林林窗和林內(nèi)土壤呼吸的影響

陳 燦1,4,*,江 燦2,范海蘭1,4,林勇明1,4,吳承禎3，*

1 福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院,福州 350002 2 湖南省婁底第一中學(xué),婁底 417000 3 武夷學(xué)院生態(tài)資源工程系,南平 354300 4 福建農(nóng)林大學(xué)海洋研究中心,福州 350002

為探討去除/保留凋落物對林窗內(nèi)外杉木人工林土壤呼吸的影響、明確去除/保留凋落物條件下杉木人工林林窗內(nèi)外土壤呼吸主要影響因子,改進(jìn)經(jīng)營管理措施和保持杉木人工林的可持續(xù)發(fā)展,在福州白沙國有林場內(nèi)選取本底基本相同和經(jīng)營措施接近的12年生杉木人工林及其林窗,分別采用去除和保留凋落物處理,在每月晴好天氣通過Licor- 8100A對其凋落物量、土壤呼吸、土壤溫度、濕度進(jìn)行了1a(2014年3月—2015年2月)的定點(diǎn)觀測,在此基礎(chǔ)上分析不同凋落物輸入量處理下杉木人工林窗內(nèi)外土壤呼吸與環(huán)境因子的動(dòng)態(tài)特征、土壤呼吸和環(huán)境因子關(guān)系,結(jié)合方差分析等解釋土壤呼吸的擬合模型,結(jié)果表明：1) 杉木林林窗、林內(nèi)土壤呼吸速率年平均值分別為2.47 μmol m-2s-1和2.13 μmol m-2s-1；去除凋落物后,分別減少了22.89%、25.89% ；林窗內(nèi)外均是7月份出現(xiàn)最大值,去除凋落物后分別為(3.65±0.14)μmol m-2s-1和(2.85±0.08) μmol m-2s-1；保留凋落物分別為(4.26±0.34)μmol m-2s-1和(3.61±0.34) μmol m-2s-1；1月值最小,去除凋落物分別為(0.9±0.04)μmol m-2s-1和(0.83±0.03)μmol m-2s-1,保留凋落物分別為(1.02±0.041)μmol m-2s-1和(0.92±0.05) μmol m-2s-1。2)土壤溫度和濕度共同解釋了杉木人工林林窗內(nèi)外土壤呼吸68.63%—77.28%；3) 林窗、林內(nèi)去除和保留凋落物處理的土壤呼吸與土壤5cm深的溫、濕度間顯著相關(guān)；4) 林窗、林內(nèi)土壤溫、濕度的雙因素模型均比單因素模型能更好地解釋土壤呼吸的動(dòng)態(tài)變化。林窗、林內(nèi)去除凋落物的土壤呼吸溫度敏感系數(shù)Q10值分別為1.39和1.37,差異不顯著(P=0.634)；保留凋落物的Q10值分別為1.40和1.55,差異顯著(P=0.010)。研究結(jié)果為揭示杉木人工森林生態(tài)系統(tǒng)碳通量以及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。

土壤呼吸；林窗；碳源；杉木

土壤呼吸在區(qū)域及全球尺度上碳循環(huán)的調(diào)控具有十分關(guān)鍵的作用[1-3],準(zhǔn)確測定森林土壤呼吸是森林碳匯或源估算的重要基礎(chǔ),也是森林生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容[4-5]。由于森林生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸具有空間和時(shí)間上的變化特性[6-8],空間上即使較小的范圍內(nèi),也會(huì)受到局地小氣候、植被類型、土地利用、土壤pH值等因素的影響表現(xiàn)出巨大的差異性[9-12]；時(shí)間上季節(jié)和年際的變化造成氣溫、降水、土壤溫度、植物根系和土壤微生物活力的差異進(jìn)而也會(huì)影響到土壤呼吸的速率[13-15],因此,越來越多的學(xué)者嘗試通常對某一或某些因子的控制來分析其對土壤呼吸影響作用機(jī)制和規(guī)律[16-18],使得土壤呼吸的影響機(jī)制研究成為生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)[19]。

