中国东北地区兴安落叶松林树干呼吸的研究

树干呼吸是森林碳平衡估计中的一个重要项目同时还能够显示树木的活力。对于如何准确估计森林树干呼吸释放CO2总量还存在争论。在本项研究中,2001、2002连续两年在一个33年生的兴安落叶松(Larix gmelini Rupr.)人工林内对树干呼吸进行了测定,同时测定了不同高度树干呼吸、呼吸的日变化、同龄落叶松林内不同个体的树干呼吸以及相关生长状态因子、水分因子和温度因子。结果显示：1)树干上部的呼吸速率在不同季节都高于下部呼吸速率,树下温度的差异能够一定程度上解释这种差异;2)树干呼吸有午间降低的现象,上午的测定结果树干温度与树干呼吸速率紧密相关,而下午则温度依赖性很小,土壤、空气、小枝木质部水势、叶片蒸腾速率和气孔导度都显示下午植物水分亏缺下午较上午严重,呼吸的这种上下午温度相关性的差异可能受这种水分亏缺的影响;3)在同龄林内,树木个体生长状念包括平均生长速率和树冠投影面积与树干呼吸速率有显著相关关系,而树干温度与之相关性很小。幂指数模型和S曲线模型能够产生较好的拟合效果;4)树干呼吸季节变化明显,7月份出现最大值,但同一月份的年间差异较大。自然指数模型能够较好地拟合温度与树干呼吸的季节变化规律。Q10值在2．22(2001年)和3．53(2002年)之间,与以往研究的结果相当。从以上结果可以看出,通过单一的Q10值估计森林树干呼吸总量会产牛偏差,要想得到准确的估计,至少应该考虑生长状态的差异和水分状态的差异。     

林木树干呼吸变化及其影响因素研究进展

树干呼吸是森林生态系统碳平衡的重要组成部分,它每年消耗碳同化总量(NPP)的11%~33%。受测定技术所限,过去对树干呼吸的研究未能引起足够的重视。近十几年来,由于大气CO₂温室气体浓度的持续升高,树干呼吸已成为研究的热点。测定树干呼吸的方法较多,早期一般采用气体交换法和密闭方法,最近利用便携式光合测定系统(Li-Cor6400)或土壤碳通量测量系统(Li-8100)对树干呼吸采用开路系统测定方法。大量研究结果表明: 1)树干呼吸的日变化呈双峰型曲线,即从早晨开始,树干呼吸速率随温度的上升而增加,到午间有所降低,之后逐渐增加,达到峰值后又逐渐降低。2)树干呼吸的季节动态为:生长季的树干呼吸速率明显高于非生长季,即从春季到夏季树干呼吸速率呈持续升高态势,高峰值出现在7或8月,尔后逐渐下降。树干呼吸活动是一个复杂的生物学过程,其影响因子较多。直接影响因子有气象因子(如温度、湿度和CO₂浓度)和生物因子(如树种、树龄、径阶、边材积和树干氮含量等);而纬度、海拔和地形因子通过影响气象因子或生物因子而间接影响树干呼吸。诸多因子中,树干温度对树干呼吸的贡献最大(Q₁₀可描述树干呼吸对温度升高的敏感性)。树干呼吸机理及其影响因子乃是今后研究的主要内容,一方面要采用统一的测量方法和技术,另一方面要综合考虑影响树干呼吸的内外因素,建立树干呼吸的相关模型,为构建森林生态系统碳循环模型、了解森林生态系统碳收支状况及其对大气CO₂浓度变化的贡献和对全球变化的响应提供理论依据。     

长白山地区红松树干呼吸的研究

采用土壤呼吸气室于2003年5～10月测定了长白山阔叶红松林主要树种红松不同径阶不同方位的树干呼吸,同时监测了树干温度和林内温度.结果表明,树干呼吸速率具有明显的季节变化趋势,呈单峰曲线,8月出现最大值,2月呼吸速率最低.树干呼吸速率与树干温度具有显著幂指数关系,同时表现出大径阶树干呼吸速率与温度因子间曲线拟合效果好于小径阶红松.不同径阶树干呼吸速率均呈南面高于北面,并随树干径阶的减小南北面呼吸速率差异降低.不同径阶红松树干平均维持呼吸占总树干呼吸63.63%,红松树干径阶越大维持呼吸所占比例越大.依树干径阶大小顺序分别为66.76%、73.29%和50.84%.不同径阶红松树干呼吸Q₁₀值在2.56～3.32之间,利用呼吸Q₁₀值分别获得不同径阶树干R_t和R_m的季节变化趋势.因此,当估算生态系统呼吸时应考虑树干不同部位和不同径阶之间的差异.     

