全 文 ：中国生态农业学报 2014年 11月 第 22卷 第 11期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Nov. 2014, 22(11): 1318−1325


* 中国科学院战略性先导科技专项项目(XDA05060600)资助
** 通讯作者: 张万军, 主要研究方向为山地生态系统水、碳循环与农业可持续发展。E-mail: zhangwj@sjziam.ac.cn
赵昕, 主要研究方向为山地生态系统碳汇过程。E-mail: zhaoxin8779@163.com
收稿日期: 2014−04−16 接受日期: 2014−08−05
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.140458
针阔树种人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献*
赵 昕 1,2 张万军 1** 沈会涛 1 艾治频 1,2 廉诗启 3 刘长柏 3
(1. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/中国科学院农业水资源重点实验室/河北省节水农业重点实验室
石家庄 050022; 2. 中国科学院大学 北京 100049; 3. 丰宁满族自治县林业局 丰宁 068350)
摘 要 了解地表凋落物呼吸对陆地生态系统碳循环研究具有重要意义。为了研究针阔树种地表凋落物对土
壤呼吸的贡献, 本文在京津风沙源地区选择林龄为 10年的油松、杨树人工林, 设置去除凋落物(no litter, NL)、
覆盖凋落物(cover litter, CL)和自然状态(control, C)3种处理, 利用 Li-6400-09土壤呼吸测定系统对土壤呼吸速
率以及地表 5 cm 土壤温度、土壤湿度进行观测。结果表明: 1)凋落物的去除与覆盖显著改变土壤呼吸速率
(P<0.05), 油松、杨树人工林 3种处理土壤呼吸速率年均值(μmol⋅m−2⋅s−1)分别为 2.28、2.81、2.55和 2.13、2.62、
2.32, 均为CL>C>NL(P<0.05); 2)土壤呼吸对环境因子的响应产生地表凋落物贡献的季节性差异, 土壤呼吸速率
与地表 5 cm土壤温度呈显著指数正相关关系(R2=0.54~0.88, P<0.05), 但与地表 5 cm土壤湿度不存在相关关系,
油松和杨树 CL、NL、C 3种处理土壤呼吸的温度敏感性指数 Q10值分别为 1.97、1.90、2.25和 2.79、2.61、2.93,
大小趋势均为 NL者相差不大。本研究可为京津风沙源地区针阔树种人工林演替初期土壤呼吸组分研究、碳汇功能估算提供参考。
关键词 京津风沙源地区 人工林 地表凋落物 土壤呼吸 油松 杨树
中图分类号: S154 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)11-1318-08
Contributions of aboveground litter to soil respiration in coniferous
and deciduous plantations
ZHAO Xin1,2, ZHANG Wanjun1, SHEN Huitao1, AI Zhipin1,2, LIAN Shiqi3, LIU Changbai3
(1. Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences/
Key Laboratory of Agricultural Water Resources, Chinese Academy of Sciences/Hebei Key Laboratory of Water-saving Agriculture,
Shijiazhuang 050022, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Forestry Bureau of Fengning
Man Autonomous County, Fengning 068350, China)
Abstract Aboveground litter is of great importance in the study of carbon cycle in terrestrial ecosystem. However, current
understandings of the contribution of aboveground litter to soil respiration are far too limited. In order to investigate the degree of
contribution of aboveground litter to soil respiration, three treatments of non-litter (NL), cover litter (CL) and the control (C, natural
litter cover) were set up in ten-year old Pinus tabulaeform and Populus plantations in Beijing-Tianjin sandstorm source area. Each
treatment was replicated three times in galvanized sheet irons of size of 40 cm × 40 cm × 9 cm, 4 cm of which was above ground
surface. Polyvinyl chloride (PVC) collars (with 10 cm inside diameter) were installed in each plot for soil respiration measurements.
The field experiments were conducted from March 2013 to November 2013 and measurements taken only on days without
precipitation and/or high winds to minimize equipment damage and measurement error. Soil respiration rates (Rs) were measured
approximately once a month during the period of the experiment using Li-6400 portable CO2 infrared gas analyzer (IRGA) equipped
with Li-6400-09 chamber (Li-COR IC., LiColn, NE, USA). Rs was continuously measured in three cycles at each collar and the three
measurements averaged for the collar mean. Soil temperature was monitored simultaneously along soil respiration using a
thermocouple penetration probe inserted in the soil to the depth of 5 cm in the vicinity of the respiration chamber. Soil moisture in the
top soil layer (0–5 cm) was monitored using the oven-dry method. Results showed that soil respiration was significantly different
第 11期 赵 昕等: 针阔树种人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献 1319


