全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 22 期摇 摇 2012 年 11 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
CO2 浓度和温度升高对噬藻体 PP 增殖的联合作用 牛晓莹,程摇 凯,荣茜茜,等 (6917)………………………
1956—2009 年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局 陈摇 军,王玉辉 (6925)………………………………
两个污水处理系统的能值与经济综合分析 李摇 敏,张小洪,李远伟,等 (6936)…………………………………
退化草地阿尔泰针茅种群个体空间格局及关联性 赵成章,任摇 珩 (6946)………………………………………
地表覆盖栽培对雷竹林凋落物养分及其化学计量特征的影响 刘亚迪,范少辉,蔡春菊,等 (6955)……………
福州酸雨区次生林中台湾相思与银合欢叶片的 12 种元素含量 郝兴华,洪摇 伟,吴承祯,等 (6964)…………
“雨花露冶水蜜桃主要害虫与其捕食性天敌的关系 柯摇 磊,施晓丽,邹运鼎,等 (6972)………………………
大兴安岭林区 10 小时时滞可燃物湿度的模拟 胡天宇,周广胜,贾丙瑞 (6984)…………………………………
陕北风沙区不同植被覆盖下的土壤养分特征 李文斌,李新平 (6991)……………………………………………
南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析 唐罗忠,葛晓敏,吴摇 麟,等 (7000)…………………………………
黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系 鱼腾飞,冯摇 起,刘摇 蔚,等 (7009)……………
树木胸径大小对树干液流变化格局的偏度和时滞效应 梅婷婷,赵摇 平,倪广艳,等 (7018)……………………
外来植物紫茎泽兰入侵对土壤理化性质及丛枝菌根真菌(AMF)群落的影响
于文清,刘万学,桂富荣,等 (7027)
…………………………………
……………………………………………………………………………
基于 Landsat TM的热带精细地物信息提取的模型与方法———以海南岛为例
王树东,张立福,陈小平,等 (7036)
…………………………………
……………………………………………………………………………
雪被去除对川西高山冷杉林冬季土壤水解酶活性的影响 杨玉莲,吴福忠,杨万勤,等 (7045)…………………
不同土壤水分处理对水稻光合特性及产量的影响 王唯逍,刘小军,田永超,等 (7053)…………………………
木蹄层孔菌不同居群间生长特性、木质素降解酶与 SRAP 标记遗传多样性
曹摇 宇,徐摇 晔,王秋玉 (7061)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
加拿大一枝黄花入侵对土壤动物群落结构的影响 陈摇 雯,李摇 涛,郑荣泉,等 (7072)…………………………
间作对玉米品质、产量及土壤微生物数量和酶活性的影响 张向前,黄国勤,卞新民,等 (7082)………………
接种 AM真菌对玉米和油菜种间竞争及土壤无机磷组分的影响 张宇亭,朱摇 敏,线岩相洼,等 (7091)………
大亚湾冬季不同粒级浮游生物的氮稳定同位素特征及其与生物量的关系
柯志新,黄良民,徐摇 军,等 (7102)
………………………………………
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太湖水华期间有毒和无毒微囊藻种群丰度的动态变化 李大命,叶琳琳,于摇 洋,等 (7109)……………………
锌胁迫对小球藻抗氧化酶和类金属硫蛋白的影响 杨摇 洪,黄志勇 (7117)………………………………………
基于国家生态足迹账户计算方法的福建省生态足迹研究 邱寿丰,朱摇 远 (7124)………………………………
能源活动 CO2 排放不同核算方法比较和减排策略选择 杨喜爱,崔胜辉,林剑艺,等 (7135)…………………
基于生境等价分析法的胶州湾围填海造地生态损害评估 李京梅刘铁鹰 (7146)………………………………
县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例 王红岩,高志海,李增元,等 (7156)……………………………
专论与综述
丛枝菌根提高宿主植物抗旱性分子机制研究进展 李摇 涛,杜摇 娟,郝志鹏,等 (7169)…………………………
城市土壤碳循环与碳固持研究综述 罗上华,毛齐正,马克明,等 (7177)…………………………………………
基于遥感的光合有效辐射吸收比率(FPAR)估算方法综述 董泰锋,蒙继华,吴炳方 (7190)…………………
光衰减及其相关环境因子对沉水植物生长影响研究进展 吴明丽,李叙勇 (7202)………………………………
浮游动物化学计量学稳态性特征研究进展 苏摇 强 (7213)………………………………………………………
研究简报
2010 年两个航次獐子岛海域浮游纤毛虫丰度和生物量 于摇 莹,张武昌,张光涛,等 (7220)…………………
基于熵值法的我国野生动物资源可持续发展研究 杨锡涛,周学红,张摇 伟 (7230)……………………………
残落物添加对农林复合系统土壤有机碳矿化和土壤微生物量的影响 王意锟,方升佐,田摇 野,等 (7239)……
人工湿地不同季节与单元之间根际微生物多样性 陈永华,吴晓芙,张珍妮,等 (7247)…………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*338*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄11
封面图说: 水杉农田防护林中的小麦熟了———水杉曾广泛分布于北半球,第四纪冰期以后,水杉属的其他种类全部灭绝,水杉
却在中国川、鄂、湘边境地带得以幸存,成为旷世奇珍,野生的水杉是国家一级保护植物。 由于水杉耐水,适应力强,
生长极为迅速,其树干通直挺拔,高大秀颀,树冠呈圆锥形,姿态优美,自发现后被人们在中国南方广泛种植,不仅成
为了湖边、道路两旁的绿化观赏植物,更成为了农田防护林的重要树种。 此图中整齐划一的水杉防护林像忠实的哨
兵一样,为苏北农村即将成熟的麦田站岗。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 22 期
2012 年 11 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 22
Nov. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30872013)
收稿日期:2011鄄10鄄11; 摇 摇 修订日期:2012鄄03鄄26
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: tangluozhong@ yahoo. com. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201110111498
唐罗忠,葛晓敏,吴麟,田野,魏勇.南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析.生态学报,2012,32(22):7000鄄7008.
