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        毛烏素沙地不同林齡楊柴灌木林土壤呼吸及其影響因素

        2023-08-12 09:30:22張嘉開(kāi)洪光宇李鳳滋
        干旱區(qū)研究 2023年7期
        關(guān)鍵詞:灌木林林齡沙地

        海 龍,周 梅,張嘉開(kāi),洪光宇,李鳳滋,費(fèi) 菲

        (1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010010;3.內(nèi)蒙古自治區(qū)沙地(沙漠)生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

        土壤呼吸(Soil Respiration)是指未擾動(dòng)土壤產(chǎn)生二氧化碳并向大氣釋放的過(guò)程,是生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),在區(qū)域和全球尺度上對(duì)大氣二氧化碳濃度調(diào)控起著關(guān)鍵作用[1-3]。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球每年以土壤呼吸的形式向大氣釋放60~98 Pg的碳,是人類活動(dòng)排放碳總量的6~7 倍[4-5]。因此,土壤呼吸作用的微小變化可能會(huì)引起大氣二氧化碳濃度的明顯改變,并可能對(duì)全球氣候變化產(chǎn)生正反饋效應(yīng)[6]。

        在我國(guó)北方干旱半干旱地區(qū),因植被和土壤穩(wěn)定性差,土壤有機(jī)碳含量相對(duì)較低,土壤呼吸是生態(tài)系統(tǒng)碳損失的主要過(guò)程之一,也是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化最敏感的響應(yīng)過(guò)程之一[7-8]。隨著人工林建植和發(fā)育,其物種組成、群落結(jié)構(gòu)、生物量積累以及土壤性狀等均隨林齡發(fā)生相應(yīng)的變化,進(jìn)而導(dǎo)致土壤呼吸過(guò)程存在顯著差異[9-11]。崔羽等[12]對(duì)金沙江下游銀合歡人工林研究顯示,土壤呼吸速率隨著林齡的增加而減小,Zhao等[13]對(duì)沙塵暴源區(qū)山楊人工林的研究也得出相同的結(jié)果;而Gao 等[14]對(duì)西雙版納橡膠人工林研究發(fā)現(xiàn),土壤呼吸速率隨林齡增大呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。在我國(guó)北方干旱半干旱沙地、沙漠地區(qū),隨著人工防風(fēng)固沙植被的可持續(xù)恢復(fù),土壤呼吸速率及通量的基本變化規(guī)律以及呼吸過(guò)程對(duì)植被因子、土壤水熱因子和理化性質(zhì)變化的響應(yīng)機(jī)理研究相對(duì)較少,特別是土壤呼吸與多個(gè)影響因子的耦合關(guān)系尚不清楚。

        楊柴(Hedysarum laeve)是我國(guó)北方沙區(qū)防風(fēng)固沙先鋒樹(shù)種,其造林方式有人工植苗和直播造林兩種,而直播造林又以飛播為主[15-17]。毛烏素沙地鄂爾多斯地區(qū)自20世紀(jì)80年代起實(shí)施楊柴規(guī)模化防沙治沙造林工程,經(jīng)近40 a的治理,形成了大規(guī)模的人工植被恢復(fù)區(qū),學(xué)者從楊柴水分生理生態(tài)[18-19]、土壤水分動(dòng)態(tài)特征[20-21]、根系特征[22]、群落空間異質(zhì)性[23]等方面開(kāi)展了深入研究。本文以毛烏素沙地楊柴人工灌木林為研究對(duì)象,從人工林群落發(fā)展的不同時(shí)間尺度上進(jìn)行土壤呼吸動(dòng)態(tài)觀測(cè),闡明楊柴人工灌木林生長(zhǎng)季土壤呼吸速率、通量隨植被恢復(fù)年限的變化規(guī)律及對(duì)主要環(huán)境因子的響應(yīng)特征,為今后沙地楊柴防風(fēng)固沙林固碳增匯經(jīng)營(yíng)、沙地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能評(píng)估提供科學(xué)指導(dǎo)和參考依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)概況

