改變碳輸入對南亞熱帶海岸沙地典型天然次生林土壤呼吸的影響

高偉，葉功富，黃志群，陳智勇，余再鵬，岳新建，陳夢瑤

(1.濕潤亞熱帶山地生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，350007，福州；2.福建師范大學(xué)地理研究所，350007 ，福州； 3.濕潤亞熱帶生態(tài)地理過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，350007，福州；4.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，350012，福州； 5.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，350001，福州)

改變碳輸入對南亞熱帶海岸沙地典型天然次生林土壤呼吸的影響

高偉1，2，4，葉功富4，黃志群1，2,3?，陳智勇5，余再鵬1，2,3，岳新建5，陳夢瑤5

(1.濕潤亞熱帶山地生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，350007，福州；2.福建師范大學(xué)地理研究所，350007 ，福州； 3.濕潤亞熱帶生態(tài)地理過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，350007，福州；4.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，350012，福州； 5.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，350001，福州)

土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的一個重要過程，開展環(huán)境因子和改變碳輸入對土壤呼吸影響的研究具有重要意義。2015年3月—2016年2月，在南亞熱帶海岸沙地典型天然次生林中設(shè)置去除根系、去除凋落物、加倍凋落物和對照4種處理，采用LI-8100連續(xù)觀測改變碳輸入對土壤呼吸的影響。結(jié)果表明：改變碳輸入沒有顯著影響10cm土壤溫度和濕度(P>0.05)；不同處理土壤呼吸速率存在明顯的季節(jié)變化，表現(xiàn)為夏高冬低，最大值出現(xiàn)在5月或者6月，最小值出現(xiàn)在11月或12月；土壤呼吸速率的年均值為加倍凋落物>對照>去除根系>去除凋落物，不同改變碳輸入方式均降低了土壤呼吸的Q10值；礦質(zhì)土壤呼吸、凋落物呼吸和根系呼吸對土壤總呼吸的貢獻(xiàn)分別為41.24%、43.29%和15.45%；不同處理土壤呼吸速率分別與土壤溫度和濕度呈顯著的指數(shù)和線性正相關(guān)(P<0.05)，雙因子模型能解釋土壤呼吸變異的45%～69%；改變碳輸入影響土壤可溶性有機(jī)碳和微生物生物量碳，不同處理土壤呼吸速率與可溶性有機(jī)碳和微生物生物量碳呈正相關(guān)。因此，改變碳輸入引起土壤易變碳的變化進(jìn)而影響土壤呼吸。

南亞熱帶； 沙質(zhì)海岸； 天然次生林； 土壤呼吸； 碳輸入；Q10值

大氣中CO2濃度的升高及由其可能引發(fā)的全球氣候變化已經(jīng)引起世界性的關(guān)注，使陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)成為全球性的研究熱點(diǎn)[1-3]。在全球2萬5 000億t的土壤碳庫中，有1萬5 500億t為土壤有機(jī)碳(SOC)，9 500億t為土壤無機(jī)碳(SIC)，土壤碳庫是大氣碳庫(7 600億t)的3.3倍和植物碳庫(5 600億t)的4.5倍[2]。土壤有機(jī)碳可在土壤中停留的時間超過1 000年，因此土壤可提供巨大的碳匯以抵消化石燃料燃燒而導(dǎo)致的CO2排放，造林是增加植被層和土壤層碳封存的有效措施[3]。作為陸地向大氣輸出CO2的主要途徑，土壤呼吸是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分[4]，由土壤呼吸引起的CO2釋放被認(rèn)為是全球碳循環(huán)的最大通量之一，土壤呼吸速率的微小波動都會顯著影響大氣中的CO2濃度[5]。

土壤呼吸主要包括根系呼吸、土壤微生物和土壤動物的呼吸以及含碳礦物質(zhì)的化學(xué)氧化作用。凋落物是土壤呼吸地上部分的主要碳源[6]，其數(shù)量和質(zhì)量可以顯著影響表層土壤碳底物的有效性，從而限制土壤呼吸[7]。有研究指出，植物地上部分的凋落物量與土壤呼吸密切相關(guān)[8]，改變凋落物輸入可以顯著改變土壤的CO2通量[9]。凋落物輸入增加可能引起“激發(fā)效應(yīng)”從而加速土壤中固有有機(jī)碳的礦化，致使土壤碳釋放增強(qiáng)[10]。此外，改變凋落物輸入還可影響土壤表層細(xì)根的分布[11]，進(jìn)而改變根系分泌物以影響土壤呼吸速率。根系是將植物光合產(chǎn)物輸送到地下土壤的主要途徑，大量研究表明，去除根系可以顯著降低土壤呼吸速率[6，12]。根呼吸是全球碳平衡的重要組分，其對土壤總呼吸的貢獻(xiàn)率為5%～84%，大多數(shù)研究集中在30%～40%[13]。

