贡嘎山峨眉冷杉树干呼吸时空动态及其影响因子

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树干是森林木质组织的重要组成部分,也是森林生态系统中最大的生物量储存体,在全球范围内是巨大的碳库。树干呼吸占到树木自养呼吸的14~48%,是森林碳循环的重要组成部分。因此,阐明树干呼吸的时空变化规律及其与影响因子的关系,准确评估树干呼吸在森林碳循环中的作用,不仅可为构建陆地生态系统碳循环模型提供基础数据,而且对于研究全球变化下森林生态系统的响应和适应有重要科学意义。鉴于西南林区在我国森林碳增汇功能中的重要地位,本文以贡嘎山东坡峨眉冷杉(Abies fabri)为研究对象,采用红外线气体分析仪-土壤呼吸气室水平测定法于2014年5~12月原位监测了峨眉冷杉中龄林和成熟林树干呼吸速率,测定、比较了不同林龄、径阶蛾眉冷杉树干呼吸的时间动态,探索了树干呼吸的空间变化规律,估算林分树干呼吸总量,并分析峨眉冷杉树干呼吸速率与林木相关生物因素和环境因子的关系。本文主要研究结果如下:  (1)峨眉冷杉树干呼吸时间变化格局;树干呼吸日变化呈单峰型,高峰值主要出现在12:00~16:00之间,最小值发生在6:00附近。中龄林和成熟林树干呼吸季节变化趋势相似,均呈单峰模式,但成熟林树干呼吸速率显著高于中龄林。树干呼吸速率从5月份开始升高,7月份中龄林和成熟林呼吸值均达到最高,分别为1.69和2.76μmol·m-2·s-1;之后,呼吸速率下降明显,最低值出现在12月,分别为0.01和0.15μmol·m-2·s-1。测定期间,5~10月为峨眉冷杉生长季,平均呼吸速率为1.45μmol·m-2·s-1,11~12月为非生长季,平均呼吸值为0.25μmol·m-2·s-1。  (2)峨眉冷杉树干呼吸空间变化格局:不同高度的树干温度表现为T0.3m>T1.3 m>T2.3 m,树干1.3 m处的呼吸速率最大。整体上,随着季节的变化,不同树干高度呼吸速率间的差异逐渐减小。不同方向树干温度和呼吸速率均表现为南面>北面。  (3)峨眉冷杉树干呼吸与环境因子的关系:树干呼吸与气温、土温和树干温度的指数关系均达到显著水平,气温、土温和树干温度分别可以解释树干呼吸变化的76%~92.7%、58%~97%和65.5%96.5%。小胸径的树干呼吸与气温的相关性高于土温和树干温度,而大胸径的树干呼吸与树温和土温的相关性较高。树干呼吸气温敏感系数Q10在2.7~6.6之间变化,中龄林树干呼吸平均Q10为4.4,成熟林树干呼吸平均Q10为3.6。树干表面相对空气湿度日变化和季节变化明显;胸径10~75cm的树干呼吸与相对湿度的指数关系达到显著水平,胸径80~90cm未达到显著水平。  (4)峨眉冷杉树干呼吸与生物因子的关系:随胸径增大,树干呼吸速率先迅速升高,后趋于平缓;中龄林Q10随树干DBH增大而升高,成熟林Q10随DBH增大而减小。树干呼吸值与边材厚度存在显著正相关关系。中龄林树干边材平均氮素含量为1.41 g/kg,高于成熟林平均含量(1.38 g/kg);树干呼吸值与边材氮素存在显著正相关关系,且中龄林树干呼吸与氮素的相关性高于成熟林。树干生长速率变化范围在1.27~3.62 mm/a之间,随树干胸径增大,树干生长速率先增大后减小;树干呼吸值与树干生长速率的正相关关系达到显著水平。  (5)峨眉冷杉树干呼吸的表达方式与呼吸通量估算:不同表达单位的树干呼吸与各种生物因子的相关程度不同。边材氮含量与五种表达方式的树干呼吸速率的相关性均达到显著水平;基于树干表面积和树干体积的呼吸速率受胸径影响最大,基于边材干重和氮素含量的树干呼吸速率与氮素含量、生长速率和边材含水率相关性达到显著水平,且与生长速率的关系最为密切。整体上,边材含水率与呼吸速率的相关性较低。表面积法推算的中龄林树干CO2年释放通量为8.51 tCO2· hm-1·a-1,成熟林为16.65t· CO2·hm-1·a-1;积分法推算的中龄林树干CO2年释放通量为19.19 t·CO2·hm-1·a-1,成熟林为27.46 t·CO2·hm-1·a-1;两种方式估算的林分树干呼吸CO2年释放通量差异较大;积分法更适合估算贡嘎山地区峨眉冷杉中龄林和成熟林的树干呼吸通量。
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