        毛烏素沙地(37°27.5′N~39°22.5′N,107°20′E~111°30′E)是我國(guó)四大沙地之一,橫亙內(nèi)蒙古鄂爾多斯市南部、陜西省榆林市北部、寧夏吳忠市鹽池縣東北部,總面積為3.8×104km2。本研究在毛烏素沙地鄂爾多斯市烏審旗烏蘭陶勒蓋治沙站2011 年、2002 年楊柴造林地和烏審召治沙站1990 年楊柴造林地進(jìn)行。該區(qū)域?qū)儆跍貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候,平均年降水量270~350 mm,降水主要集中于6—9 月,平均年蒸發(fā)量1800~2500 mm;年平均氣溫7.2 ℃,年平均總?cè)照諘r(shí)數(shù)2900 h,無(wú)霜期約為113~156 d,平均海拔1300 m,土壤類型為風(fēng)沙土;植物種以沙柳(Salix cheilophila)、楊柴(Hedysarum leave)、花棒(Hedysarums coparium)、檸條錦雞兒(Caragana korshinskii)、油蒿(Artemisia ordosica)等灌木為主[23-24]。

        1.2 試驗(yàn)樣地設(shè)置與調(diào)查

        (1)樣地設(shè)置。選擇1990 年、2002 年、2011 年?duì)I造的楊柴防風(fēng)固沙林,分別設(shè)置了20 m×20 m 的固定樣地兩塊,楊柴造林前立地類型均為流動(dòng)沙地,造林后無(wú)澆水、除草等經(jīng)營(yíng)措施,處于長(zhǎng)期封育狀態(tài),無(wú)病蟲(chóng)害、火災(zāi)發(fā)生,楊柴種群天然更新良好;另設(shè)置兩塊未造林流動(dòng)沙地樣地作為對(duì)照。

        (2)指標(biāo)調(diào)查與測(cè)定。在已選好的固定樣地內(nèi)設(shè)5個(gè)5 m×5 m樣方,用目測(cè)法測(cè)定灌木蓋度,直接統(tǒng)計(jì)灌木種類和數(shù)量,用鋼卷尺測(cè)量高度,刈割灌木全部地上部分測(cè)定生物量。在灌木調(diào)查樣方內(nèi)再設(shè)1 m×1 m 小樣方,用上述方法測(cè)定樣方內(nèi)草本蓋度、和地上生物量,采集樣方內(nèi)全部枯落物并測(cè)定現(xiàn)存量,最后按樣方規(guī)格挖開(kāi)1 m深的土壤剖面,收集全部植物根系并測(cè)定生物量;采集0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm 土層樣品各300 g 左右?guī)Щ貙?shí)驗(yàn)室,用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定有機(jī)碳含量,用凱氏定氮法測(cè)定全氮含量[25],試驗(yàn)樣地詳細(xì)信息見(jiàn)表1。

        表1 楊柴灌木林及對(duì)照試驗(yàn)地基本信息Tab.1 Basic information of Hedysarum leave shrubbery and control experimental field

        1.3 土壤呼吸測(cè)定

        于2019年9月,在已選好的每塊固定樣地設(shè)置5個(gè)3 m×3 m的土壤呼吸觀測(cè)樣方,樣方間距>7 m,采用內(nèi)徑20 cm 的聚氯乙烯環(huán)(PVC)制作高15 cm的墊圈,在每個(gè)樣方土壤中插入13 cm,地面留2 cm,共設(shè)40 個(gè)PVC 環(huán)測(cè)定土壤呼吸。測(cè)定前一天剪除墊圈內(nèi)植被地上部分,采用美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的Li-8100A土壤碳通量觀測(cè)系統(tǒng),從2020年5—10月進(jìn)行土壤呼吸速率連續(xù)定位測(cè)定,每個(gè)月測(cè)定1~2次,每次選擇3~4個(gè)天氣晴朗的工作日進(jìn)行24 h晝夜觀測(cè),白天從06:00—18:00 每隔2 h 測(cè)一次,夜間18:00至次日06:00每隔3 h測(cè)一次。用土壤溫度和水分自動(dòng)記錄儀對(duì)土壤5 cm、10 cm、20 cm 和30 cm土層溫度和含水率同步測(cè)定,數(shù)據(jù)記錄間隔期為30 min。

        1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

        運(yùn)用指數(shù)回歸模型描述土壤呼吸速率與土壤溫度的關(guān)系[26],并計(jì)算土壤呼吸速率的溫度敏感性(Q10)[27],如公式(1)和公式(2):