南亞熱帶海岸沙地是我國沿海地區(qū)典型生態(tài)脆弱帶，受臺風(fēng)、風(fēng)暴潮以及旱澇交替等災(zāi)害性天氣危害嚴(yán)重[14]，以鄉(xiāng)土樹種潺槁木姜子(Litseaglutinosa(Lour.) C. B. Rob.)為建群種的天然次生林是南亞熱帶海岸沙地廣泛分布的典型植被類型[15]，其樹種組成豐富，生物多樣性高，具有重要的基因價值和碳匯功能，同時相對木麻黃(CasuarinaequisetifoliaForst.)等人工林，其生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，對于應(yīng)對區(qū)域上的生態(tài)系統(tǒng)波動具有重要意義。目前，關(guān)于南亞熱帶海岸沙地土壤呼吸的研究多集中在根系[16]和林齡[17]對木麻黃土壤呼吸的影響，對其他植被類型土壤呼吸特征的研究尚少見報道，海岸沙地上地帶性植被的土壤呼吸對改變凋落物和根系等碳源輸入的響應(yīng)機(jī)制尚不明確?；诖?，筆者研究改變土壤碳輸入對海岸沙地天然次生林土壤呼吸的影響，探討其土壤碳釋放的變化規(guī)律及主要影響因子，以期為海岸沙地土壤碳庫管理和科學(xué)評價其碳循環(huán)過程提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省東山縣赤山國有防護(hù)林場(E 117°24′22.17″，N 23°38′21.22″)，該場位于福建省東南部，臺灣海峽西岸，屬于南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，1月份平均氣溫13.1 ℃，7月份平均氣溫27.3 ℃，多年平均氣溫為20.8 ℃，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，終年無霜凍，多年平均降水1 103.8 mm。土壤主要有磚紅壤性紅壤，水稻土，風(fēng)沙土和鹽堿土4類。海岸沙地現(xiàn)存植被大部分以木麻黃純林為主，林下植被較少，植物組成簡單，少部分為木麻黃與相思類、濕地松、桉樹類樹種的塊狀或帶狀混交林及以鄉(xiāng)土常綠闊葉樹種為建群種的天然次生林[18]。

2 材料與方法

2.1 樣地設(shè)置

選擇林場附近的一片天然次生林作為土壤呼吸的監(jiān)測樣地，該林分物種豐富，受干擾程度較小，樣地內(nèi)主要喬木優(yōu)勢樹種為潺槁木姜子和樸樹(CeltissinensisPers.)，重要值分別為133.62和63.68，灌木種有毛果算盤子(GlochidioneriocarpumChamp. ex Benth.)、豺皮樟(LitsearotundifoliaHemsl. var. oblongifolia (Nees) Allen)、土蜜樹(BrideliatomentosaBl.)、鱔藤(Anodendronaffine(Hook. et Arn.) Druce)等，主要草本為沿階草(Ophiopogonbodinieri)和藎草(Arthraxonhispidus(Thunb.) Makino)，郁閉度0.9以上。2014年12月選取林內(nèi)保存較好的地段建立4個20 m×20 m的監(jiān)測小區(qū)，每個小區(qū)間隔10 m緩沖帶，土壤為風(fēng)積沙土，土層厚度>100 cm，枯落物層3～6 cm，樣地布設(shè)完畢后采集樣地表層土壤進(jìn)行理化性質(zhì)測定(表1)。

圖1 研究期間平均溫度和平均降水量Fig.1 Monthly mean air temperature and cumulative precipitation and during the experimental period

