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中国森林生态系统土壤呼吸温度敏感性空间变异特征及影响因素
郑甲佳, 黄松宇, 贾昕, 田赟, 牟钰, 刘鹏, 查天山
植物生态学报    2020, 44 (6): 687-698.   DOI: 10.17521/cjpe.2019.0300
摘要   (2078 HTML144 PDF(pc) (2321KB)(4973)  

土壤呼吸的温度敏感性(Q10)是陆地碳循环与气候系统间相互作用的关键参数。尽管已有大量关于不同类型森林Q10季节和年际变化规律的研究, 但是对Q10在区域尺度的空间变异特征及其影响因素仍认识不足, 已有结果缺乏一致结论。该研究通过整合已发表论文, 构建了中国森林生态系统年尺度Q10数据集, 共包含399条记录、5种森林类型(落叶阔叶林(DBF)、落叶针叶林(DNF)、常绿阔叶林(EBF)、常绿针叶林(ENF)、混交林(MF))。分析了不同森林类型Q10的空间变异特征及其与地理、气候和土壤因素的关系。结果显示, 1) Q10介于1.09到6.24之间, 平均值(±标准误差)为2.37 (± 0.04), 且在不同森林类型之间无显著差异; 2)当考虑所有森林类型时, Q10随纬度、海拔、土壤有机碳含量(SOC)和土壤全氮含量(TN)的增加而增大, 随经度、年平均气温(MAT)、平均年降水量(MAP)的增加而减小。气候(MATMAP)和土壤(SOCTN)因素间存在相互作用, 共同解释了33%的Q10空间变异, 其中MATSOCQ10空间变异的主要驱动因素; 3)不同类型森林Q10对气候和土壤因素的响应存在差异。在DNF中Q10MAP的增加而减小, 而其他类型森林中Q10MAP无显著相关性; 在EBF、DBF、ENF中Q10TN的增加而增大, 但Q10TN的敏感性在EBF中最高, 在ENF中最低。这些结果表明, 尽管Q10有一定的集中分布趋势, 但仍有较大范围的空间变异, 在进行碳收支估算时应注意尺度问题。Q10的主要驱动因素和Q10对环境因素的响应随森林类型而变化, 在气候变化情景下, 不同森林类型间Q10可能发生分异。因此, 未来的碳循环-气候模型还应考虑不同类型森林碳循环关键参数对气候变化的响应差异。



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图2 土壤呼吸温度敏感性(Q10)(A)和Van’t Hoff方程决定系数(R2)的频率分布(B)。
实线表示平均值, 虚线表示中位数, 红色曲线为分布曲线。
正文中引用本图/表的段落
文献中的Q10是根据Van’t Hoff方程(Rs = a × eβT) (Van’t Hoff, 1898)拟合Rs与5 cm深度土壤温度得到的, Q10 = e10β, 其中Rs是土壤呼吸速率, T是测量的温度, αβ是拟合参数。如果文献中没有给出Q10的计算方法, 但有土壤呼吸与土壤温度数据的散点图, 则使用Get Data Graph Digitizer 2.24软件提取变量, 再用Van’t Hoff方程拟合Q10
中国森林生态系统Q10的频率分布为偏正态, 偏度和丰度分别为1.28和2.27 (图2A), Q10的分布范围为1.09-6.24, 平均值(±标准误差)为2.37 (± 0.04)(n = 399), 中位数为2.20, 大多数(72%)分布在1.5-3.0之间, Van’t Hoff方程的决定系数R2有85%大于0.60 (图2B)。不同森林类型之间Q10差异不显著(p = 0.07), 但DNF Q10 (3.04 ± 0.35)要高于DBF (2.34 ± 0.08)、EBF (2.35 ± 0.08)、ENF (2.30 ± 0.07)和MF (2.45 ± 0.08)(图3), 其中MF包括MMF (2.46 ± 0.08)和MBF (2.30 ± 0.17)(附录III)。
中国森林生态系统Q10具有一定的集中趋势, 大多数(72%)分布在1.5-3.0之间(平均值: 2.37)(图2A)。以往的整合分析也报道了类似的集中趋势, 如Wang等(2010)发现有69%的Q10分布在1.5-3.0之间(平均值: 2.40); Xu等(2015)发现有54%的Q10分布在2.0-3.0之间。尽管Q10有一定的集中趋势, 但仍存在较大的空间变异(全距: 1.09-6.24; 变异系数: 33%)。一些研究也发现, 森林生态系统Q10在1.0-6.3之间变化(Davidson et al., 1998; Zheng et al., 2009; Xu et al., 2015)。
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