寒溫帶凍土區(qū)森林-濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸及其影響因子研究.pdf

1、大興安嶺地區(qū)是我國東北地區(qū)主要凍土分布區(qū)，位于最北邊疆，是我國唯一的寒溫帶針葉林區(qū)，濕地與凍土相互作用，導(dǎo)致它們獨(dú)特的共生模式，同時(shí)由于位于歐亞大陸多年凍土帶的南界，多年凍土年平均土壤溫度相對(duì)高、多年凍土層薄，對(duì)全球氣候變暖非常敏感。多年凍土退化會(huì)對(duì)分布在凍土之上的濕地產(chǎn)生較大影響，包括濕地凍土活動(dòng)層深度變化、水文變化、土壤溫度變化、土壤養(yǎng)分可利用性變化、植被組成及生產(chǎn)力變化、微生物組成和活性變化等，這些都是濕地土壤呼吸的主要控制因子。

2、因此，多年凍土退化及其引起的一系列環(huán)境和生物因子的變化，會(huì)對(duì)分布其上的大面積沼澤濕地產(chǎn)生強(qiáng)烈作用，都可能對(duì)該區(qū)濕地目前的土壤呼吸及其未來變化趨勢(shì)產(chǎn)生重要影響，開展對(duì)森林-濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸研究對(duì)于全球碳平衡的研究具有重要意義。
　　本研究選取我國東北最大寒溫帶凍土區(qū)森林-濕地生態(tài)系統(tǒng)，選擇具有典型代表性的草叢（Moss）沼澤、主要森林沼澤（以優(yōu)勢(shì)樹種命名）（毛赤楊(Alnus sibirica)沼澤、白樺(Betula plat

3、yphylla)沼澤、落葉松（Larix gmelini）沼澤）、島狀林沼澤（白樺島狀林和興安落葉松島狀林沼澤）和興安落葉松林地為研究對(duì)象，目的是通過研究生長(zhǎng)季不同類型林地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸速率季節(jié)動(dòng)態(tài)和通量大小，分析凍土區(qū)森林-濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸的季節(jié)分配規(guī)律;揭示凍土區(qū)不同類型沼澤濕地土壤呼吸速率的差異，探尋土壤呼吸速率差異的主控因子，探討多年凍土退化導(dǎo)致的沼澤濕地環(huán)境因素和生物因素變化趨勢(shì)對(duì)土壤呼吸速率潛在的影響。同時(shí)利用壕溝隔斷

4、法對(duì)生長(zhǎng)季白樺(Betulaplatyphylla)和興安落葉松(Larix gmelinii)島狀林沼澤土壤呼吸各組分間的差異進(jìn)行研究。研究結(jié)果顯示:
　　(1)寒溫帶凍土區(qū)森林濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸速率具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，高峰期多數(shù)出現(xiàn)在6月下旬-7月中旬，極少次出現(xiàn)在7月下旬;落葉松林地土壤呼吸速率排放規(guī)律與森林濕地類似，2011年高峰期出現(xiàn)在7月中旬，2012年提前到6月末。隨著多年凍土退化程度加劇，凍土區(qū)不同類型森林-

5、濕地生態(tài)系統(tǒng)生長(zhǎng)季土壤呼吸速率排放高峰期出現(xiàn)的時(shí)間有所提前，排放峰值不是出現(xiàn)在盛夏，而是出現(xiàn)春末夏初。凍土活動(dòng)層深度或季節(jié)性凍土融化深度對(duì)土壤呼吸速率有著重要的影響作用，隨著凍土退化，沼澤土壤活動(dòng)層深度、土壤溫度和植被組成都會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響該區(qū)沼澤生長(zhǎng)土壤呼吸速率的排放，導(dǎo)致其峰值可能提前出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間增加，同時(shí)，生長(zhǎng)季呼吸速率排放總量增加。
　　(2)寒溫帶凍土區(qū)不同年份生長(zhǎng)季土壤都表現(xiàn)為CO2排放的源，同一樣地不同年份生長(zhǎng)