在每個小區(qū)中各設(shè)置4個2 m×2 m的次小區(qū)進(jìn)行4種實(shí)驗(yàn)處理，處理1(去除根系)：采用挖壕溝法切斷根系，壕溝深度≥1 m，并在壕溝內(nèi)垂直鋪設(shè)2層100目的尼龍網(wǎng)阻斷外圍根系向次小區(qū)內(nèi)生長；處理2(去除凋落物)：將次小區(qū)內(nèi)的地上凋落物全部移走，并在次小區(qū)上方30～50 cm處鋪設(shè)一張面積為2 m×2 m，孔徑為1 mm的尼龍網(wǎng)，阻隔凋落物；處理3(加倍凋落物)：將處理2中移走的凋落物均勻的撒在本次小區(qū)內(nèi)，之后每月將處理2中尼龍網(wǎng)的凋落物均勻撒在本次小區(qū)內(nèi)；處理4(對照)：不做處理。在每個次小區(qū)中間位置埋設(shè)1個內(nèi)徑20.0 cm、高6 cm的PVC土壤環(huán)，平放壓入土中3 cm，整個測量期內(nèi)土壤環(huán)位置保持不變。

表1 天然次生林林分特征及表層(0～10 cm)土壤性質(zhì)

注：表中數(shù)字為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。Note: Data in table are mean ± standard deviation.

2.2 土壤呼吸速率及溫濕度測定

從2015年3月開始(切斷根系3個月后)，采用LI-8100土壤碳通量測量系統(tǒng)(Li-Cor Inc.，Lincoln，NE，USA)進(jìn)行土壤呼吸速率的監(jiān)測，每個月下旬選擇晴朗無雨的天氣測量土壤呼吸，測定時間為08:30—11:30[19]，每個土壤環(huán)測量時間為2 min，在測定土壤呼吸的同時，采用數(shù)字瞬時溫度計和時域反射儀(TDR)測定土壤環(huán)附近10 cm土壤溫度和0～10 cm土壤體積含水量，并用烘干法對土壤含水率進(jìn)行校正，實(shí)驗(yàn)于2016年2月結(jié)束，共測量12次。

2.3 土壤可溶性有機(jī)碳測定

土壤呼吸測定結(jié)束后，分別在每種處理的次小區(qū)中沿對角線選擇10個點(diǎn)采集0～10 cm土壤，混合后帶回實(shí)驗(yàn)室測定土壤可溶性有機(jī)碳DOC以及微生物生物量碳MBC。DOC采用冷水浸提，MBC采用氯仿熏蒸—硫酸鉀浸提，不同浸提液采用總有機(jī)碳分析儀(TOC-VCPH/CPN analyzer，日本)測定有機(jī)碳含量。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

在SPSS 18.0中進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，在方差分析的基礎(chǔ)上采用Duncan法多重比較檢驗(yàn)不同處理間土壤呼吸速率、土壤溫度、土壤濕度等的差異性。

Rr=R4-R1。RL=R4-R2；Rm=R1+R2-R4。

式中：Rr為根系呼吸速率；RL為凋落物呼吸速率；Rm為礦質(zhì)土壤呼吸速率(包括微生物呼吸和土壤有機(jī)質(zhì)分解)；R1為去除根系處理的土壤呼吸速率；R2為去除凋落物處理的土壤呼吸速率；R4為對照處理土壤呼吸速率。單位均為μmol·m-2·s-1。

分別采用線性和非線性回歸分析建立土壤呼吸與土壤溫度、土壤濕度之間的關(guān)系模型：

Rs=aW+b；Rs=aebθ；Rs=a(θ×W)+b；
Rs=a+bθ+cW；Rs=aθbWc；Rs=aebθWc。

式中：θ為10 cm土壤溫度，℃；W為10 cm土壤濕度，%；a、b、c為待定參數(shù)；土壤呼吸溫度敏感系數(shù)Q10值=e10b，b為模型Rs=aebθ中的溫度系數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 改變碳輸入對土壤溫度、濕度的影響

觀測期內(nèi)，不同處理間表層土壤溫度均為夏高冬低，存在顯著的季節(jié)變化，高溫期為5—9月，9月之后，土壤溫度逐漸降低，于翌年2月降到最低，之后逐漸回升。一年中，不同處理間10 cm土壤溫度的平均值均為21.3 ℃左右，不同處理間土壤溫度無顯著差異(P>0.05，表2和圖2a)。

