林地覆蓋對雷竹林土壤CO2排放速率的影響

楊飛強(qiáng)，周澤敏，申 展，張林平，邱盛媛，陳 豪，傅志強(qiáng)，唐林韜，黎祖堯

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國家林業(yè)和草原局鄱陽湖流域森林生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045；2.江西省竹子種質(zhì)資源與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045）

土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳釋放CO2到大氣中的重要途徑，大氣中約5%～20%的CO2來源于土壤[1]。在全球尺度上，土壤呼吸年通量高達(dá)80.4 PgC·a-1，僅次于海洋釋放到大氣中的CO2通量，約為化石燃料燃燒釋放CO2量的13 倍[2]。因此，土壤呼吸的微小變化都可能對大氣中CO2濃度、全球碳平衡產(chǎn)生極大影響。土壤呼吸主要受氣溫、降水、土壤質(zhì)地、植被類型及人為活動(dòng)等多種因素的綜合影響。人為活動(dòng)主要包括土壤覆蓋、施肥和灌溉等，其中土壤覆蓋伴隨有大量有機(jī)物質(zhì)的發(fā)酵分解，增加土壤有機(jī)質(zhì)及碳氮含量，并顯著影響土壤的溫度和含水量[3-4]，從而影響土壤CO2排放。研究表明，營林措施能顯著改變森林土壤的溫室氣體排放[5]。覆蓋是林地及農(nóng)田管理的重要手段之一，可以為微生物分解提供基質(zhì)，為溫室氣體排放提供通道[6]。尹春梅等[7]的研究表明，稻草覆蓋期間冬閑稻田平均CO2凈排放1.99 g·m-2·d-1，而未覆蓋冬閑稻田平均CO2凈吸收2.68 g·m-2·d-1。官情等[8]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈和地膜覆蓋在冬小麥越冬至成熟期間均顯著促進(jìn)土壤CO2排放。王云秋等[9]也發(fā)現(xiàn)，稻草覆蓋顯著促進(jìn)土壤CO2排放，油菜季稻草覆蓋處理和對照處理的CO2通量平均值分別為34.0 和21.2 mg·m-2·h-1；玉米季稻草覆蓋處理和對照處理的CO2通量平均值分別為279.9和221.6 mg·m-2·h-1。Li 等[10]的研究表明，與對照相比，壟溝比為40:70、55:55 和70:40 的覆蓋系統(tǒng)土壤CO2排放量分別增加了10.6%、19.6%和20.4%，同時(shí)玉米產(chǎn)量分別提高了26.1%、36.4%和50.3%。Fu 等[11]研究發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋對玉米地土壤日呼吸速率和累積土壤呼吸的影響較大，秸稈覆蓋的土壤呼吸顯著高于未覆蓋的，且呼吸速率隨溫度的升高而增加。Wang 等[12]的研究表明，地膜覆蓋顯著增加土壤CO2排放，秸稈覆蓋下CO2排放有所增加但程度不顯著。Xie 等[13]的研究表明，與未覆蓋相比，秸稈覆蓋下土壤呼吸累積釋放量增加了19.4%，可通過增加土壤有機(jī)質(zhì)的輸入促進(jìn)土壤呼吸。