Tang L Z, Ge X M, Wu L, Tian Y, Wei Y. Partitioning of autotrophic and heterotrophic soil respiration in southern type poplar plantations. Acta Ecologica
Sinica,2012,32(22):7000鄄7008.
南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析
唐罗忠*,葛晓敏,吴摇 麟,田摇 野,魏摇 勇
(南京林业大学森林资源与环境学院,南京摇 210037)
摘要:采用开沟隔离法,利用 LI鄄8100 型土壤呼吸测定系统,对 15 年生的南方型杨树(Populus deltoides)人工林土壤呼吸进行了
研究,并试图区分根系呼吸和土壤微生物呼吸。 结果表明,开沟隔离处理后的 10 个月内,由于土壤中被截断根系具有自养呼吸
和分解作用,土壤呼吸中的根系呼吸与微生物呼吸尚难以区分。 尽管如此,研究表明 15 年生杨树人工林的土壤总呼吸通量为
9. 74 tC·hm-2·a-1,其中,枯枝落叶等土壤表层凋落物分解所释放的碳通量是 2. 63 tC·hm-2·a-1,占总量的 27. 0% ;林木根系呼吸
与土壤微生物呼吸通量的和为 7. 11 tC·hm-2·a-1,占总量的 73. 0% 。 土壤各组分呼吸速率与 10 cm深处的土壤温度之间存在着
显著的指数函数关系。 不同直径的杨树根系被截断后的活力变化有所不同,根系越粗,存活时间越长。
关键词:杨树;人工林;土壤呼吸;根系呼吸
Partitioning of autotrophic and heterotrophic soil respiration in southern type
poplar plantations
TANG Luozhong*, GE Xiaomin, WU Lin, TIAN Ye, WEI Yong
College of Forest Resources and Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China
Abstract: Soil respiration in forests is an important part of the carbon cycle in terrestrial ecosystems. It primarily includes
respiration occurring in plant roots (autotrophic respiration) and in soil microbes (heterotrophic respiration) . The carbon
sources for autotrophic and heterotrophic respiration are different, and their contributions to total soil respiration may also be
different. Understanding the mechanisms of soil respiration require separating its component. Many studies have focused on
developing methods to separate the components of soil respiration, such as the root exclusion method, isotopic method, and
in situ root techniques although each method has some defects. The trenching method is generally considered effective and
can separate root and microbial contributions from total soil respiration in forested ecosystems. Poplar, one of the most
important timber species, also provides important ecological services. Currently, China has about seven million hectares of
poplar plantations, and it plays an important role in a supplying the country忆s timber demand. However, few published
reports can be found related to the characteristics of soil respiration. The contributions of root and microbial respiration to
the total soil respiration in poplar plantations remain unclear. In this paper, the components of soil respiration were
partitioned in a poplar ( Populus deltoides Bartr. cv. ‘ Lux爷) plantation using the trenching method with a LI鄄8100
automated CO2 flux system ( LI鄄COR, Inc. , Lincoln, NE, USA). The study was conducted at a 15鄄year鄄old poplar
plantation located at Siyang Farm, Siyang County, Jiangsu Province, China (33毅42忆N, 118毅09忆E). The trees averaged 30
cm diameter at breast height and 26 m tall.
In early January, 2009, experiments with three treatments and four repetitions were set up in this poplar plantation.