不同處理間表層土壤濕度也存在顯著的季節(jié)變化，干濕季明顯。一年中，不同處理土壤含水率峰期為4—6月，最高值均出現(xiàn)在5月，7—11月土壤含水率較低。不同處理土壤含水率的年均值均在5%左右，不同處理間無顯著差異(P>0.05，表2和圖2b)。

表2 不同處理10 cm土壤溫度、10 cm土壤濕度及土壤呼吸速率年均值多重比較

注：表中不同字母表示在α=0.05水平差異顯著。

Note: Different letters indicate significant difference among treatments(α=0.05)

圖2 不同處理10 cm土壤溫度和0～10 cm土壤濕度變化動態(tài)Fig.2 Dynamics of soil temperature and soil moisture at 10 cm depth with different treatments

3.2 改變碳輸入對土壤呼吸速率的影響

不同處理的土壤呼吸速率存在顯著的季節(jié)變化，基本規(guī)律為夏季高、冬季低。一年中，土壤呼吸的峰值出現(xiàn)在5月或者6月，谷值出現(xiàn)在11月或12月。不同處理土壤呼吸速率的年均值為加倍凋落物(5.72±2.68 μmol·m-2·s-1)>對照(4.66±2.63 μmol·m-2·s-1)>去除根系(3.94±1.89 μmol·m-2·s-1)>去除凋落物(2.64±0.97 μmol·m-2·s-1)，去除凋落物的土壤呼吸速率顯著小于其他處理(P<0.05，表2和圖3)。

圖3 天然次生林不同處理土壤呼吸速率變化動態(tài)Fig.3 Dynamic changes of soil respiration rate with differenttreatments in natural secondary forest

3.3 不同處理土壤呼吸速率變化幅度

改變碳輸入顯著影響土壤呼吸速率(圖4)。去除根系處理的土壤呼吸速率比對照年平均降低12.27%，除首次測量土壤呼吸高于對照外，其他月份土壤呼吸速率均低于對照，變化幅度最大值出現(xiàn)在5月，比對照降低27.79%，最小值出現(xiàn)在11月，比對照降低4.24%；去除凋落物處理的土壤呼吸速率比對照年平均降低38.05%，最大值出現(xiàn)在6月，比對照降低58.47%，最小值出現(xiàn)在11月，比對照降低20.79%；加倍凋落物處理的土壤呼吸速率比對照年平均增加27.64%，最大值出現(xiàn)在翌年1月，比對照增加67.62%，最小值出現(xiàn)在5月，比對照增加4.22%。

監(jiān)測期內(nèi)，天然次生林礦質(zhì)土壤呼吸速率、凋落物呼吸速率和根系呼吸速率的平均值分別為1.92±0.47、2.02±1.7和0.72±0.78 μmol·m-2·s-1，三者對土壤總呼吸的貢獻(xiàn)率分別為41.24%、43.29%和15.45%。

圖4 天然次生林不同處理土壤呼吸速率變化幅度Fig.4 Range percent of soil respiration rate with different treatment in natural secondary forest

3.4 土壤呼吸速率與溫濕度的關(guān)系

回歸分析表明，不同處理的土壤呼吸速率與10 cm土壤溫度之間存在顯著的指數(shù)相關(guān)關(guān)系，且與土壤濕度存在顯著的正相關(guān)(P<0.01，表3)。10 cm土壤濕度可解釋土壤呼吸變異的19%～33%，10 cm土壤溫度可解釋土壤呼吸變異的20%～52%，不同處理均降低了土壤呼吸的溫度敏感性(Q10)，去除根系、去除凋落物、加倍凋落物和對照的Q10值分別為1.58、1.55、1.52和1.77。

采用多元線性和非線性回歸方程建立土壤呼吸與土壤溫度、土壤濕度之間的復(fù)合關(guān)系模型?？梢姡煌Ｐ团c單因子模型相比均不同程度的提高了擬合精度，雙因子復(fù)合模型可解釋土壤呼吸變異的45%～69%。

3.5 改變碳輸入對土壤可溶性有機(jī)碳的影響

不同處理土壤可溶性有機(jī)碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)濃度為加倍凋落物>對照>去除根系>去除凋落物，改變碳輸入均不同程度的提高或降低了DOC和MBC，不同處理間DOC濃度無顯著差異(P>0.05)，而加倍凋落物的MBC濃度顯著高于其他處理(P<0.05)。由回歸分析可見，不同處理的土壤呼吸速率與可溶性有機(jī)碳和微生物生物量碳均呈顯著的正相關(guān)。