杉木是我國南方主要的人工林和用材林,種植面積大,使用用途廣,杉木林土壤呼吸的研究是森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯或源研究的重要組成部分,對20年生杉木人工林土壤呼吸的研究發(fā)現(xiàn)三明地區(qū)杉木林的土壤呼吸季節(jié)變化呈單峰曲線[20],敏感性要高于格氏栲林[6],然而由于在我國種植跨地域大,自然環(huán)境等均存在不同程度差異[21],造成杉木林土壤呼吸的影響因子眾多,機(jī)制復(fù)雜,特別是人工用材林中由于伐區(qū)設(shè)計(jì)和采伐等經(jīng)營管理措施,林窗在不同年齡的杉木人工林中普遍存在。林窗階段是森林物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的起點(diǎn),在森林的更新和演替過程中扮演著非常重要的角色[22],其發(fā)展方向在一定程度上決定了未來森林更新演替過程中碳通量的變化趨勢,然而目前有關(guān)改變凋落物后林窗、林內(nèi)土壤呼吸比較的研究少有見報(bào)道。

碳源輸入的變化改變了土壤的理化性質(zhì)[23],進(jìn)而對于土壤內(nèi)部的根系和微生物的呼吸作用產(chǎn)生影響,特別是凋落物影響杉木人工林土壤呼吸的主要因子之一[24],但去除/保留凋落物這種改變碳源輸入方式是否會(huì)大幅改變整個(gè)杉木林窗內(nèi)土壤呼吸的速率及其季節(jié)動(dòng)態(tài)變化等,目前還未知,因此本研究擬對在去除/保留凋落物背景下對杉木人工林窗內(nèi)外的碳通量進(jìn)行測量。研究內(nèi)容主要包括：1) 去除/保留凋落物下杉木人工林林窗內(nèi)外土壤呼吸的月動(dòng)態(tài)特征；2)影響杉木人工林林窗內(nèi)外土壤呼吸的主要影響因子及影響程度；3) 去除/保留凋落物下林窗內(nèi)外土壤溫度、濕度和土壤呼吸間的關(guān)系特征。通過以上研究探討杉木人工林林窗內(nèi)外土壤呼吸在去除/保留凋落物受到的影響及主要影響因子,為改進(jìn)經(jīng)營管理措施、精確估測杉木人工林土壤碳通量和保持杉木人工林的可持續(xù)發(fā)展等提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本研究樣地位于福建省白沙國有林場,地處福建省閩侯縣西部,距縣城約8 km (119.07618°E, 26.20597°N)。屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候,夏季長無酷暑,冬季短且無嚴(yán)寒,境內(nèi)年平均氣溫14.8—19.5 ℃。夏季和冬季月平均氣溫分別為23.6—29.3 ℃和6—10.5 ℃。年平均最高和最低溫分別為23.6 ℃和16.4 ℃；極端最高氣溫達(dá)38—40.6 ℃,極端最低氣溫為-4 ℃。境內(nèi)年降雨量1200—2100 mm,年平均降水量為1673.9 mm,平均雨日150 d,占全年日數(shù)的41.8%。年無霜期240—320 d。土壤為南方紅壤。林下植被主要有井欄邊草(Pterismultifida)、梔子(GardeniajasminoidesEllis)、芒箕(GleichenialinearisClarke)、山麥冬(Liriopespicata(Thunb.) Lour)、狗脊蕨(Woodwardiajaponica(L. f.) Sm.)、鐵線蕨(Adiantumcapillus-venerisL)、蛇葡萄(Ampelopsissinica(Mig)W.T.Wang)、苔草(Carextristachya)等。

表1 杉木人工林試驗(yàn)地基本特征

表2 杉木人工林(0—20cm)的土壤理化性質(zhì)

2 研究方法

2.1 土壤呼吸的測量

在研究地選擇12a的杉木林(CF12),采用去除凋落物(Litter exclusion, EL)和對照(Control,CK)2種處理[15-24],每個(gè)樣方大小為2×2 (m),其內(nèi)設(shè)置有1個(gè)圓柱形內(nèi)徑為20 cm的PVC 土壤碳通量測室,測室環(huán)露出土壤表面在東西南北4個(gè)方向均為5cm,同時(shí)剪去環(huán)內(nèi)植物的地上部分,對照內(nèi)保留凋落物。每個(gè)重復(fù)樣方相距5m以上。共布設(shè)6個(gè)PVC測室。另選取3個(gè)面積為10m2的林窗(林窗產(chǎn)生時(shí)間超過1年)進(jìn)行比較,在林窗中心位置設(shè)置3個(gè)2m×2m的區(qū)組,去除凋落物的處理同上。一共12個(gè)測室。自2014年3月至2015年2月間每月月末晴好天氣09:00—11:00間用Li- 8100A土壤碳通量儀對杉木人工林林窗內(nèi)外土壤呼吸、土壤表層5cm溫濕度進(jìn)行測定(溫濕度傳感器埋入土壤深度為5cm),每個(gè)測室每次測量時(shí)間為2min。1a共計(jì)12次外業(yè)測量。