不同年龄兴安落叶松树干呼吸及其与环境因子关系的研究

采用动态红外气体分析法研究了两个不同年龄兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)人工林内落叶松树干呼吸速率的季节变化,并分析了树干呼吸速率与环境因子的关系.两个年龄落叶松树干呼吸速率均是从春季到夏季逐渐升高,高峰值出现在7月(成熟林)和8月份(幼林),之后明显下降.幼林落叶松的树干呼吸速率(变化范围是1.99～6.15 μmol*m-2*s-1)显著高于成熟林(变化范围是1.52～3.38 μmol*m-2*s-1)(P<0.05).树干温度对树干呼吸影响较大,树干呼吸速率与树干温度呈指数相关关系;成熟林和幼林树干呼吸的Q10值分别为1.96和3.44.当空气相对湿度较低时,树干呼吸速率与其关系无明显规律,但当空气相对湿度很高时,能大大促进树干的呼吸作用.     

亚热带地区马尾松树干呼吸碳同位素组成的时间变化特征及其控制因子

作为森林生态系统碳循环的重要组成部分,树干呼吸的时空变异性直接决定着全球碳库对气候变化的响应和反馈。然而,目前关于树干呼吸的时间变化特征,尤其是树干呼吸碳同位素组成(δ~(13)C)变化的控制机理还存在很大的不确定性。为探明树干呼吸及其碳同位素的时间变化特征,采用气室法并利用基于光腔衰荡光谱(CRDS)技术组装的Picarro观测系统,于2018年8月—2019年10月对6棵马尾松进行树干呼吸及其同位素的监测,同时测定树干液流速率和树干温度。结果表明:(1)树干呼吸速率及其δ~(13)C值均不存在明显的日变化模式,且与树干液流、树干温度相关性不显著;(2)树干呼吸速率季节变化趋势明显,变化范围为0.08～1.61μmol·m~(-2)·s~(-1),且树干温度解释了树干呼吸速率季节变化的82%;(3)树干呼吸δ~(13)C呈现先升高后下降的季节变化模式,非生长季的平均δ~(13)C为-23.25‰±0.91‰,显著高于生长季的-27.93‰±0.25‰。研究表明,树干呼吸及其碳同位素组成在不同时间尺度上其变化模式和可能的调控机制不同,尤其是树干呼吸碳同位素组成的季节变化模式为研究树干呼吸的生理生态过程提供了新的视角。     

树干/枝呼吸作用对环境变化的响应

树干/枝呼吸是调控森林碳平衡的关键生理过程之一,其对环境变化的响应在很大程度上决定了森林生产力及其固碳增汇能力.本文主要综述了近10年来林木树干/枝呼吸对大气CO2浓度升高、温度升高、干旱胁迫和人为管理的响应及其生理生态学调控机制,结果表明:大气CO2浓度升高和升温一般促进树干/枝的呼吸,其表观温度敏感性(Q10值)受树种、测定方法、温度范围、季节、林龄和径阶的影响,但变幅小于根系呼吸Q10值的变幅;干旱胁迫时,树干/枝呼吸速率减缓,随后进行浇水则会引发树干/枝呼吸的剧增,其生理学机制仍不清楚;不同的管理措施(如火烧、施肥、灌溉、修枝、环割等)对树干/枝呼吸的影响不尽相同.综述以往研究,提出今后值得深入探讨的4个方向:(1)明确树干/枝呼吸释放CO2的来源和去向以及建立相应的测定标准;(2)了解树干/枝呼吸对环境变化响应的生物学机制;(3)探讨树干/枝呼吸对环境变化的适应性;(4)树干液流、同位素示踪和CO2微电极技术的综合应用.     