雷竹Phyllostachys violascens是我國的優(yōu)良筍用竹種，在長江流域及以南地區(qū)廣泛栽培[14]。20世紀(jì)90年代以來，在浙江、江西、安徽等雷竹主栽區(qū)，通過合理的林分結(jié)構(gòu)管理和有效的土壤水肥管理等集約經(jīng)營措施，雷竹筍的產(chǎn)量和品質(zhì)顯著提高。特別是冬季林地覆蓋措施，通過在林地表面增施有機(jī)物發(fā)酵分解產(chǎn)生熱量，并覆蓋谷殼等有機(jī)物料隔絕冷空氣以保溫和保濕，從而提高土壤溫度，促使春筍冬出，延長出筍期，使雷竹筍用林的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益顯著提高[15]，大量林農(nóng)依靠種植雷竹脫貧致富。但是，長期的林地覆蓋也引起了土壤酸化[16-17]、酶活性異常[18]、微生物豐度和多樣性下降等問題[19]，特別是林地覆蓋使土壤CO2排放量劇增[20-21]，增加了大氣中的CO2等溫室氣體含量。目前關(guān)于竹林覆蓋對土壤CO2排放影響的研究多集中于排放結(jié)果及以年或月為計(jì)量單位的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。王會(huì)來等[20]研究表明，長期集約經(jīng)營雷竹林土壤CO2排放通量呈春夏季高，秋冬季低的季節(jié)特征。陳云飛等[21]研究發(fā)現(xiàn)人工高效經(jīng)營雷竹林冬季覆蓋月份凈生態(tài)系統(tǒng)碳交換量（NEE）為正，表現(xiàn)為碳源，而春、夏、秋季則為碳匯，且全年碳通量表現(xiàn)為雙峰變化曲線。關(guān)于土壤CO2排放對林地覆蓋的響應(yīng)及覆蓋期內(nèi)土壤CO2排放速率的動(dòng)態(tài)變化和主要影響因子等研究少見報(bào)道，未能揭示竹林覆蓋措施對土壤CO2排放的影響機(jī)制。本研究以雷竹筍用林為對象，探究林地覆蓋期內(nèi)土壤CO2排放的動(dòng)態(tài)變化，以及發(fā)熱物質(zhì)類型、谷殼層厚度和覆蓋前林地補(bǔ)水量等因子對土壤CO2排放的影響，為探尋高效低碳的雷竹林林地覆蓋模式提供參考，減少雷竹林覆蓋對環(huán)境的影響及覆蓋期內(nèi)的土壤CO2排放量。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江西省貴溪市鴻塘鎮(zhèn)（28°17′45″N，117°14′24″E)，地形為丘陵，海拔50 m。屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫18.2℃，最冷月平均氣溫10.0℃，最熱月平均氣溫22.0℃；年平均降水量1 850 mm。試驗(yàn)地段地勢平坦，土壤為紅壤，土層深厚，微酸性，pH 值4.5，適宜雷竹生長。林分為2011年?duì)I造的雷竹純林，面積為15 hm2。造林后每年實(shí)施科學(xué)的水肥管理和林分結(jié)構(gòu)調(diào)整措施，竹林林相整齊，生長狀況良好，達(dá)到豐產(chǎn)林分標(biāo)準(zhǔn)。2016年開始實(shí)施覆蓋促筍措施，2018年為第3 次覆蓋，本次覆蓋前母竹以4～5年生竹為主，立竹密度約15 000 株·hm-2，平均立竹胸徑3 cm。

1.2 研究方法

1.2.1 研究方案設(shè)計(jì)

采用3 因素3 水平考慮交互作用的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，用正交表L27（913）安排各個(gè)試驗(yàn)樣地的因素和水平，各因素及水平如下：

發(fā)熱物質(zhì)選用目前江西等地廣泛采用的3 種發(fā)熱物質(zhì)及其施用量水平，即：新鮮雞糞7.50 t·hm-2、新鮮枯餅3.75 t·hm-2和麥灰（面粉廠的下腳料）45.00 t·hm-2；

谷殼層厚度選取目前竹林覆蓋（含毛竹林覆蓋）中普遍使用的覆蓋厚度，即：15、25、35 cm；

覆蓋前林地補(bǔ)水量：澆水至濕潤土層10、15、20 cm。按照林地補(bǔ)水量設(shè)計(jì)要求，采用潛水泵提水澆灌3 次，第1 次全部樣地澆水至濕潤土層10 cm，第2 次對要求濕潤土層15 和20 cm 的樣地澆水至濕潤土層15 cm，第3 次對要求濕潤土層20 cm 的樣地澆水至濕潤土層20 cm。