        運(yùn)用線性回歸模型描述土壤呼吸速率與土壤含水量的關(guān)系[28],如公式(3):

        運(yùn)用多元線性和非線性模型描述土壤溫度、含水量的交互作用對(duì)土壤呼吸速率的影響[29],如公式(4)和公式(5):

        生長(zhǎng)季土壤呼吸碳通量計(jì)算采用日通量累加法,日通量為每天土壤呼吸速率平均值乘以24 h,計(jì)算公式如下:

        式中:Rs為土壤呼吸速率(μmol·m-2·s-1);T為土壤溫度(℃);W為土壤含水量(%);Rsy為生長(zhǎng)季土壤呼吸碳通量(g C·m-2);Rsmi為土壤呼吸日通量(g C·m-2);a、b、c為常數(shù)。

        為對(duì)比各樣地土壤呼吸速率和通量,采用回歸分析法擬合每個(gè)樣地土壤呼吸速率與土壤溫度、含水量的單因素和雙因素模型。用每塊樣地土壤溫度和含水率連續(xù)自動(dòng)記錄數(shù)據(jù),代入回歸模型后得到每隔30分鐘的土壤呼吸速率,用時(shí)間乘以呼吸速率得到每天的呼吸通量,以天為時(shí)間步長(zhǎng)累加得出生長(zhǎng)季土壤呼吸通量。

        采用單因素方差分析(One-way ANOVA)比較土壤呼吸差異性,并用鄧肯(Duncan)多重比較法檢驗(yàn)顯著性。應(yīng)用多元回歸模型分析環(huán)境因子對(duì)土壤呼吸的相對(duì)重要性;所有數(shù)據(jù)分析由SPSS 22.0完成,圖表繪制由Sigmaplot 12.0完成。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 土壤溫度和含水率的季節(jié)變化特征

        植物生長(zhǎng)季各觀測(cè)樣地0~30 cm土層平均溫度月變幅為10.88~25.82 ℃,均表現(xiàn)為先升高后下降的變化趨勢(shì)(圖1a)。生長(zhǎng)季土壤最高溫度出現(xiàn)在6—7 月,最低溫度均出現(xiàn)在10 月。各樣地0~30 cm 土層平均土壤含水率均在9 月雨季出現(xiàn)最高值,6—7月的旱季最低(圖1b),隨著楊柴灌木林林齡的增長(zhǎng),土壤含水量月變幅呈減小趨勢(shì)。

        圖1 不同林齡楊柴灌木林土壤溫度和含水量的月變化趨勢(shì)Fig.1 The monthly trend of soil temperature and soil moisture content in different ages Hedysarum leave shrubbery

        2.2 土壤呼吸季節(jié)變化特征

        2.2.1 土壤呼吸速率季節(jié)變化 根據(jù)最優(yōu)回歸模型計(jì)算楊柴林生長(zhǎng)季土壤呼吸速率,得出CK和林齡9 a、18 a、30 a 土壤呼吸速率變化范圍分別為0.14~0.34 μmol·m-2·s-1和0.67~2.14 μmol·m-2·s-1、1.26~2.69 μmol·m-2·s-1、1.25~3.07 μmol·m-2·s-1。在5—10 月,土壤呼吸速率整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),最高值出現(xiàn)在7月,最低值出現(xiàn)在10月(圖2)。

        圖2 生長(zhǎng)季5—10月土壤呼吸速率變化Fig.2 Changes of soil respiration rate from May to October in the growing season

        2.2.2 土壤呼吸通量季節(jié)變化 從圖3 可知,生長(zhǎng)季5—10月各樣地土壤呼吸通量變化整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),最高值出現(xiàn)在7月,最低值出現(xiàn)在10月。方差分析結(jié)果顯示,各月不同樣地土壤呼吸通量之間存在顯著差異(P<0.05)。CK 和林齡9 a、18 a、30 a生長(zhǎng)季土壤呼吸通量分別為44.12 g C·m-2和228.53 g C·m-2、332.01 g C·m-2、368.55 g C·m-2,與未造林流動(dòng)沙地相比,3 個(gè)林齡楊柴林地生長(zhǎng)季土壤呼吸通量分別增加了5.2 倍、7.5 倍和8.4 倍,表明楊柴灌木林植被恢復(fù)加強(qiáng)了沙地土壤呼吸作用。