2.2 數(shù)據(jù)分析

土壤呼吸的溫度敏感系數(shù)(Q10)是土壤溫度升高10 ℃所引起的土壤呼吸速率增加的倍數(shù)[20-25],表示土壤呼吸速率對土壤溫度的敏感程度,可以用來描述土壤呼吸對土壤溫度變化的敏感程度[26-27],依地理位置和生態(tài)系統(tǒng)類型的不同相差很大,從略大于1(低敏感)直到大于10(高敏感)。本研究將土壤呼吸作為因變量,土壤溫度為作為自變量,利用直線模型、指數(shù)模型、Q10模型分析土壤溫度與土壤呼吸的關(guān)系[28],決定系數(shù)(R2)表示土壤解釋為占多少的土壤呼吸變化,決定擬合系數(shù)。各模型如下：

直線模型

RS=a+bTs

(1)

式中,RS為土壤呼吸；為Ts土壤溫度；a為常數(shù),b為一次項(xiàng)系數(shù)；

指數(shù)模型

RS=aebTs

(2)

式中,RS為土壤呼吸；為Ts土壤溫度；a為常數(shù),b為一次項(xiàng)系數(shù)。

Q10=e10b

(3)

式中,b即土壤呼吸與土壤溫度指數(shù)模型的溫度反應(yīng)系數(shù)。

數(shù)據(jù)處理和出圖由excel 2010和SPSS20.0完成。

3 結(jié)論與討論

3.1 去除/保留凋落物杉木人工林林窗、林內(nèi)土壤呼吸的月動(dòng)態(tài)變化特征

杉木人工林土壤呼吸主要限制因子是土壤表層溫度,月份動(dòng)態(tài)變化趨勢為單峰曲線[20]。去除/保留凋落物對林窗與林內(nèi)外土壤呼吸速率沒有改變這種趨勢,7月達(dá)到極大值,之后逐漸遞減,1月達(dá)到極小值,但去除凋落物后林內(nèi)和林窗內(nèi)土壤呼吸均會(huì)下降,且生長季(5—10月)的下降程度要高于非生長季(圖1)。林窗內(nèi),年均值相差0.46μmol m-2s-1,生長季(5—10月)的均值差值達(dá)到0.58μmol m-2s-1,保留凋落物最高值為(4.26±0.34) μmol m-2s-1,比去除凋落物高出16.71%；最低值為(1.02±0.041) μmol m-2s-1,較去除凋落物高出13.3%。

圖1 杉木人工林林窗內(nèi)外土壤呼吸月變化Fig.1 Month variations of soil respiration in/out of the gaps in Chinese fir plantation

凋落物雖然不能改變季節(jié)變化對土壤呼吸的影響趨勢,但仍具有一定的調(diào)節(jié)性。方差分析表明：林窗內(nèi)去除凋落物與對照處理在4、5、10、11月份存在顯著差異(P<0.05)；林內(nèi)去除凋落物與對照處理在4、5、6、10、11月和12月存在顯著差異(P<0.05)；林窗與林內(nèi)去凋處理全年差異不顯著(P>0.05)；林窗與林內(nèi)對照處理全年除3、4、5月存在顯著差異(P<0.05),其它均不存在顯著差異。這一變化趨勢上與前人研究相似[6,29-30],季節(jié)的變化改變土壤溫度是森林土壤呼吸的主要影響因子[9],但凋落物作用也不應(yīng)被忽視,去除凋落物后土壤呼吸速率明顯下降,主要原因極可能是凋落物自身分解過程會(huì)釋放物質(zhì)進(jìn)入土壤[23],增加土壤碳源并改變表層土壤的溫濕度等理化性質(zhì),間接影響根系和土壤微生物活性,從而改變土壤呼吸速度。但這種影響又有一定滯后性,除了4,5月和10,11月份與保留凋落物差異顯著外,這一差異均延長了1個(gè)月,這兩個(gè)時(shí)間段為春夏和秋冬的交界,在溫度和降水方面有顯著差異。