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The three treatments were designed as litter removal with trenching ( treatment A), litter removal without trenching
(treatment B), and a control( treatment C). Based on the trenching method theory, soil microbial respiration equaled soil
respiration from treatment A, while root respiration and litter respiration were obtained based on the difference in soil
respiration between treatments B and A and between treatments C and B, respectively. Soil respiration field observations
were conducted during the middle of January, March, May, June, July, August, September, October, and December, in
2009, using a LI鄄8100 automated CO2 flux system. Soil temperature at 10 cm depth was recorded hourly at a site using a
thermo recorder ( TR鄄71U, T & D Corporation, Japan). Root activity of four different root diameter classes was also
analyzed after cutting by TTC (2, 3, 5鄄triphenyltetrazolium chloride) reaction.
The results indicated soil respiration seasonally fluctuated, reaching a maximum in summer and a minimum in winter.
Treatment C obviously had the highest soil respiration of the three treatments, while treatments A and B were not distinctly
different during the first 9 months. Starting in the tenth month, treatment A had obviously lower soil respiration than
treatment B. These results show root and microbial respiration are difficult to separate in the first ten months after trenching
and the contribution of each could not be evaluated because the truncated roots still respired as they decomposed.
Also, the annual carbon dioxide efflux from the soil was 9. 74 tC·hm-2·a-1 in the 15鄄year鄄old poplar plantation,
divided as follows: 27. 0% for decomposition of the litter layer (2. 63 tC·hm-2·a-1 ) and 73. 0% for root鄄microbial
respiration (7. 11 tC·hm-2·a-1).
Soil respiration of each treatment was exponentially and significantly correlated to soil temperature at 10 cm deep. The
correlation coefficients of the regression equation were in the order of treatment A > treatment B > treatment C. The Q10
values of each treatment were calculated using the regression equations, and showed a similar order: 2. 94, 2. 69, and 2. 59
for treatments A, B, and C, respectively. The largest Q10 value of treatment A revealed microbial respiration might be more
sensitive to temperature than root respiration.
The truncated roots had different survival times depending on root diameter. After cutting, the activity of fine roots
(D<2 mm) diminished to 0 during the first month. Small (2 mm臆D<5 mm), medium鄄sized (5 mm臆D<10 mm), and
coarse roots (D>10 mm) showed the highest activity during the 2nd, 3rd, and 4th month after cutting. As the diameter
increased, roots obviously survived for longer periods.
Key Words: poplar; plantation; soil respiration; root respiration
森林生态系统在全球碳循环中起着十分重要的作用[1鄄5]。 近年来,随着气候异常现象的日益增多,森林
的碳汇等环境效应越来越受到重视[6鄄14]。
土壤是一个巨大的碳库,碳贮量约为 1400 Pg[15],而森林土壤碳贮量约占全球土壤碳库的 73% [16],在全
