近百年海螺溝冰川退縮區(qū)域土壤CO2排放規(guī)律的研究

1、近百年海螺溝冰川退縮區(qū)域土壤CO2排放規(guī)律的研究 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(G1998040800)、國家基礎(chǔ)研究快速反應(yīng)項(xiàng)目(2102)和國家重點(diǎn)自然科學(xué)基金(39930130)和資助的部分成果。 羅 輯 程根偉 石培禮 （中國科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 成都 610041） （中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 北京 100101）摘 要：貢嘎山東坡海螺溝冰川退縮地植被原生演替系列的樣地調(diào)查基礎(chǔ)上，用光合作用測定儀（美國產(chǎn)CI-301PS）的閉路方法測定土壤呼吸，并測定了相關(guān)的生態(tài)因子。對(duì)植被原生演替過程中草本群落，川滇柳、冬瓜楊小樹林，冬瓜楊中齡林，冬瓜楊成熟林，針闊混交林，

2、云冷杉中齡林和云冷杉成熟林7個(gè)階段的土壤呼吸速率進(jìn)行了連續(xù)3年的測定，它們的土壤CO2排放通量分別是51.67、39.70、56.45、58.89、85.22、120.26 和 158.65 kgCO2·hm-2·d-1。建立了7個(gè)階段的土壤呼吸速率與溫度的相關(guān)關(guān)系，認(rèn)為未來大氣溫度升高將對(duì)同一氣候區(qū)內(nèi)的草地土壤呼吸影響最大，對(duì)演替過程中的落葉闊葉林土壤呼吸影響次之，對(duì)云冷杉林土壤呼吸影響最小。樣地的形成年齡、生物量和凈初級(jí)生產(chǎn)力這些與演替進(jìn)程植物群落新陳代謝水平呈正相關(guān)的因素，才是決定樣地土壤呼吸速率的主要因素，也是各樣地之間土壤呼吸速率存在差異的主要原因。并將植被原生演

3、替序列土壤CO2排放通量與國內(nèi)外測定不同類型土壤呼吸速率的結(jié)果進(jìn)行比較，認(rèn)為Raich等人對(duì)溫帶針葉林土壤排放CO2通量的估測值偏低，對(duì)全球不同生態(tài)系統(tǒng)類型土壤排放CO2通量的差異估測不足。 關(guān)鍵詞：海螺溝冰川，原生演替，土壤呼吸，CO2排放CO2 emissions from Soils of the deglaciered region on Hailuogou Glacier in the past 100 yearsLUO Ji CHENG Gen-Wei(Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of

4、 Sciences & Ministry of Water Conservancy , Chengdu 610041)SHI Pei-Li(Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100101)ABSTRACT Hailuogou glacier has been retreating since the middle of the 19th century and primary vegetation successi

5、on has taken place in the deglaciated region. The increase of greenhouse gases globally is believed to result in climate warming causing glacier recession. Mountain and high latitude ecosystems are the most sensitive to global changes. Soil respiration is a major CO2 flux within terrestrial ecosyste

6、m as well as between the biosphere and the atmosphere. Greenhouse gases are predicted to increase temperature and other global changes. The observed values which varied in different plots or with different measuring methods or by different observers, together with regional or landscape estimates of

7、annual CO2 fluxes from small scale leaded to uncertainty to the study on the global carbon balance. In this study, spatial versus temporal variability of soil respiration was studied on the deglaciered region on Hailuogou. Our overall objectives were to compare the characteristics of different soil

8、respiration which was based on the achievements of the studies on the glacial recession region and vegetation succession and to establish a series of soil CO2 flux. We also tried to express our opinion on the already existed global patterns of soil CO2 flux. Soil respiration rates were measured duri

9、ng 1998 to 2000 using a soil respiration chamber connected to a portable photosynthesis system (CI-301). The chamber was a cylinder ,24.5 cm in diameter and 30.0 cm in height. Vegetation succession on glacial recession region is serially divided into 7 stages:herbs community,Salix-Populus sapling fo