不同耕作措施下旱地农田土壤呼吸及其影响因素

为探讨耕作措施对旱地农田土壤呼吸的影响,采用动态气室法在山西寿阳地区对秸秆还田、免耕覆盖、浅旋耕、常规耕作4种耕作措施下玉米生长季土壤呼吸及影响因子进行了测定和分析。结果表明,4种耕作措施下土壤呼吸速率的日和季节变化规律明显,均呈单峰型,呼吸速率的日峰值出现在11:30 13:30,呼吸速率的季节峰值出现在7月上旬至中旬。浅旋耕、秸秆还田、常规耕作、免耕覆盖措施整个生长季平均土壤呼吸速率分别为2.82、2.77、2.64μmolCO.2m-.2s-1和2.49μmolCO.2m-.2s-1,处理间无显著差异。研究结果还显示土壤温度和湿度是影响旱地农田土壤呼吸的主要因子,二者分别解释了土壤呼吸季节变化的55%78%,20%43%。4种措施下土壤呼吸的温度敏感系数Q10值在2.19 3.07之间,大小依次为免耕覆盖浅旋耕秸秆还田常规耕作。对水分的敏感性依次为免耕覆盖秸秆还田浅旋耕常规耕作。     

湖南会同林区杉木人工林呼吸量测定

对杉木人工林的CO2排放动态和杉木各木质器官呼吸量进行了测定,结果表明,杉木树干呼吸的季节变化规律为3~7月份随着树木生长和气温的升高,树干呼吸呈上升的趋势,在7月份达年呼吸速率的最大值,CO2为0.376m g/(m3.m in)。8月至12月呈逐渐递减的趋势,在1~3月份树干呼吸基本上维持在一定数值上,并且杉木树干呼吸在杆材生长时期随着年龄的增大而减小;杉木树干呼吸的日变化规律为:一天中杉木树干呼吸基本上是随着温度升高而增大,随着温度降低而减小,中午前后出现午休现象。在杉木树干呼吸日变化曲线中出现两次高峰期,一次是在12:00~16:00时,另一高峰出现在24:00。根据测出的有关参数,用积分方法推导出杉木树干、树枝和树根的年呼吸量CO2分别为9.67t/(hm2.a)、2.21 t/(hm2.a)和2.12t/(hm2.a),结合叶片呼吸速率测定,计算出杉木林年呼吸量CO2为21.523 t/(hm2.a),其中,叶片年呼吸量CO2为7.523t/(hm2.a)。并初步确定杉木树干的维持呼吸占年呼吸的39.7%。     

模拟氮沉降对东北地区兴安落叶松树干呼吸的影响

2011年的5月至2012年的12月,对兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林进行了模拟氮沉降实验,设置了4个氮沉降水平处理,分别为:对照(0 g N m-2a-1)、低氮(5 g N m-2a-1)、中氮(5 g N m-2a-1)和高氮(15 g N m-2a-1),每个处理设置3个重复样地。所施氮肥为NH4NO3,以溶液方式在生长季内每月喷施1次。采用红外气体分析法于2012年4月底—10月份,每隔15d左右测定1次树干呼吸,共测定12次。结果表明:各个氮处理下的树干呼吸速率基本与树干温度的变化一致,均呈单峰型季节变化模式,其中7月底最高、10月底最低。氮处理均提高了落叶松的树干呼吸速率,且随着氮输入水平的增加,平均树干呼吸速率呈现逐渐增强的趋势。生长季内,对照、低氮、中氮、和高氮处理条件下的树干表面释放的CO2通量分别为67.3、72.5、78.9 g C/m2和86.5 g C/m2。树干温度与树干呼吸速率存在显著的指数函数关系,而且温度敏感性(Q10)随着氮输入的逐渐升高亦随之增强,对照、低氮、中氮、和高氮处理下的Q10值分别为1.67、1.80、2.01和2.54。另外,伴随氮输入的逐渐增加,树干的氮含量也逐渐升高,树干氮含量与树干呼吸速率之间也具有一定的相关性,能够解释树干呼吸变化的38.3%。     

