兴安落叶松树干CO_2各通量成分对树干呼吸的贡献及其主要影响因子

树干呼吸(RS)的CO2通量由三部分组成,即液流中CO2运输通量(FT)、储存通量(△S)和树干表面CO2释放通量(EA)。其中木质部液流中CO2的运输(FT)在植物的气体交换中起到非常重要的作用,是茎、枝呼吸作用测定中非常重要且未予说明的组分。为探明兴安落叶松树干各通量成分对树干呼吸的贡献,采用红外气体分析法(IRGA)原位连续测定树干表面CO2释放通量,同时测定树干液流速度及树干温度,通过Arrhenius方程拟合树干呼吸与树干温度的关系,进而通过质量平衡法计算RS和FT、△S。结果表明:EA,FT和△S占RS的比例是动态变化的,EA与树干内部CO2通量密切相关,FT和△S可影响EA,在24 h周期内EA占总呼吸量的65.10%~100%,FT占总呼吸量的1.86%~29.46%,储存通量占总呼吸量的0.42%~5.44%。个体之间,树干呼吸的各通量成分所占的比例不同,FT和△S是木本组织呼吸与树干表面CO2释放通量之间差别的重要影响因子,液流速度对液流中CO2运输通量(FT)的影响在树木个体间也存在差异。     

春、秋季节树干温度和液流速度对东北3树种树干表面CO2释放通量的影响

为探明温度与液流速度对树干表面CO2释放通量的影响,采用红外气体分析法(IRGA)原位连续测定白桦、兴安落叶松和水曲柳树干表面CO2释放通量,同时测定树干液流速度及树干温度。3树种树干CO2释放通量和液流速度在昼夜变化和季节变化上有一定规律,春、秋季节树干表面CO2释放通量昼夜动态均呈明显的单峰型曲线,但是峰值出现的时间有所区别: 6月份树干表面CO2释放通量峰值出现在夜间,温度峰值则在白天;9月份树干表面CO2 释放通量和液流速度及树干温度在昼夜间的变化规律总体上呈相同趋势,均为白天升高,晚上降低,呈单峰曲线,峰值基本在中午出现。3树种树干表面CO2释放通量有明显的季节性规律,即6月份的CO2释放通量明显高于9月份。9月份和6月份白桦、兴安落叶松和水曲柳的日平均树干表面CO2释放通量分别为0.82,3.32μmol m-2 s-1;0.74,3.78μmol m-2 s-1和1.98,4.98μmol m-2 s-1;6月份和9月份日平均液流速度分别为2.48,10.02g?cm-2?h-1;4.78,10.71g?cm-2?h-1和2.69-7.93g?cm-2?h-1。树干表面CO2释放通量与树干温度和液流速度相关关系显著,6月份和9月份树干表面CO2释放通量与树干温度均呈正相关;树干表面CO2释放通量与液流速度间的相关关系6月与9月不同,6月份液流速度与树干表面CO2释放通量呈负相关,而9月份呈正相关。实验发现,除落叶松外,同1株树24小时周期内水曲柳和白桦液流上升期和下降期液流速度对树干表面CO2 释放通量的影响不一致,可能是由于上下午之间温度不同,导致树干内部CO2溶解度不同,使上下午树干内部CO2与表面通量的平衡发生改变,这种改变存在种间差异,表明温度和液流的共同作用影响树干CO2释放通量。水曲柳月份间树干表面CO2释放通量的差异受液流速度影响较大,白桦和兴安落叶松树干表面CO2释放通量的月份间变化则是液流速度和温度的共同作用的结果。我们的结论是,温度是影响树干呼吸速率的关键因子,但树干呼吸产生的CO2向大气的释放也同时受树干液流速度的影响。温度与液流对春秋季节3树种树干表面CO2释放通量的影响有所不同。     

