论文部分内容阅读
大兴安岭地区是我国东北地区主要冻土分布区,位于最北边疆,是我国唯一的寒温带针叶林区,湿地与冻土相互作用,导致它们独特的共生模式,同时由于位于欧亚大陆多年冻土带的南界,多年冻土年平均土壤温度相对高、多年冻土层薄,对全球气候变暖非常敏感。多年冻土退化会对分布在冻土之上的湿地产生较大影响,包括湿地冻土活动层深度变化、水文变化、土壤温度变化、土壤养分可利用性变化、植被组成及生产力变化、微生物组成和活性变化等,这些都是湿地土壤呼吸的主要控制因子。因此,多年冻土退化及其引起的一系列环境和生物因子的变化,会对分布其上的大面积沼泽湿地产生强烈作用,都可能对该区湿地目前的土壤呼吸及其未来变化趋势产生重要影响,开展对森林-湿地生态系统土壤呼吸研究对于全球碳平衡的研究具有重要意义。本研究选取我国东北最大寒温带冻土区森林-湿地生态系统,选择具有典型代表性的草丛(Moss)沼泽、主要森林沼泽(以优势树种命名)(毛赤杨(Alnus sibirica)沼泽、白桦(Betula platyphylla)沼泽、落叶松(Larix gmelini)沼泽)、岛状林沼泽(白桦岛状林和兴安落叶松岛状林沼泽)和兴安落叶松林地为研究对象,目的是通过研究生长季不同类型林地生态系统土壤呼吸速率季节动态和通量大小,分析冻土区森林-湿地生态系统土壤呼吸的季节分配规律；揭示冻土区不同类型沼泽湿地土壤呼吸速率的差异,探寻土壤呼吸速率差异的主控因子,探讨多年冻土退化导致的沼泽湿地环境因素和生物因素变化趋势对土壤呼吸速率潜在的影响。同时利用壕沟隔断法对生长季白桦(Betula platyphylla)和兴安落叶松(Larix gmelinii)岛状林沼泽土壤呼吸各组分间的差异进行研究。研究结果显示：(1)寒温带冻土区森林湿地生态系统土壤呼吸速率具有明显的季节变化规律,高峰期多数出现在6月下旬-7月中旬,极少次出现在7月下旬；落叶松林地土壤呼吸速率排放规律与森林湿地类似,2011年高峰期出现在7月中旬,2012年提前到6月末。随着多年冻土退化程度加剧,冻土区不同类型森林-湿地生态系统生长季土壤呼吸速率排放高峰期出现的时间有所提前,排放峰值不是出现在盛夏,而是出现春末夏初。冻土活动层深度或季节性冻土融化深度对土壤呼吸速率有着重要的影响作用,随着冻土退化,沼泽土壤活动层深度、土壤温度和植被组成都会发生变化,进而影响该区沼泽生长土壤呼吸速率的排放,导致其峰值可能提前出现,持续时间增加,同时,生长季呼吸速率排放总量增加。(2)寒温带冻土区不同年份生长季土壤都表现为C02排放的源,同一样地不同年份生长季C02排放量2011年明显高于2012年。2011年的生长季(6-10月)观测期内土壤呼吸总排放量为草丛沼泽(TC-2) (15.80 t/hm2)>草丛沼泽(TC-1) (14.10 t/hm2)>落叶松林地(11.79 t/hm2)>白桦岛状林沼泽(11.21 t/hm2)>白桦沼泽(9.31 t/hm2)>落叶松岛状林沼泽(9.17 t/hm2)>毛赤杨沼泽(8.35 t/hm2)>落叶松沼泽(7.34 t/hm2)。(3)2012年生长季(5—10月)观测期内土壤呼吸总排放量为草丛沼泽(TC-2)(24.11t/hm2)>草丛沼泽(TC-1)(7.83 t/hm2)>落叶松岛状林沼泽(7.07t/hm2)>白桦沼泽(7.02 t/hm2)>白桦岛状林沼泽(6.86 t/hm2)>落叶松沼泽(6.78 t/hm2)>落叶松林地(6.62 t/hm2)>毛赤杨沼泽(6.23 t/hm2)。由于微地形差异,土壤、植被以及水文环境共同制约着沼泽湿地生态系统呼吸速率的差异性。在气候状况相同的条件下,水文条件以及由水文环境引起的土壤温度成为影响不同类型湿地生态系统呼吸速率差异的重要因素。(4)岛状林沼泽土壤不同组分呼吸速率排放有明显季节性规律,2011、2012年生长季白桦岛状林沼泽土壤呼吸(RS)速率分别为368.60.204.14 mg-m-2·h-1;兴安落叶松岛状林沼泽土壤呼吸速率分别为312.46、210.42mg·m-2·h-1。2011年土壤呼吸(RS)速率表现为白桦岛状林沼泽高于落叶松岛状林沼泽,2012年落叶松岛状林沼泽呼吸速率略高于白桦岛状林沼泽；相同样地不同年份之间土壤呼吸差异受温度、水位影响；而不同样地间土壤呼吸速率差异主要受微地形引起的积水和地表植物影响；(5)2011、2012年白桦岛状林沼泽生长季土壤异养呼吸(RH)季节变化规律与RS都保持一致,呼吸速率分别为300.57、171.55mg·m-2·h-1。由此可得根系自养呼吸(RA)速率分别为68.03和32.59mg·m-2·h-1。2011、2012年落叶松岛状林沼泽生长季土壤异养呼吸(RH)季节变化规律与RS相似,呼吸速率分别为215.70、159.94mg-m-2·h-1。由此可得根系生长季自养呼吸(RA)平均速率分别为96.76.50.48 mg·m-2·h-1。岛状林沼泽土壤呼吸与温度呈极显著相关性,但与土壤湿度的相关性较差。(6)对比分析的各森林沼泽类型土壤呼吸速率平均值都表现为小兴安岭远高于大兴安岭样地；跨年份如果进行比较,降水跟气温温度都较高的2007年各样地土壤呼吸速率均高于2011年,即使温度较低的2008年土壤呼吸速率仍高于2012年。可以大胆预测如果在相同年份下,受气温变暖大环境影响,同一生长季2011-2012年小兴安岭森林湿地冻土区土壤呼吸速率应更高于大兴安岭地区。(7)随着多年冻土退化程度加剧,冻土区沼泽的植被类型会从以乔木、灌木和泥炭藓为主转变为以苔草和莎草科植物为主,这种植被类型的转变会改善土壤呼吸速率底物质量,提高土壤呼吸速率潜能,进而促进沼泽土壤呼吸速率排放。随着全球变暖的加剧,该区多年冻土会进一步退化,多年冻土退化通过影响该冻土区沼泽湿地的土壤活动层深度、土壤温度、水位和植被组成,进而影响该区沼泽生长季土壤呼吸速率。