表3 土壤呼吸與10 cm土壤溫度、土壤濕度的一元回歸模型

表4 土壤呼吸與10 cm土壤溫度(θ)、10 cm土壤濕度(W)的復(fù)合關(guān)系模型

表5 不同處理土壤可溶性有機(jī)碳和微生物生物量碳

圖5 不同處理平均土壤呼吸速率與微生物生物量碳和可溶性有機(jī)碳的關(guān)系Fig.5 Relationships between mean soil respiration rate and dissolved organic carbon or microbial biomass carbon with different treatments

4 討論

4.1 凋落物與土壤呼吸的關(guān)系

在森林生態(tài)系統(tǒng)中，添加或去除凋落物可以改變根系和微生物生長所需要的有機(jī)碳供應(yīng)，從而顯著增加或降低土壤呼吸[23-29]。大量研究認(rèn)為，由于激發(fā)效應(yīng)的存在，加倍凋落物所引起的土壤呼吸增加幅度大于去除凋落物而引起的土壤呼吸減小幅度[20]；但也有研究顯示，去除和添加凋落物對土壤呼吸速率的影響并不是等同或成比例的[6]，新有機(jī)碳的添加可以補(bǔ)償由于激發(fā)效應(yīng)而引起的固有有機(jī)碳的損耗[21]。汪金松等[6]研究發(fā)現(xiàn)，去除凋落物使油松人工林土壤呼吸速率降低的幅度為36.03%，而添加凋落物使土壤呼吸速率增加的幅度為21.01%。高強(qiáng)等[22]研究發(fā)現(xiàn)，加倍凋落物使木荷林土壤呼吸速率提高17.86%，而去除凋落物使土壤呼吸速率降低25.32%。本研究中，去除凋落物使土壤呼吸速率降低38.05%，加倍凋落物使土壤呼吸速率增加27.64%，即去除凋落物土壤呼吸的降低幅度大于添加凋落物土壤呼吸的增加幅度，除補(bǔ)償作用外，這也可能與新添加的凋落物尚處于分解初期，土壤呼吸的激發(fā)效應(yīng)尚未充分體現(xiàn)有關(guān)。

土壤的異氧呼吸和有機(jī)質(zhì)的分解與土壤微生物的活性有重要關(guān)系，土壤微生物生長除受環(huán)境因子影響外，還受到碳源有效性的制約[23]。作為微生物生長的重要底物，凋落物數(shù)量決定了土壤微生物生物量[24]，凋落物分解釋放的易變碳使土壤微生物活性提高[25]，去除凋落物將減少微生物生長所需要的可溶性有機(jī)碳和養(yǎng)分，并改變土壤微環(huán)境，引起微生物生物量和活性的降低。Hooker等[26]研究發(fā)現(xiàn)，添加凋落物使土壤微生物生物量碳增加13%。Feng等[27]研究發(fā)現(xiàn)，去除凋落物使土壤微生物量碳減少19%。本研究中，添加或去除凋落物分別使土壤DOC和MBC發(fā)生不同程度的升高或降低，且添加凋落物處理的MBC顯著高于其他處理，說明改變凋落物輸入影響可溶性有機(jī)碳向土壤的淋溶和土壤微生物的生長，進(jìn)而影響土壤呼吸。

4.2 根系與土壤呼吸的關(guān)系

作為土壤呼吸的自養(yǎng)呼吸組分，根系呼吸在森林生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位，去除根系將導(dǎo)致土壤呼吸降低。左強(qiáng)等[12]研究發(fā)現(xiàn)，去除根系使紅松闊葉混交林土壤呼吸降低36.49%。汪金松等[6]研究顯示，去除根系使油松人工林土壤呼吸降低10.76%。在南亞熱帶海岸沙地上，去除根系使木麻黃幼齡林、中齡林和成熟林土壤呼吸分別降低28.11%、28.98%和26.47%[16]。本研究中，去除根系使海岸沙地天然次生林土壤呼吸速率降低12.27%，其降低幅度低于木麻黃人工林，這種差異可能主要與森林類型的不同有關(guān)。

