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东北落叶阔叶林土壤呼吸与林冠层CO_2浓度的时空变异

作　者: 焦振
导　师: 王传宽
学　校: 东北林业大学
专　业: 生态学
关键词: 土壤呼吸 CO2浓度时空变异温带落叶阔叶林帽儿山
分类号: S714
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

深入了解森林生态系统碳循环对评价森林的源汇功能和研究陆地生态系统碳循环有重要意义。森林生态系统上壤呼吸是森林生态系统碳循环的主要过程之一,它与林冠层CO2浓度([CO2])的变化息息相关。森林生态系统土壤呼吸是森林向大气排放CO2的主要途径,因此土壤呼吸的时空动态深刻影响着森林的碳源功能；另一方面植被光合碳同化与呼吸碳异化是影响林冠层[CO2]时空变异的两大生物学过程,土壤呼吸释放的CO2可以作为光合作用的底物再次吸收。因此,对森林生态系统土壤呼吸和林冠层[CO2]时空变异进行研究,有助于深入了解森林生态系统的源汇功能及其碳循环过程。本研究利用红外气体分析技术测定了帽儿山森林生态定位站通量塔周围8个固定样地的土壤呼吸,并利用挖壕法区分了土壤异养呼吸。在测定8个样地各种生物物理因子的基础上,深入分析了生长季土壤呼吸、土壤异养呼吸、土壤温度和水分的空间变异及其动态特征。同时利用安装于通量塔上的[CO2]廓线系统测定得到8层[CO2]廓线系统和小气候梯度观测的30 min资料,分析了[CO2]的时空变异及其影响因子。研究结果表明：(1)土壤呼吸、土壤异养呼吸及各自对应的土壤温湿度在生长季呈现出双峰型曲线的变化趋势,RS和RH的变化范围分别是为：0.93-7.34μmolCO2·m-2·s-1和0.51-4.28μmolCO2·m-2·s-1;各样地土壤呼吸均受土壤温度的驱动,但水分及土壤温度和水分交互作用对土壤呼吸的影响因样地而异,在受水分驱动的样地中,水分对土壤呼吸均表现为负效应。(2)土壤呼吸和土壤异养呼吸及各自对应的土壤温湿度样地间和样地内变异都具有明显的季节动态。除土壤容重(BD)、土壤温度(T5)和A0层有机碳含量(CA0)的标准差(SD)和变异系数(CV)均为样地间大于样地内外,其余土壤呼吸参数及生物物理因子的SD和CV均表现为样地内大于样地间。(3)在局域尺度上(样地间),A0层有机碳含量和活根量均与土壤总呼吸有显著相关关系；A0层有机碳含量与土壤异养呼吸0℃的基础呼吸速率(ROh)有显著相关关系；生长季最大叶面积指数(LAIm,m2·m-2)与生长季土壤异养呼吸总通量(RHt,g C.m-2)、土壤异养呼吸速率(RH,μmol CO2·m-2·s-1)和土壤异养呼吸0℃的基础呼吸速率ROh之间均有极显著相关关系。用不分样地回归、分样地回归、分环回归及生长季平均计算得到的生长季土壤碳通量分别为：718.25 gC·m-2、726.76 g C·m-2、724.29 g C·m-2和739.33 gC·m-2,不同方法之间差异小于3%。(4)东北落叶阔叶林的[CO2]表现出明显的日变化、季节动态和垂直梯度。在日尺度上,[CO2]在夜间或黎明出现最大值,在午后达到最低值。在季节尺度上,近地层[CO2]日平均值的变化与土壤温度及土壤呼吸的趋势相似；而林冠上的[CO2]在5月初和10月分别出现一次峰值,8月出现最低值。(5)在垂直方向上,[CO2]随高度增加而降低,[CO2]的日变化也逐渐减弱。日尺度上[CO2]及其垂直梯度的变化主要受控于森林碳代谢和边界层行为,近地层的[CO2]对土土壤呼吸的依赖性更强,而林冠上的[CO2]则受边界层的影响更大。年尺度上近地层的[CO2]与以地表温度和土壤呼吸变化格局相吻合,而林冠上的[CO2]则受森林生态系统光合作用和呼吸作用的共同影响。本研究表明东北典型天然次生林生态系统的土壤呼吸和林冠层[CO2]均具有明显的时间和空间变异。两者作为森林生态系统碳循环的重要过程,对森林的源汇功能有重要影响,由于缺乏土壤呼吸的日变化测定,因此没有涉及二者在短时间尺度上的关系。在全球[CO2]不断攀升的背景下,二者的长期反馈有待进一步研究。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 土壤呼吸的研究意义及进展  9-12
    1.1.1 土壤呼吸的研究意义  9-10
    1.1.2 土壤呼吸测定方法  10-11
    1.1.3 土壤呼吸的影响因子及国内外研究进展  11-12
  1.2 林冠层CO_2浓度([CO_2])的研究意义及进展  12-13
    1.2.1 林冠层CO_2浓度的研究意义  12
    1.2.2 林冠层CO_2浓度的日变化  12
    1.2.3 林冠层CO_2浓度的季节变化  12
    1.2.4 林冠层CO_2浓度的垂直梯度  12-13
  1.3 本研究的主要研究内容和目的  13-14
    1.3.1 本研究的主要内容  13
    1.3.2 本研究的目的  13-14
2 试验方法和试验设计  14-18
  2.1 研究地区自然地理环境  14-15
    2.1.1 研究区域自然概况  14
    2.1.2 研究样地概况  14-15
  2.2 试验方法  15-18
    2.2.1 样地选择  15
    2.2.2 土壤呼吸及环境因子测定项目与方法  15-17
    2.2.3 林冠层CO_2浓度([CO_2])测定  17-18
3 东北东部典型天然次生林土壤呼吸时空动态研究  18-35
  3.1 研究方法  18-20
    3.1.1 测定项目与方法  18
    3.1.2 数据分析  18-20
  3.2 结果与分析  20-33
    3.2.1 土壤呼吸速率及其环境因子的时间动态  20-22
    3.2.2 土壤表面CO_2通量与土壤温度(T_5)和土壤体积含水量(W_5)的统计模型及应用  22-27
    3.2.3 土壤呼吸组分及其相关因子的空间异质性  27-31
    3.2.4 空间异质性对生长季(5-10月)土壤碳通量估测的影响  31-33
  3.3 讨论  33-34
    3.3.1 土壤呼吸速率及其环境因子的时间动态  33
    3.3.2 土壤呼吸组分及其相关因子的空间异质性  33-34
    3.3.3 空间异质性对生长季(5-10月)土壤碳通量估测的影响  34
  3.4 结论  34-35
4 东北东部典型天然次生林土壤呼吸影响下林冠层CO_2浓度([CO_2])的时空变异  35-45
  4.1 研究方法  35-36
    4.1.1 测定项目与方法  35
    4.1.2 数据分析  35-36
  4.2 结果与分析  36-43
    4.2.1 [CO_2]的日变化  36-39
    4.2.2 [CO_2]的季节变化  39
    4.2.3 [CO_2]的垂直变化  39-41
    4.2.4 影响[CO_2]变化的因子  41-43
  4.3 讨论  43-44
    4.3.1 [CO_2]的日变化  43
    4.3.2 [CO_2]的季节变化  43
    4.33 [CO_2]的垂直梯度  43-44
    4.3.4 [CO_2]时空变化的生态学意义  44
  4.4 结论  44-45
参考文献  45-51
攻读硕士期间发表的学术论文  51-52
致谢  52-53

东北落叶阔叶林土壤呼吸与林冠层CO_2浓度的时空变异

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