球碳循环中发挥着极其重要的作用[17]。 全球每年通过土壤呼吸向大气释放的碳约为 68 Pg,仅次于全球总初
级生产力,超过全球陆地生态系统的净初级生产力[18],是化石燃料燃烧释放的碳量的十多倍[19]。 所以,土壤
呼吸即使发生微小的变化,对全球碳循环,特别是对大气 CO2 浓度的变化将产生重大影响。 土壤呼吸是指未
扰动的土壤中产生 CO2 的所有代谢过程[20],包括 3 个生物学过程(植物根系呼吸、土壤微生物呼吸、土壤动物
呼吸)和一个化学氧化过程[21]。 土壤动物呼吸和化学氧化过程所释放的 CO2 往往较少,在实际测定中常常
被忽略。 所以,土壤呼吸可简单地划分为根系呼吸和土壤微生物呼吸,各呼吸所利用的碳源不同,对土壤呼吸
的贡献也有差异,对全球变化的作用和响应也不同。 区分土壤各组分呼吸并深入研究各组分呼吸的机理,已
经在世界范围内形成热点。
土壤呼吸组分的分离测定一直是个难点,国内外对此作了许多研究和总结[22鄄27]。 不同的方法具有各自
的优缺点。 国外开展相关研究比较早[28鄄36],近年来,我国研究者也陆续对森林以及草地生态系统进行了相关
研究,取得了一定成果[37鄄43]。 由于研究方法和研究对象不同,各研究结果不尽相同。 Hanson 等[22]对世界上
1007摇 22 期 摇 摇 摇 唐罗忠摇 等:南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析 摇
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相关的研究结果进行了总结,认为根系呼吸占土壤总呼吸的 10%—90% ,平均而言,森林植物的根系呼吸占
土壤总呼吸的 45. 8% ,非森林植物为 60. 4% 。 Rochette等[44]认为根排除法是区分土壤各组分呼吸的有效方
法,对于森林土壤系统尤为适宜。 Kuzyakov[23]从实用性和对土壤系统的扰动性两个方面对现有的方法进行
了综合评价认为,同位素标记法虽然对系统的扰动比较小,但是其实用性并不是最好的,相反,根排除法虽然
扰动大,实用性却很强。 根排除法中的开沟隔离法被认为是研究森林生态系统土壤呼吸组分的有效方法,在
实际研究中得到了广泛应用。
杨树是世界上重要的用材林树种和生态防护林树种,我国的杨树林面积达到了 700 万 hm2,为解决我国
的木材供需矛盾起到了巨大的作用,同时也为提高我国森林碳汇能力起到了积极的作用,但是有关杨树人工
林的土壤呼吸研究还十分匮乏,尚不能全面和深入地了解杨树人工林的碳循环特征。 本文采用开沟隔离法对
我国南方地区杨树人工林土壤呼吸进行了研究,旨在掌握土壤呼吸通量及其组成比例,为进一步研究杨树人
工林的碳循环规律及其对环境的响应提供依据。
1摇 研究地概况和研究方法
1. 1摇 研究地概况
研究地设在江苏省中北部黄淮海平原区的宿迁市泗阳农场(东经 118毅09忆,北纬 33毅42忆),属于季风半湿
润气候。 年均气温 14. 9 益,极端高温 40. 3 益,极端低温-22. 19 益;年均降水量 932. 4 mm,年均蒸发量
1490郾 3 mm,无霜期 221. 3 d,年均日照时数 2390. 3 h,有效积温 4569. 6 益。 土壤为黄河故道冲积沙壤土。 该
地区为南方型杨树的适宜分布区,也是我国南方型杨树最早的引种试验区和栽培示范区。
试验林选择 15 年生的南方型杨树 I鄄69 杨(Populus deltoides Bartr. cv. ‘Lux爷)人工林,林木株行距为 5m伊
7 m,造林成活率和保存率均在 95%以上,平均胸径和平均树高分别为 30 cm和 26 m,郁闭度达 0. 9 以上。
1. 2摇 研究方法
2009 年 1 月初,在杨树试验林中设定 A、B、C 3 种处理区。 A 区:开沟切根且去除凋落物处理区,选择 4
块面积各为 1. 5 m伊1. 5 m的正方形样方,在样方四周小心挖沟,沟宽 20 cm,深 80 cm,四周设置塑料板,以阻
止外部根系的侵入,回填土壤,小心除去样方内的地表凋落物,并罩上直径约 1 m、高度约 30 cm的尼龙网罩,
以防止凋落物掉入;B区:去凋落物处理区,面积为 1. 5 m伊1. 5 m,重复 4 次,不作开沟切根处理,去除地表凋
落物后罩上尼龙网罩;C区:对照处理区,保持原样,不作开沟切根处理,保留地表凋落物层,面积 1. 5 m伊1. 5
m,重复 4 次。
设置土壤温度自动记录仪(Thermo Recorder TR鄄71U, T & D Corporation, Japan),每隔 1 h自动记录 1 次
10 cm深处的土壤温度。 在每个处理区地表各设置 1 个土壤圈,分别于当年的 1、3、5、6、7、8、9、10、12 月中旬
的某 1 天,采用 LI鄄8100 开路式土壤碳通量测量系统(LI鄄COR Inc. , Lincoln, NE, USA)对不同处理下的土壤
呼吸速率进行测定。 分析土壤呼吸速率与土壤温度的关系,通过土壤呼吸速率与土壤温度的指数回归方程计
算各处理区的土壤年呼吸通量。
为了明确杨树根系被切断后的生理活性,4 月中旬挖掘试验林中的杨树根系,采用氯化三苯基四氮唑
(TTC)法分别测定根径为 0—2 mm的细根、2—5 mm的小根、5—10 mm的中根和 10 mm以上的粗根的活力,
其中细根活力包含木质部,其他根径的根系活力不包含木质部(即测定根皮和韧皮部的活力);同时采用网袋
法(孔径为 0. 1 mm左右的尼龙网)将已知重量、不同直径的新鲜根系分别与 50 倍于鲜根重量的土壤混合后
分别埋在重新设置的开沟断根样方 10 cm深的土壤中,每隔 1 个月每种根径样品各收取 3 份,拣出根系后洗
净,称重并测定其活力。
1. 3摇 数据处理方法
应用 Microsoft Excel 2003 和 SPSS 13. 0 软件对数据进行处理,采用单因素方差分析法检验不同处理之间
数据的差异性。
2007 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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2摇 结果与分析
2. 1摇 不同处理条件下杨树人工林土壤呼吸速率的动态变化
摇 摇 由图 1 可以看出,A 处理(开沟断根且去凋落物)、B 处理(去凋落物)和 C 处理(对照)3 种处理的土壤
CO2 释放速率具有明显的季节变化规律,其中,夏季最高,春季和秋季次之,冬季最低。 C 处理的土壤 CO2 释
放速率明显高于 A处理和 B处理,而 A处理和 B处理之间在试验开始后的 1—9月份没有明显差异,10 月之
后,A处理的土壤 CO2 释放速率明显小于 B处理。 表明 A处理根系在试验早期可能处于存活状态,仍然进行
自养呼吸,这与南方型杨树 I鄄 69 杨具有明显的无性繁殖特性有关。 一定时期后,A 处理的根系虽然死亡,但
