土壤水热条件对东北森林土壤表面CO_2通量的影响

东北地区森林生态系统因其面积大，碳贮量高而在本地区和我国碳平衡中占有重要的地位。土壤表面CO2通量（RS）作为陆地生态系统向大气圈释放的主要CO2源，其时空变化直接影响到区域碳循环。该研究采用红外气体分析法比较测定我国东北东部次生林区6个典型的森林生态系统的RS及其相关的土壤水热因子，并深入分析土壤水热因子对RS的影响。研究结果表明：影响RS的主要环境因子是土壤温度、土壤含水量及其交互作用，但其影响程度因生态系统类型和土壤深度而异。包括这些环境因子的综合Rs模型解释了67．5％，90．6％的Rs变异。在整个生长季中，不同生态系统类型的土壤温度差异不显著，而土壤湿度的差异显著（α=0．05）。蒙古栎（Quercus mongolica）林、红松（Pinus koralensis）林、落叶松（Larix gmelinii）林、硬阔叶林、杂木林和杨桦（Populus davidiana-Betola platyphylla）林的Rs变化范围依次为：1．89—5．23μmol CO2·m^-2·s^-1，1．09—4．66μmol CO2·m^-2·s^-1，0．95—3．52μmol CO2·m^-2·s^-1，1．13—5．97μmol CO2·m^-2·s^-1，1．05—6．58μmol CO2·m^-2·s^-1和1．11—5．76μmol CO2·m^-2·s^-1。Rs的季节动态主要受土壤水热条件的驱动而呈现单峰曲线，其变化趋势大致与土壤温度的变化相吻合。Q10从小到大依次为：蒙古栎林2．32，落叶松林2．57，红松林2．76，硬阔叶林2．94，杨桦林3．54和杂木林3．55。Q10随土壤湿度的升高而增大；但超过一定的阈值后，土壤湿度对Q10起抑制作用。该研究结果强调对该地区生态系统土壤表面CO2通量的估测应同时考虑土壤水热条件的综合效应。

典型岩溶丘陵区生长季土壤CO_2、CH_4通量研究

我国西南岩溶丘陵区生长季漫长,而土壤表面CO_2、CH_4通量受地表植被覆盖的影响较大。为探究岩溶丘陵区生长季有植被覆盖(有草)和无植被覆盖(无草)的土壤表面CO_2、CH_4通量及其日变化特征,采用静态箱-气相色谱法对重庆市南川岩溶丘陵区土壤表面CO_2、CH_4通量进行观测,结合土壤温、湿度进行研究。结果表明:岩溶丘陵区土壤表面在生长季表现为CO_2源、CH_4汇,有草的土壤表面CO_2通量明显高于无草土壤表面CO_2通量,CH_4通量则无明显差别,说明在生长季地表植被覆盖是影响土壤CO_2通量的重要因素,而植被覆盖对土壤CH_4通量无显著影响,土壤表面有草和无草的CO_2通量分别为552、352 mg/m2·h,CH_4通量分别为-80、-75μg/m2·h(生长季6个月平均值)。在生长季日变化尺度上,土壤也表现为CO_2源、CH_4汇,有草土壤表面的CO_2通量明显高于无草土壤表面CO_2通量,且二者的变化特征一致,CH_4通量受到植被覆盖的影响较小;生长季土壤CO_2、CH_4通量受土壤温、湿度的共同影响,其中土壤CO_2通量与土壤温度呈正相关关系,即土壤温度升高会促进土壤CO_2通量的提高,而土壤CH_4通量与土壤温度无相关关系,即土壤温度对土壤CH_4通量无显著影响;由于生长季土壤湿度变化较土壤温度小,因此土壤湿度对土壤CO_2、CH_4通量的影响较土壤温度小。