遮光对杉木幼苗树干表面CO2通量的影响

树干表面CO_2通量是森林生态系统碳收支的重要组成部分,对全球碳平衡产生重要影响。近年来,全球变化导致植物光合产物供应发生改变,这将影响树干表面CO_2通量。然而,关于光合产物供应如何影响树干表面CO_2通量的机理仍不清楚。以盆栽杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗为研究对象,采用遮光方法减少光合产物供应,通过自制呼吸气室,使用Li-8100测定树干表面CO_2通量,并结合树干可溶性糖、淀粉和非结构性碳及树干温度等数据分析遮光对树干表面CO_2通量的影响。结果表明:遮光后树干可溶性糖、淀粉和非结构性碳含量分别显著下降了55.0%、78.9%和64.3%。遮光处理阶段树干表面CO_2通量平均下降39.9%,且下降幅度随着遮光时间的延长而增加;此外,遮光降低了树干表面CO_2通量的温度敏感性。恢复光照后,树干表面CO_2通量、树干可溶性糖、淀粉和非结构性碳含量以及树干温度均恢复至对照水平。可见,光合产物供应变化对树干表面CO_2通量具有调控作用,而且能够通过调控树干表面CO_2通量对温度变化的响应对全球碳循环产生重要影响。     

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.     

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%。     

间伐和改变凋落物输入对华北落叶松人工林土壤呼吸的影响

作为森林生态系统的第二大碳通量,土壤呼吸在全球碳循环和气候变化中发挥着重要作用。通过探究土壤呼吸对间伐和改变凋落物的响应规律以及响应之间的联系,能够为准确评价森林碳循环提供依据。针对不同强度(对照、轻度、中度、重度)间伐后的华北落叶松人工林,2016年5月至10月采用LI-8100土壤碳通量测量系统对其原状、凋落物去除、凋落物加倍的土壤呼吸进行观测。结果表明:土壤呼吸在生长季的8月份达到最高值,呈现出明显的季节动态。不同林分间伐处理下,中度间伐显著促进了土壤呼吸,使平均土壤呼吸速率升高了15.66%,轻度间伐和重度间伐对土壤呼吸的影响不显著;不同凋落物处理下,去除凋落物使平均土壤呼吸速率降低了40.16%,加倍凋落物使平均土壤呼吸速率升高了16.06%。中度间伐使土壤呼吸生长季通量增加了55.06 g C/m~2;去除凋落物使土壤呼吸生长季通量减少了153.48 g C/m~2,加倍凋落物使土壤呼吸生长季通量增加了79.87 g C/m~2。土壤呼吸速率与土壤温度呈显著指数相关,而与土壤湿度无显著相关。不同林分间伐处理下,土壤呼吸的温度敏感性指数(Q10)为2.36—3.46,轻度间伐下Q10值最高;凋落物去除和加倍均降低了土壤呼吸的温度敏感性。土壤温湿度对土壤呼吸存在着显著影响,能够解释土壤呼吸28.7%—62.3%的季节变化。研究结果表明间伐和凋落物处理对华北落叶松人工林土壤CO_2释放的影响表现出一定的交互作用,中度间伐和加倍凋落物的交互作用对土壤呼吸的促进作用显著大于单一因子。可见,间伐作业通过改变土壤微环境和凋落物量,对土壤呼吸以及森林生态系统碳循环产生着重要影响。     

火干扰对小兴安岭白桦沼泽温室气体排放的短期影响

利用静态箱-气相色谱法,研究了火干扰对小兴安岭白桦沼泽生长季CH4、CO2和N2O排放的季节变化、源/汇功能的影响,以及其与环境因子的关系.结果表明:轻度火干扰使白桦沼泽的气温和地表温度升高1.8℃～3.9℃,水位下降6.3 cm;重度火干扰使气温和0～40 cm土壤温度升高1.4 ℃～3.8℃,水位下降33.9 cm.轻度火烧、未火烧样地CH4呈春季吸收、夏秋季排放,重度火烧样地则呈春夏季吸收、秋季排放;未火烧样地CO2呈夏季>秋季≈春季,火干扰样地呈夏季>秋季>春季;未火烧样地N2O呈春季>夏季>秋季,轻度火烧样地呈秋季>春季>夏季,重度火烧样地呈夏季>秋季≈春季.未火烧样地CO2通量与气温、地表温度呈显著正相关,轻度火烧样地CO2通量与气温、5～10 cm土壤温度和水位呈显著正相关,重度火烧样地CO2通量与5～40 cm土壤温度呈显著正相关.火干扰使其CHM4排放量提高169.5%(轻度)或转变为弱吸收汇(重度),CO2和N2O排放量分别下降21.2%～34.7%和65.6%～95.8%,全球温暖潜势下降22.9%～36.6%.火干扰能够减少白桦沼泽温室气体排放,湿地管理实践中可适当开展有计划的火烧.     