河北塞罕坝樟子松径向生长动态变化及其与气象因子的关系

树木是森林生态系统的基本组成, 其生长受气象因子的影响, 基于此, 该研究通过监测樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)的径向生长, 研究樟子松生长日动态规律、季节动态规律及其与气象因子的关系, 探讨河北塞罕坝地区樟子松森林生态系统对气候变化的响应机制。此外, 以往研究树木生长大多数基于树轮年代学, 缺少短期树木径向生长动态的研究。该研究利用径向生长记录仪监测河北塞罕坝机械林场内樟子松连续3年(2016-2018)的树干径向动态变化。结果表明: 由于树干的水分吸收与蒸腾作用, 樟子松树干径向昼夜变化呈现季节性规律, 可划分为4个阶段: 春季萌动期、夏季生长期、秋冬交替期和冬季休眠期。塞罕坝樟子松树干径向生长开始于每年4月初; 4月初至5月中旬为水分恢复阶段; 5月中旬至7月中旬为快速生长阶段; 7月中旬至10月中旬为缓慢生长阶段; 10月中、下旬生长趋于停止, 并有树干径向收缩现象。以一天为时间尺度, 在快速生长阶段(5月初至7月中旬)樟子松径向生长主要受空气温度的影响; 缓慢生长阶段(7月中旬至10月下旬)降水量、空气温度均影响樟子松径向生长。以15天为时间尺度, 温度对樟子松径向生长的影响显著。结果显示樟子松的生长动态规律及其影响因子, 为未来樟子松生理研究提供参考时间节点, 同时在极端低温与干旱的情况下, 为半干旱地区樟子松的生长状态提供参考依据。     

东北地区落叶松人工林的根系呼吸

落叶松根系呼吸速率在6～9月期间逐渐升高,8月达到高峰,之后明显下降.幼林根系呼吸速率和根系呼吸占土壤总呼吸的比例均高于成熟林.根系呼吸速率与根生物量呈线性相关,与土温呈指数相关,与土壤含水量无明显相关关系,但温度较高时,土壤湿度的增加能促进根系呼吸.成熟林和幼林根系呼吸的Q10值分别为5.56和4.17.     

云南香格里拉地区亚高山草甸不同放牧管理方式下的碳排放

青藏高原由于高寒低温限制了有机碳的分解,大量的碳积累在土壤碳库中,对全球升温的反应很敏感.放牧可能会对该区草甸的碳排放产生显著影响.采用闭合箱动态法测定了云南香格里拉地区不同放牧管理方式下的亚高山草甸生态系统呼吸与土壤呼吸.常年放牧草甸与季节性放牧草甸的生态系统呼吸和土壤呼吸均呈现相似且明显的单峰季节变化特征,7月份达最大值,生态系统呼吸分别为9.77、8.03 μmol CO2 m-2 s-1,土壤呼吸分别为8.05、7.74 μmol CO2 m-2 s-1;1月份达最低值,生态系统呼吸分别为0.21、0.48 μmol CO2 m-2 s-1,土壤呼吸分别为0.16、0.49 μmol CO2 m-2 s-1.受一天中气温和土温的影响,常年放牧草甸的生态系统呼吸与土壤呼吸的日变化在夏季与冬季均呈现明显的单峰曲线变化,最高值都出现在14:00左右,最低值出现在凌晨.在夏季6～10月份,常年放牧草甸的呼吸显著大于季节性放牧草甸,表明较高的放牧强度增加了亚高山草甸的碳排放.土壤温度的指数模型F = aebT比土壤水分能更好地解释呼吸的变异性(R2 = 0.50～0.78,P < 0.0001).二元回归模型F=aebTWc比单因子模型的效果更好(R2=0.56～0.89,P < 0.0001).土壤呼吸在整个亚高山草甸生态系统呼吸中占主导地位,在常年放牧草甸与季节性放牧草甸分别为63.0%～92.7%和47.5%～96.4%,地上植物呼吸随生长季的变化而变化,在生长旺季占有较大的比例.生态系统呼吸和土壤呼吸的长期Q10(1a)是短期Q10(1d)的2倍左右.季节性放牧草甸的长期Q10小于常年放牧草甸,表明在温度上升的背景下,放牧压力较小的草甸碳库较为稳定,具有较好的碳截存能力.     