among different treatments (P < 0.05). The mean soil respiration rates (Rs, μmol·m−2·s−1) under P. tabulaeform and Populus
plantations in the NL, CL, C treatments were respectively 2.28, 2.81, 2.55, and 2.13, 2.62, 2.32., indicating that CL > C > NL. Soil
respiration was positively correlated with soil temperature at 5 cm soil depth (R2 = 0.54 to 0.88, P < 0.05), but not with soil moisture
at 5 cm soil depth. The order of sensitivity to temperature of soil respiration (Q10) was NL < CL < C. The contribution rates of
aboveground litter to soil respiration under P. tabulaeform and Populus plantations were 20.78% and 20.75%, respectively,
suggesting little difference in litter contribution to soil respiration between P. tabulaeform and Populus. The results of the study could
have significant implications for future study on soil respiration and the estimation of carbon sequestration of young coniferous and
deciduous plantations in the Beijing-Tianjin sandstorm source area.
Keywords Beijing-Tianjin sandstorm source area; Plantation; Aboveground litter; Soil respiration; Pinus tabulaeform;
Populus
(Received Apr. 16, 2014; accepted Aug. 5, 2014)
土壤呼吸作为土壤碳的主要输出途径, 是全球
碳循环的重要过程[1]。据 Raich和 Schlesinger[2]估算,
全球陆地生态系统土壤呼吸年释放 CO2量为 68 Gt,
约为化石燃料等工业源燃烧释放 CO2量的 10倍[3]。
土壤呼吸的来源包括根系呼吸、土壤有机质呼吸和
凋落物呼吸, 其中, 凋落物连接着地上植被和地下
土壤, 是土壤呼吸地上碳源的重要组成部分。研究
表明, 地上 50%~90%的植被净初级生产力通过凋落
物转到土壤中, 凋落物分解释放碳量对土壤释放碳
量的平均贡献率为 33%[2,4]。
近年来, 有关凋落物与土壤呼吸之间关系的研
究不断增多。Davidson 等[5]整合多样地多年数据建
立回归方程模拟凋落物碳量和土壤呼吸数量关系 ,
发现土壤呼吸释放碳量大约是凋落物碳量的 3 倍;
Vasconcelos 等[6]、Sayer 等[7]、Zimmermann 等[8]、
Prévost-Bouré等[9]分别在热带再生林、热带低地林、
热带山地多雾林、温带橡树(Quercus palustris)/角树
(Broussonetia papyrifera)天然混交林研究了凋落物
与土壤呼吸样地年内季节或日动态关系, 但多为接
近稳定状态的成熟林, 缺乏幼林龄土壤呼吸和凋落
物之间的定量关系[1,10]。研究方法上, 一般采用碳稳
定同位素法 [1,9,11]和去除凋落物方法 [6−8], 后者较为
普遍, 但多数方法未控制凋落物输入, 而凋落物的
输入是一个动态过程, 不控制凋落物的初始输入量,
就为估算地表凋落物对土壤呼吸的贡献提供了不确
定性。研究对象上, 目前的研究主要集中在天然林
凋落物对土壤呼吸的贡献上[12], 而人工林同天然林
一样对全球碳源有重要影响[10,13]。
油松(Pinus tabulaeformis)和杨树(Populus)为京
津风沙源地区典型的造林植被, 分别是针阔树种的
代表, 发挥着防风固沙、涵养水源的生态功能。基
于此, 本研究在京津风沙源工程造林地区选择与工
程造林年限(10 年)相等的油松、杨树人工林为研究
对象, 设置凋落物试验框, 人工控制初始凋落物量
并测定凋落物呼吸和土壤呼吸, 以期量化并比较针
阔树种人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献, 探讨
地表凋落物对土壤呼吸贡献的季节变异性, 这将有
助于理解人工林演替初期地上碳源对土壤呼吸的贡
献, 为评估工程造林的固碳效果及造林树种的选择
提供科学参考。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区位于京津风沙源工程区内的河北省丰宁
满族自治县(41°38′N, 116°38′E), 平均海拔 660 m。
属温带大陆性季风气候, 年均气温 7.6 ℃, 最冷月
为 1 月, 平均气温−11.6 ℃, 最热月为 7 月, 平均气
温 23.2 ℃, 年均日照时数 2 812.1 h, 年平均蒸发量
1 872.2 mm, 年均相对湿度 51%, 年平均降水量
430.3 mm, 且多集中在 6—8月份, 雨季降水量占全
年的 67.0%。土壤呈地带性分布, 高原为黄土, 山地
为棕壤、褐土; 植物种类丰富。样地基本情况如表 1
所示。
设定 0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、
表 1 样地基本情况描述
Table 1 Description of the experimental sites
植被类型
Forest type
林龄
Stand age
(a)
经纬度
Longitude
& latitude
海拔
Elevation
(m)
郁闭度
Canopy
density (%)
平均树高
Average height
(m)
平均胸径
Average diameter at
breast height (cm)
凋落物层厚度
Litter layer thickness
(cm)
油松
Pinus tabulaeformis
10 N 41°08′ E 116°42′ 790.3 65 2.8 5.59 2.5
杨树
Populus
10 N 41°09′ E 116°43′ 673.5 70 19.8 12.00 2.0
1320 中国生态农业学报 2014 第 22卷