寒温带兴安落叶松林火烧迹地地表CO_2通量研究

大兴安岭是我国惟一的寒温带针叶林区和高纬度多年冻土区,同时也是我国森林火灾的多发区。林火干扰作为森林生态系统稳定、可持续发展的关键影响因子,在全球气候变化的背景下显得尤为重要。2011年6—10月,在寒温带大兴安岭冻土林区未过火区、火灾后3年和8年的火烧迹地,我们利用静态箱-气相色谱法对火灾后不同年份(3a、8a)、不同程度(轻度、重度)火烧迹地土壤表面CO2通量(Rs)进行生长季原位观测,其结果表明:(1)火烧迹地Rs生长季变化呈单峰曲线(峰值出现在7月末),而未过火区Rs呈双峰曲线(峰值分别出现在7月末和8月末)(;2)3a和8a火烧迹地Rs变化值分别为1.12～3.92μmol/(m2.s)和1.10～4.23μmol/(m2.s),轻度和重度火烧迹地Rs变化值分别为1.07～4.13μmol/(m2.s)和1.15～4.02μmol/(m2.s),而未过火区Rs变化值为0.69～3.06μmol/(m2.s);(3)通过对不同年份、不同程度火烧迹地Rs比较,得出8a>3a>未过火区、轻度>重度>未过火区的CO2通量特点;(4)所有样地Rs和0～10 cm土壤温度(T10)具有极显著的指数回归关系(P<0.01),且8a火烧迹地和重度火烧迹地Rs对T10的敏感性分别高于3a火烧迹地和轻度火烧迹地;(5)对各样地Rs与0～10 cm土壤含水率(W10)的二次方程回归初步认为,W10不是影响该区Rs的主要因素。

不同林龄白桦天然次生林土壤碳通量和有机碳储量

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)。

土壤表面CO_2通量的原位测定方法

研究介绍了一种土壤表面CO2通量原位测定的方法及装置。利用二氧化碳对红外线气体具有特殊吸收、土壤空气与大气间对流和扩散的原理,设计了一条测定土壤表面CO2通量的技术路线进行原位测定。本测定装置由两部分组成:仪器和气体收集容器。用胶管连接仪器和气体收集容器,形成一个闭路系统,即可完成瞬间或某一时间段土壤表面二氧化碳浓度值测量工作,通过公式计算得到通量值。本方法和装置可用于陆地生态系统土壤二氧化碳的释放或吸收的原位测定;用于自然状况下多地点、多样地(点)土壤表面二氧化碳通量测定,具有便携、花费小、简单易操作、直接、快速等优点。

东北东部5种温带森林的春季土壤呼吸

春季土壤解冻过程是中高纬度地区森林生态系统土壤呼吸(即土壤表面CO2通量,RS)年内变化的一个关键时期,但此期间RS的时间动态规律及其控制机理尚不清楚。以我国东北东部5种温带森林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法测定春季土壤解冻时期RS动态及其相关的环境因子。结果表明:在土壤解冻过程中,RS受林型、解冻时期及其交互作用的显著影响。红松(Pinus koraiensis)林、落叶松(Larix gmelinii)林、硬阔叶林、杨桦(Populus davidiana-Betulaplaty phylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林的RS变化范围依次为:10.0196.0mg·m-·2h-1,5.8217.1mg·m-·2h-1,9.7382.1mg·m-·2h-1,15.8-269.0mg·m-·2h-1和35.9262.5mg·m-·2h-1。RS的平均值随着解冻的进程而增大,其变化趋势大致与土壤温度的变化相吻合。土壤温度极显著地影响RS(R2=0.46-0.77),而土壤含水量对RS的影响则因林型和土壤深度而异。5种林型的土壤呼吸温度系数(Q10)依次为:落叶松林10.9,硬阔叶林7.1,红松林6.5,杨桦林4.3和蒙古栎林2.3。进一步的研究应该集中研究春季自然解冻过程中土壤呼吸的控制机制,尤其是土壤呼吸与土壤微生物种群动态及其活性之间的关系。