6、季CO2排放量2011年明顯高于2012年。2011年的生長(zhǎng)季（6-10月）觀測(cè)期內(nèi)土壤呼吸總排放量為草叢沼澤(TC-2)（15.80 t/hm2）＞草叢沼澤(TC-1)（14.10 t/hm2）＞落葉松林地(11.79 t/hm2)＞白樺島狀林沼澤(11.21 t/hm2)＞白樺沼澤（9.31 t/hm2）＞落葉松島狀林沼澤(9.17 t/hm2)＞毛赤楊沼澤（8.35 t/hm2）＞落葉松沼澤（7.34 t/hm2）。
　　(

7、3)2012年生長(zhǎng)季（5-10月）觀測(cè)期內(nèi)土壤呼吸總排放量為草叢沼澤(TC-2)（24.11 t/hm2）＞草叢沼澤(TC-1)(7.83 t/hm2)＞落葉松島狀林沼澤(7.07t/hm2)＞白樺沼澤(7.02 t/hm2)＞白樺島狀林沼澤(6.86 t/hm2)＞落葉松沼澤(6.78 t/hm2)＞落葉松林地（6.62 t/hm2）＞毛赤楊沼澤（6.23 t/hm2）。由于微地形差異，土壤、植被以及水文環(huán)境共同制約著沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)

8、呼吸速率的差異性。在氣候狀況相同的條件下，水文條件以及由水文環(huán)境引起的土壤溫度成為影響不同類型濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率差異的重要因素。
　　(4)島狀林沼澤土壤不同組分呼吸速率排放有明顯季節(jié)性規(guī)律，2011、2012年生長(zhǎng)季白樺島狀林沼澤土壤呼吸(RS)速率分別為368.60、204.14 mg·m-2·h-1;興安落葉松島狀林沼澤土壤呼吸速率分別為312.46、210.42mg·m-2·h-1。2011年土壤呼吸（RS）速率表現(xiàn)為白

9、樺島狀林沼澤高于落葉松島狀林沼澤，2012年落葉松島狀林沼澤呼吸速率略高于白樺島狀林沼澤;相同樣地不同年份之間土壤呼吸差異受溫度、水位影響;而不同樣地間土壤呼吸速率差異主要受微地形引起的積水和地表植物影響;
　　(5)2011、2012年白樺島狀林沼澤生長(zhǎng)季土壤異養(yǎng)呼吸(RH)季節(jié)變化規(guī)律與RS都保持一致，呼吸速率分別為300.57、171.55mg·m-2·h-1。由此可得根系自養(yǎng)呼吸（RA）速率分別為68.03和32.59mg

10、·m-2·h-1。2011、2012年落葉松島狀林沼澤生長(zhǎng)季土壤異養(yǎng)呼吸(RH)季節(jié)變化規(guī)律與Rs相似，呼吸速率分別為215.70、159.94mg·m-2·h-1。由此可得根系生長(zhǎng)季自養(yǎng)呼吸（RA）平均速率分別為96.76、50.48 mg·m-2·h-1。島狀林沼澤土壤呼吸與溫度呈極顯著相關(guān)性，但與土壤濕度的相關(guān)性較差。
　　(6)對(duì)比分析的各森林沼澤類型土壤呼吸速率平均值都表現(xiàn)為小興安嶺遠(yuǎn)高于大興安嶺樣地;跨年份如果進(jìn)行比較

11、，降水跟氣溫溫度都較高的2007年各樣地土壤呼吸速率均高于2011年，即使溫度較低的2008年土壤呼吸速率仍高于2012年?？梢源竽戭A(yù)測(cè)如果在相同年份下，受氣溫變暖大環(huán)境影響，同一生長(zhǎng)季2011-2012年小興安嶺森林濕地凍土區(qū)土壤呼吸速率應(yīng)更高于大興安嶺地區(qū)。
　　(7)隨著多年凍土退化程度加劇，凍土區(qū)沼澤的植被類型會(huì)從以喬木、灌木和泥炭蘚為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴Σ莺蜕菘浦参餅橹?，這種植被類型的轉(zhuǎn)變會(huì)改善土壤呼吸速率底物質(zhì)量，提高土壤呼