根系是植物光合產(chǎn)物向地下輸送的唯一途徑，切斷根系使植物地上部分光合產(chǎn)物向地下部分分配并通過根系分泌向土壤的碳輸入受阻，可能導(dǎo)致根系活性和分泌物降低，從而影響土壤微生物量，進(jìn)而影響土壤呼吸。Hart等[28]研究發(fā)現(xiàn)，采用挖壕溝去除根系13a后，土壤微生物量碳降低25%～75%。Li等[29]研究發(fā)現(xiàn)，去除根系7a后，土壤微生物量碳降低45.4%。也有研究認(rèn)為，根系去除對土壤微生物的影響存在樹種與區(qū)域差異，去除根系不一定影響土壤的微生物量[30]。本研究中，去除根系分別使土壤DOC和MBC降低5.47%和14.29%，但與對照尚無顯著差異，這可能與林分類型和研究區(qū)域的不同或與上述研究相比本研究去根處理時間尚較短有關(guān)。

凋落物和根系對土壤呼吸的影響是一個復(fù)雜的生物學(xué)過程，其貢獻(xiàn)存在明顯的空間變異，此外，還隨植被類型的不同而變化。陳光水等[31]報道的中國森林土壤呼吸模式中礦質(zhì)土壤呼吸占土壤呼吸的比例變化范圍為25.1%～69.7%，枯枝落葉層呼吸占土壤呼吸的比例變化范圍為1.7%～49%，根系呼吸占土壤呼吸的比例變化范圍為10%～65%。本研究中，礦質(zhì)土壤呼吸速率、凋落物呼吸速率和根系呼吸速率對土壤總呼吸的貢獻(xiàn)率分別為41.24%、43.29%和15.45%，研究結(jié)果符合中國森林土壤呼吸的一般模式。

4.3 土壤環(huán)境因子對土壤呼吸的影響

土壤溫度和濕度是影響土壤呼吸的重要環(huán)境因子，大量研究認(rèn)為，土壤呼吸與表層土壤溫度具有良好的相關(guān)性[6]，但與土壤濕度的相關(guān)性卻因樹種和區(qū)域的不同而差異較大，表現(xiàn)為正相關(guān)(促進(jìn))[16]、負(fù)相關(guān)(抑制)[32]或無顯著相關(guān)性[19]。肖勝生等[16-17]研究指出，在南亞熱帶海岸沙地上，土壤溫度變異不大，但水分虧缺嚴(yán)重，土壤水分是土壤呼吸的重要限制因子。本研究中，因?yàn)榱址钟糸]度較高，不同處理的土壤溫度和濕度并沒有顯著的差異，不同處理土壤呼吸速率與表層土壤溫度均呈顯著的指數(shù)相關(guān)關(guān)系，與土壤濕度呈顯著的正相關(guān)。隨著土壤溫度和含水量的增加，微生物活性和根系代謝增強(qiáng)，土壤呼吸的峰值出現(xiàn)在一年中溫度和水分均較高的季節(jié)，土壤溫度和濕度的升高對土壤呼吸的促進(jìn)具有明顯的交互作用，采用溫度和濕度2因子進(jìn)行模型擬合均比單因子模型提高擬合精度，雙因子復(fù)合模型可解釋土壤呼吸變異的45%～69%。

Q10值反映土壤呼吸速率對溫度的敏感性，其受土壤生物和底物質(zhì)量等多種因素的調(diào)控。改變碳輸入對Q10值的影響也存在明顯樹種和區(qū)域差異，表現(xiàn)為升高[33]或降低[32]。Boone等[34]研究發(fā)現(xiàn)，在Harvad森林中進(jìn)行加倍凋落物、去除凋落物和去除根系處理后，其土壤呼吸的Q10值分別為3.4、3.1和2.5，均低于對照處理的Q10值3.5。本研究中，去除根系、去除凋落物和加倍凋落物的Q10值分別為1.58、1.55和1.52，低于對照的Q10值1.77，與Boone等研究結(jié)果一致，即不同改變碳輸入方式均降低了土壤呼吸的Q10值。已有研究顯示，在不同森林生態(tài)系統(tǒng)或者氣候條件下，土壤呼吸的Q10值差異很大[35]，陳光水等[31]報道的中國森林土壤呼吸Q10值變化范圍為1.33～5.33，本研究結(jié)果在此范圍之內(nèi)。