10、rest,Populus young forest,deciduous and broad-leaved forest,coniferous and broad-leaved mixed forest,Abies-Picea middle age forest coniferous forest.The series of soil CO2 flux were: 51.67,39.70 ,56.45,58.89,85.22,120.26 and 158.65 kgCO2·hm-2·d-1, respectively. Environmental variation affe

11、cts soil respiration rates. Seasonal change in soil respiration is influenced by two principal environmental factors, temperature and moisture. Soil respiration rates vary exponentially with increases temperature. Q10values ,a convenient index in comparing the sensitivity of soil respiration with te

12、mperatures. In the early stage (the first through the third stage) of primary succession, soil respiration is mostly influenced by atmosphere temperature, while in the sixth and the seventh stage, by 5cm and 10cm soil temperatures. The response of soil respiration to change in soil moisture was less

13、 marked than for temperature. The net primary productivity at each stage of succession, and site age, and biomass, and N content in C soil layer all impacted soil respiration rates when different sites were compared. It is prognosticated that with the increase of atmosphere temperature, the soil CO2

14、 emission flux in herb stage will increase at the highest rate whereas that of coniferous forest at the lowest one. In this study, our aim is to By comparing with the world wide research achievement, the soil CO2 flux in various soil types of the primary succession on Hailuogou were greater than Rai

15、ch and some others results on different soil type with different vegetation throughout the world, and taigas CO2 flux was 2.4 times higher. Keywords: Hailuogou Glacier, primary vegetation succession, soil respiration, CO2 emission.土壤呼吸釋放CO2是生態(tài)系統(tǒng)C循環(huán)的一個(gè)重要方面，CO2等溫室氣體在大氣中濃度的不斷升高導(dǎo)致了全球氣候變暖，預(yù)計(jì)在21世紀(jì)全球氣溫將升高1

16、.03.5(Houghton 等，1996)。大氣中10的CO2來自于每年土壤呼吸，這是每年全球化石燃料燃燒放出CO2量的10倍以上。測定土壤呼吸，對(duì)于研究陸地生態(tài)系統(tǒng)在全球性C循環(huán)中的作用以及對(duì)全球氣候變化的貢獻(xiàn)有著重要意義。現(xiàn)已提出了不同的陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤CO2排放全球格局（Schlesinger,1977;Singh & Guptal,1977;Raich & Nadelhoffer,1989; Raich & Schlesinger 1992; Raich & Potter 1995; Schlesinger & Andrews,2000）,其中

17、要數(shù)Raich等人的研究成果比較豐富。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的主體,我國對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)土壤CO2排放的研究工作尚未全面展開，現(xiàn)已發(fā)表的測定結(jié)果受Raich等人的影響較大。其實(shí)，我們對(duì)土壤呼吸研究的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，土壤中各部分對(duì)土壤呼吸的作用尚未研究清楚，比如根的呼吸作用在土壤呼吸中所占的比例就給出了很大的范圍，從4（Phillipson et al.，1975）到90（Thierron & Laudelout,1996）。由此看來，準(zhǔn)確測定土壤呼吸十分必要。本文試圖通過海螺溝冰川退縮區(qū)域不同類型土壤呼吸速率的測定，以增進(jìn)對(duì)土壤呼吸作用的理解。1實(shí)驗(yàn)地概況和研究方法 調(diào)查地點(diǎn)位于貢嘎山東坡海

18、螺溝內(nèi)海拔28002940之間，氣候冷濕，屬山地寒溫帶氣候類型。年均溫4.1，1月均溫-4.4，7月均溫12.5，年均降水量1903，大部分降水集中在69月，年平均相對(duì)濕度90%。地帶性植被是峨眉冷杉林，其土壤類型是山地棕色暗針葉林土。 海螺溝冰川末端約1200m范圍內(nèi)形成了完整的植被原生演替系列，同一小區(qū)域內(nèi)的不同樣地之間光照、氣溫和土壤含水量差異很小，沒有大風(fēng)和強(qiáng)降雨過程，為比較研究植被原生演替不同階段土壤呼吸提供了很大方便。我們?cè)诤Ｂ轀媳┒瞬煌嚯x設(shè)置7個(gè)樣地,測定植被原生演替系列不同階段土壤呼吸速率。采用便攜式光合作用測定儀（美國產(chǎn)CI-301PS）和中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所用玻璃纖維