是死根作为土壤有机物被微生物分解,土壤的异养呼吸增强,因而在 12 个月的试验中,A、B 两种处理的土壤
CO2 释放速率的差异总体上不显著。 所以,采用开沟隔离法分别测定南方型杨树人工林土壤呼吸中的根系呼
吸和土壤微生物呼吸时,应该在断根处理之后经过较长时间的分解平衡才可能减少断根的影响。
2. 2摇 地温动态变化
由图 2 可知,虽然有一定的波动性,但是 10 cm 深处的土壤温度具有明显的季节变化规律,6—9月的地
温主要在 20—30 益之间,4、5 月和 10 月的地温主要在 10—20 益之间,11—2月的地温基本上在 10 益以下。
地温的年变化规律与图 1 的各处理土壤 CO2 释放速率的年变化规律相似,表明土壤呼吸速率受温度的影响。
图 1摇 不同处理下的土壤呼吸速率
Fig. 1摇 Rates of soil respirations in different treatments
图 2摇 10 cm深处的土壤温度动态变化
Fig. 2摇 Dynamics of soil temperature at 10 cm depth
2. 3摇 不同处理区土壤呼吸速率与地温的关系
结果表明(图 3),A(开沟断根且去凋落物处理)、B(去凋落物处理)和 C(对照处理)3 种处理的土壤呼吸
速率与 10 cm深处的土壤温度之间存在着极显著(P<0. 01)的指数函数关系,其中,A处理的土壤呼吸速率与
土壤温度之间的指数函数方程拟合效果最佳(P<0. 001),其次为 B处理(P<0. 01),C处理的拟合效果虽然较
差,但也达到了极显著水平(P<0. 01)。 凋落物层的呼吸速率(C 处理与 B 处理的土壤呼吸之差)与土壤温度
的相关关系比较弱(P<0. 05)。 其原因主要是:A处理的土壤呼吸主要来源于矿质土壤中的微生物呼吸,其呼
吸强度与土温关系密切;B处理的土壤呼吸一方面来自于矿质土壤中的微生物呼吸,另一方面来源于活的树
根呼吸,树根呼吸强度不仅与土温有关,它也受控于树体地上部分的生理活性,因而影响因素较多;C 处理区
由于地表存在大量的凋落物,凋落物分解时释放 CO2 的速度虽然受到土壤温度的影响,但是与气温的变动也
有密切关系,同时,凋落物的含水量变化比较剧烈,所以,采用 10 cm深处的土壤温度拟合对照区土壤呼吸速
率和凋落物呼吸速率,其效果相对较差。
2. 4摇 不同处理条件下土壤的年呼吸通量
根据拟合方程(图 3)以及地温的年变化数据(图 2)可以计算不同组分的土壤年呼吸通量,结果(表 1)表
明,A处理的土壤年呼吸通量为 6. 83 tC·hm-2·a-1,B 处理的土壤年呼吸通量为 7. 11 tC·hm-2·a-1,两者相差无
几。 正如前文所述,这是由于开沟断根处理后所经历的时间较短,被截断的根系存在自养呼吸和异养呼吸
3007摇 22 期 摇 摇 摇 唐罗忠摇 等:南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析 摇
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图 3摇 不同处理下的土壤呼吸速率与土壤温度的相关关系
Fig. 3摇 Relationships between soil respiration rates and soil temperature in different treatments
(分解),导致 A处理土壤呼吸通量与 B 处理之间没有明显差异(表 1)。 C 处理的土壤年呼吸通量为 9. 74
tC·hm-2·a-1,将 C处理与 B处理相减即可得到凋落物层的呼吸通量为 2. 63 tC·hm-2·a-1。
根据图 3 中的拟合方程也可以计算不同处理区土壤呼吸速率的 Q10 值(温度提高 10益后土壤 CO2 释放
速率与温度未提高时的土壤 CO2 释放速率的比值,见表 1),其中,A 处理为 2. 94,B 处理为 2. 69,C 处理为
2郾 59,凋落物层为 2. 37。
表 1摇 不同处理下的土壤年呼吸通量(平均值依标准差)及其组成比例和 Q10 值
Table 1摇 Annual flux of soil respiration(mean依SD), percent of components and its Q10 values
A处理
A treatment
B处理
B treatment
凋落物层
Litter floor
C处理
C treatment
年呼吸通量 Annual flux / ( tC·hm-2·a-1) 6. 83依0. 99 b 7. 11依0. 92 b 2. 63依0. 42 c 9. 74依1. 26 a
比例 Percent / % 70. 1 73. 0 27. 0 100. 0
Q10 2. 94 2. 69 2. 37 2. 59
摇 摇 A处理:开沟断根且去凋落物;B处理:去凋落物;C处理:对照; 同一行数据后不同字母表示差异达到 0. 05 显著水平
2. 5摇 杨树根系活力的动态变化
为了明确杨树根系被切断后的生理活性及其对土壤呼吸的影响,从 4 月份开始对杨树不同径阶根系进行
4007 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 4摇 不同直径的杨树根系活力动态变化
Fig. 4摇 Dynamics of poplar roots activities in different diameter
了 6 个月的活力动态测定试验,结果(图 4)表明,细根
(根径<2 mm)的活力呈下降趋势,埋入土壤 2 个月后,
其活力近似于 0;其他径阶的根系活力均有上升阶段,
其中,小根(根径 2—5 mm)被埋入土壤 2 个月时的活力
最高,之后迅速下降;中根(根径 5—10 mm)被埋入土
壤 3 个月时的活力最高;粗根(根径>10 mm)活力在 4
个月时最高。 由此可见,土壤中的杨树根系被切断之
后,能够存活一段时间,尤其是直径较粗的根系能够维
持较长时间的活力;较粗的根系被切断之后,其活力有
一个上升的过程,这可能与其在死亡之前,新陈代谢加
剧,呼吸作用增强有关。
研究结果还表明,经过 6 个月的埋根处理,直径小
于 2 mm的杨树细根重量减少了 30%左右;直径在 2—5 mm的根系重量减少了 20%左右;直径大于 5 mm的
根系重量减少了 5%以下。
3摇 结论与讨论
15 年生的南方型杨树人工林(I鄄69 杨)土壤的 CO2 释放通量为 9. 74 tC·hm
-2·a-1,这一结果高于相似纬度
的其他森林的平均值[2,45],也高于低湿地条件下的 10 年生相同树种 I鄄 69 杨人工林[46],但是与江苏沿海地区
20 年生的毛白杨(Populus tomentosa)成熟林相当[47]。 所以,不同树种、不同立地、不同年龄阶段的人工林土壤
呼吸通量存在一定差异。 南方型杨树属于速生丰产性树种,林木生长快,根系发达,凋落物多,这些因子都有