森林土壤呼吸受到多因子的影響。本研究測量的土壤呼吸值遠(yuǎn)高于前人在中國會(huì)同所測得的20a杉木人工林土壤呼吸值[6],說明在不同地域不同年齡的杉木人工林中土壤呼吸差異較大,另一可能原因是12生杉木還處于生長速率較快的中齡林,根系和土壤中微生物的活躍度可能要高于20年生杉木林。雖然隨著林分年齡的增長,由根系引起的那部分土壤呼吸值會(huì)下降,但是否與年齡成比例下降,還不得而知。此外,土壤呼吸最大值出現(xiàn)在7份,與前人研究相比遲了1個(gè)月,年呼吸值也略高[6],主要原因極可能是兩地土壤最高溫出現(xiàn)時(shí)間不同,以及林分的年齡結(jié)構(gòu)等差異。

3.2 去除/保留凋落物林窗、林內(nèi)土壤溫度和濕度的變化特征

林窗5cm深土壤溫度表現(xiàn)為夏高冬低,基本呈現(xiàn)出單峰曲線。林窗去除凋落物年土壤5cm深年均溫度為(17.68±0.21)℃,生長季(5—10月)的土壤溫度為(22.87±0.37)℃,去除凋落物生長季比土壤年均溫度高29.35%。林窗保留凋落物土壤年均溫度為(18.32±0.08)℃,生長季為(23.8±0.08)℃,極大值和極小值分別為(29.74±0.19)℃和(7.58±0.17)℃,年變化幅度為7.58—29.74℃(圖2)。沒有凋落物覆蓋,地表日溫差和季節(jié)溫差均會(huì)加大,杉木人工林中凋落物的厚度雖然通常不會(huì)超過5 cm,且保水性等性能不如一些闊葉樹種,但凋落物的天然的木質(zhì)性比非生物的土壤物理結(jié)構(gòu)在調(diào)控溫差方面仍有較大優(yōu)勢。因此,杉木人工林地下凋落物應(yīng)加以長時(shí)間保留,避免不必要的人為移除和破壞。

林內(nèi)土壤溫度略高于林內(nèi),保留凋落物比去除凋落物處理溫度高,差異較顯著。去除凋落物處理的年均土溫為(16.61±0.08)℃,年變幅為7.22—26.01℃,生長季(5—10月)的土溫為(21.57±0.09)℃,去除凋落物生長季比年均土壤溫度高29.86%；保留凋落物的土壤年均溫度為(17.64±0.83)℃,年變幅為7.31—28.15℃；生長季為(23.15±0.87)℃,高出去除凋落物處理的31.23%。方差分析表明：林窗兩種處理間除7、10、11月,其它各月份各處理均存在顯著差異(P<0.05),林內(nèi)兩種處理在5、6、8、12、1月間存在顯著差異(P<0.05)。

圖 2 杉木人工林林窗內(nèi)外土壤溫度和濕度月變化Fig.2 Month variations of soil temperatures in/out of the gaps in Chinese fir plantation

林窗、林內(nèi)土壤濕度的季節(jié)變化沒有顯著的規(guī)律性,月份間波動(dòng)較大。在林窗、林內(nèi)樣地內(nèi),土壤水分含水量大多集中在20%—30%之間,夏季普遍含水量較大,7月達(dá)到最高,11月最低(圖2)。方差分析發(fā)現(xiàn)：兩種林分土壤含水量差異不顯著,但林窗去除凋落物和對照處理間在3、4、5、6月存在顯著差異(P<0.05),林內(nèi)去除凋落物和對照處理間除8、9、11月份以外,其它各月處理均存在顯著差異(P<0.05)。主要原因受當(dāng)?shù)亟邓考竟?jié)變化影響大,除此以外,還與土壤的下滲能力、土壤蒸發(fā)與植物的蒸騰作用有關(guān)。