东北温带次生林与落叶松人工林的土壤呼吸

2006年5—10月,使用Li-6400-09土壤呼吸系统测定了黑龙江省帽儿山地区温带次生林转化为落叶松人工林后土壤呼吸速率(Rs)的变化.结果表明:次生林与落叶松人工林土壤呼吸速率的日变化均呈单峰型曲线,与地温的日变化趋势相似.测定期间内,次生林和落叶松人工林Rs的变化范围分别为0.43~7.26μmol CO2.m-2.s-1和0.63~4.70μmol CO2.m-2.s-1,最大值出现在7—8月,最小值出现在10月.5—8月,次生林的Rs明显高于落叶松人工林.次生林和落叶松人工林枯落物层呼吸速率的季节变化范围分别为-0.65~1.26μmol CO2.m-2.s-1和-0.43~0.47μmol CO2.m-2.s-1.两林分中的Rs与土壤温度均呈明显的指数相关,且与5 cm深地温相关最紧密.用5 cm地温估算的次生林和落叶松人工林Q10分别为3.61和3.07.次生林的Rs与10~20 cm土壤含水率相关显著,而落叶松人工林的Rs与土壤含水率无明显相关.     

植物根呼吸对升温的响应

植物根呼吸碳释放量高达18Pg／a,约为全球化石燃料燃烧碳排放量（6．5Pg／a）的2．8倍。了解根呼吸对升温的响应对于构建陆地生态系统碳动态模型、评价地下碳库碳收支具有重要作用。短期升温能明显提高根呼吸速率,但在近乎恒定的温度梯度下,根呼吸速率可能逐渐恢复到温度变化前的水平。根呼吸的温度敏感性与植物种和测定的温度范围有关,其Q10值介于1．1～10之间。在野外条件下,根呼吸的温度敏感性还会受到土壤湿度、养分状况、呼吸底物有效性、太阳辐射、光合产物的地下分配模式和天气状况等影响。通常根呼吸的温度敏感性比土壤微生物呼吸的温度敏感性高,但室内控制温度下和野外环割（girdling）实验中并未观测到类似现象。根呼吸是否具有温度适应性仍是一个尚未解决的重大科学问题。有关根呼吸对升温的适应机理仍不清楚,可能是碳循环研究存在不确定性的重要来源。今后的研究方向应集中在以下几方面：（1）深入探讨根呼吸的温度适应性;（2）扩大对成年植物种的研究;（3）扩大对环境因子交互影响和模拟研究;（4）扩大对植物根呼吸测定和升温新技术的研究。     

川西亚高山针叶林土壤呼吸速率与不同土层温度的关系

采用密闭气室红外CO2分析法（IRGA）,在野外连续定位测定了川西亚高山冷杉原始林的土壤呼吸,并对其不同土层（0、5、10、15和20cm）的温度进行了同步测定．在此基础上,分析了土壤呼吸的日、季节动态变化,及其与不同土层温度的关系和土壤呼吸Q10值变化．结果表明：冷杉原始林土壤呼吸呈现明显的日变化和季节变化．土壤呼吸的日最高值出现在12：00-14：00,最低值出现在8：00—10：00,与土壤表面温度的日变化一致;土壤呼吸的季节变化表明：7—8月的土壤呼吸高于9-11月,与不同土层温度季节变化规律一致;土壤呼吸与不同土层温度呈显著的指数增长关系,土壤呼吸速率与土壤15cm深处温度的相关性明显高于其它土层;利用Q10模型计算0～20cm各土层的Q10值分别为2．36、4．75、4．90、6．27和5．46,表明海拔高、温度低的环境条件下,土壤呼吸的Q10值偏高．     

