川西亚高山云杉林冬季土壤呼吸对雪被去除的短期响应

摘要

随着全球气候变暖，冬季温度升高和季节性雪被减少变得尤为明显，将对冬季土壤呼吸和地下碳循环过程造成显著影响。川西亚高山森林是全球变暖的敏感区域，对气候变化响应敏感，研究该区域冬季土壤呼吸对全球变暖的响应变得尤为重要。鉴于此，本实验于2015年10月中旬在川西亚高山云杉人工林内搭建遮雪棚去除整个冬季降雪，研究一个冬季周期雪被去除对川西亚高山云杉林冬季土壤呼吸和冬季不同关键时期(雪被形成初期(ESC)，深雪被期(DSC)和雪被融化期(SCM))土壤活性碳组分的影响。研究结果表明:
　　(1)整个冬季雪被平均厚度为17.2cm，在2016年2月达到最大值(40.1cm)。雪被对土壤具有明显的隔热效应，夜间隔热效应优于昼间。与对照组相比，雪被去除降低了各土壤深度温度，显著增加了表层和5cm冻融循环频度。相关性结果表明，雪被与冻融循环显著负相关，与土壤温度和土壤含水率显著正相关。当土壤温度介于-0.5℃～0.5℃时，土壤含水率波动最为剧烈。
　　(2)雪被去除对不同土壤活性有机碳组分影响不同。重复测量方差结果表明，时间效应对土壤颗粒有机碳含量(POC)影响显著，对易矿化有机碳速率(EMC)不显著，但EMC和POC呈轻微增加趋势。雪被效应和时间雪被交互作用对EMC和POC均无显著影响，但各时期雪被去除EMC明显低于对照组。土壤轻组有机碳(LFOC)含量在冬季呈减少趋势，这可能是冬季LFOC受微生物持续分解消耗而减少，前期雪被去除导致微生物在ESC和DSC时期难以适应，微生物死亡率提高，导致雪被去除LFOC含量在前期稳定。整个冬季土壤易氧化碳(EOC)和硫酸水解有机碳(LCP)含量无显著变化，可能是因为冬季微生物酶活性低，对EOC和LCP分解作用微弱。本研究发现，雪被去除降低了绝大部分土壤活性有机碳之间的相关性，表明雪被去除可能改变了各土壤活性有机碳转化的内在机制，这种关系的改变可能对未来冬季土壤碳循环产生显著影响。
　　(3)冬季CO2通量是土壤-大气碳循环的重要组成部分。自然条件下冬季土壤平均呼吸速率和CO2通量分别为0.52μmol·m-2·s-1和88.44g·m-2·a-1，雪被去除使土壤呼吸速率和CO2通量分别降低了21.02％和25.99％。方差分析表明，时间和雪被效应对土壤呼吸影响显著，而两者交互作用不显著。雪被去除对土壤呼吸的抑制作用主要发生在ESC时期。冬季土壤呼吸速率与土壤温度和含水率呈指数关系，土壤温度和含水率分别解释雪被去除土壤呼吸54％和65％和对照组土壤呼吸64％和83％的变异。此外，雪被去除显著降低了冬季土壤呼吸对温度的敏感性(Q10:11.02vs4.95)。
　　(4)三个关键时期土壤呼吸速率与土壤活性有机碳组分和环境因子相关性。在ESC时期，除LCP-Ⅱ外，土壤呼吸与各土壤活性有机碳组分呈轻微正相关，土壤呼吸与土壤温度、含水率和雪被显著正相关，与冻融循环次数显著负相关。在DSC时期，除EOC外，土壤呼吸与各土壤活性有机碳组分轻微负相关，与温度和雪被显著正相关，与冻融循环显著负相关。在SCM时期，除LCP-Ⅱ和EMC无显著相关性外，与其他活性土壤碳组分和土壤含水率呈显著负相关。
　　总之，雪被去除将显著降低川西亚高山云杉人工林土壤温度，增加土壤冻融循环频次，改变冬季水热环境，造成不同土壤活性有机碳组分间相关性降低，从而改变不同土壤活性有机碳组分含量，最终减少冬季土壤CO2通量并降低其对温度变化的敏感性。

目录

论文说明

声明

摘要

缩写Abbreviation

立题依据

1文献综述

1．1土壤呼吸与土壤碳循环

1．2冬季土壤呼吸研究进展

1．3冬季土壤呼吸的影响因子

1．3．1雪被状况

1．2．2土壤温度

1．2．3水分可利用性

1．2．4土壤冻融循环

1．2．5土壤微生物和活性有机碳组分

2研究目标和内容

2．1研究目标

2．2研究内容

3研究方法

3．1研究区域概况

3．2研究样地概述及土壤样品采集

3．2．1样地概述

3．2．2材料与方法

3．3数据处理

4结果与分析

4．1雪被去除和对照土壤环境因子变化

4．1．1雪被

4．1．2温度

4．1．3土壤冻融循环

4．1．4土壤含水率

4．1．5雪被隔热效应

4．2雪被去除对冬季土壤呼吸影响

4．3雪被去除对土壤活性有机碳组分影响

4．3．1雪被去除对生物分离活性有机碳的影响

4．3．2雪被去除对物理分离活性有机碳的影响

4．3．3雪被去除对化学分离活性有机碳的影响

4．3．4不同活性有机碳组分的相关性

4．4不同时期土壤呼吸速率与环境因子和不同活性有机碳组分关系

5讨论与结论

5．1土壤环境因子对雪被去除的响应

5．2冬季土壤呼吸对雪被去除的响应

5．3土壤活性有机碳组分对雪被去除的响应

5．3．1生物分离活性有机碳对雪被去除的响应

5．3．2物理分离活性有机碳对雪被去除的响应

5．3．3化学分离土壤活性有机碳对雪被去除的响应

5．3．4不同活性有机碳之间的相关性对雪被去除的响应

5．4结论

参考文献

致谢

作者简历