杉木凋落物對土壤具有一定的保溫作用,保濕作用不明顯。杉木葉不易分解與汲水,對造成土壤表層的持水能力要弱于闊葉林和天然林。由于失去冠層的遮擋,受太陽直射,林窗內(nèi)溫度波動(dòng)性要高于林內(nèi),但土壤溫度波動(dòng)有滯后性。去除凋落物后對生長季的影響更大,夏季的高溫極大值也遠(yuǎn)大于林內(nèi)。在生長季特別是春季雨季,降水頻繁,有利于凋落物在林窗中保持水分的功能；夏季對林內(nèi)的水分影響差異小,其它季節(jié)差異大。當(dāng)夏季高溫時(shí),去除和保留凋落物差異不顯著,主要原因可能是凋落物還沒有達(dá)到一定的厚度,高溫天氣起主導(dǎo)作用。

3.3 去除/保留凋落物下杉木人工林林窗內(nèi)外土壤呼吸與土壤溫度和濕度的關(guān)系

不同處理間土壤呼吸與土壤溫度均為顯著線性關(guān)系。去除凋落物,土壤溫度解釋了土壤呼吸變化的比例為：林窗去除(65.84%)、對照(58.54%)、林內(nèi)去除凋落物(53.04%)、對照(53.56%),其中林窗去除擬合程度最高。林窗、林內(nèi)去除和保留凋落物處理的土壤呼吸與地下5cm處的土壤溫度間均達(dá)到了顯著關(guān)系,且線性模型在擬合效果要略好于指數(shù)模型,這與前人在其它土地利用類型結(jié)論基本一致[21-23]。林窗、林內(nèi)去除凋落物擬合分別為：51.96%、41.69%。林窗、林內(nèi)對照處理的擬合系數(shù)分別為43.43%、40.12%(表3)。林窗去除凋落物明顯上升了土壤溫度解釋土壤呼吸變化的比例,說明杉木林冠層對于保持土壤呼吸的穩(wěn)定性有重要作用。

杉木人工林土壤呼吸屬低敏感性。林窗對照的Q10值>去除凋落物處理的Q10值,但差異不顯著(P=0.846),而林內(nèi)去除凋落物處理和對照的Q10值分別為1.37、1.55,兩種處理之間的差異為極顯著差異(P=0.003)。林窗、林內(nèi)去除凋落物的Q10值分別為1.39、1.37,兩種林分之間的差異性不顯著(P=0.634),林窗、林內(nèi)對照的Q10值分別為1.40、1.55,兩種林分之間的差異顯著(P=0.010),所有的處理的Q10值均在1.39—1.55之間(表4)。

表3 土壤呼吸與土壤溫度的回歸分析(直線回歸和指數(shù)回歸)

表4 杉木人工林林窗內(nèi)外土壤Q10值

雙因素關(guān)系模型能夠很好的解釋雙因子(土壤溫濕度)的影響程度。采用雙因素關(guān)系模型擬合土壤溫度、濕度與土壤呼吸速率關(guān)系發(fā)現(xiàn)林窗去除凋落物與對照處理的雙因素?cái)M合程度分別為77.28%、68.63%,林內(nèi)為69.53%、73.80%(表5)。溫度和濕度共同解釋土壤呼吸在68.63%—77.28%之間。林窗去除凋落物處理的擬合系數(shù)高于對照處理,林內(nèi)則表現(xiàn)出相反的趨勢。由此,可見在杉木人工林中,土壤溫度和水分對土壤呼吸仍起主導(dǎo)作用,但森林土壤溫度和濕度的影響力要弱于草地等[21],主要原因極可能是森林特別是杉木林的高郁閉度,增加了林分垂直方向的復(fù)雜性,削弱了環(huán)境對土壤直接影響力。外界土壤的溫度和濕度會(huì)直接影響到土壤中根系的活性和呼吸速率以及土壤表層凋落物的分解和地底微生物、酶等的活性[31-33],這些均直接或間接地影響到林分內(nèi)土壤呼吸值的大小。

表5 土壤呼吸與土壤溫度(T)和土壤濕度(W)的多元回歸方程

5 小結(jié)