19、增強(qiáng)塑料制作的土壤氣體采集器，通過閉路方式測定土壤CO2排放。采集器為圓柱狀，由兩部分組成，主體高30.0cm，直徑24.5cm，底座插入土壤中2.5cm，底座有一圈水槽，用水與主體密封。每次觀測前3天將底座內(nèi)植物的地上部分剪除，每塊樣地設(shè)置3個(gè)重復(fù)觀置點(diǎn)，同時(shí)觀測大氣濕度、氣溫、近地表氣溫（距地表面30cm的氣溫）、地表溫度、5cm深地溫和10cm深地溫等相關(guān)氣象因子，并取表層010cm的土壤樣品，測定土壤含水量和容重。19982000年在生長季每月對(duì)7塊樣地測定2次，非生長季只測定1次，各樣地每年做一次24小時(shí)連續(xù)觀測，并采用美國產(chǎn)Li-6200在不同季節(jié)對(duì)土壤呼吸速率作平行測定。每年還用

20、激光葉面積儀（美國產(chǎn)CI-203）和植物冠層分析儀（美國產(chǎn)CI-203）測定群落葉面積指數(shù)，用CI-301PS測定群落的凈光合速率和植物地上部分的呼吸速率，并調(diào)查群落的生物量和土壤成分。2. 結(jié)果分析2.1演替系列的群落特征以及環(huán)境特點(diǎn) 由于全球氣候變暖，19世紀(jì)中期北半球山地冰川普遍開始退縮。冰川是氣候的產(chǎn)物，它的波動(dòng)對(duì)氣候的變化也有很好的指示作用（王寧練等，1992）。冰川退縮區(qū)域發(fā)生植被原生演替，植被演替進(jìn)程與冰川退縮過程有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(Cooper,1923; Palmer & Miller,1961)，高山和高緯度生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化最為敏感。二十世紀(jì)三十年代以來，海螺

21、溝冰川強(qiáng)烈退縮（Heim,1936）。海螺溝冰川退縮后，底磧經(jīng)過3年的裸露和地形變化，在第4年才有種子植物侵入，先鋒植物主要有川滇柳（Salix spp.）、冬瓜楊（Populus purdomii）、馬河山黃芪（Astragalus mahoshanicus）、直立黃芪（.adsurgens）、柳葉菜（Epilobium amurense）和碎米芥（Cardarnine levicaulis）等（表1）。先鋒群落的植物生長較差(樣地1)。隨后由于有固N(yùn)作用的黃芪數(shù)量迅速增多，表1樣地編年序列上植物群落及環(huán)境條件Table 1 Characteristics of plant communit

22、ies and their environment樣地編號(hào)No.of plot1234567裸地形成年齡Age of exposed shrinking area71729415565105土壤A0層含N量(g/kg)Total N of soil A0 layer0.5214.2920.1019.2125.224.922. 2土壤C層含N量(g/kg)Total N of soil C layer0.140.400.700.700.320.731.60土壤A0層有機(jī)質(zhì)含量(g/kg)O.M.of soil A0 layer12.40351.43338.60488.87457.20447.91

23、405.40土壤C層有機(jī)質(zhì)含量(g/kg)O.M.of soil C layer11.910.1013.5018.4土壤A0層容重(g/cm3)Bulk density of soil A0 layer -0.5870.8940.5460.1190.1130.124土壤C層容重(g/cm3)Bulk density of soil C layer 1.2701.3231.3140.9780.9910.9191.50土壤A0層pH pH of soil A0 layer-8.557.447.204.894.364.23土壤C層pH pH of soil C layer8.