西双版纳三叶橡胶林树干呼吸特征

采用红外气体分析法(IRGA)为期1a原位监测西双版纳三叶橡胶(Hevea brasiliensis)4个年龄段(7、15、27、40a)的树干呼吸情况,同时对每个年龄段树干监测2种高度(1.3 m-割胶部位、2.0 m-不割胶部位)和2个方向(南、北面)以及林内空气和树干1cm深温度.结果表明,4个年龄的树干呼吸有相同的季节规律,都是在雨季大于干季.林龄是影响橡胶树树干呼吸的一个重要因素,15、27a树干呼吸速率最大,分别为(4.989±0.278), (4.678±0.268) μmol·m-2·s-1,显著高于40a和7a树,40a树((3.753±0.205) μmol·m-2·s-1)显著大于7a树((2.299±0.129) μmol·m-2·s-1).所研究的高度和方向上树干呼吸速率无差异,割胶对树干表层破坏愈合后并不影响树干呼吸.树干呼吸与树干温度呈显著相关性,有良好的自然指数回归关系,Q10值为1.966～3.127,南北面Q10差异不明显,4个年龄段树干呼吸Q10值平均为2.452,大于已监测的热带树种.各年龄段橡胶林的主干(一级分枝以下部分树干)呼吸初步估算表明, 7、15、27a和40a橡胶树主干呼吸分别为1.74, 5.54, 7.53, 7.59 t C·hm-2·a-1.     

上海典型城市草坪土壤呼吸特征

采用CFX-2开放式呼吸测定系统测定了上海城区百慕大、黑麦草-百慕大混播、结缕草和狗牙根4种典型草坪的土壤呼吸速率。结果表明：4种草坪的土壤呼吸速率均呈明显季节变化,最大值出现在7—8月,最小值出现在12月—翌年1月;4种草坪土壤呼吸平均速率依次为百慕大草坪<黑麦草-百慕大混播草坪<结缕草草坪<狗牙根草坪,其中百慕大草坪的土壤呼吸速率变化范围为0.13～2.25 μmol·m^-2·s^-1,黑麦草-百慕大混播草坪为1.16～5.95 μmol·m^-2·s^-1,结缕草草坪为0.93～8.27 μmol·m^-2·s^-1,狗牙根草坪为1.21～9.27 μmol·m^-2·s^-1;4种草坪的土壤呼吸速率与气温、5 cm地温和10 cm地温均呈极显著指数相关;百慕大草坪和黑麦草-百慕大混播草坪的日变化均呈单峰曲线,与气温、5 cm地温和10 cm地温的日变化趋势一致;4种草坪土壤呼吸对温度的敏感性指数即Q₁₀值为1.60～2.66;除结缕草外,其他草坪的土壤呼吸速率与土壤含水率相关性不显著;草坪的呼吸特征与其生长习性直接相关,而冷暖季混播草坪Q₁₀值小,对提高城市生态景观和环境质量有积极作用。     

武夷山不同海拔高度土壤氮矿化对温度变化的响应

采集了武夷山4个不同海拔的植物群落（常绿阔叶林、针叶林、亚高山矮林和高山草甸）的土壤样品,在实验室条件下, 将含水量调节为田间持水量60%,置于5 ℃、15 ℃、25 ℃和35 ℃人工气候箱中培养30 d,以测定土壤净氮矿化对温度的敏感性。结果表明：相同海拔植物群落的土壤净氮矿化量和氮矿化速率均随温度的升高显著增加;不同海拔间土壤氮矿化量和氮矿化速率大小均表现为：亚高山矮林>常绿阔叶林>高山草甸>针叶林。土壤氮矿化的Q₁₀在1.03～1.54,并且15 ℃升高到25 ℃时的Q₁₀比5 ℃升高到15 ℃和25 ℃升高到35 ℃时的Q₁₀高,表明土壤氮矿化对温度的敏感性在15 ℃～25 ℃较高。     

