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土壤呼吸是土壤释放CO2的过程,是陆地生态系统碳循环的一个重要组成部分,也是土壤碳库的主要输出途径[1]。土壤呼吸受气候变化、植被类型、土壤性质等众多因子的影响,其中林龄是一个重要的影响因素[2-4]。国内关于热带或亚热带生态系统土壤呼吸作用方面的研究很多[5-10],但大多关注土壤呼吸速率与气候因素变化的响应机理方面。与橡胶林土壤呼吸速率相关的研究主要集中在年际尺度的土壤水分、温度、湿度等与土壤呼吸季节变化等方面 [11-14],不同林龄橡胶林土壤呼吸速率的研究主要集中在海南植胶区[15-16],而云南植胶区则少有涉及。该研究以云南省热带作物科学研究所试验基地的橡胶林为研究对象,持续2年,每月测定3个林龄(2年幼林、7年成林和30年老林)橡胶林的土壤呼吸速率情况,比较不同林龄橡胶林土壤呼吸速率的变化特征以及与土壤水热因子关系,旨在为准确估算该区域的碳收支状况提供理论依据。
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样地位于西双版纳傣族自治州景洪市(21°09′~22°40′N,99°55′~101°50′E)。该地区属于南亚热带季风气候,有明显的干季(11月至翌年4月)和雨季(5~10月)。干季降雨266 mm,占年降雨的17%;雨季降雨1 293 mm,占年降雨的83%;年均相对湿度60%~80%。太阳年总辐射量4 902.4 MJ·m−2,年日照时数1 787.8 h。年均气温21.5 ℃,最热月(5月)均温25.3 ℃,最冷月(1月)均温15.5 ℃。选取3个林龄的橡胶林样地,株行距均为3 m×8 m。每年4、6、8月对幼林和成林种植带进行3次除草,每年7、11月对保护带进行2次砍草(杂草控制在50 cm以下)。各样地基本情况见表1和图1。
表 1 不同林龄橡胶林样地概况
Table 1. General situation of sample plots in rubber plantations at different stand ages
样地 海拔高度/m 林龄/a 林下常见植物 老林(OR) 814 30 弓果黍、荩草、刚莠竹、白茅、马唐、竹叶草、两耳草,飞机草、蓝花野茼蒿、藿香蓟、鬼针草、假臭草、巨瓣豆、肾苞草、葛藤、鳞花草,粗毛刺果藤,臭牡丹、龙珠果、竹节菜、毛蕨、鸭拓草、马莲鞍、柳叶海金沙、景洪崖爬藤等 成林(MR) 621 7 弓果黍、竹叶草、皱叶狗尾草、荩草、肾苞草、鳞花草、多脉莎草、浆果薹草、飞机草、柳叶海金沙、镰瓣豆、盾翅藤、细齿山芝麻、鹧鸪花、杯苋、灯油藤、黄花稔、粗叶榕、攀援卷柏、凤尾蕨、狭眼凤尾蕨、华南毛蕨、齿牙毛蕨等 幼林(YR) 662 2 蓝花野茼蒿、飞机草、藿香蓟、鬼针草、小蓬草,弓果黍、两耳草、皱叶狗尾草、细圆藤、掌叶鱼黄草、鸭跖草、绞股蓝、肾苞草、鳞花草、羽叶决明、腺茉莉、无刺含羞草、臭牡丹、龙珠果、红瓜、巨瓣豆、假臭草、竹节菜、灯油藤等 -
在每个样地内的株间、1/2行间和1/4行间下各放置3个PVC土壤环(直径10 cm,高5 cm)作为重复,每个样地共放置9个土壤环。土壤隔离环要一直放在土壤表面,放置过程中尽量减少对土壤的影响,避免引起土壤扰动而造成短期内呼吸速率波动。
选取每月下旬的晴朗无雨日,8:30~11:30,进行野外原位测定。采用Li-6400-09便携式气体分析系统(Li-CORIC,LiColn,NE,USA)测定土壤呼吸速率(Rs),采用Li-6400-09的土壤温度探针测定5 cm以上土壤的温度(Ts)和湿度(Ms)。为减少对土壤表层的干扰,测定时要先移开土壤环上的覆盖物,然后把气室罩在土壤环上,测定结束后再把覆盖物还原,尽量不改变覆盖物的状态。
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采用SPSS 19.0软件对2年观测数据进行方差统计分析;以单双因素方差(ANOVA)分析林龄和季节对各参数的影响,并以邓肯(Duncan)法进行多重比较(显著度P < 0.05)。比较不同林龄橡胶林的土壤呼吸速率、土壤温度和土壤湿度的月动态变化;采用二次线性回归拟合分析土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度的关系;采用SigmaPlot 10.0软件作图。
Comparison of soil respiration rate in rubber plantations at different stand ages and Its relationship with soil hydrothermal factors
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摘要: 为探明不同林龄橡胶林土壤呼吸速率(Rs)的变化特征及其与水热因子的关系,以云南省景洪市3个不同林龄(2年幼林、7 年成林、30年老林)的橡胶林为对象,连续2年,每月定期原位测定地表5 cm土壤呼吸速率(Rs)、土壤温度(Ts)和土壤湿度(Ms)的变化特征。结果表明:3个不同林龄橡胶林的Rs均有显著差异(P < 0.05),2 年幼林(YR)显著高于7 年成林(MR),30 年老林(OR)显著最低;3个不同林龄橡胶林的Rs、Ts和Ms均表现为雨季显著高于干季的季节性变化规律;各林龄土壤呼吸速率峰值出现的月份不一致,YR、MR和OR的Rs最高值分别为9月、7月和6月;3个不同林龄橡胶林的Rs与Ts、Ms具有极显著(P<0.01)的正相关关系,其中Ms相关性最大,Ts相关性较弱。回归分析结果表明,不同林龄橡胶林土壤呼吸速率的变化特征是水热因子联合效应的结果,土壤呼吸速率受土壤湿度影响最大,受土壤温度的影响作用相对较小。