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Changes of carbon input influence soil respiration in a typical natural secondary forest on southern subtropical sandy coast

GAO Wei1,2,4, YE Gongfu4, HUANG Zhiqun1,2,3, CHEN Zhiyong5,
YU Zaipeng1,2,3, YUE Xinjian5, CHEN Mengyao5

(1.Cultivation Base of State Key Laboratory of Humid Subtropical Mountain Ecology, 350007, Fuzhou, China； 2.Institute of Geography, Fujian Normal University, 350007, Fuzhou, China; 3.Ministry of Education Key Laboratory of Humid Subtropical Eco Geographical Process， 350007, Fuzhou, China; 4.Fujian Academy of Forestry Science, 350012, Fuzhou, China； 5.College of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, 350002, Fuzhou, China)

[Background] Globally, the pool of carbon in soils is greater than the pool contained in vegetation or the atmosphere, and changes in soil carbon content can therefore greatly affect the global carbon budget. Soil respiration is an essential process of carbon cycling in terrestrial ecosystems, thus the knowledge about influence of environmental factors and carbon input on soil respiration is critical for ecosystem management. [Methods] Four 20 m×20 m permanent fixed plots were established in a natural secondary forest in December 2014 in southeastern coast of Fujian Province, China, and four carbon input manipulations of root exclusion, litter exclusion, double litter and control(normal carbon inputs)were carried out in each plot. Monthly soil respiration (Rs) under different carbon input manipulations were measured by Li-8100 from March 2015 to February 2016. In addition, the dissolved organic carbon and microbial biomass carbon were determined afterRsmeasurement. One-way analysis of variance (ANOVA) with Duncan’s multiple comparison method was used to test the differences ofRs, soil temperature and soil moisture between different carbon input manipulations, besides the linear and nonlinear regression models were used to describe the relationship between seasonalRs, soil temperature and soil moisture. [Results] The results showed that no significant difference was found for soil temperature and soil moisture at 10 cm depth between different treatments (P>0.05). The seasonal pattern ofRswas obviously, which was higher in summer and lower in winter during the study period, and the highest fluxes observed in May 2015 or June 2015 and the lowest fluxes occurred in November 2015 or December 2015. The range of annual meanRsfor different treatments was double litter > control >root exclusion > litter exclusion, and allQ10values in different carbon input manipulations were lower than that in control. The contribution of mineral soil, litter layers and roots to total soil respiration was 41.24%, 43.29% and 15.45%, respectively.Rswas significantly and exponentially correlated with soil temperature and linearly and positively correlated with soil moisture at 10 cm depth (P<0.05). The bi-factor models integrated W10with T10explained 45%～69% of the variations forRs. The soil dissolved organic carbon and microbial biomass carbon were also influenced by carbon input changes, and the meanRssignificantly correlated with soil dissolved organic carbon and microbial biomass carbon concentration.[Conclusions] Our findings suggested that carbon input manipulations induced changes in soil labile carbon, and subsequently caused significant effects on soil respiration.

southern subtropical; sandy coast; natural secondary forest; soil respiration; carbon input;Q10values

2016-07-16

2017-03-28

項目名稱： 國家自然科學(xué)基金“亞熱帶人工林樹種對土壤氮吸收和轉(zhuǎn)化的影響”(41371269)；“亞熱帶森林土壤氮梯度、植物養(yǎng)分與土壤有機(jī)質(zhì)來源變化耦合關(guān)系”(31570604)；福建省屬公益類科研院所基本科研專項“濱海沙地造林樹種轉(zhuǎn)換對土壤碳循環(huán)的影響”(2014R1011-7)；福建省森林培育與林產(chǎn)品加工利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、福建省木麻黃工程技術(shù)研究中心資助

高偉(1985—)，男，博士研究生。主要研究方向：沿海防護(hù)林生態(tài)構(gòu)建及海岸帶生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。E-mail：gao01271@163.com

?通信作者簡介： 黃志群(1973—)，男，博士，教授。主要研究方向：亞熱帶人工林經(jīng)營及森林生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)。E-mail：zhiqunhuang@hotmail.com

S154.1；X833

A

2096-2673(2017)02-0009-09

10.16843/j.sswc.2017.02.002