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武夷山亚高山草甸土壤呼吸组分特征及影响因素
植物生态学报
2025, 49 (3):
502-512.
DOI: 10.17521/cjpe.2024.0178
武夷山亚高山草甸是亚热带中国东南部地区分布海拔最高的草甸, 分析亚热带亚高山草甸土壤碳通量组分的变化特征, 探究其与环境因子的关系及温度敏感性(Q10), 对准确估计区域土壤碳收支和完善对亚高山草甸碳通量的认识具有重要意义。于2020年5月至2021年4月采用LI-8100 CO2通量测定仪对武夷山山顶草甸土壤呼吸速率(RS)进行监测, 并利用根去除法区分自养呼吸速率(RA)和异养呼吸速率(RH)。结果显示: (1)亚热带武夷山亚高山草甸土壤呼吸速率及组分动态均呈双峰曲线, 5-10月, RS、RA、RH均高于其他月份。全年RA的变异幅度大于RH, RA在RS中占比约45%。(2)多模型比较分析表明武夷山亚高山草甸土壤温度(T)与土壤呼吸速率及组分呈指数增长关系, 土壤呼吸速率及各组分的Q10排序为RA (Q10 = 1.96) > RS (Q10 = 1.94) > RH (Q10 = 1.67)。土壤湿度(W)对RS有一定影响, 但与RA、RH关系不显著。T、W双因素模型对RS的拟合优于单因素模型, 二者可共同解释48%的RS变异。综上, 武夷山亚高山草甸土壤呼吸以异养呼吸为主, 自养呼吸比异养呼吸对温度更敏感, 土壤温度和湿度是影响武夷山亚高山草甸土壤呼吸的重要环境因子, 低温和湿度大对土壤呼吸有抑制作用。该研究有助于增强对亚高山草甸土壤呼吸及组分季节动态和影响因素的认识, 为区域土壤碳通量和碳循环研究提供数据支持。
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图2
武夷山海拔2 100 m处土壤温度、土壤湿度和降水量月动态。P, 降水量; T, 10 cm土壤温度; W, 10 cm土壤湿度。
正文中引用本图/表的段落
RS、RA、RH的动态变化在一年内均呈双峰曲线, 但具体峰值存在差异(图1)。RS在5-10月高于其他月份, 最大峰值出现在8月, 此时10 cm土层T达到一年中最高值, 9月有短暂低值时T出现较大降幅, W上升(图1, 图2)。10月为第二大峰值, RS的最小值出现在11月, 年呼吸均值为(1.318 ± 0.088) μmol·m-2·s-1。RH与RA的最大峰值也均出现在8月, 第二大峰值均出现在10月, 但最小值均出现在次年2月, 此时W达到全年最高值, T值较低(图1, 图2)。RA与RH的月均值分别在(0.286 ± 0.477) - (1.374 ± 0.149) μmol·m-2·s-1, (0.39 ± 0.255) - (1.158 ± 0.219) μmol·m-2·s-1间波动, 用变异系数(CV, 月平均土壤呼吸速率最大值/最小值) (王莹等, 2014)表示RH与RA的月均值波动情况为: RA (CV = 4.8) > RH (CV = 3.89)。总体计算得出RA:RS = 0.45, 即根呼吸在总呼吸中占比约45%, 呼吸总体以异养呼吸为主。经拟合计算, 土壤呼吸年碳通量约为516.177 g·m-2·a-1, 异养呼吸年碳通量约为299.908 g·m-2·a-1, 自养呼吸年碳通量约为199.069 g·m-2·a-1, RH的年通量均值高于RA。
多模型比较显示, RS、RH、RA与T符合指数增长关系(表1)。但三者对T的响应不同, RS对T的响应最明显, RH大于RA (图3; 表1)。表明土壤温度是影响土壤呼吸及组分变化的重要因素, 土壤微生物和动物呼吸对温度的响应较根呼吸明显。同时RS、RH、RA的动态变化与T并不完全对应, 但T较高的月份, 土壤呼吸速率也高(图1, 图2)。利用Q10 = e10b计算RS、RH、RA的Q10值, 得出Q10值排序为RA (Q10 = 1.96) > RS (Q10 = 1.94) > RH (Q10 = 1.67) (表1)。
本文的其它图/表
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