24、757.006.656.456.026.306.15大氣濕度（）R H86.388.692.193.796.894.593.2氣溫()Air temperature4.785.485.445.545.324.725.04近地表溫度()Near surface temperature5.206.065.506.305.835.416.04地表溫度()Surface temperature5.956.126.406.185.735.325.635cm地溫()5cm soil temperature6.206.066.095.785.385.105.4410cm地溫() 10cm soil temp

25、erature5.705.585. 965.27生物量(t/hm2）Biomass3.05848.853110.772184.688271.810308.009382.265凈初級(jí)生產(chǎn)力(t/hm2a）Net primary productivity1.3564.8406.1458.42710.01411.21512.624土壤條件很快得到改善。川滇柳和冬瓜楊數(shù)量增加，生長加快，不斷有沙棘（Hippophae rhamnoides）進(jìn)入群落，最初形成的開敞先鋒群落經(jīng)過14年的演替，形成了相對(duì)密閉的植物群落(樣地2)。冬瓜楊高生長明顯加快，其生態(tài)位擴(kuò)展，導(dǎo)致種間競爭加劇。

26、群落內(nèi)種群的自疏和它疏作用加強(qiáng)，川滇柳和沙棘大量死亡(樣地3)，此時(shí)林內(nèi)生境有利于糙皮樺（Betula utilis）、峨眉冷杉（Abies fabri)和麥吊杉（Picea brachytyla)進(jìn)入林地。隨后一段時(shí)期，冬瓜楊高和徑生長保持較高水平，自疏作用更進(jìn)一步加強(qiáng)，其林木大量死亡，存留于林內(nèi)喬木層第二層的川滇柳和沙棘生長速度逐步減慢，演變?yōu)樗ネ朔N群(樣地4)。林下針葉樹凈初級(jí)生產(chǎn)力逐步提高，生長加快，進(jìn)入主林層(樣地5)，冬瓜楊亦逐步退出群落(樣地6)，最后形成以峨眉冷杉和麥吊杉為建群種的云冷杉林(樣地7)。105年以后演替為頂級(jí)群落，頂極群落存在時(shí)間很長。海螺溝冰川退縮地植被演替是群

27、落更替的過程，表現(xiàn)為群落結(jié)構(gòu)和功能以及所處環(huán)境的變化是一個(gè)有序的、可以觀測的連續(xù)過程。在演替的前期和中期，以冰磧物為母質(zhì)的土壤特性發(fā)生迅速變化,林內(nèi)各種溫度指標(biāo)日變化和年變化幅度減小。定居的植物使生境的空間變異性增加，隨著演替的進(jìn)展，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性逐步增加。陸地植被原生演替過程中氮素和光是主要的限制因子（Crocker & Major,1955;Klingensmith,1993; Klingensmith & Cleve,1993），阿拉斯加Glacier Bay冰川退縮區(qū)域植被經(jīng)過180年的原生演替，形成地帶性植被，生境由陽光充足而氮十分匱乏變?yōu)榱謨?nèi)光線不足而在土壤中含有大

28、量氮素及豐富的礦質(zhì)營養(yǎng)元素。海螺溝冰川位于中低緯度，存在于青藏高原東緣，屬于季風(fēng)海洋性冰川。與高緯度冰川相比，海螺溝冰川區(qū)域氣溫高，降水量大，每年還受東南季風(fēng)和西南季風(fēng)影響，帶來大量水分和熱量，植被演替進(jìn)程較快。2.2土壤呼吸強(qiáng)度海螺溝冰川退縮區(qū)域不同類型土壤呼吸速率差異明顯的（圖1）。云冷杉林土壤（樣地7）呼吸速率最高，平均達(dá)4.17molCO2·m-2·s-1,冬瓜楊、川滇柳小樹林土壤（樣地2）呼吸速率最低，平均達(dá)1.04molCO2·m-2·s-1。各樣地土壤呼吸速率依次為樣地7樣地6樣地5樣地4樣地3樣地1樣地2。不同樣地土壤呼吸速率各月份之間變

