木麻黄人工林生态系统土壤呼吸的日变化

作者：肖胜生叶功富郭瑞红吴柳清岳新建

来源：《海峡科学》2008年第10期

[摘要] 在福建惠安选择不同发育阶段（幼林、中林和成熟林）的木麻黄防护林作为研究对象，用LICOR-8100 Automated Soil CO2 Flux System法进行了土壤呼吸、温度、气温和水分的日动态测量。测定结果表明：不同林龄木麻黄纯林气温、地表温度、5cm土壤温度、土壤表层含水量等气象因子和土壤呼吸的日动态都呈单峰曲线，但峰值出现的时间不同；土壤温度和水分是影响土壤呼吸的关键因子，因此夏季呼吸速率大于冬季。

[关键词] 木麻黄土壤呼吸日动态

土壤是陆地生态系统中最主要的碳库[1]，碳储量约占生物圈陆地总碳储量的2/3，土壤呼吸是土壤碳库输出及全球碳循环的主要途径[2]。土壤呼吸是指土壤释放CO2的过程，是陆地生态系统碳循环的重要组成部分，即使土壤呼吸发生微小变化也会引起大气中CO2浓度的明显改变[3]。因此，森林土壤呼吸是当前陆地生态系统碳循环和全球变化研究的一个重要内容。土壤呼吸是一个动态变化的过程，受到植被种类和外界环境因素的影响。目前对不同植被下土壤呼吸的研究已经做了很多工作；而针对土壤呼吸日变化规律，国外的研究工作开展较早，我国在这方面做的研究显然不足[3-7]，从而限制了对土壤呼吸释放量的精确估计。近年来，随着天然林资源的减少，人工林面积不断增加，人工林在森林生态系统中占有越来越重要的地位。沿海防护林是是我国人工林的重要组成部分，在防风固沙、改造生态环境方面发挥着难以替代的巨大作用。木麻黄是我国东南沿海防护林的主要造林树种，分布范围很广。因此，研究木麻黄人工林生态系统土壤呼吸具有非常重要的意义[8-10]。

本文选择福建惠安县木麻黄沿海防护林作为研究对象，测定了不同林龄木麻黄纯林样地在四个季节的不同四天的土壤呼吸，结合土壤温度、水分数据，分析土壤呼吸的日动态特征，为精确计算木麻黄人工林生态系统土壤呼吸总量提供科学依据。

1 试验地概况

试验地设在福建省沿海中部惠安县崇武镇赤湖防护林场(118°55′ E，24°55′ N)，属南亚热带海洋性季风气候，年平均气温19．8℃；年均降水量1 029mm，年均蒸发量2 000 mm；夏季(7-9月)多台风和暴雨天气，秋冬东北风强盛，8级以上的大风天达105 d，年平均风速7.0 m?s-1，干湿季明显。土壤为均一性风积沙土，沙土层厚度80-100 cm。

2 材料与方法

试验地设置在6年、17年、19年、19年和31年生的5个木麻黄人工纯林内，幼林一个，中龄林三个，成熟林一个，分别记为幼林、中林1、中林2、中林3和成林。株行距

2.0m×2.0m，样地面积为20m×20m，在样地内随机设置三个50cm×50cm的小样方作为土壤呼吸测定点，同时在每个小样方的附近设置一个1m×1m的小样方进行根排除处理后作为土壤异养呼吸测定点。这样每个样地共有6个呼吸点，3个用来测定土壤总呼吸，3个用来测定土壤异养呼吸。

采用排除根系法（也称作开沟法）进行土壤呼吸分离，即在1m×1m的小样方四周挖掘深度为70～100cm、宽度为50cm的壕沟，将玻璃纤维薄片放入沟中以阻止根向样方内生长，然后把沟填平。根据经验，挖沟在开始观测3～4个月前进行，即在2006年3月份就把沟挖好，待到2006年7月份才开始呼吸测定，这样测得的样方内的土壤呼吸就是扣除了根系呼吸的土壤异养呼吸。

在2006年7月份、2006年10月份、2007年1月份和2007年4月份的四天用Licor-8100土壤呼吸自动测量系统方法进行昼夜24小时测定变化。每2小时测定一次，连续测定3min，3次重复，取平均值；测定前一天将样方内的绿色草本层从根部剪断捡净，测定时尽量选取晴朗天气，每次测定前进行仪器的调零校准。

3 结果与分析

实验中共有5个样地，其中有3个中龄林，五个样地的气温、地表温度和5cm土壤温度等气象因子以及土壤呼吸的日变化规律基本一致，下面主要分析中林1在2006年7月份、2006年10月份、2007年1月份和2007年4月份的四天的日变化。

3.1 木麻黄人工林土壤呼吸日动态与土壤温度变化

由图1、2、3、4可知，木麻黄人工纯林中龄林样地的气温、地表温度和5cm土壤温度在春夏秋冬四季各一天中的日变化呈现出相当一致的规律，都是单峰型曲线。气温与地表温度更是表现出惊人的一致性，在午后12～14时达到一天的最大值，而5cm土壤温度的峰值到来时间则稍滞后于气温和地表温，一般在16时达到最大值。而且在一天中，气温和地表温度的变化幅度较大，即剧烈些，而5cm土壤温度的变化幅度明显小一些，即更和缓些。

3.2 木麻黄人工林土壤呼吸日动态与土壤水分

由图5可以看出，对于木麻黄人工纯林中龄林林地土壤表层含水量而言，在不同季节的四天中也表现出基本一致的规律，都是在清晨7、8时左右出现一个峰值以及在傍晚16～18时左右出现一个次峰值，而且在2006年7月份的土壤体积含水量数据明显高于其他的三个时期。

由下面图6、7、8、9可知，中龄林样地的土壤呼吸规律在2006年7月13日、2006年10月13日、2007年1月13日以及2007年4月9日四个不同季度的四天内表现出了比较明显的一致性，均呈现出比较明显的双峰曲线，白天的变化幅度稍微大于夜晚，在早晨8时和下午14-16时附近出现了两个峰值，最小值出现在晚上20-22时附近。