60~100 cm 5个层次采集土壤样品, 每一土层 3个重
复, 样品带回实验室风干、研磨、过筛, 进行理化性
质测定。重铬酸钾氧化法测定土壤全碳含量, 半微
量凯氏定氮法测定土壤全氮含量, 酸溶钼锑抗比色
法测定土壤全磷含量, 环刀法测定土壤容重。样地
土壤理化特性如表 2所示。
表 2 样地土壤理化特性
Table 2 Soil physical and chemical properties of the experimental sites
植被类型
Forest type
全碳
Total C (mg⋅g−1)
全氮
Total N (mg⋅g−1)
全磷
Total P (mg⋅g−1)
土壤容重
Soil bulk density (g⋅cm−3)
土壤类型
Soil type
油松 Pinus tabulaeformis 4.63 0.49 0.34 1.60
杨树 Populus 6.84 0.54 0.67 1.18
棕壤
Brown soil
基本理化性质为 0~1 m土层土壤的性质, 所给数据为平均值。Values of soil physical and chemical properties are the average of the 0−1 m soil
layer properties.

1.2 试验设计
2013年 3月, 选择林龄同为 10年的针叶树种油
松、阔叶树种杨树人工林, 设置 20 m×20 m标准样
地进行凋落物定量控制试验 , 设置去除凋落物(no
litter, NL)、覆盖凋落物(cover litter, CL)和自然状态
(control, C)3个处理。为减小根系对试验产生的影响,
在样地中央选择距离相邻两列乔木相等的中心地带
设置试验框, 每个处理为 1个试验框小区, 3个重复。
小区试验框材质为镀锌铁皮, 大小为 40 cm×40 cm,
高 9 cm, 地上高度约 4 cm。框内安装直径为 10 cm
的 PVC (polyvinyl chloride)管。
去除凋落物 (NL)处理 : 首先将试验框内的灌
丛、草本等植物、原来的凋落物及腐殖质层清除, 框
上覆孔径为 2 mm×1.5 mm的尼龙网防止新凋落物进
入小区内。
覆盖凋落物(CL)处理: 3月为凋落物累积的全年
高峰, 首先测量出林地内凋落物层厚度, 获得单位
面积凋落物的重量, 收集凋落物、烘干并分成等量
的 3份凋落物, 油松每份 35.5 g, 杨树每份 40 g, 分
别平铺在已经清除凋落物、腐殖质层、灌丛、草本
等植物的试验框内, 厚度同林地内凋落物层厚度一
致, 试验框覆孔径为 2 mm×1.5 mm的尼龙网防止新
凋落物进入小区内。
自然状态(C)处理: 即试验框内允许凋落物进入
和吹走。
1.3 环境因子测定
2013年 4—11月, 利用 Li-6400-09(土壤呼吸室)
连接到 Li-6400 便携式 CO2/H2O 分析系统(Li-COR
IC., LiColn, NE, USA)于每月上旬选定晴朗无风日
于 9:00—11:00 测定不同处理下的土壤呼吸速率。
测定时, 将土壤呼吸室置于事先设置好的 PVC 管
上。土壤呼吸室与 PVC 管接口处有一泡沫圈以保