林木非同化器官CO2 通量的测定方法及对结果的影响

林木非同化器官的气体交换特性是研究森林 CO2 通量过程中的一个必须考虑的因子 ,但是目前对于如何测定并没有标准方法。综述研究根系呼吸的 6类 10种方法、研究树干和树枝呼吸的 2类方法 ,并对各种方法的优缺点和最新研究成果进行了讨论。在此基础之上 ,收集前人研究结果 (6 5个根系呼吸占土壤总呼吸比例的数据 ,5 9个美国黄松 (Pinus ponderosa)树干呼吸数据 )对不同研究方法对测定结果的可能影响进行了评述。根系呼吸对土壤呼吸的贡献率在 5 %～ 90 %之间 ,而近 6 0 %的研究结果显示土壤呼吸中根呼吸所占比例为 4 0 %～ 70 %。不同研究方法测定的根系呼吸结果不同 ,其中 ,使用同位素标记法测定的根系呼吸占土壤总呼吸的比例最低 (4 0 %) ,而根系排除法和树干环剥法测定结果最高 ,较同位素标记法 (人工同位素标记法和天然同位素丰度法 )的测定结果高 33%,较根系分离法的测定结果高 7%,表明根系排除法和树干环剥法对根际环境的扰动破坏可能导致估计偏高 ,而根系分离法中根系死亡导致呼吸速率降低和根系受伤导致呼吸增加之间的补偿作用 ,仅仅使测定结果稍微偏高。对树干呼吸的统计结果显示 ,当以树干表面积为基准时 ,离体测定结果较活体测定结果平均高 74 %(p=0 .0 13) ;而当用边材体积为基准时 ,离体测     

火干扰对小兴安岭毛赤杨沼泽温室气体排放动态影响及其影响因素

利用静态箱-气相色谱法,对小兴安岭轻度火烧毛赤杨沼泽CH4、CO2、N2O生长季排放通量进行研究.结果表明:火烧使毛赤杨沼泽生长季CH4排放通量提高485.2％,CO2和N2O排放通量分别下降45.5％、24.8％.火烧未改变CH4季节性排放规律,但改变了CO2、N2O季节性变化规律.火烧样地CH4排放通量与土壤15cm温度间存在显著正相关性关系而与水位相关性不显著,火烧样地CO2排放与土壤0-30 cm温度呈显著或极显著正相关,与水位极显著负相关.对照样地CO2排放通量与土壤0-15 cm温度呈显著或极显著正相关,与水位极显著负相关,火烧使毛赤杨沼泽CH4排放源的强度增强,CO2、N2O的排放消弱,全球温室潜势下降约为43.34％.     

火干扰对小兴安岭草丛、灌丛沼泽温室气体短期排放的影响

利用静态箱-气相色谱法,研究了火烧干扰对小兴安岭草丛、灌丛沼泽生长季CH4、CO2、N2O排放的季节变化及影响因子结果表明:火干扰使草丛、灌丛沼泽生长季的平均气温和各层土壤温度提高0.1—2.0℃,水位平均下降2.7 cm。火干扰使草丛、灌丛沼泽样地CH4排放通量提高了56%、524.9%,CO2排放通量分别下降了57.3%、14.5%,N2O排放通量分别下降27.1%,64.9%。火烧前后草丛沼泽CH4、N2O与灌丛沼泽CO2排放通量季节性规律未发生变化。火干扰改变了草丛沼泽生长季CO2、灌丛沼泽N2O排放通量的季节性变化规律。草丛沼泽对照样地CH4排放通量与5 cm土壤温度存在显著相关性,草丛沼泽CH4排放通量与水位相关性不显著。灌丛沼泽CH4排放通量与各层土壤温度及水位均无显著相关性。草丛、灌丛沼泽对照样地土壤CO2排放通量与0—15 cm土壤温度呈显著或极显著正相关,火烧样地与0—30 cm土壤温度呈显著或极显著正相关。草丛、灌丛沼泽对照、火烧样地土壤CO2排放通量与水位极显著负相关。火干扰使草丛、灌丛沼泽CH4排放源的强度增强,CO2、N2O的排放消弱,全球温室潜势下降约为23.3%。火干扰能够减少草丛、灌丛沼泽温室气体排放。