原始阔叶红松林是我国温带典型的地带性顶极植被类型,枫桦次生林是其典型的次生林类型之一,对二者土壤呼吸及其各组分特征的研究有助于准确评价该地区的碳平衡。本研究主要测定了2013和2014年2个生长季原始阔叶红松林和枫桦次生林土壤呼吸(RS),并量化了土壤呼吸的各个组分(异养呼吸RH和自养呼吸RA),与此同时测量了土壤10 cm处温度以及土壤含水率。研究结果表明,土壤呼吸及其各组分有着明显的季节变化特性,其大小的变化主要受温度的影响,土壤10 cm处的温度可以解释RS64%~70%、RH56%~65%、RA77%~79%的变异。对于温度的敏感性,原始阔叶红松林土壤呼吸Q10值>枫桦次生林土壤呼吸Q10值,而在单一林型中的比较,RAQ10值>RSQ10值>RHQ10值。此外,总体Q10值随着季节有着明显的变化,且随着温度的升高有降低的趋势。原始阔叶红松林和枫桦次生林RS年平均速率分别为3.92和4.06μmol·m^(-2)·s^(-1),RH年平均速率分别为2.97和2.85μmol·m^(-2)·s^(-1),RA年平均速率则分别为0.96和1.17μmol·m^(-2)·s^(-1)。原始阔叶红松林土壤呼吸以及土壤土壤自养呼吸要稍低于枫桦次生林,而原始阔叶红松林异养呼吸则高于枫桦次生林异养呼吸,但差异不显著。原始阔叶红松林和枫桦次生林RS平均年通量分别为942和971 g C·m^(-2)·a^(-1),RH年通量分别为709和677 g C·m^(-2)·a^(-1),RA年通量则分别为215和276 g C·m^(-2)·a^(-1)。原始阔叶红松林RS年通量略高于枫桦次生林RS年通量,但差异不显著。我们的实验结果表明,小兴安岭地区枫桦次生林正向演替的过程中,植被演替变化对土壤呼吸及各组分的影响并不明显,相较于环境因子温度和湿度要小的多。
2011年的5月至2012年的12月,对兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林进行了模拟氮沉降实验,设置了4个氮沉降水平处理,分别为:对照(0 g N m-2a-1)、低氮(5 g N m-2a-1)、中氮(5 g N m-2a-1)和高氮(15 g N m-2a-1),每个处理设置3个重复样地。所施氮肥为NH4NO3,以溶液方式在生长季内每月喷施1次。采用红外气体分析法于2012年4月底—10月份,每隔15d左右测定1次树干呼吸,共测定12次。结果表明:各个氮处理下的树干呼吸速率基本与树干温度的变化一致,均呈单峰型季节变化模式,其中7月底最高、10月底最低。氮处理均提高了落叶松的树干呼吸速率,且随着氮输入水平的增加,平均树干呼吸速率呈现逐渐增强的趋势。生长季内,对照、低氮、中氮、和高氮处理条件下的树干表面释放的CO2通量分别为67.3、72.5、78.9 g C/m2和86.5 g C/m2。树干温度与树干呼吸速率存在显著的指数函数关系,而且温度敏感性(Q10)随着氮输入的逐渐升高亦随之增强,对照、低氮、中氮、和高氮处理下的Q10值分别为1.67、1.80、2.01和2.54。另外,伴随氮输入的逐渐增加,树干的氮含量也逐渐升高,树干氮含量与树干呼吸速率之间也具有一定的相关性,能够解释树干呼吸变化的38.3%。
白桦天然次生林是中国东北地区地带性顶极植被类型——阔叶红松林遭到严重干扰破坏后恢复形成的主要天然次生林类型,测定了生长季内不同林龄白桦天然次生林(20、36、82a)的土壤呼吸速率及土壤碳含量。结果表明:土壤呼吸速率的季节变化呈单峰曲线,主要受土壤温度的驱动,土壤10cm处温度可以解释不同林龄白桦林之间土壤呼吸速率86%—92%的变异,土壤呼吸与土壤含水量关系不显著(P>0.05)。随着林龄的增加,生长季内土壤表面CO2通量呈增加的趋势,依次分别为740(20a)、768(36a)和809(82a)g C m-2a-1。土壤呼吸的温度敏感性指数Q10亦随林龄的增加呈上升的趋势,依次分别为2.64、2.91和3.35。平均土壤有机碳含量(0—50cm土壤层)和碳密度均随林龄的增加而增加,随土壤深度的增加而减少;其中,随着林龄的增加土壤有机碳含量依次分别为43.75、47.72和55.96 g/kg,有机碳密度为14.7、18.1和18.7 kg/m2。不同林龄间土壤表面CO2年通量与土壤有机碳密度之间存在显著的正相关关系(P<0.01),但其相关程度因土层而异,其中与0—10cm土层的有机碳密度相关最为密切(R2=0.908)。
森林土壤呼吸速率和地下碳分配是森林碳平衡的两个重要分量。本研究选择枫桦次生林和原始阔叶红松林为研究对象,测定其土壤呼吸速率和地下碳分配以及相关的环境因子。研究结果表明,生长季内枫桦次生林的土壤呼吸速率的平均值略高于原始阔叶红松林,分别为5.52和5.43μmol·m-2·s-1。土壤温度是造成土壤呼吸速率季节性变化的主要影响因子,可以分别解释两种林型土壤呼吸速率的77%和81%变异。枫桦次生林和原始阔叶红松林的Q10值分别为2.74和2.23。枫桦次生林的土壤呼吸年通量为9.66 t C·hm-2·a-1,略高于原始阔叶红松林的9.37 t C·hm-2·a-1。枫桦次生林和原始阔叶红松林的地下碳分配量分别为7.73和7.56 t·hm-2·a-1。
