不同植被類型對土壤呼吸的影響

不同植被類型對土壤呼吸的影響

低養(yǎng)分土壤含有1-2羧基的小分子沉積物，主要來自動植物殘體的分解、植物根系的分泌和土壤微生物的代謝，以及參與土壤作用和礦物溶解的水合物。提高土壤微生物和酶的活性。土壤呼吸的3個生物學(xué)過程,即土壤微生物呼吸、土壤動物呼吸及植物的根呼吸,都與土壤有機(jī)酸有著直接的聯(lián)系,如土壤微生物可以分解和產(chǎn)生有機(jī)酸,其次生代謝產(chǎn)物,也能刺激或抑制植物根系分泌有機(jī)酸,如一些菌絲真菌能釋放大量的草酸和檸檬酸;土壤低分子量有機(jī)酸是微生物生長繁殖的能源之一,它直接影響到微生物的種類和數(shù)量。一些土壤動物,如蚯蚓也可以通過食用有機(jī)質(zhì)豐富的物質(zhì)而大量繁殖,從而影響土壤呼吸,其糞便還可以降低土壤酸度。土壤營養(yǎng)元素的缺失脅迫導(dǎo)致植物根系營養(yǎng)缺乏,根系呼吸加劇,會對土壤有機(jī)酸的數(shù)量和種類產(chǎn)生很大的影響。由此可見,土壤微生物、土壤有機(jī)酸和土壤呼吸三者之間相互聯(lián)系。有關(guān)土壤微生物與土壤呼吸的關(guān)系目前已開展一些研究,主要包括比較了植物根系呼吸和土壤微生物呼吸的相互關(guān)系及其在土壤呼吸過程中的貢獻(xiàn)率,分析了同一種植被類型條件下土壤微生物呼吸速率的變化規(guī)律及其影響因子。有關(guān)不同環(huán)境梯度條件下微生物三大類群對土壤呼吸速率的影響、以及土壤有機(jī)酸與土壤呼吸的關(guān)系的研究很薄弱,本文進(jìn)行了探討性的研究。1碳源碳匯功能研究在秦嶺主峰太白山北坡進(jìn)行。秦嶺山系是我國南北自然環(huán)境和暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候與北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候的分界線,是我國物種最豐富的地區(qū)之一,其碳源碳匯功能在我國森林生態(tài)系統(tǒng)中占有舉足輕重的作用。太白山山體北坡由山底到山頂土壤帶譜依次為:褐土(1300m以下)、棕壤(1300~2300m)、暗棕壤(2300~3200m)、森林草甸土(3100~3400m)和高山草甸土(3300~3760m)。2太白山和楊樹林不同的部位和土壤呼吸速率的測定,并在夏季和夏季均采用GPS定位,并結(jié)合海拔表(180K),在太白山北坡的落葉闊葉林、闊葉櫟林、樺木林、秦嶺冷杉林(以下簡稱冷杉林)、太白紅杉林(以下簡稱紅杉林)、高山灌叢草甸這6個植被類型上每隔約150m的海拔梯度設(shè)置樣地,這6個植被代號依次是LY、LL、HM、LS、HS、CD。由于紅杉林和高山草甸所跨越的海拔梯度小,故這兩個植被都是只測定了2個海拔的呼吸速率。此外,在太白山的山腳下的林齡分別是5年和3年(代號YS-2)的楊樹林(代號YS)設(shè)置樣點,共設(shè)置18個樣地。在2008年6-7月期間(夏季土壤呼吸速率比其他季節(jié)的高,所以就選擇了具有代表性的夏季),根據(jù)遠(yuǎn)紅外氣體分析原理,采用便攜式土壤呼吸儀ACE測定土壤呼吸速率。將呼吸儀放置在離樹干約1m的地方,逐日從高海拔到低海拔測定土壤呼吸,測定時間是從8:00到次日8:00,每30min測定一次。一個樣地測定完之后,再測定下一個樣地。一個樣地每日多個時點觀測的平均值為土壤日平均呼吸速率,同一植被類型的不同海拔的土壤日平均呼吸速率再取平均值,為該植被類型的土壤呼吸速率,并用于數(shù)據(jù)分析。每樣地土壤呼吸速率測定之后,設(shè)置3個樣點,采集土壤表層0-10cm的土壤,將土壤樣品裝入牛皮紙袋里,然后將牛皮紙袋放入保溫箱(4℃)。樣品帶回室內(nèi)后,將牛皮紙袋放入冰箱(4℃)保存,以備微生物實驗分析所用。微生物測定采用平板計數(shù)法。數(shù)據(jù)分析和處理采用SPSS13.0統(tǒng)計分析軟件。3結(jié)果與分析3.1植物葉片呼吸速率從圖1中可以看出不同植被類型土壤呼吸速率大小順序是闊葉櫟林>樺木林>落葉闊葉林>楊樹林>冷杉林>紅杉林>高山草甸,呼吸速率隨海拔先升高后降低,同時海拔2800m以下植被土壤呼吸速率比海拔2800m植被的高。冷杉林、紅杉林和高山草甸的僅為1.50,1.33,1.37μmol/(m2·s),三者之間差異不顯著(P>0.05),這3種植被與楊樹林差異顯著(P<0.05),但楊樹林、落葉闊葉林和樺木林差異不顯著(P>0.05)。而闊葉櫟林的呼吸速率高達(dá)4.18μmol/(m2·s),分別是楊樹林、落葉闊葉林和樺木林的2.79,3.14,3.05倍。