        圖3 不同林齡楊柴灌木林生長(zhǎng)季5—10月土壤呼吸通量Fig.3 Soil respiration flux of different ages Hedysarum leave shrubbery from May to October in growing season

        2.3 土壤呼吸速率影響因素

        2.3.1 呼吸速率與溫度、含水量的關(guān)系 采用指數(shù)模型擬合土壤溫度與土壤呼吸速率(表2),CK樣地土壤呼吸速率與5 cm 土層溫度顯著正相關(guān)(P<0.05),而各林齡楊柴樣地土壤呼吸速率與不同土層溫度均達(dá)到極顯著相關(guān)(P<0.01)。采用線性模型擬合不同深度土壤含水量與土壤呼吸速率(表2),發(fā)現(xiàn)林齡9 a、18 a的楊柴樣地土壤呼吸速率與土壤含水量呈極顯著相關(guān)(P<0.01),而CK、30 a 樣地土壤呼吸速率與土壤含水量相關(guān)性不顯著(P>0.05)。

        表2 土壤呼吸速率與土壤溫度、含水率的單因素模型和溫度敏感性Tab.2 Single-factor models of soil respiration rate with soil temperature and moisture&temperature sensitivity

        采用線性和非線性雙因素復(fù)合模型擬合土壤溫度、含水量交互作用對(duì)土壤呼吸速率的影響(表3)。結(jié)果表明,除30 a 楊柴樣地外,CK 和9 a、18 a 楊柴樣地雙因素復(fù)合模型比單因素模型擬合效果更優(yōu),土壤溫度和含水量能夠共同解釋了土壤呼吸速率月變化的52.1%、90.4%和73.4%,表明土壤溫度和水分耦合作用對(duì)沙地土壤呼吸作用的影響顯著。

        表3 土壤呼吸速率與土壤溫度和含水率雙因素模型Tab.3 Two-factor model of soil respiration with soil temperature and soil moisture content

        2.3.2 土壤呼吸速率與其他影響因素的相關(guān)性 從表4 可知,隨著楊柴灌木林的發(fā)育,植被生物量、枯落物現(xiàn)存量、根系生物量、土壤全氮和有機(jī)碳含量均隨林齡逐漸增加,且不同林齡之間差異顯著(P<0.05)。

        表4 不同林齡楊柴灌木林部分生物和非生物因子特征Tab.4 Characteristics of some biological and abiotic factors in different ages Hedysarum leave shrub forest

        由多元線性回歸模型分析發(fā)現(xiàn)(表5),生長(zhǎng)季土壤呼吸通量與植被生物量、土壤有機(jī)碳含量和全氮含量均顯著相關(guān)(P<0.05),相對(duì)重要性分別為29.6%(P<0.001)、18.6%(P<0.05)和16.8%(P<0.01)。根據(jù)主要影響因子建立的回歸模型為:

        式中:Y為土壤呼吸通量;X1為植物地上生物量;X2為有機(jī)碳含量;X3為土壤全氮含量;X4為根系生物量;X5為枯落物現(xiàn)存量。

        2.3.3 呼吸溫度敏感性(Q10)變化特征 根據(jù)土壤溫度指數(shù)函數(shù)模型得到季節(jié)尺度不同樣地土壤呼吸速率的Q10值(表2),CK和林齡9 a、18 a、30 a楊柴林的Q10值變化范圍分別為1.16~1.51 和1.77~1.82、1.75~1.82、1.55~1.60,楊柴林植被恢復(fù)過(guò)程中Q10值表現(xiàn)出先增后降的變化趨勢(shì)。其中,9 a、18 a和30 a樣地Q10值均對(duì)30 cm土層溫度最敏感,對(duì)5 cm土層溫度敏感性最低,而CK 樣地對(duì)5 cm 土層溫度的敏感性均高于其他土層。

