干旱區(qū)楊樹(shù)、榆樹(shù)人工防護(hù)林地土壤CO2釋放通量研究

日期： 2010-05-26

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干旱區(qū)楊樹(shù)、榆樹(shù)人工防護(hù)林地土壤CO₂釋放通量研究

張麗華^1,2, 陳亞寧², 趙銳鋒³, 李衛(wèi)紅², 謝忠奎¹

¹中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所皋蘭生態(tài)與農(nóng)業(yè)綜合試驗(yàn)站, 蘭州 730000;?
²中國(guó)科學(xué)院綠洲生態(tài)與荒漠環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所, 烏魯木齊 830011;?
³西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 蘭州 730070

摘要??土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分。隨著全球氣候變暖趨勢(shì)逐漸明顯, 土壤呼吸的時(shí)空變異及其對(duì)溫度變化的響應(yīng)已成為生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。利用LI-8100自動(dòng)土壤CO₂通量測(cè)量系統(tǒng), 連續(xù)兩年生長(zhǎng)季測(cè)定了準(zhǔn)噶爾盆地新墾綠洲楊樹(shù)(Populus?sp.)、榆樹(shù)(Ulmus pumila)人工防護(hù)林地土壤呼吸的時(shí)間動(dòng)態(tài), 并分析了土壤水熱因子及光合作用對(duì)土壤呼吸的影響。研究結(jié)果表明: 兩種林分土壤呼吸日變化波動(dòng)呈現(xiàn)一定的不規(guī)則性; 季節(jié)變化表現(xiàn)為明顯的單峰格局。楊樹(shù)林地土壤呼吸速率顯著高于榆樹(shù)林地, 生長(zhǎng)季平均土壤呼吸速率分別為3.71和1.82 μmol CO₂·m^–2·s^–1。兩種林分土壤呼吸的季節(jié)變化與氣溫、不同深度層次土壤溫度間均呈顯著的指數(shù)相關(guān), 而與土壤含水量之間相關(guān)不顯著。50和35 cm土壤溫度可以分別解釋兩種林分土壤呼吸時(shí)間變化的78.5%和64.4%, 與土壤溫度和含水量的共同解釋率接近。林分間土壤呼吸速率差異受到林木生長(zhǎng)狀況、光合作用及土壤鹽分等的影響。研究結(jié)果初步闡明了準(zhǔn)噶爾盆地干旱區(qū)典型綠洲防護(hù)林植被土壤呼吸的季節(jié)動(dòng)態(tài)特征及主要影響因子, 為進(jìn)一步揭示該區(qū)域林地土壤碳循環(huán)特點(diǎn)提供了一定的理論基礎(chǔ)。

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研究背景水分是限制植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，特別是在全球氣候變化的背景下，干旱半干旱地區(qū)的生態(tài)水文過(guò)程和植被水分利用策略受到顯著影響。煤礦開(kāi)采，尤其是露天礦，對(duì)環(huán)境破壞嚴(yán)重。黑岱溝露天煤礦位于黃土高原生態(tài)脆弱區(qū)，礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)已成為重點(diǎn)工作。排土場(chǎng)的植被恢復(fù)對(duì)于合理利用水土資源和促進(jìn)煤礦可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。目前，礦區(qū)生態(tài)修復(fù)中的水問(wèn)題研究主要集中在土壤水文效應(yīng)、物理性質(zhì)和坡面侵蝕等方面，但對(duì)植物水源及其利用機(jī)制的定量研究較少。利用穩(wěn)定同位素技術(shù)，可以高效分析植物的水源，并通過(guò)多源混合模型量化各水源的貢獻(xiàn)率。例如，深根植物通常利用深層土壤水，而淺根植物則更多依賴淺層水分。由于煤礦開(kāi)采擾動(dòng)了土壤結(jié)構(gòu)，植物的水源利用方式與自然狀態(tài)下有所不同。此外，雨季的不同月份中，植物水源及其利用機(jī)制也存在差異。因此，本研究以黑岱溝露天礦排土場(chǎng)為例，分析蒙古松、檸條和紫花苜蓿在雨季的水分來(lái)源及...

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森林約占全球土壤碳庫(kù)的70%，是調(diào)節(jié)大氣CO2濃度的關(guān)鍵因素。濕地作為陸地和水生系統(tǒng)的過(guò)渡區(qū)，通常地下水位接近地表。全球變暖導(dǎo)致北方低地森林被濕地取代，造成景觀破碎化，并可能改變碳通量。土壤CO2通量占大氣碳的20-38%，其主要來(lái)源是土壤呼吸，包括自養(yǎng)和異養(yǎng)呼吸。異養(yǎng)呼吸受溫度、濕度和溶解有機(jī)物（DOM）影響。低分子量化合物（LMW）更易降解，促進(jìn)微生物活動(dòng)和土壤呼吸。解凍期雨雪事件可將DOM輸送至濕地，影響土壤CO2通量。本研究假設(shè)，解凍期森林濕地集水區(qū)的土壤CO2通量受DOM運(yùn)動(dòng)的影響，目標(biāo)是分析CO2通量變化，確定DOM的影響，并探索微生物在其中的作用。圖們江位于中國(guó)、朝鮮和俄羅斯的交界處，最終流入日本海，地處中高緯度地區(qū)，范圍為北緯41.99°到44.51°（圖1(a)）。布爾哈通河是圖們江的重要支流，其上游流域面積為1560平方公里。該流域以山地...

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