证系统的密闭性。同时, 利用 Li-6400-09的土壤温度
探针测定土壤 5 cm的温度, 用烘干法测定土壤 5 cm
湿度。
1.4 数据分析
1.4.1 累积土壤呼吸估算
每日土壤呼吸(CO2-C排放量)的计算公式为:
63600 24 12 10i siD R
−= × × × × (1)
式中 : iD 为每日土壤呼吸[g(C)⋅m−2], siR 为每日土
壤呼吸速率(μmol⋅m−2⋅s−1), 12 为 CO2-C 的摩尔质量
(g⋅mol−1), 3 600、24和 10−6均为换算系数。每日土
壤呼吸累积得累积土壤呼吸。
1.4.2 地表凋落物对土壤呼吸贡献的估算
凋落物呼吸: 假设覆盖凋落物与去除凋落物处理
土壤环境一致, 利用二者差值计算累积凋落物呼吸:
LR CL NL= − (2)
式中: LR为累积的凋落物土壤呼吸[g(C)⋅m−2], CL为
累积的凋落物覆盖的土壤呼吸[g(C)⋅m−2], NL为累积
的去除凋落物的土壤呼吸[g(C)⋅m−2]。
凋落物对土壤呼吸贡献率计算公式为:
LRLC 100%C= × (3)
式中: LC 为地表凋落物对土壤呼吸的贡献, C为自
然状态处理的累积土壤呼吸[g(C)⋅m−2]。
1.4.3 数据统计分析
运用 SPSS 16.0中重复测量方差(repeated measures
ANOVA)进行方差分析 , 比较不同凋落物处理下土
壤温度、湿度、土壤呼吸季节变化 (α=0.05)。用
Sigmaplot 10.0软件作图。土壤呼吸与温度之间关系
采用指数模型[14]: ebTy a= , 式中, y为土壤呼吸速
率, T 为土壤温度, a是温度为 0 ℃时的土壤呼吸
速率[14], b为温度反应系数。温度敏感性系数 10Q 值
通过 1010 e bQ = 确定[15], 式中, b同上式。
2 结果与分析
2.1 地表凋落物对土壤温度和土壤湿度的影响
由图 1a、1b可知, 油松、杨树人工林各自不同
处理的土壤温度不存在显著性差异(P>0.05)。油松、
杨树人工林去除凋落物、覆盖凋落物与自然状态 3
种处理之间 5 cm土壤温度随季节变化逐渐升高, 在
第 11期 赵 昕等: 针阔树种人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献 1321


7月或 8月达到峰值, 随后开始降低。油松 3种处理
的 5 cm 土壤温度最大值分别出现在 7 月、7 月、8
月, 最小值均出现在 4月; 杨树 3种处理的 5 cm土
壤温度最大值、最小值均出现在 8月和 4月。
由图 1c、1d可知, 油松、杨树人工林各自不同
处理的土壤湿度均存在显著性差异(P<0.05), 油松
人工林去除凋落物、覆盖凋落物、自然状态 3 种处
理土壤湿度的均值分别为 9.04%、10.42%、10.08%,
杨树人工林以上 3 种处理土壤湿度的均值分别为
10.50%、11.42%、11.13%, 且均表现出 NL趋势。两个树种人工林 3 种处理的土壤湿度最大值
均出现在 8 月份, 最小值均出现在 4 月份。土壤湿
度随着季节变化同样呈现出先升高后降低的趋势 ,
滞后于土壤温度峰值出现的时间。