Abstract: In order to explore the changes of soil respiration rate (Rs) and the relationship between Rs and hydrothermal factors in rubber plantations of different ages, rubber plantations at three different stand ages (2 a, 7 a, 30 a) were selected for analysis. The change characteristics of soil respiration rate (Rs), soil temperature (Ts) and soil moisture (Ms) in 5 cm soil surface were measured in situ every month for two years. The results showed that the Rs of rubber plantations at the three stand ages were significantly different (P < 0.05). The Rs of the 2 a rubber plantation (young rubber plantation, YR) was significantly higher than that of the 7 a rubber plantation (mature rubber plantations, MR), and the Rs of the 30 a rubber plantation (old rubber plantation, OR) was the lowest. The Rs, Ts and Ms of the rubber plantations at the three stand ages had obvious seasonal variation, showing significantly higher values in rainy season than in dry season. The peak of soil respiration rate of the rubber plantations at different ages appeared in different months, and the highest Rs values of YR, MR and OR occurred in September, July and June respectively. The Rs had a highly significant positive correlation (P < 0.01) with Ts and Ms in the rubber plantations at different stand ages, the highest with Ms and the lower with Ts. Regression analysis showed that the change characteristics of the Rs in the rubber plantations of different stand ages are the results of combined effect of multiple hydrothermal factors and that Rs is affected mostly by Ms and relatively less by Ts.
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Key words:
- rubber plantation /
- soil respiration rate /
- soil temperature /
- soil moisture /
- hydrothermal factor
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图 2 不同林龄橡胶林干雨季土壤呼吸速率、土壤温度和土壤湿度的变化特征
小写字母代表同季节下不同处理间显著差异;大写字母代表同处理下不同季节间显著差异。
Fig. 2 Characteristics of soil respiration rate, soil temperature and soil moisturein rubber plantations at different stand ages in dry rainy season
Different lowercase letters denote significant differences between treatments in the same seasons. Different capital letters denote significant differences between different seasons under the same treatments.
表 1 不同林龄橡胶林样地概况
Table 1 General situation of sample plots in rubber plantations at different stand ages
样地 海拔高度/m 林龄/a 林下常见植物 老林(OR) 814 30 弓果黍、荩草、刚莠竹、白茅、马唐、竹叶草、两耳草,飞机草、蓝花野茼蒿、藿香蓟、鬼针草、假臭草、巨瓣豆、肾苞草、葛藤、鳞花草,粗毛刺果藤,臭牡丹、龙珠果、竹节菜、毛蕨、鸭拓草、马莲鞍、柳叶海金沙、景洪崖爬藤等 成林(MR) 621 7 弓果黍、竹叶草、皱叶狗尾草、荩草、肾苞草、鳞花草、多脉莎草、浆果薹草、飞机草、柳叶海金沙、镰瓣豆、盾翅藤、细齿山芝麻、鹧鸪花、杯苋、灯油藤、黄花稔、粗叶榕、攀援卷柏、凤尾蕨、狭眼凤尾蕨、华南毛蕨、齿牙毛蕨等 幼林(YR) 662 2 蓝花野茼蒿、飞机草、藿香蓟、鬼针草、小蓬草,弓果黍、两耳草、皱叶狗尾草、细圆藤、掌叶鱼黄草、鸭跖草、绞股蓝、肾苞草、鳞花草、羽叶决明、腺茉莉、无刺含羞草、臭牡丹、龙珠果、红瓜、巨瓣豆、假臭草、竹节菜、灯油藤等 -
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