29、化較大，樣地7土壤在夏季8月呼吸速率最高，達(dá)9.38molCO2·m-2·s-1, 樣地1土壤在冬季1月呼吸速率最低，為0.48molCO2·m-2·s-1, 約為前者的1/20。7個(gè)樣地土壤呼吸速率在一年中月動(dòng)態(tài)相似。位于同一小流域的不同樣地各項(xiàng)溫度指標(biāo)的年平均值差異不大（表1），但是季節(jié)變化很大。樣地1各項(xiàng)溫度指標(biāo)的日變幅和季節(jié)動(dòng)態(tài)變化最大，隨著植被演替的進(jìn)程中，各項(xiàng)溫度指標(biāo)的日變幅和季節(jié)動(dòng)態(tài)變化減小。各樣地土壤不同的呼吸速率以及在不同季節(jié)的差異反映了各自對(duì)季節(jié)變化的反應(yīng)不一，同時(shí)也表明植被在演替過程中，其生理代謝速率不斷提高，群落內(nèi)部生境不斷改善。

30、圖1樣地土壤呼吸速率季節(jié)變化曲線Fig.1 Seasonal variation of soil respiration rates by plots2.3影響土壤呼吸的因素生態(tài)因素對(duì)土壤呼吸都有影響，它們對(duì)同一類型土壤和不同類型土壤呼吸的作用過程和程度并不一樣。在此，我們從生態(tài)因素對(duì)同一樣地土壤呼吸和演替序列上的不同樣地土壤呼吸兩個(gè)方面來分析。同一樣地土壤呼吸速率與同步測定的相關(guān)氣象因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，它們之間不存在顯著相關(guān)的關(guān)系，將各測定值的月平均值進(jìn)行多元回歸后，發(fā)現(xiàn)只有溫度指標(biāo)與土壤呼吸速率有明顯的相關(guān)性。有人認(rèn)為夏季土壤CO2釋放速率是冬季的5倍(Bunce,1990)，通過對(duì)演替序列

31、中各樣地土壤呼吸的全年測定，樣地1至樣地5的土壤呼吸速率夏季只有冬季的34倍，樣地6、樣地7的土壤呼吸速率夏季高于冬季分別達(dá)6倍和9倍以上，所以，利用1年中部分測定值來估計(jì)全年總量，存在著一定的偏差，若再來推測區(qū)域的全年總量，結(jié)論更不可靠。溫度指標(biāo)對(duì)植物體各部分生理活動(dòng)有著直接影響，同時(shí)對(duì)有機(jī)物分解、土壤微生物活動(dòng)等產(chǎn)生影響，因而對(duì)土壤呼吸影響最大。若以樣地1至樣地7土壤呼吸速率分別以Y1至Y7來表示，而氣溫、近地表氣溫、地表溫度、5cm深地溫、10cm深地溫分別為a、b、c、d、f，分別取12個(gè)月的平均值做線性回歸，顯著度達(dá)到極顯著相關(guān)（p0.001），共有下列14式：Y1=0.8709e0

32、.0674a (r2=0.8823);Y1=0.8581e0.0647b (r2=0.8838);Y2=0.7320e0.0516a (r2=0.7424),Y2=0.7079e0.0521b (r2=0.7866);Y3=0.8972e0.0731a (r2=0.9117),Y3=0.8708e0.0658b (r2=0.8889);Y4=0.7569e0.1127b (r2=0.8653),Y4=0.8009e0.0866c (r2=0.8615),Y5=0.9196e0.1334d (r2=0.9418);Y5=0.9258e0.1360f (r2=0.9483),Y6=1.1095e0

33、.1590d (r2=0.8903);Y6=1.1079e0.1606f (r2=0.8866),Y7=1.1378e0.1798d (r2=0.9362);Y7=1.1374e0.1858f (r2=0.9412),植被演替的前40多年的土壤呼吸受氣溫影響最大，近地表氣溫和地表溫度的影響次之。從樣地5云冷杉形成中齡林開始，土壤呼吸速率明顯升高，并且受5cm深和10cm深地溫影響較大；當(dāng)云冷杉為成熟林時(shí)，5cm深和10cm深地溫對(duì)土壤呼吸影響就很大了，這一階段土壤呼吸速率最高，主要是在植物生長季中土壤呼吸速率很高。采用Q10值可以對(duì)比不同植物群落土壤呼吸對(duì)溫度變化的敏感程度。根據(jù)以上公式，得到