1.2.2 樣地設(shè)置

在研究區(qū)林分中設(shè)置27 個(gè)樣地，每個(gè)樣地面積為25 m2（5 m×5 m），各樣地之間設(shè)置2 m 的隔離帶，每個(gè)樣地四周按照本樣地覆蓋模式向外延伸覆蓋1 m。將每個(gè)樣地劃分為25 個(gè)1 m×1 m 的正方形樣方，選擇正中央、東北角和西南角3 個(gè)樣方（3 個(gè)重復(fù)）作為土壤CO2排放速率的調(diào)查樣方。在所選的每個(gè)樣方中預(yù)埋1 個(gè)直徑20 cm 的PVC 管（Li-8100A 土壤碳通量自動(dòng)測量系統(tǒng)的CO2排放通量測量筒），PVC 管長度為高出本樣地設(shè)計(jì)谷殼層厚度6 cm。在未覆蓋的雷竹林分中安放3 個(gè)6 cm高的PVC 管作為對照。

1.2.3 樣地覆蓋

覆蓋時(shí)間為2018年11月26日。覆蓋前對每個(gè)試驗(yàn)樣地澆水至設(shè)計(jì)補(bǔ)水量水平，然后按試驗(yàn)設(shè)計(jì)均勻撒施相應(yīng)的發(fā)熱物質(zhì)后安放PVC 管，PVC 管垂直放于林地上（發(fā)熱物質(zhì)上方），最后覆蓋谷殼至設(shè)計(jì)覆蓋厚度，PVC 管內(nèi)覆蓋同樣厚度的谷殼。

1.3 土壤CO2 排放速率測定

從雷竹林覆蓋之日起至出筍期結(jié)束，每周六9:00—11:00 使用Li-8100A 土壤碳通量自動(dòng)測量系統(tǒng)測定并記錄全部調(diào)查樣方的土壤CO2排放速率。谷殼層有保溫作用，土壤溫度的日變化相對較小，但上午9:00—11:00 的氣溫一般處于日均氣溫段且相對穩(wěn)定，測定的土壤呼吸值更能代表全天的平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019 軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和初步處理。采用SoilFluxPro 軟件處理Li-8100A 測得數(shù)據(jù)擬合出土壤CO2排放速率，采用SPSS 24.0軟件對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用Origin 2018軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋雷竹林的土壤CO2 排放動(dòng)態(tài)

圖1為覆蓋期內(nèi)各個(gè)觀測日全部覆蓋樣地土壤和未覆蓋樣地土壤CO2平均排放速率。從圖1可以看出，雷竹林覆蓋期內(nèi)土壤CO2排放速率呈單峰型曲線動(dòng)態(tài)變化。覆蓋后的前3 周CO2排放速率急劇升高，第4 周增速放緩，第5 周達(dá)到峰值（61.52 μmol·m-2·s-1）；第6～7 周 快速下降，之后緩慢下降，第10 周小幅回升后繼續(xù)下降，第15 周（翌年2月底）排放速率最低（11.54 μmol·m-2·s-1），之后又略有回升。整個(gè)覆蓋期土壤CO2平均排放速率25.39 μmol·m-2·s-1，CO2釋放總量約232.53 mol·m-2。同期未覆蓋雷竹林（對照組）土壤CO2排放速率動(dòng)態(tài)變化平穩(wěn)，平均排放速率5.02 μmol·m-2·s-1，CO2釋放總量約45.98 mol·m-2。覆蓋與未覆蓋雷竹林土壤CO2排放速率差異極顯著（P＜0.01），說明雷竹林冬季覆蓋可顯著提高土壤CO2排放量。

圖1 雷竹林覆蓋期內(nèi)土壤CO2 排放速率動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of soil CO2 emission rates in P.violascens forest during the mulching period