利于土壤呼吸速率的增加和呼吸通量的增大。 当然,在特殊的立地条件下[46],如地下水位偏高、土壤粘重而
板结等,易导致林木生长减缓,且不利于土壤呼吸。
开沟隔离法是通过挖壕沟并用隔离板阻止样地外部根系侵入,将对照区与处理区的土壤呼吸之差作为根
系呼吸[24鄄25,27]。 这一方法可以应用在不同的生态系统中。 河原辉彦[28]利用该法测得 15 年生的日本赤松
(Pinus densiflora)和 5 年生的日本柳杉(Cryptomeria japonica)的根系呼吸分别占土壤总呼吸的 20%和 40% ;
Bowden等人[32]利用该法对温带阔叶混交林进行测定知,根系呼吸占土壤总呼吸的 33%—49% 。 Lavigne 等
人[48]通过此法研究胶冷杉(Abies balsamea)林时发现土壤呼吸对温度的依赖性主要受根呼吸的影响,这与
Boone等人[49]通过相同方法对根系呼吸的研究结果相似。 近年来,国内也有一些学者采用开沟隔离法对我国
东北和南方地区的林木根系呼吸进行了研究[38鄄40,42鄄43,50],其结果存在一定的差别。
开沟隔离法与根移出法相比,对土壤的扰动较小,但残留在样地中的根系会死亡分解,从而使根呼吸的估
计值偏低[24]。 再则,与根系移出法一样,开沟隔离法也容易导致土壤湿度上升而使结果的准确性降低,因为
切根以后,根系与地上部分隔断,土壤水分不能被树木吸收和蒸腾[23]。 Ewel等人[51]认为,根切断几个月后再
测 CO2 释放量,并定期检查样方中的根生物量可以减少因根系分解产生的误差,并得到湿地松(Pinus elliottii)
根呼吸占土壤总呼吸的比例是:9 年生为 51% ,29 年生为 62% 。 Lee 等[36]采用此法,并根据根系的分解速率
修正处理区土壤呼吸,从而估计出日本中部山区栎树林根系呼吸占土壤总呼吸的 27%—71% 。
本研究结果表明,南方型杨树(I鄄 69 杨)人工林断根处理后 10 个月,其土壤呼吸速率与未断根处理区的
土壤呼吸速率相比没有明显差异,其原因可以被认为是,开沟断根处理区根系在断根处理早期处于存活状态
(由图 4 可以表明),能进行自养呼吸,因为 I鄄 69 杨具有明显的无性繁殖特性,被截断的根能在较长时间内保
持存活状态;之后,开沟断根处理区的根系虽然死亡,但是死根作为土壤有机物被微生物分解,土壤的异养呼
吸增强,因而导致断根处理与未断根处理之间在近 1 年内,土壤呼吸通量差异并不显著。 所以,采用开沟隔离
法测定南方型杨树人工林土壤呼吸中的根系呼吸和土壤微生物呼吸时,建议在开沟断根处理后需要经过较长
时间(近 1 年)的分解和平衡,这样才能减少断根的自养呼吸和异养呼吸所造成的影响。 所以就本研究而言,
5007摇 22 期 摇 摇 摇 唐罗忠摇 等:南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析 摇
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要精确区分林木根系呼吸和土壤微生物呼吸,还需要更长时间的试验观测。
土壤呼吸速率 ( CO2 释放速度)的大小受多种因素的影响,其中土壤温度被认为是重要的影响因
素[6,8,18,49,52鄄53]。 正如图 3 所示,CO2 释放速率与土壤温度之间呈明显的指数函数关系。 本研究地土壤呼吸速
率的 Q10 值在 2. 5 至 3. 0 之间,这一结果处于其他研究(Q10 =2—4) [18,49,52]的中间值状态。 当然,在本研究中,
不同处理之间的 Q10 值存在一定差异,其中 A处理(开沟断根且去凋落物处理)的 Q10 值最大,表明其呼吸速
率受温度的影响较大,所以,与杨树根系呼吸相比,土壤微生物呼吸对温度的敏感性可能更强。 当然,关于根
系的自养呼吸和土壤微生物的异养呼吸的温度敏感性问题十分复杂,至今尚没有定论[54]。 由于土壤呼吸速
率与温度之间存在指数相关关系,因此不难想象,当地球温暖化时期真正到来的时候,土壤中的有机物可能会
被加速分解,从而进一步提高大气 CO2 浓度,加剧地球温暖化[53]。
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8007 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 22 November,2012(Semimonthly)
CONTENTS
The combined effects of elevated CO2 and elevated temperature on proliferation of cyanophage PP
NIU Xiaoying,CHENG Kai,RONG Qianqian,et al (6917)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Precipitation pattern of desert steppe in Inner Mongolia, Sunite Left Banner: 1956—2009 CHEN Jun, WANG Yuhui (6925)………
Emergy and economic evaluations of two sewage treatment systems LI Min, ZHANG Xiaohong, LI Yuanwei, et al (6936)…………
Individual spatial pattern and spatial association of Stipa krylovii population in Alpine Degraded Grassland
ZHAO Chengzhang, REN Heng (6946)
……………………………
……………………………………………………………………………………………
Litter characteristics of nutrient and stoichiometry for Phyllostachys praecox over soil鄄surface mulching
LIU Yadi, FAN Shaohui, CAI Chunju, et al (6955)
………………………………
………………………………………………………………………………
Characteristics of leaf element concentrations of twelve nutrients in Acacia confusa and Leucaena glauca in secondary forests of
acid rain region in Fuzhou HAO Xinghua, HONG Wei, WU Chengzhen,et al (6964)……………………………………………