34、了Q10值，樣地1 Q10值1.96，樣地2 Q10值1.67，樣地3 Q10值2.08，表明在一定溫度變化范圍內(nèi)，氣溫上升10，土壤呼吸將分別增加96、67 和108。樣地4、樣地5、樣地6和樣地7與氣溫關(guān)系不很密切，可依據(jù)氣溫與地溫的關(guān)系以及以上公式，我們認(rèn)為大氣溫度升高將對(duì)同一氣候區(qū)內(nèi)的草地土壤呼吸影響最大，對(duì)演替過程中的落葉闊葉林土壤呼吸影響次之，對(duì)云冷杉林土壤呼吸影響最小，以上結(jié)果反映了不同生態(tài)系統(tǒng)類型的結(jié)構(gòu)和功能特征。溫度和濕度是影響土壤呼吸的主要外界環(huán)境條件（Singh & Guptal），它們影響著土壤呼吸的季節(jié)變化。溫度變化與土壤呼吸速率呈指數(shù)關(guān)系，而土壤濕度對(duì)土壤呼

35、吸的影響沒有溫度顯著，土壤濕度的增加和減少有時(shí)都表現(xiàn)為土壤呼吸速率的降低（Savage,1997;Davidson et al.1998）。海螺溝冰川退縮地大氣濕度很大，冰川河兩岸的土壤含水量也很高，且各樣地之間土壤含水量差異不大，土壤含水量對(duì)土壤呼吸的影響程度很小；而隨著植物群落演替進(jìn)程，氣溫對(duì)樣地1至樣地7土壤呼吸的影響程度逐步減弱。將表1中各樣地的調(diào)查數(shù)據(jù)與7塊樣地的呼吸速率進(jìn)行多元回歸，發(fā)現(xiàn)土壤C層的N含量、凈初級(jí)生產(chǎn)力與植被原生演替過程中呼吸速率呈顯著正相關(guān)（p<0.05），樣地形成年齡、生物量與呼吸速率呈極顯著正相關(guān)（p<0.001）。植物群落通過根系、凋落物和森林小氣

36、候等方面影響土壤呼吸，形成相鄰分布的不同植物群落的土壤呼吸不同的現(xiàn)象。在全球范圍內(nèi)，土壤呼吸速率與凈初級(jí)生產(chǎn)力和生物量呈正相關(guān)（Raich & Tufekcioglu,2000）。在同一樣地和不同樣地上環(huán)境因子都影響著土壤呼吸的季節(jié)變化，而不同類型的植物群落所具有的生物新陳代謝水平才是決定土壤呼吸速率的主要因素。海螺溝冰川退縮地植被演替系列隨著演替進(jìn)程植物群落新陳代謝水平逐漸提高，所以，樣地的形成年齡、生物量和凈初級(jí)生產(chǎn)力這些與演替進(jìn)程植物群落新陳代謝水平呈正相關(guān)的因素，才是決定樣地土壤呼吸速率的主要因素，也是各樣地之間土壤呼吸速率存在差異的主要原因。冰川退縮后露出的底磧十分缺N，土壤

37、中N含量是影響光合作用第二重要因素（Vance,1996），近百年海螺溝冰川退縮區(qū)域土壤的淀積層尚未形成，故土壤C層的N含量是決定土壤呼吸速率的重要因素。2.4 土壤排放CO2通量樣地1至樣地7土壤排放CO2通量依次為51.67、39.70、56.45、56.45、58.89、85.22、120.26和158.65kgCO2·hm-2·d-1（表2）。云冷杉林土壤排放CO2通量的值最高，川滇柳、冬瓜楊小樹林土壤排放CO2通量的最低，前者約為后者的4倍。結(jié)合我們對(duì)貢嘎山云冷杉林結(jié)構(gòu)和功能的研究結(jié)果，認(rèn)為植被演替形成頂級(jí)群落后，生物量和凈初級(jí)生產(chǎn)力變化幅度不大，但是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)