冻融交替对科尔沁沙地不同土地利用方式土壤呼吸的影响

在中高纬度和高海拔地区,冻融作用影响土壤的理化性质和微生物性状,进而影响土壤呼吸过程。研究冻融作用下土壤呼吸的变化,对准确估算全球碳循环具有重要意义。以科尔沁沙地沙质草地、樟子松疏林草地和农田为研究对象,通过冻融实验比较不同土地利用方式和冻融循环对土壤呼吸的影响。结果表明:土地利用方式对土壤呼吸有显著影响,在未发生冻融作用时沙质草地土壤呼吸速率显著大于樟子松疏林草地和农田(P0.05),3种土地利用方式的土壤呼吸平均速率分别为0.339、0.258和0.234μmolCO2.m-2.s-1;不同冻融循环对沙质草地和樟子松疏林草地土壤呼吸影响显著(P0.05)。其中,一次冻融循环条件下沙质草地、樟子松疏林草地和农田土壤呼吸平均速率分别为0.276、0.243和0.233μmolCO2.m-2.s-1,多次冻融循环条件下分别为0.314、0.274和0.259μmolCO2.m-2.s-1;沙质草地、樟子松疏林草地和农田的Q10值分别为116.0、26.2和16.4,表明冬季低温条件下土地利用方式强烈影响土壤呼吸对温度的敏感性。     

林木非同化器官与土壤呼吸的温度系数Q10值的特征分析

温度系数(Q₁₀,温度每变化10 ℃,呼吸速率的相对变化)不仅可以用来描述不同森林非同化器官(根系和树干)和土壤对温度升高的敏感性,并由此断定它们在全球变暖进程中的不同表现,而且是其呼吸总量定量估计中必不可少的参数。虽然目前已经进行了大量的研究,但不同研究者结论并不一致,影响我们对问题的整体把握。因此,有必要综合以往文献进行统计分析。该文综合大量文献,评述了林木非同化器官和土壤的Q₁₀值频率分布、不同研究方法对Q₁₀值的可能影响并探讨了它们对温度升高的敏感性。结果表明,不同非同化器官和土壤的Q₁₀值差异较大,但具有相对稳定的分布中心范围。其中,土壤呼吸Q₁₀值中,频率分布最集中的区域是2.0~2.5,占23%,其中超过80%的测定结果在1.0~4.0之间,中位数为2.74。 根系呼吸的Q₁₀值,频率分布最集中的区域2.5~3.0,占33%,而大部分(>80%)的研究结果在1.5~3.0之间,中位数为2.40。树干呼吸的Q₁₀值中,频率分布最集中的区域是1.5~2.0,占42%,而90%以上的测定结果在1.0~3.0之间,中位数为1.91。通过对比,发现不同非同化器官Q₁₀值不同(树干<根系<根系与土壤共同体<去除根系土壤)。其中树干和根系的Q₁₀值显著低于去除根系土壤的Q₁₀值(p<0.05),表明土壤微生物活动对于未来全球变暖的反应要比木质化器官更敏感。此外,常绿植物的根系和树干呼吸的Q₁₀值与落叶树木对应值差异不显著,说明同化器官叶片的着生时间长短对非同化器官Q₁₀的影响不大。不同的CO₂分析方法(碱吸收法,红外线测定技术和气相色谱方法)对土壤呼吸Q₁₀值测定结果的影响不显著(p>0.10),根系分离方法(断根测定和壕沟隔断测定)也对根系呼吸的Q₁₀值影响也不显著(p>0.10)。但是,与活体测定相比,离体测定树干呼吸显著提高了其Q₁₀值。总体来看,不同林分相同非同化器官以及不同非同化器官呼吸的Q₁₀值相对稳定但仍具有较大的差异性,研究方法也对结果产生一定影响,在进行呼吸总量的定量估计中应该注意这一点。今后研究的重点是进一步把影响森林非同化器官呼吸的外在因素和内在因素综合考虑于Q₁₀值相关模型中,以便准确定量估计其呼吸总量,而研究难点是深入研究Q₁₀值具有较大变异性的原因(如温度适应性)和内在机理以便更好的表征不同器官和生态系统组分对全球变暖的敏感性。