2.2不同植被類型的放線菌數(shù)量表現(xiàn)從圖2看出,不同植被類型土壤細(xì)菌數(shù)量大小順序是:樺木林>落葉闊葉林>闊葉櫟林>冷杉林>紅杉林>楊樹林>高山草甸,高山草甸、楊樹林、紅杉林和冷杉林彼此差異不顯著(P>0.05);冷杉林與闊葉櫟林差異顯著(P<0.05),闊葉櫟林、落葉闊葉林差異不顯著(P>0.05),樺木林與其它植被類型差異都顯著(P<0.05)。放線菌數(shù)量大小順序是:樺木林>闊葉櫟林>落葉闊葉林>冷杉林>楊樹林>紅杉林>高山草甸,高山草甸、紅杉林、楊樹林和秦杉林相互差異不顯著(P>0.05),落葉闊葉林、闊葉櫟林和樺木林彼此差異不顯著(P>0.05),但是低海拔的闊葉林與高海拔的針葉林以及高山草甸之間的差異顯著(P<0.05)。真菌數(shù)量隨海拔的升高而增多,楊樹林與落葉闊葉林之間差異顯著(P<0.05),落葉闊葉林、闊葉櫟林和樺木林彼此差異不顯著(P>0.05),樺木林與秦嶺冷杉林差異顯著(P<0.05),而冷杉林、紅杉林和高山草甸之見差異不顯著(P>0.05)。2.3石酸和丙二酸由表1可以出,不同植被6種有機(jī)酸中,以草酸和檸檬酸為主,酒石酸和丙二酸次之,琥珀酸和D-蘋果酸分泌量相對比較少,酒石酸在高山草甸里沒有檢測到,琥珀酸在落葉闊葉林、闊葉櫟林、高山草甸都沒檢測到。蘋果酸在7個樣品中都檢測到,但含量最少。2.4土壤呼吸速率與土壤細(xì)菌和放線菌的回歸關(guān)系歸模型的建立由于土壤細(xì)菌和放線菌在土壤中占有絕對優(yōu)勢,所以這里只對這兩類微生物與土壤呼吸的回歸關(guān)系進(jìn)行了分析。土壤呼吸速率與土壤細(xì)菌和放線菌的回歸關(guān)系都是極顯著的線性函數(shù)(n=18,P<0.01),回歸方程分別是y=0.0017x-1.7304(R2=0.542);y=0.0157x+0.9884(R2=0.7057),土壤細(xì)菌和放線菌分別可以單獨(dú)解釋不同植被54.2%和70.57%的土壤呼吸速率變化。2.5不同植被呼吸速率的變化表2顯示,6種有機(jī)酸與細(xì)菌、放線菌數(shù)量都呈正相關(guān),其中草酸和檸檬酸與3種微生物類群均達(dá)到顯著和極顯著相關(guān)。就有機(jī)酸含量和微生物數(shù)量而言,草酸、檸檬酸含量最高(見表1),細(xì)菌和放線菌在土壤微生物中占有絕對優(yōu)勢(見圖2),而草酸、檸檬酸、細(xì)菌、放線菌與呼吸速率都極顯著正相關(guān)(表2),且土壤細(xì)菌和放線菌分別可以單獨(dú)解釋不同植被54.2%和70.57%的土壤呼吸速率變化。另一方面,植物根系也會分泌有機(jī)酸和土壤酶,而土壤低分子量有機(jī)酸會影響植物根系對養(yǎng)分的吸收,從而間接影響根系呼吸。但是,最終直接影響土壤呼吸速率、土壤酶的種類和活性、土壤微生物、植物根系生長的是溫度、濕度和土壤有機(jī)質(zhì)含量。由此,可以看出,土壤微生物(細(xì)菌、放線菌)、土壤有機(jī)酸、土壤呼吸速率相互影響(見圖3)。3太白山不同植被中細(xì)菌和放線菌的關(guān)系太白山海拔2800m以下植被土壤呼吸速率比海拔2800m以上植被的高。這是由于海拔2800m以下的氣溫高,也與林地土壤有機(jī)碳含量高、微生物數(shù)量多、酶活性等因素密切相關(guān),同時太白山中山區(qū)雨水比高山區(qū)和低山區(qū)多,這些因素都會影響土壤呼吸速率的高低。土壤細(xì)菌和放線菌隨海拔升高呈單峰變化趨勢,且二者在土壤微生物比例中超過95%,真菌隨海拔升高而增多。土壤微生物是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分(C、N、P、S等)轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動力,通常是真菌首先分解凋落物,隨著細(xì)菌數(shù)量的增加,細(xì)菌開始分解某些凋落物成分,也分解真菌死亡的菌絲,而放線菌則對土壤中腐殖酸的形成起著重要作用。相關(guān)性分析表明,土壤呼吸速率與土壤細(xì)菌、放線菌呈極顯著正相關(guān)(R0.01=0.736,R0.01=0.84),與真菌極顯著負(fù)相關(guān),但由于土壤微生物細(xì)菌占絕對優(yōu)勢,其次就是放線菌,這表明土壤細(xì)菌和放線菌對土壤呼吸的影響大?；貧w分析進(jìn)一步表明,土壤呼吸速率與土壤細(xì)菌和放線菌的回歸方程都是極顯著的線性函數(shù)(n=18,P<0.01),土壤細(xì)菌和放線菌分別可以單獨(dú)解釋太白山不同植被54.2%和70.57%的土壤呼吸速率變化。土壤低分子量有機(jī)酸的產(chǎn)生直接與土壤微生物數(shù)量和活性密切相