模擬土壤增溫對杉木幼苗生長影響研究初報

林廷武，劉小飛，林偉盛，熊德成，胥 超，林成芳，陳仕東，楊玉盛

(濕潤亞熱帶山地生態(tài)國家重點實驗室培育基地，福州350007)

IPCC第4次評估指出，到21世紀(jì)末，全球平均氣溫將升高1.1～6.4℃，氣候變暖將對陸地植物的生長產(chǎn)生重要而深遠的影響［1］。研究表明，氣候變暖對溫帶森林物候節(jié)律具有誘導(dǎo)作用，使植物生長提前、休眠推遲從而增加生態(tài)系統(tǒng)碳吸存［2-3］，同時也會改變草本植物的群落組成［4］，甚至降低種子的萌芽率［5］。與寒帶和溫帶物種不同，熱帶和亞熱帶地區(qū)物種生長區(qū)域溫度季節(jié)性變化小、氣候條件相對穩(wěn)定［6］。因此，熱帶、亞熱帶植物對溫度適應(yīng)范圍相對較窄，從而限制了植物對氣候變化的適應(yīng)潛力［7-8］。有限的研究表明，熱帶地區(qū)氣候變暖將降低植物的最大光合作用速率，而且對成熟樹木的影響大于藤本植物［9］，甚至有些植物出現(xiàn)頂端枯死或死亡現(xiàn)象［10-11］。杉木是中國南方地區(qū)的主要人工造林樹種，栽培歷史悠久，其面積占中國人工林面積的21.35%［12］。因此，采用土壤增溫方法探討杉木的生長對未來氣候變暖的響應(yīng)，可為中國杉木人工林經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗地概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

［13］。

1.2 實驗處理與內(nèi)容

實驗小區(qū)面積2 m×2 m，設(shè)增溫 (W)與對照 (CK)2種處理，每種處理5個重復(fù)。2013年10月在小區(qū)地表10 cm深處安裝加熱電纜，平行布設(shè)，間距20 cm;2013年11月種植杉木幼苗，每個小區(qū)種植4棵杉木苗，每棵杉木幼苗分別距小區(qū)邊緣50 cm處，種植在2條電纜 (20 cm)中間處，分別標(biāo)號標(biāo)記;2014年3月31日進行觀測 (3月份開始增溫)，土壤增溫幅度為5±0.5℃。

地徑每月月底 (30或31號)觀測1次，樹高、側(cè)枝 (選取一條側(cè)枝)生長量每月10、20和30號(或31號)觀測1次，換算成年、日生長率。采用數(shù)據(jù)時間為2014-03-31—2014-08-31。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS17.0的One-Way ANOVA檢驗不同處理間地徑、樹高和側(cè)枝生長量的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤增溫對溫度與含水量的影響

土壤增溫條件下，不同時期增溫樣地土壤溫度均高于對照，W均溫為31.57℃，CK為26.33℃，溫差5.24℃，達到預(yù)期效果 (圖1a);W處理土壤含水率為20.39%，與CK相比W處理土壤含水量降低17.7%(圖1b)。

2.2 土壤增溫對杉木長勢的影響

3—6月土壤增溫促使杉木林下植被生長速率加快;7—8月受高溫影響，土壤增溫土壤含水率降低 (圖1b)，土壤有機質(zhì)分解速率和養(yǎng)分受到限制，杉木無法得到足夠的水分和養(yǎng)分，從而影響杉木生長并發(fā)生杉木葉片變黃現(xiàn)象，杉木生長速率變慢，生產(chǎn)力降低 (圖2)。

2.3 增溫對杉木地徑生長的影響

由圖3a可知，整個觀測期間CK與W處理地徑日均生長量兩者之間無顯著差異 (CK為2.12 mm·d－1，W為1.96 mm·d－1)，但在不同時期CK與W處理間日均生長速率并不相同。4—6月份每月地徑日均生長量無顯著差異，7—8月份W處理地徑日均生長量分別為2.57 mm·d－1和 2.24 mm·d－1，與 CK 相比W處理地徑日均生長量分別降低20.4%和30.5%。圖3b中看出，3—8月W與CK地徑總生長量無顯著差異。

圖1 土壤增溫與對照溫度、含水率變化Figure 1 Soil temperature and moisture changes caused by warming

圖2 增溫與對照生長情況Figure 2 The growth comparison of warming and control

圖3 增溫與對照地徑生長量變化Figure 3 Ground diameter changes caused by warming

2.4 增溫對杉木樹高生長的影響

由圖4a可知，整個觀測期間CK與W處理杉木樹高生長趨勢基本一致，并且日均樹高生長量無顯著差異 (CK為0.72 cm·d－1，W為0.71 cm·d－1)。2種處理杉木生長在4月底 (W:1.25 cm·d－1，CK:1.19 cm·d－1)和7月底 (W:1.31cm·d－1，CK:1.64 cm·d－1)2個時間段出現(xiàn)生長小高峰。在不同時間段CK與W處理日均生長速率并不相同，7月20日、7月31日、8月10日、8月31日W處理日均生長值分別為 0.54 cm·d－1、1.31 cm·d－1、0.36 cm·d－1、0.60 cm·d－1，與 CK相比 W生長量分別降低 53.6%、20.0%、48.6%、54.8%。圖4b中看出，3月31日—7月20日W與CK樹高總生長量一致，而7月31日—8月31日CK生長量高于W，與CK相比W總生長量降低11.58%，但差異不顯著。

圖4 增溫與對照樹高生長量變化Figure 4 Height changes caused by warming

2.5 增溫對杉木側(cè)枝生長的影響

由圖5a可知，觀測期間(4—8月)CK與W處理杉木側(cè)枝生長趨勢基本一致，并且日均樹高生長量無顯著差異(CK 為 0.42 cm·d－1，W 為0.31 cm·d－1)。2種處理在5月 初 (CK:1.51 cm · d－1，W:1.29 cm·d－1)生長速率較快，出現(xiàn)小高峰。在不同時期，2種處理日均生長速率并不相同，6月20號W處理日均生長速率為0.96 cm·d－1，與CK相比，W生長速率提高64.6%。6月 30號、7月 20日、7月31日、8月31日 W處理日均生長速率分別為0.27 cm · d－1、0.11 cm · d－1、0.33 cm·d－1、0.04 cm·d－1，與CK相比，W處理生長速率分別降低 58.3%、76.6%、21.7%、89.5%。圖5b可知，3月—8月CK與W總生長量無顯著差異。

圖5 增溫與對照側(cè)枝生長量變化Figure 5 Lateral branch changes caused by warming

3 小結(jié)

土壤增溫改變了杉木生長節(jié)律，甚至使杉木葉片變黃。土壤增溫5個月之后杉木地徑日均生長速率降低20.4% ～30.5%，顯著低于CK處理;CK處理杉木樹高日均生長速率為0.36～1.31 cm·d－1，與CK相比，W使杉木樹高日均生長速率降低20.0%～54.8%;杉木側(cè)枝生長在5月底CK和W處理均出現(xiàn)生長小高峰，至7月份開始，W處理杉木側(cè)枝日均生長速率為0.04～0.33 cm·d－1，比CK處理生長速率低21.7%～89.5%。因此，在未來氣候變暖背景下，亞熱帶地區(qū)杉木人工林生長可能會受到限制，降低杉木生長速率，進而降低杉木生產(chǎn)力，降低杉木人工林碳匯能力。

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