摘要
由降雨分布不均引起的土壤干湿交替是重要的生态学过程,其对土壤呼吸产生强烈影响。为研究干湿交替对东北温带森林土壤呼吸的影响,本文于2009年5～10月,以每月连续观测10 d的方式对自然干湿交替条件下的天然林和落叶松人工林土壤呼吸及土壤异养呼吸进行了测定。并进行了野外模拟不同降雨量(20 mm、40 mm、80 mm)的灌水实验和室内不同温度(5℃、15℃、25℃和35℃)下,不同湿度(25%、50%、75%和100%土壤质量含水量)干湿处理后土壤有机碳矿化速率动态的实验。结果表明: (1)干湿交替对土壤呼吸的激发作用受降雨前后土壤含水量的影响。土壤含水量相对较低的6月观测期内,降雨对土壤呼吸的激发作用较显著,雨后约12 h的土壤呼吸速率达降雨前的2～3倍。而土壤含水量相对较高的7月观测期内,持续的降雨则导致天然林土壤呼吸较降雨前降低约17.96%。干湿交替明显的观测期内,两种林分土壤呼吸与土壤含水量间呈显著正相关,且二者的关系满足一般线性方程Y=c+kW,(P＜0.05)。 (2)整个实验期内,天然林土壤和落叶松人工林土壤异养呼吸速率分别占其各自土壤呼吸速率的68.14%～98.31%和54.43%～78.89%。因此,干湿交替对土壤呼吸的影响主要来自于土壤异养呼吸的贡献。但除7月的落叶松人工林土壤和9月的天然林土壤外,其余有明显干湿交替过程的观测期内,两种林分土壤异养呼吸与土壤水分间的关系不显著(P＞0.05)。而干湿交替对土壤自养呼吸的影响则因季节不同而异。 (3)模拟不同降雨量灌水后,相对于对照呼吸,除80 mm处理的天然林土壤呼吸外,其余各水分处理均促使两种林分土壤呼吸速率及土壤异养呼吸速率增大。而除80 mm处理的落叶松人工林土壤异氧呼吸外,随着土壤水分输入量的增加,水分对土壤呼吸速率和异养呼吸速率的促进作用呈减弱趋势。 (4)室内培养实验中,加水增湿后两林分土壤有机碳矿化速率均被显著激发,并于1～4d内达到最大值。两林分土壤有机碳矿化速率随处理湿度的增加而增大,但当培养温度超过5℃时,100%湿度处理的落叶松人工林土壤有机碳矿化速率开始低于75%湿度处理。高温(≥25℃)和高湿(50%～100%)条件下天然林土壤有机碳矿化的激发效应明显大于落叶松人工林土壤,且天然林土壤有机碳矿化的湿度敏感性系数(k)和温度敏感性系数(Q10)均大于落叶松人工林土壤。 总体上,本研究说明,干湿交替对东北温带天然林和落叶松人工林土壤呼吸速率产生激发作用,而这种激发主要来自于土壤异养呼吸的贡献。土壤呼吸激发的程度受土壤温度、湿度和林分类型的影响。
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