溫度和濕度是杉木人工林土壤呼吸的主要影響因子。林窗、林內(nèi)5cm深度土壤溫度表現(xiàn)為夏季溫度高、冬季溫度低,基本上也呈現(xiàn)出單峰曲線。林窗、林內(nèi)土壤濕度的季節(jié)變化高低交替型,波動(dòng)較大,沒有顯著的規(guī)律性,這主要與福建降水量季節(jié)變率較大有關(guān),還與土壤的下滲能力、土壤蒸發(fā)與植物的蒸騰作用、冠層的郁閉度等有關(guān)。兩種林分土壤含水量差異不顯著。雖然保留比去除凋落物層后杉木人工林有更高的土壤濕度,但二者的差異并未達(dá)到顯著水平,表明凋落物層在一定程度上阻擋降水沖擊土表并減緩?fù)寥浪值纳⑹?但也有可能是杉木人工林凋落物厚度不足,不易分解保濕性弱,對土壤濕度影響力有限。林窗去除凋落物和對照的土壤濕度與土壤呼吸的擬合程度高于林內(nèi)的兩種處理且線性模型的擬合效果較好。

凋落物和林窗是森林土壤呼吸的重要影響因素。去除和保留凋落物處理下杉木人工林林窗和林內(nèi)土壤呼吸速率月動(dòng)態(tài)上均表現(xiàn)出相似的單峰曲線,但凋落物對杉木林土壤呼吸的影響不容忽視,去除凋落后杉木人工林土壤呼吸在生長季呈顯著下降,非生長季也有不同程度下降,同時(shí)凋落物的這種作用效應(yīng)在溫度變化不大的月份作用有一定的滯后性,本質(zhì)上應(yīng)該是對土壤溫度的間接影響的結(jié)果。凋落物是森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要環(huán)節(jié),同時(shí)還是調(diào)節(jié)森林內(nèi)部微環(huán)境的影響因子,因此,凋落物在土壤呼吸過程中的量化研究也是為森林碳循環(huán)提供一定的參考。林窗是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的研究對象,林窗改變了林內(nèi)的光照、溫度和濕度等環(huán)境因子,直接或間接地影響到土壤呼吸的規(guī)律,杉木人工林中林窗內(nèi)外土壤呼吸的定量研究有助于精確測量森林生態(tài)系統(tǒng)的碳通量,減少誤差,同時(shí)林窗的形成原因多樣,人工林林窗也為與天然林等林分類型林窗內(nèi)土壤碳通量的比較研究打下基礎(chǔ)。

本研究雖然對杉木人工林在去除/保留凋落物的背景下土壤呼吸作了探討,不同年齡或不同生長階段的杉木人工林是否存在類似規(guī)律,杉木人工林土壤呼吸來自植物根系和非根系是否等比例,林窗的發(fā)育階段對森木土壤呼吸的影響等有待深入研究。

[1] 楊玉盛, 陳光水, 董彬, 王小國, 謝錦升, 李靈, 盧豪良. 格氏栲天然林和人工林土壤呼吸對干濕交替的響應(yīng). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 24(5):953-958

[2] Wang W, Fang J. Soil respiration and human effects on global grasslands. Global and Planetary Change, 2009, 67(1):20-28

[3] Zhou L Y, Zhou X H, Shao J J, Nie Y Y, He Y H, Jiang L L, Wu Z T, Bai S H. Interactive effects of global change factors on soil respiration and its components: a meta-analysis. Global Change Biology, 2016, 22(9):3157-3169

[4] 李玉寧, 王關(guān)玉, 李偉. 土壤呼吸作用和全球碳循環(huán). 地學(xué)前緣, 2002, 9(2):351-357

[5] Gong J R, Ge Z W, An R, Duan Q W, You X, Huang Y M. Soil respiration in poplar plantations in northern China at different forest ages. Plant and Soil, 2012. 360(1):109-122

[6] 楊智杰, 陳光水, 謝錦升, 楊玉盛．杉木、木荷純林及其混交林凋落物量和碳?xì)w還量. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 21(9):2235-2240

[7] 王國兵, 唐燕飛, 阮宏華, 施政, 何容, 王瑩, 藺菲, 蘇廣鑫. 次生櫟林與火炬松人工林土壤呼吸的季節(jié)變異及其主要影響因子. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29(2):966-975

[8] ArchMiller A A, Samuelson L J, Li, Y R. Spatial variability of soil respiration in a 64-year-old longleaf pine forest. Plant and Soil, 2016, 403(1): 419-435

[9] 劉紹輝, 方精云. 土壤呼吸的影響因素及全球尺度下溫度的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 1997, 17(5):469-476