图 1 油松(a, c)、杨树(b, d)人工林 3种凋落物处理 5 cm土壤温度(a, b)、土壤湿度(c, d)的季节变化(平均值±标准误, n=3)
Fig. 1 Seasonal variations of soil temperature (a, b), soil moisture (c, d) at 5 cm depth of three treatments in Pinus tabulaeform
(a, c) and Populus (b, d) plantations (mean ± SE, n = 3)
NL: 去除凋落物处理; CL: 覆盖凋落物处理; C: 自然状态。下同。NL: no litter treatment; CL: cover litter treatment; C: control
(natural condition). The same below.

2.2 地表凋落物对土壤呼吸的影响
由图 2 可知, 油松、杨树人工林去除凋落物、
覆盖凋落物、自然状态 3 种处理下土壤呼吸速率呈
现单峰型曲线的季节变化特征且 3 种处理均为
NL落物、覆盖凋落物、自然状态 3 种处理土壤呼吸速
率的均值(μmol⋅m−2⋅s−1)分别为 2.28、2.81、2.55, 杨
树以上 3 种处理土壤呼吸速率的均值(μmol⋅m−2⋅s−1)
分别为 2.13、2.62、2.32; 3 种处理均表现出油松高
于杨树。
2.3 地表土壤呼吸对土壤温度、土壤湿度的响应
土壤呼吸的变化对环境因子有着较高的敏感性,
因此不同处理的土壤呼吸速率对不同环境因子的响
应不同。由图 3a、b可知, 油松、杨树 3种处理土壤
呼吸速率与地表 5 cm 土壤温度呈现指数相关关系
(R2=0.538 4~0.875 3), 且达到显著水平(P<0.05), 每
个处理的回归方程见表 3。油松和杨树 CL、NL、C
3 种处理土壤呼吸的温度敏感性指数 Q10 值分别为
1.97、1.90、2.25 和 2.79、2.61、2.93, 大小趋势均
为 NL土壤呼吸速率与 5 cm 土壤湿度相关关系并不显著
(P>0.05)。
2.4 地表凋落物对土壤呼吸的贡献
油松、杨树人工林凋落物呼吸表现出单峰曲线的
季节变化特征(图 4)。油松林凋落物呼吸速率在 7月份
达到最大值, 为1.15 μmol⋅m−2⋅s−1, 最小值0.11 μmol⋅m−2⋅s−1,
1322 中国生态农业学报 2014 第 22卷



图 2 油松(a)、杨树(b)人工林 3种凋落物处理土壤呼吸速率季节变化(平均值±标准误, n=3)
Fig. 2 Seasonal variations of soil respiration rates (Rs) under three treatments in Pinus tabulaeform (a) and Populus (b)
plantations (mean ± SE, n = 3)

图 3 油松(a, c)、杨树(b, d)人工林 3种凋落物处理土壤呼吸速率与 5 cm土壤温度(a, b)、5 cm土壤湿度(c, d)的关系
Fig. 3 Relationship between soil respiration rates and soil temperature (a, b) and soil moisture (c, d) at 5 cm soil depth under three
treatments in Pinus tabulaeform (a, c) and Populus (b, d) plantation
表 3 油松、杨树人工林 3种凋落物处理土壤呼吸速率与 5 cm土壤温度的回归方程
Table 3 Regression equations of soil respiration rates and soil temperature at 5 cm depth under three treatments in Pinus
tabulaeform and Populus plantations
植被类型 Forest type 处理 Treatment 方程 Regression equation R2 P Q10
NL 0.067 10.8543e Ty = 0.61 <0.05 1.97
CL 0.064 21.1240e Ty = 0.54 <0.05 1.90
油松
Pinus tabulaeformis
C 0.081 30.7907e Ty = 0.66 <0.05 2.25
NL 0.102 70.4227e Ty = 0.87 <0.05 2.79
CL 0.09590.5901e Ty = 0.88 <0.05 2.61
杨树
Populus
C 0.107 60.5732e Ty = 0.84 <0.05 2.93
第 11期 赵 昕等: 针阔树种人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献 1323