38、循環(huán)維持在一個(gè)較高水平。表2 海螺溝冰川退縮區(qū)區(qū)域土壤排放CO2的通量（kg·hm-2·d-1）Table 2 The estimated CO2 flux from soils of glacier shrinking area on Hailuogou Glacier 樣地號(hào)No.of plot1月Month2月Month3月Month4月Month5月Month6月Month7月Month8月Month9月Month10月Month11月Month12月Month平均Mean118.2524.7133.0753.9862.73109.8778.6969.9557.78

39、47.1437.2626.6151.67219.3726.6133.8328.8961.9756.2663.8750.1847.9036.1227.3723.9539.70323.5725.4730.7962.35105.6893.1473.3763.8766.5349.8048.6634.2156.45420.1525.0933.8381.7370.71112.5386.3076.7968.4355.5043.7131.9358.89531.1728.5135.7476.41108.73120.89170.31143.70132.6881.7347.9044.8685.22626.1331.

40、5550.18103.78172.59244.82208.33184.76156.25149.7868.8144.10120.26732.6934.9747.52129.74192.74284.74356.59332.64207.95145.6099.9838.78158.653討論Raich & Schlesinger（1992）根據(jù)科學(xué)家們?cè)谑澜绺鞯貙?duì)土壤呼吸多年的測定結(jié)果，估計(jì)了全球不同植被類型土壤排放CO2通量，進(jìn)而推測了全球土壤排放CO2為68±4PgC·a-1，其中溫帶針葉林土壤排放CO2通量較高，變化幅度較大。在1995年Raich & Pot

41、ter將每年全球土壤排放C量提高了19Pg，而降低了針葉林土壤排放CO2通量的估算值。從國內(nèi)外現(xiàn)已獲得的觀測結(jié)果來看，樣地土壤呼吸速率的觀測值變動(dòng)幅度較大，在我國對(duì)相同地區(qū)同一類型土壤排放CO2通量測定結(jié)果有相差5倍多的（蔣高明&等，1997；劉紹輝等，1998）；國外不同人測定阿拉斯加苔原土壤排放CO2通量的結(jié)果也不一樣，變動(dòng)范圍達(dá)2.090.2kgCO2·hm-2·d-1（Bunnell et al.,1975;Peterson & Billings,1975;Billings et al,1977）。自從1873年P(guān)ettenkofer開始觀測森林土壤

42、呼吸以來，現(xiàn)在已經(jīng)有很多測定土壤呼吸的方法和手段，可是對(duì)根的呼吸在土壤排放CO2通量中所占的比例一直沒有定論，一般估計(jì)為70多。Conlin & Lieffers（1993）研究表明，針葉林的根系在5時(shí)呼吸速率很高。海螺溝地帶性植被云冷杉林土壤溫度為5.275.44,根系呼吸在土壤排放CO2通量中所占比例應(yīng)該較高。將土壤排放CO2通量單位統(tǒng)一后，我們測定的海螺溝冰川退縮區(qū)域原生演替過程中不同植被類型的土壤排放CO2通量，比Raich等人在1992年對(duì)全球不同植被類型的土壤排放CO2通量高，針葉林的土壤排放CO2通量要高2.4倍。我們測定了各樣地植物全年的光合作用和地上部分的呼吸作用，在

43、樣地4冬瓜楊成熟林中，將光呼吸和白天葉片的暗呼吸放出的CO2減去后，每年每公頃植物的葉片凈吸收40836kgCO2·hm-2·a-1，土壤CH4的通量是40.891gCH4·hm-2·d-1，植物群落每年的凈初級(jí)生產(chǎn)力和地上部分呼吸釋放的CO2只占葉片凈吸收的少部分，葉片吸收的CO2大部分被根系呼吸作用消耗，這樣看來植物根系呼吸在土壤呼吸中所占比例也應(yīng)該較高，海螺溝冰川周圍地帶性植被的土壤CO2通量測定結(jié)果與樣地7的相近（羅輯等，2000）。堿吸收法測定的值通常較小，在Raich等人收集的數(shù)據(jù)中有采用堿吸收法來測定的，根據(jù)海螺溝冰川退縮區(qū)域原生演替過程林