[10] Zeeman M J, Hiller R, Gilgen A K, Michna P, Plüssa P, Buchmann N, Eugster W. Management and climate impacts on net CO2 fluxes and carbon budgets of three grasslands along an elevational gradient in Switzerland. Agricultural and Forest Meteorology, 2010, 150(4): 519-530

[11] 楊玉盛, 陳光水, 王小國, 謝錦升, 高人, 李震, 金釗. 中國亞熱帶森林轉(zhuǎn)換對土壤呼吸動(dòng)態(tài)及通量的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 25(7):1684-1690

[12] 陳全勝, 李凌浩, 韓興國, 董云社, 王智平, 熊小剛, 閻志丹. 土壤呼吸對溫度升高的適應(yīng). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 24(11):2649-2655

[13] 陳光水, 楊玉盛, 呂萍萍, 張億萍, 錢小蘭. 中國森林土壤呼吸模式. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(4):1748-1761

[14] 楊慶朋, 徐明, 劉洪升, 王勁松, 劉麗香, 遲永剛, 鄭云普. 土壤呼吸溫度敏感性的影響因素和不確定性. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(8):2301-2311

[15] 陳全勝, 李凌浩, 韓興國, 閻志丹. 水分對土壤呼吸的影響及機(jī)理. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2003, 23(5):972-978

[16] 楊金艷, 王傳寬. 東北東部森林生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸組分的分離量化. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26(6):1640-1647

[17] 楊玉盛, 陳光水, 王小國, 謝錦升, 董彬, 李震, 高人. 皆伐對杉木人工林土壤呼吸的影響. 土壤學(xué)報(bào), 2005, 42(4):584-590

[18] 王兵, 姜艷, 郭浩, 趙廣東, 白秀蘭. 土壤呼吸及其三個(gè)生物學(xué)過程研究. 土壤通報(bào), 2011, 42(2):483-490

[19] 楊玉盛, 董彬, 謝錦升, 陳光水, 高人, 李靈, 王小國, 郭劍芬. 森林土壤呼吸及其對全球變化的響應(yīng). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 24(3):583-591

[20] 肖復(fù)明, 汪思龍, 杜天真, 于小軍, 陳龍池. 杉木人工林林地土壤呼吸研究. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 27(4):580-584

[21] 李希菲, 王明亮.杉木種源對立地指數(shù)模型的影響.林業(yè)科學(xué)研究, 2000, 13(6):641-645

[22] 達(dá)良俊, 楊永川, 宋永昌.浙江天童國家森林公園常綠闊葉林主要組成種的種群結(jié)構(gòu)及更新類型.植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 28(3):376-384

[23] 王光軍, 田大倫, 閆文德, 朱凡, 李樹戰(zhàn). 馬尾松林土壤呼吸對去除和添加凋落物處理的響應(yīng). 林業(yè)科學(xué), 2009, 45(1):27-30

[24] 王光軍, 田大倫, 閆文德, 朱凡, 項(xiàng)文化, 梁小翠. 改變凋落物輸入對杉木人工林土壤呼吸的短期影響. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 33(4):739-747

[25] 王小國, 朱波, 王艷強(qiáng), 鄭循華. 不同土地利用方式下土壤呼吸及其溫度敏感性. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 27(5):1960-1968

[26] Fang C M, Smith P, Moncrieff J B, Smith J U. Similar response of labile and resistant soil organic matter pools to changes in temperature. Nature, 2005, 433(7021):57-59

[27] 盛浩, 楊玉盛, 陳光水, 高人, 曾宏達(dá), 杜紫賢, 張靜. 土壤異養(yǎng)呼吸溫度敏感性(Q10)的影響因子. 亞熱帶資源與環(huán)境學(xué)報(bào), 2006, 1(3):74-83

[28] 李玉寧, 王關(guān)玉, 李偉. 土壤呼吸作用和全球碳循環(huán). 地學(xué)前緣, 2002, 9(2):351-357

[29] 嚴(yán)俊霞, 秦作棟, 張義輝, 李洪建. 土壤溫度和水分對油松林土壤呼吸的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29(12):6366-6376

[30] 王淼, 姬蘭柱, 李秋榮, 劉延秋. 土壤溫度和水分對長白山不同森林類型土壤呼吸的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2003, 14(8):1234-1238