Relationships between main insect pests and their predatory natural enemies in “Yuhualu冶 juicy peach orchard
KE Lei, SHI Xiaoli, ZOU Yunding, et al (6972)
………………………
…………………………………………………………………………………
Simulating 10鄄hour time鄄lag fuel moisture in Daxinganling HU Tianyu, ZHOU Guangsheng,JIA Bingrui (6984)………………………
Soil nutrient characteristics under different vegetations in the windy and sandy region of northern Shaanxi
LI Wenbin, LI Xinping (6991)
……………………………
………………………………………………………………………………………………………
Partitioning of autotrophic and heterotrophic soil respiration in southern type poplar plantations
TANG Luozhong, GE Xiaomin, WU Lin, et al (7000)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Soil water and salinity in response to water deliveries and the relationship with plant growth at the lower reaches of Heihe River,
Northwestern China YU Tengfei, FENG Qi, LIU Wei,et al (7009)………………………………………………………………
Effect of stem diameter at breast height on skewness of sap flow pattern and time lag
MEI Tingting, ZHAO Ping, NI Guangyan, et al (7018)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………
Invasion of exotic Ageratina adenophora Sprengel. alters soil physical and chemical characteristics and arbuscular mycorrhizal
fungus community YU Wenqing, LIU Wanxue, GUI Furong, et al (7027)………………………………………………………
Models and methods for information extraction of complex ground objects based on LandSat TM images of Hainan Island, China
WANG Shudong, ZHANG Lifu, CHEN Xiaoping, et al (7036)
……
……………………………………………………………………
Effects of snow pack removal on soil hydrolase enzyme activities in an alpine Abies faxoniana forest of western Sichuan
YANG Yulian, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (7045)
………………
………………………………………………………………………
Effects of different soil water treatments on photosynthetic characteristics and grain yield in rice
WANG Weixiao, LIU Xiaojun, TIAN Yongchao, et al (7053)
………………………………………
……………………………………………………………………
Growth characteristics, lignin degradation enzyme and genetic diversity of Fomes fomentarius by SRAP marker among populations
CAO Yu, XU Ye, WANG Qiuyu (7061)
…
……………………………………………………………………………………………
Effects of the invasion by Solidago canadensis L. on the community structure of soil animals
CHEN Wen, LI Tao, ZHENG Rongquan, et al (7072)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of intercropping on quality and yield of maize grain, microorganism quantity, and enzyme activities in soils
ZHANG Xiangqian,HUANG Guoqin, BIAN Xinmin, et al (7082)
…………………
…………………………………………………………………
Influence of mycorrhizal inoculation on competition between plant species and inorganic phosphate forms
ZHANG Yuting, ZHU Min, XIAN Yanxiangwa, et al (7091)
……………………………
………………………………………………………………………
The stable nitrogen isotope of size鄄fractioned plankton and its relationship with biomass during winter in Daya Bay
KE Zhixin, HUNG Liangmin, XU Jun, et al (7102)
…………………
………………………………………………………………………………