44、分生物量、凈初級(jí)生產(chǎn)力、土壤C積累和C通量等方面的梯度變化，我們認(rèn)為Raich等人對(duì)溫帶針葉林土壤排放CO2通量的估測值偏低，對(duì)全球不同生態(tài)系統(tǒng)類型土壤排放CO2通量的差異估測不足。參 考 文 獻(xiàn)，G.R.Shaver & A.W. Trent.1977.Root growth, respiration and carbon dioxide evolution in arctic tundra soil. Arctic and Alpine Research, 9:129137. Bunnell,F.L., S.F.MacLean Jr. & J.Brown.1975.Stru

45、cture and function of tuntra ecosystems.Ecological Bulletin, 20:73124. Bunce, J. A.1990.Short and long-term inhibition of respiration of carbon dioxide efflux by elevated carbon dioxide. Annals of Botany,65:637642.Conlin, T. S. S. & V. Lieffers. 1993. Anaerobic and aerobic CO2 efflux rates from

46、boreal forest conifer roots at low temperatures. Canadian Journal of Forest Research, 23:767771 Cooper, W.S.1923. The Recent Ecological History of Glacier Bay, Alaska: The Interglacial Forests of Glacier Bay. Ecology, 4:93128.Crocker, R. L.& J. Major. 1955. Soil Development in relation to vegeta

47、tion and surface age at Glacier Bay, Alaska. Journal of Ecology. 43:427448.Davidson,E.A.,E.Belk & R.D.Boone.1998.Siol water content and temperature as independent or confounded factors controlling soil respiration in a temperature mixed hardwood forest. Global Change Biology,4:217227.Heim, A. 19

48、36.The glacaciation and soilifluction on Minya GongKar. Journal of Geophysical Research, 87:444454.Honghton, J.T.,L.G.Meiro Filho,B.A.Callander,N.Harris,A.Kattenberg & K.Maskell.eds.1996.Climate change 1995:the science of climate change. Cambridge,UK:Cambridge University Press.572.Jiang, G.M. (蔣

49、高明) &(黃銀曉). 1997. A study on the measurement of CO2 emission from the soil of the simulated Quercus liaotungensis forest sampled from Beijing Mountain areas. Acta Ecologica Sinica(生態(tài)學(xué)報(bào)),17:477482. (in Chinese)Klingensmith, K.M.1993.Denitrification and nitrogen fixation in floodplain successional

50、 soils along the Tanana River, interior Alaska. Canadian Journal of Forest Research,23:956963.Klingensmith, K.M. & K.V.Cleve.1993.Patterns of nitrogen mineralization and nitrification in floodplain successional soils along the Tanana River,interior Alaska. Canadian Journal of Forest Research,23:

51、964969.Liu, S.H. (劉紹輝), J.Y. Fang (方精云) & K.Makoto.1998. Soil respiration of mountainous temperate forestsin Beijing,China. Acta Phytoecologica Sinica(植物生態(tài)學(xué)報(bào)),22:119126. (in Chinese)Luo, J. (羅輯),Z.Yang (楊忠) & Q.W.Yang (楊清偉).2000. CO2 emissions from soils in Abies fabri forest region on the e

52、ast slope of Gongga Mountain. Acta Pedologica Sinica(土壤學(xué)報(bào)), 30:402409. (in Chinese) Palmer,W.H. & A.K.Miller. 1961.Botanical evidence for the recession of a glacier.Oikos,12:7586.Peterson,K.M. & W.D.Billings.1975.Carbon dioxide flux from tundra soils and vegetation as related to temperature at Barrow Alaska. American Midland Naturalist,94:8898.Phillipson,J.,R.J.Putman,J.Steel & S.R.J.Woodell.1975.Litter input, litter decomposition, and evolution of carbon dioxide in a beech woodland-Wytha