2.2 覆蓋措施對土壤CO2 排放的影響

由表1可知，谷殼層厚度對土壤CO2排放量的影響極顯著（P＜0.01），3 種谷殼層厚度的土壤CO2排放量之間差異均極顯著（P＜0.01）。覆蓋前林地補(bǔ)水量對土壤CO2排放量影響顯著（P＜0.05），補(bǔ)水至濕潤土層10 cm 時(shí)，土壤CO2排放量顯著偏高（P＜0.05），但補(bǔ)水至濕潤土層15 與20 cm 之間的土壤CO2排放量差異不顯著（P＞0.05）。目前生產(chǎn)中廣泛使用的3 種發(fā)熱物質(zhì)及施用量的土壤CO2排放量差異不顯著（P＞0.05）。谷殼層厚度與發(fā)熱物質(zhì)及林地補(bǔ)水量之間的交互作用對土壤CO2排放量的影響極顯著（P＜0.01）；發(fā)熱物質(zhì)與林地補(bǔ)水量之間的交互作用對土壤CO2排放量的影響顯著（P＜0.05）。進(jìn)一步分析覆蓋期內(nèi)不同時(shí)期覆蓋因子對土壤CO2排放速率的影響，結(jié)果見表2。

表1 整個(gè)覆蓋期土壤CO2 排放量方差分析表?Table 1 Analysis of variance on soil CO2 emission amount during the mulching period

表2 覆蓋期內(nèi)不同時(shí)期土壤CO2 排放速率方差分析表Table 2 Analysis of variance on soil CO2 emission rates during different mulching periods

由表2可知，覆蓋期內(nèi)同一時(shí)間不同覆蓋因子對土壤CO2排放速率的影響程度不同，相同覆蓋因子在不同時(shí)間對土壤CO2排放速率的影響程度也不相同。谷殼層厚度對土壤CO2排放速率的影響在整個(gè)覆蓋期內(nèi)均極顯著（P＜0.01）；覆蓋前林地補(bǔ)水量僅在第4 周對土壤CO2排放速率無顯著影響（P＞0.05），其余時(shí)段的影響均達(dá)到顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）水平；發(fā)熱物質(zhì)對土壤CO2排放速率的影響比較復(fù)雜，第1、11、13、15 周影響不顯著（P＞0.05），第6 周影響顯著（P＜0.05），其余時(shí)段影響極顯著（P＜0.01）。

綜合分析表1和表2可知，發(fā)熱物質(zhì)對整個(gè)覆蓋期土壤CO2的總排放量影響不顯著，但在大多數(shù)時(shí)間點(diǎn)的影響程度均達(dá)到了顯著或極顯著水平，說明發(fā)熱物質(zhì)對土壤CO2排放總量的影響不大，但對土壤CO2排放速率的動(dòng)態(tài)變化影響顯著。

2.3 覆蓋措施對土壤CO2 排放動(dòng)態(tài)變化的影響

2.3.1 不同發(fā)熱物質(zhì)的土壤CO2 排放速率動(dòng)態(tài)變化

從圖2可以看出，采用目前生產(chǎn)中廣泛使用的3 種發(fā)熱物質(zhì)及施用量水平覆蓋雷竹林時(shí)，土壤CO2的排放峰值及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律均有所不同。雞糞作為發(fā)熱物質(zhì)時(shí)，土壤CO2排放速率峰值出現(xiàn)早，而且峰值較高，覆蓋后第3 周即達(dá)到峰值（70.64 μmol·m-2·s-1），第4～9 周快速下降，第10 周時(shí)出現(xiàn)一個(gè)明顯的上升過程?？蒿灪望溁易鳛榘l(fā)熱物質(zhì)時(shí)，土壤CO2排放速率的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律基本一致，均是前4 周升高，第5 周達(dá)到峰值，第6～7 周快速下降，之后緩慢下降。不同的是枯餅作為發(fā)熱物質(zhì)時(shí)，土壤CO2排放速率峰值為66.56 μmol·m-2·s-1，高于麥灰作為發(fā)熱物質(zhì)的土壤CO2排放速率峰值（57.58 μmol·m-2·s-1），且 土壤CO2排放速率在第9～10周有一個(gè)小幅上升的過程。

