植物根系對寒溫帶興安落葉松林土壤CO 通量的影響

王皓左，張秋良

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010）

IPCC 在第5 次評估報告中預(yù)測，截至2035 年全球地表平均氣溫將升高0.3～0.7℃，氣候變暖作為全球變化的主要表現(xiàn)之一[1]。當(dāng)前，CO 作為第三大含碳痕量氣體被認(rèn)為是間接的溫室氣體，CO 排放的增多將進一步加劇溫室效應(yīng)[2]。研究表明，每排放100Tg 的CO，其造成的全球變暖潛能（GWP）與排放5Tg 的CH4 等價[3]，大氣CO 的主要自然排放源于土壤及地表植物（約142Tg-CO/a）[4]。以寒溫帶大興安嶺興安落葉松林為研究對象，通過6－9 月生長季的土壤CO 氣體通量觀測，討論植物根系作用對CO 氣體通量的影響，了解土壤溫濕度與土壤CO 通量的關(guān)系以及CO 的排放來源。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗區(qū)位于內(nèi)蒙古大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站（N50°49′～50°51′，E121°30′～121°31′），處中國最北端，屬根河林業(yè)局潮查林場范圍，平均海拔826m，該地為寒溫帶北方針葉林生態(tài)系統(tǒng)，具有明顯寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春秋兩季分隔明顯，夏秋短暫，冬季漫長。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置。試驗樣地選擇典型興安落葉松天然過伐更新林，樣地面積為30m×80m 的長方形，林分郁閉度0.8，平均年齡為40a。立地和生境條件一致，郁閉度0.8，灌木以杜香（Ledum palustre）為主，間有聚集分布的篤斯越橘和越橘。

對照組（RL）：不做任何處理，維持原始狀態(tài)。斷根組（L）：在樣地內(nèi)，設(shè)置3 個1m×1m 斷根樣方，于2019年采用挖壕法進行斷根處理，沿樣方四周挖壕溝至無根系的深度，切斷根后插入7 層塑料膜為阻止根向樣地內(nèi)生長，在3 個樣方內(nèi)各布設(shè)1 個土壤環(huán)。

1.2.2 CO 氣體通量采集和土壤溫濕度測定。使用加拿大LGR 動態(tài)箱CO 氣體分析儀：測量CO 通量值及土壤表層10cm 處溫度與濕度進行測定。保持土壤環(huán)在整個觀測期內(nèi)位置不變。

本試驗于2020 年6 月－2020 年9 月的生長季期內(nèi)，每月每旬各測2 次，測定時間采取國際通用溫室氣體采集時間上午9：00～12：00，共測定24 次。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)使用Excel 2019 進行初期處理，使用SPSS19.0 單因素方差分析法（One-Way ANOVA）、最小顯著差異法（LSD）及線性回歸擬合方程進行分析，繪圖采用Excel 完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 斷根處理對土壤溫度的影響

土壤溫度與土壤濕度是影響土壤微生物活動及CO氣體通量的2 個重要環(huán)境因子，不同處理下土壤溫度差異較??；土壤濕度去根L 顯著高與RL（見圖1）。對不同處理的土壤溫度、土壤濕度進行分析得出：土壤溫度在斷根后與對照樣地土壤溫度不存在顯著差異（P＞0.05），土壤濕度在斷根后均存在顯著差異（P＜0.05）（表1）。土壤溫濕度受時間（月份）的變化存在顯著差異（P＜0.05），土壤溫度呈單峰曲線變化，土壤濕度受雨季等影響無顯著曲線特征。

圖1 不同處理下的土壤溫濕度

2.2 土壤溫濕度與土壤CO 通量的關(guān)系

對土壤溫度與土壤CO 通量進行線性回歸分析，對照樣地土壤CO 通量與土壤溫度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，而去根處理之后，土壤CO 通量與土壤溫度無顯著相關(guān)性（見表2），這也說明CO 的氣體產(chǎn)生可能受到植物根系的直接作用，并不完全歸因于土壤溫濕度的調(diào)控作用。對土壤濕度與土壤CO 通量進行線性回歸分析，原始狀態(tài)下土壤CO 通量與土壤濕度無顯著相關(guān)性，去凋處理之后，土壤CO 通量與土壤濕度仍無顯著相關(guān)。

表2 CO 通量（Y）與土壤溫度（X）間的線性回歸方程

表3 CO 通量（Y）與土壤濕度（X）間的線性回歸方程

2.3 斷根處理對土壤CO 通量的影響

通過單因素方差分析結(jié)合圖2 可知，去根處理下，CO 通量值均與對照樣地CO 通量差異顯著P＜0.05，去根顯著降低了土壤CO 氣體通量值。

圖2 去根處理對土壤CO 氣體通量的影響

3 結(jié)論

（1）去除植物根系會使土壤濕度顯著增加，但對土壤溫度影響并不顯著，且土壤溫濕度隨著時間（月份）變化均會有顯著差異。（2）在未受干擾狀態(tài)下，土壤CO 通量與土壤溫度呈顯著正相關(guān)，與土壤濕度無顯著相關(guān)性；去除植物根系后，土壤CO 通量與土壤溫濕度均無顯著相關(guān)。（3）結(jié)合測定的生長季土壤CO 通量數(shù)據(jù)，可以得出，去除植物根系，土壤CO 通量會顯著降低，呈源匯交替變化，時間變化特征明顯。

4 討論

植物根系的去除不會改變土壤溫度，但會增加土壤濕度，與劉智等[5]對樟樹林的去根研究一致。研究表明：水分條件充足情況下，土壤溫度對土壤碳通量的影響要顯著高于土壤濕度對土壤碳通量的影響，這與王倩[6]等對土壤呼吸碳通量的研究結(jié)果一致。植物根系的研究多集中于碳通量與土壤呼吸研究中，有關(guān)土壤CO 氣體通量的研究尚少，本試驗初步得出植物根系會有助于CO的釋放這一結(jié)論，日后還應(yīng)完善微生物、土壤理化學(xué)性質(zhì)與土壤CO 通量的相關(guān)作用研究。