出现在 4 月份。杨树林凋落物呼吸速率的最大值
1.22 μmol⋅m−2⋅s−1, 出现在 8 月份, 最小值同样出现
在 4月份, 为 0.11 μmol⋅m−2⋅s−1。油松、杨树人工林
凋落物呼吸峰值出现的时间不一致, 原因在于 8 月
降水量低于常年, 水分降低及缺乏凋落物覆盖增温
保湿抑制了杨树去除凋落物土壤呼吸速率。
地表凋落物对土壤呼吸贡献的季节动态方面 ,
油松、杨树人工林在初始 4 月份较高 , 分别为
32.99%、19.66%, 油松林在高温多雨的 7 月份重新
达到一个高值 25.16%, 之后开始下降。杨树林在高
温多雨的 8 月份(27.17%)开始升高, 到 11 月份达到
最大值 34.85%。
如表 4, 油松林累积凋落物和土壤呼吸分别为
134.56 g(C)⋅m−2、647.61 g(C)⋅m−2, 杨树林累积凋落物
和土壤呼吸分别为 122.43 g(C)⋅m−2、590.14 g(C)⋅m−2。
地表凋落物对土壤呼吸的贡献 , 油松、杨树分别
为 20.78%、20.75%, 油松林略高于杨树林, 但相差
不大。

图 4 油松(a)、杨树(b)人工林凋落物呼吸及其对土壤呼吸贡献的动态变化(平均值±标准误, n=3)
Fig. 4 Seasonal variations of litter respiration and the contribution to soil respiration in Pinus tabulaeform (a) and
Populus (b) plantation (mean ± SE, n=3)
表 4 油松、杨树人工林累积凋落物呼吸、土壤呼吸及凋落物对土壤呼吸的贡献
Table 4 Accumulated litter respiration, soil respiration and litter respiration contribution to soil respiration in Pinus
tabulaeform (a) and Populus (b) plantation
植被类型
Forest type
累积凋落物呼吸
Accumulated litter respiration
[g(C)⋅m−2]
累积土壤呼吸
Accumulated soil respiration
[g(C)⋅m−2]
贡献
Contribution
(%)
油松 Pinus tabulaeformis 134.56 ± 4.77a 647.61 ±17.94a 20.78
杨树 Populus 122.43 ± 3.98b 590.14 ± 16.75b 20.75
同列不同字母表示在 0.05水平差异显著。Different small letters in the same column mean significant different at 0.05 level.

3 讨论
3.1 地表凋落物对土壤呼吸贡献的季节性变异
地表凋落物对土壤呼吸贡献的季节性变异是土
壤呼吸与环境因子相互作用的结果。地表凋落物充
当了保持土壤温度、减少土壤蒸发的保护层[13], 改
变了土壤温度、土壤湿度, 进而对土壤呼吸产生影
响[16]。土壤呼吸对此环境因子产生相应响应, 即土
壤呼吸速率与土壤温度呈显著正相关关系, 温度敏
感性 Q10 值也表明, 去除和覆盖凋落物减小了土壤
表层日温差[17], 从而降低了土壤呼吸对温度的敏感
性, 这与 Boone 等[18]研究中去除和加倍凋落物 Q10
值 3.1、3.4小于自然状态 Q10值 3.5的结果一致。杨
树 Q10 值总体较油松大, 因此其土壤呼吸速率与温
度相关性更高。土壤呼吸对于土壤湿度的响应当土
壤水分含量小于或接近 20%, 土壤呼吸受其影响很
大[19]。本试验油松、杨树人工林的平均土壤湿度分
别为 9.85%、11.02%, 均小于 20%, 虽然土壤呼吸速
率与土壤湿度在数理统计上并无相关关系, 但凋落
物显著改变了土壤湿度, 因此土壤湿度对土壤呼吸
产生重要影响。土壤温度、湿度的共同作用导致土
壤呼吸速率季节性变异[20], 夏季较其他季节水热条
件好, 植物根系和土壤微生物生长活性最大, 因此
土壤呼吸速率最高[21]。另一方面, 凋落物是地上植
被转到地下碳库的重要碳源 , 作为潜在的“激发效
应”为土壤添加了不稳定基质, 刺激土壤有机物矿化[22],
且凋落物在分解过程中为土壤提供了更多的碳, 因
此土壤呼吸速率增大。
3.2 针阔树种地表凋落物对土壤呼吸贡献比较
针阔树种地表凋落物对土壤呼吸的贡献不同。
本试验中, 油松、杨树的累积土壤呼吸分别为 647.61
g(C)⋅m−2、590.14 g(C)⋅m−2, 累积凋落物呼吸分别为
1324 中国生态农业学报 2014 第 22卷