        3 討論

        3.1 土壤呼吸速率和通量

        趙江平等[30]對(duì)黃土丘陵區(qū)檸條人工林土壤呼吸速率的觀測(cè)結(jié)果表明,5—10 月土壤呼吸速率呈單峰趨勢(shì),均在7 月最高,10 月最低,5—10 月土壤呼吸速率均值為3.15 μmol·m-2·s-1。胡東等[31]在6—9 月對(duì)錫林河流域錦雞兒灌叢的土壤呼吸速率進(jìn)行觀測(cè),發(fā)現(xiàn)錦雞兒灌叢的土壤呼吸速率在6 月達(dá)到峰值(3.81 μmol·m-2·s-1)。馬笑丹等[32]通過(guò)分析黃河三角洲不同生境條件下檉柳灌叢土壤呼吸速率,春、夏、秋3 個(gè)季節(jié)變化范圍為0.31~3.42 μmol·m-2·s-1。本研究中9 a、18 a和30 a楊柴灌木林生長(zhǎng)季土壤呼吸速率變化范圍分別為0.67~2.14 μmol·m-2·s-1、1.26~2.69 μmol·m-2·s-1和1.25~3.07 μmol·m-2·s-1,最高值出現(xiàn)在7 月,平均值分別為1.28 μmol·m-2·s-1、1.83 μmol·m-2·s-1、2.14 μmol·m-2·s-1。毛烏素沙地楊柴林生長(zhǎng)季土壤呼吸速率總體上低于區(qū)域研究結(jié)果。

        李洪建等[33]用動(dòng)態(tài)氣室法對(duì)黃土高原東部山區(qū)黃刺玫、沙棘灌叢地土壤碳通量進(jìn)行測(cè)定結(jié)果表明,土壤碳通量的最大值出現(xiàn)在土壤溫度和水分均較高的6—7月,最低值出現(xiàn)在冬春季以及其他較為干旱的月份。本文楊柴灌木林生長(zhǎng)季土壤呼吸通量整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),最高值也出現(xiàn)在7月,最低值在10月(圖3),這一規(guī)律與內(nèi)蒙古羊草草原地區(qū)的研究的結(jié)果相一致[34]。

        3.2 土壤呼吸溫度敏感性(Q10)

        利用不同土層溫度擬合4個(gè)觀測(cè)樣地土壤呼吸速率,得出平均Q10值分別為1.31(CK)、1.80(9 a)、1.78(18 a)和1.57(30 a),隨著楊柴林的生長(zhǎng)發(fā)育,Q10值呈先增后減的變化趨勢(shì)。王博等[10]研究發(fā)現(xiàn),庫(kù)布齊沙漠植被恢復(fù)過(guò)程中土壤呼吸Q10值呈下降趨勢(shì),與本研究結(jié)果相似,說(shuō)明在氣候變暖背景下,土壤呼吸敏感性隨植被恢復(fù)趨于下降,有利于維持土壤碳庫(kù)的穩(wěn)定。本研究中,沙地楊柴人工林土壤呼吸Q10值低于全球尺度Q10值(2.03~2.40)[35]和中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的平均Q10值(1.80~3.05)[36]。但Q10值受植被變化、環(huán)境水熱條件、土壤理化性質(zhì)等多種因素的綜合影響,存在一定的不確定性,上述結(jié)論需在今后繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)研究進(jìn)行驗(yàn)證。

        3.3 土壤呼吸與水熱因子的相關(guān)性

        溫度是在季節(jié)尺度上調(diào)節(jié)和控制土壤呼吸速率變化的主要影響因素之一[37]。目前,研究土壤呼吸與溫度間相互關(guān)系的方程有多種[38-40],而最終得到的一致性結(jié)論,在一定溫度范圍內(nèi),隨溫度的升高,土壤呼吸速率顯著增加。本研究采用指數(shù)函數(shù)模型模擬土壤呼吸速率與不同土層溫度之間的關(guān)系,結(jié)果顯示生長(zhǎng)季土壤呼吸速率均與5 cm土層溫度呈顯著正相關(guān),與同類研究得出的結(jié)論相似[35,41]。通常,表層土壤熱量變化較敏感,也是土壤微生物活性和根呼吸酶活性隨溫度的提高而增強(qiáng),進(jìn)而導(dǎo)致土壤呼吸作用加強(qiáng)[42]。此外,土壤含水量是影響干旱半干旱地區(qū)土壤呼吸速率變化的重要環(huán)境要素,對(duì)地上植被、土壤中根系生長(zhǎng)發(fā)育和微生物活性等與土壤呼吸密切相關(guān)的生物因子起調(diào)控作用[43]。諸多研究顯示,土壤水分對(duì)呼吸速率的影響具有復(fù)雜性與不確定性,存在正相關(guān)[44]、負(fù)相關(guān)[45]及不相關(guān)等特征[46]。本研究中,CK樣地土壤呼吸速率與土壤含水量相關(guān)性并不顯著,這與丁金枝等[28]在毛烏素沙地的研究結(jié)果一致。9 a 和18 a 楊柴林樣地土壤呼吸速率與土壤含水量極顯著相關(guān),而30 a樣地土壤呼吸速率與土壤含水量相關(guān)性并不顯著。這可能是因?yàn)樵谒謪T乏的沙地生態(tài)系統(tǒng),植被蓋度相對(duì)低的9 a、18 a樣地表層土壤降水入滲和蒸散過(guò)程較快,土壤呼吸對(duì)水分變化的響應(yīng)十分敏感;而在蓋度較高的30 a樣地,受植被層截留和遮陰作用上述水分物理過(guò)程較緩慢,土壤呼吸對(duì)其響應(yīng)敏感度相對(duì)低。