[31] 徐振鋒, 唐正, 萬川, 熊沛, 曹剛, 劉慶. 模擬增溫對川西亞高山兩類針葉林土壤酶活性的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 21(11):2727-2733

[32] 程冬冬, 趙貴哲, 劉亞青, 郝率群. 土壤溫度、土壤含水量對高分子緩釋肥養(yǎng)分釋放及土壤酶活性的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2013, 27(6):216-220+225

[33] 王西洋, 馬履一, 賈忠奎, 劉杰, 游偉斌, 張?zhí)锾? 森林經(jīng)營措施對土壤呼吸的影響機(jī)理. 世界林業(yè)研究, 2012, 25(1):7-12

Effects of removing/keeping litter on soil respiration in and outside the gaps in chinese fir plantation

CHEN Can1,4,*, JIANG Can2, FAN Hailan1,4, LIN Yongmin1,4, WU Chengzhen3,*

1CollegeofForestry,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou350002,Fujian,China2No1MiddleSchoolofLoudiHunan,Loudi417000,China3DepartmentofEcologyandResourceEngineering,WuyiUniversity,Nanping354300,China4OceanResearchCentreofFujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou350002,China

In this paper, in order to discuss the effects of removing/keeping litter on soil respiration(SR) in/out of the gaps, clearly put forward the major factors influencing SR under these situations, improve the managements, and keep sustainable development of Chinese fir plantation, 12 years-old Chinese fir plantations and their gaps in similar sites and with same managements at Fuzhou Baisha State-owned Forest were set up and chosen, respectively, to study SR differences, relationships between SR and other environments, SR fitting models in and outside of forest gaps under the circumstances of keeping or moving litter falls in the plots. SR, and soil surface temperature and moisture were measured in several fixed sample plots by Li- 8100A during the fine days per month from March, 2014 to February, 2015 in order to analyze the month dynamic characteristics of SR, environment factors and the relations between the two with different carbon inputs in or out of the Chinese Fir forest gaps combining with variance analysis. The results showed that 1) the anural average values of SRs in and outside of Chinese fir plantations were 2.47 and 2.13 μ mol m-2s-1respectively, and that it would decrease 22.89% and 25.89% respectively while removing the cover litter fall. In or out of the gaps of the forests, both the maximum values of SR appearing in July were (3.65±0.14) and (2.85±0.08) μ mol m-2s-1after removing litter respectively, and were (4.26±0.34) and (3.61±0.34) μmol m-2s-1by keeping litter, respectively. And the minimum ones contemporarily emerging in January were (0.9±0.04) and (0.83±0.03) μmol m-2s-1after taking off the liter respectively, and were (1.02±0.041) and (0.92±0.05) by holding litter respectively. 2) Soil temperature together with moisture could account for 68.63%—77.28% of the total SR totally; 3) the relationships between soil respirations and soil temperatures/moistures are significant correlations with large correlation coefficient in the depth less than 5cm in the soil; 4) all the two-factor models were better than the single-factor ones of soil temperature and moisture in explaining the dynamic variances of SR in/out the gaps in Chinese fir plantations; Soil sensitive coefficient (Q10) of SR when wiping off litters in/out Chinese fir forest were 1.39 and 1.37, respectively, which were not significant (P=0.634), whileQ10were 1.40 and 1.55 when keeping litters in/out of gaps in Chinese fir plantations, respectively, which were significant (P=0.010). The results could provide the thesis foundation for carbon flux and its mechanism in the ecosystem of Chinese fir plantation.

carbon flux; litter-fall; chinese fir; gap

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015J05048)；國家林業(yè)局杉木工程技術(shù)研究中心孵化基金資助項(xiàng)目(6213C011106)

2016- 08- 03;

2016- 11- 04

10.5846/stxb201608031593

*通訊作者Corresponding author.E-mail: chencan_cc@126.com，fjwcz@126.com

陳燦,江燦,范海蘭,林勇明,吳承禎.凋落物去除/保留對杉木人工林林窗和林內(nèi)土壤呼吸的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(1):102- 109.

Chen C, Jiang C, Fan H L, Lin Y M, Wu C Z.Effects of removing/keeping litter on soil respiration in and outside the gaps in chinese fir plantation.Acta Ecologica Sinica,2017,37(1):102- 109.