134.56 g(C)⋅m−2、122.43 g(C)⋅m−2, 二者相差不大, 但
油松较杨树累积土壤呼吸、累积凋落物呼吸分别高
9.97%、9.91%, 这与 Raich 和 Tufekcioglu[23]观测到
相邻立地条件下阔叶林的土壤呼吸高于针叶林、
Wang 等[24]对黑龙江 6 种温带森林土壤呼吸研究中
阔叶林土壤呼吸显著高于针叶林的结果不同, 这可
能是由于油松较杨树落叶早而较早积累凋落物, 形
成的凋落物层厚, 有利于更多微生物定居进行分解,
从而促进土壤呼吸速率增加; 且研究表明, 针叶树
种不仅适于高品质凋落物生存, 而且适于低品质凋
落物生存, 而阔叶树种仅适于高品质凋落物生存[4];
也可能因为京津风沙源地区, 土壤含水量低, 速生
树种杨树需水较多, 水分的缺乏在一定程度上限制
了土壤呼吸。在温带森林, 针阔树种凋落物对土壤呼
吸的贡献存在很大变异, 从 2%到 20%不等[9]。本试验
油松人工林和杨树人工林凋落物呼吸对土壤呼吸的
贡献分别为 20.78%和 20.75%, 略高于 Sulzman 等[16]
在美国俄勒冈针叶林测量的 19%, 但低于 Atarashi-
Andoh 等[25]对日本相同纬度温带阔叶林 23%~39%
的研究结果, 这可能是因为该地区的年降水量约为
本研究区的 3 倍, 水分成为限制凋落物分解的因素,
同时土壤呼吸速率在低土壤水分条件下对温度不敏
感[26], 因此制约了杨树的土壤呼吸。
4 结论
油松和杨树分别为京津风沙源地区发挥生态效
应的针叶、阔叶树种的代表, 本文探讨了针阔树种
地表凋落物对土壤呼吸贡献的季节性变异及针阔树
种地表凋落物对土壤呼吸贡献的比较, 精确估算了
针阔树种 10 年幼龄人工林凋落物对土壤呼吸的贡
献, 得到以下结论:
1)凋落物的去除与覆盖显著改变了土壤呼吸速
率(P<0.05), 油松、杨树人工林 NL、CL和 C 3种处
理土壤呼吸速率年均值均为 CL>C>NL, 且差异显
著(P<0.05)。
2)土壤呼吸对环境因子的响应产生地表凋落物
贡献的季节性差异, 土壤呼吸速率与地表 5 cm土壤温
度呈现显著指数正相关关系(R2=0.54~0.88, P<0.05),
但与地表 5 cm土壤湿度不存在相关关系。
3)油松林、杨树林地表凋落物对土壤呼吸的贡
献分别为 20.78%和 20.75%, 二者贡献相差不大。
试验结果为京津风沙源地区针阔树种土壤呼吸
组分研究、人工林幼龄期碳汇功能估算等提供数据
支持, 也为该地区固碳效果评估、生态环境治理、
树种选择提供科学方案。但是地表凋落物对土壤呼
吸的贡献是一个很复杂的生物学过程, 是通过多种
直接和间接的贡献途径实现[27], 因此其贡献机理将
是未来研究的重点。
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