        3.4 沙地土壤呼吸與植被生物量的相關(guān)性

        植被生物量對(duì)土壤呼吸的影響,一是通過(guò)地上凋落物和地下死根等有機(jī)碎屑物的輸入和分解過(guò)程驅(qū)動(dòng)土壤異養(yǎng)呼吸作用[47]。二是通過(guò)地下持續(xù)積累的活根系生命活動(dòng)促進(jìn)自養(yǎng)呼吸作用[48-49]。本研究發(fā)現(xiàn),9 a、18 a 和30 a 林地地上植被和地下根系生物量依次為1911.13 kg·hm-2、3226.98 kg·hm-2、4289.22 kg·hm-2和194.3 kg·hm-2、526.0 kg·hm-2、635.4 kg·hm-2,生物量隨林齡均呈增加的規(guī)律,30 a林地生長(zhǎng)季土壤呼吸通量較9 a 和18 a 分別提高45.3%和61.3%。楊柴灌木林植被生物量與土壤呼吸通量之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。該研究結(jié)果與袁渭陽(yáng)等[50]在四川巨桉林、刁銀霞等[51]在長(zhǎng)白山苔原植被開(kāi)展土壤呼吸與植被變化關(guān)系的研究結(jié)論相一致。

        3.5 土壤呼吸與有機(jī)碳、全氮含量的相關(guān)性

        土壤有機(jī)碳是微生物分解活動(dòng)和植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要養(yǎng)分源,氮素是氨基酸、蛋白質(zhì)、核苷酸和輔酶的組成元素,碳和氮的積累能夠有效提升土壤微生物和酶的活性,從而加強(qiáng)土壤呼吸作用[52-54]。隨著造林年限的增加,林齡9 a、18 a 和30 a 楊柴林土壤有機(jī)碳含量依次為0.63 g·kg-1、1.10 g·kg-1和1.27 g·kg-1,全氮含量依次為0.12 g·kg-1、0.14 g·kg-1和0.15 g·kg-1?;貧w分析結(jié)果表明,楊柴灌木林土壤呼吸與有機(jī)碳和全氮含量之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

        4 結(jié)論

        (1)在植物生長(zhǎng)季,毛烏素沙地不同林齡楊柴灌木林土壤呼吸速率整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),最高值均出現(xiàn)在夏季7月。流沙地(CK)和林齡為9 a、18 a楊柴地土壤呼吸速率季節(jié)變化主要受土壤溫度和含水量的共同作用,而林齡30 a林地土壤呼吸速率季節(jié)性變化的主控因子為土壤溫度。

        (2)生長(zhǎng)季5—10 月不同林齡楊柴灌木林土壤呼吸通量為30 a(365.74 g C·m-2)>18 a(313.63 g C·m-2)>9 a(218.66 g C·m-2)>CK(40.08 g C·m-2)。

        (3)隨著楊柴林齡的增長(zhǎng),植被生物量、土壤有機(jī)碳和全氮含量的持續(xù)增加顯著加強(qiáng)了林地土壤呼吸作用,土壤呼吸通量顯著提高。

        (4)土壤呼吸的溫度敏感性(Q10值)隨著楊柴灌木林的生長(zhǎng)發(fā)育,表現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì),在氣候變暖的背景下沙地植被恢復(fù)有助于穩(wěn)定土壤呼吸作用。

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