Dynamics of toxic and non鄄toxic Microcystis spp. during bloom in the large shallow hypereutrophic Lake Taihu
LI Daming, YE Linlin,YU Yang, et al (7109)
………………………
……………………………………………………………………………………
Activities of antioxidant enzymes and Zn鄄MT鄄like proteins induced in Chlorella vulgaris exposed to Zn2+
YANG Hong, HUANG Zhiyong (7117)
………………………………
………………………………………………………………………………………………
Ecological footprint in fujian based on calculation methodology for the national footprint accounts
QIU Shoufeng, ZHU Yuan (7124)
……………………………………
…………………………………………………………………………………………………
The comparison of CO2 emission accounting methods for energy use and mitigation strategy: a case study of China
YANG Xiai, CUI Shenghui, LIN Jianyi,et al (7135)
…………………
………………………………………………………………………………
Ecological damage assessment of jiaozhou bay reclamation based on habitat equivalency analysis LI Jingmei, LIU Tieying (7146)…
The value assessment of county鄄level ecological assets: a case in Fengning County, Hebei Province
WANG Hongyan,GAO Zhihai,LI Zengyuan,et al (7156)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
Molecular basis for enhancement of plant drought tolerance by arbuscular mycorrhizal symbiosis: a mini鄄review
LI Tao, DU Juan, HAO Zhipeng, et al (7169)
………………………
……………………………………………………………………………………
A review of carbon cycling and sequestration in urban soils LUO Shanghua, MAO Qizheng, MA Keming, et al (7177)……………
overview on methods of deriving fraction of absorbed photosynthetically active radiation (FPAR) using remote sensing
DONG Taifeng, MENG Jihua, WU Bingfang (7190)
………………
………………………………………………………………………………
Research progress on influencing of light attenuation and the associated environmental factors on the growth of submersed aquatic
vegetation WU Mingli, LI Xuyong (7202)…………………………………………………………………………………………
The framework of stoichiometry homeostasis in zooplankton elemental composition SU Qiang (7213)…………………………………
Scientific Note
Abundance and biomass of planktonic ciliates in the sea area around Zhangzi Island, Northern Yellow Sea in July and August
2010 YU Ying, ZHANG Wuchang, ZHANG Guangtao, et al (7220)……………………………………………………………
Research of wildlife resources sustainable development based on entropy method in China
YANG Xitao,ZHOU Xuehong,ZHANG Wei (7230)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
Influence of residue composition and addition frequencies on carbon mineralization and microbial biomass in the soils of agroforestry
systems WANG Yikun,FANG Shengzuo,TIAN Ye,et al (7239)……………………………………………………………………
Seasonal changes in microbial diversity in different cells of a wetland system constructed for municipal sewage treatment
CHEN Yonghua, WU Xiaofu, ZHANG Zhenni,et al (7247)
……………
………………………………………………………………………
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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第 32 卷摇 第 22 期摇 (2012 年 11 月)
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Vol郾 32摇 No郾 22 (November, 2012)
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