圖2 不同發(fā)熱物質(zhì)覆蓋雷竹林的土壤CO2 排放速率動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of soil CO2 emission rates in P.violascens forest mulched by different heating substances

進(jìn)一步分析不同谷殼層厚度及林地補(bǔ)水量條件下3 種發(fā)熱物質(zhì)處理的土壤CO2排放速率動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，當(dāng)谷殼層較薄時(shí)，以雞糞為發(fā)熱物質(zhì)的土壤CO2排放速率前期相對較低，后期相對較高，以枯餅和麥灰為發(fā)熱物質(zhì)的土壤CO2排放速率及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律差異較?。▓D3A）。谷殼層厚度中等（25 cm）時(shí)，3 種發(fā)熱物質(zhì)的CO2前期排放速率及峰值差異較小，后期以麥灰為發(fā)熱物質(zhì)的土壤CO2排放速率相對較高，而以雞糞為發(fā)熱物質(zhì)的土壤CO2排放速率相對較低（圖3B）。谷殼層較厚時(shí)，以雞糞為發(fā)熱物質(zhì)的CO2排放速率前期顯著增加，峰值出現(xiàn)早，在第10 周時(shí)還出現(xiàn)一個(gè)明顯的上升過程，以枯餅和麥灰為發(fā)熱物質(zhì)的土壤CO2排放速率及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律差異較?。▓D3C）。隨著覆蓋前林地補(bǔ)水量的增加，3 種發(fā)熱物質(zhì)處理的土壤CO2排放速率前期均有所下降，其中以枯餅為發(fā)熱物質(zhì)的下降幅度明顯，以枯餅和雞糞為發(fā)熱物質(zhì)的CO2排放峰值出現(xiàn)時(shí)間提前（圖3C—E）。

圖3 不同谷殼層厚度和補(bǔ)水量條件下不同發(fā)熱物質(zhì)覆蓋的土壤CO2 排放速率動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of soil CO2 emission rates by different heating substances under different conditions of chaff layer thickness and water supplement

2.3.2 谷殼層厚度對土壤CO2 排放動(dòng)態(tài)的影響

從圖4可以看出，谷殼層覆蓋厚度為15 cm、25 cm 和35 cm 時(shí)，土壤CO2排放速率的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律相同，均表現(xiàn)為前4 周快速升高，第5 周達(dá)到峰值，第6～7 周顯著下降，之后緩慢下降，第10 周小幅升高后又下降，第15 周（翌年2月底）最低，之后又緩慢升高。但谷殼層厚度不同，土壤CO2排放速率的均值、峰值及最低值均不同。谷殼層越厚，土壤CO2排放速率的均值、峰值及最低值均越高，說明谷殼層厚度主要影響土壤CO2的排放量，對排放的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律影響較小。

圖4 不同谷殼層厚度下土壤CO2 排放速率的動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of soil CO2 emission rates under different chaff layer thickness

2.3.3 覆蓋前林地補(bǔ)水對土壤CO2 排放動(dòng)態(tài)的影響

從圖5可以看出，不同覆蓋前林地補(bǔ)水量條件下，土壤CO2排放速率的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律基本相同，但補(bǔ)水量不同，土壤CO2排放速率的均值、峰值和最低值均有所不同。覆蓋前林地補(bǔ)水至濕潤土層10 cm 時(shí)，土壤CO2排放的平均速率、峰值和最低值均明顯高于覆蓋前補(bǔ)水至濕潤土層15和20 cm，而覆蓋前林地補(bǔ)水至濕潤土層15 和20 cm 的土壤CO2排放速率的均值、峰值及最低值差異均非常小。說明覆蓋前林地補(bǔ)水量也主要影響土壤CO2的排放量，對排放速率動(dòng)態(tài)變化的影響較小。

圖5 不同補(bǔ)水條件下土壤CO2 排放速率的動(dòng)態(tài)變化Fig.5 Dynamic changes of soil CO2 emission rates under different water supplement conditions

3 討 論

3.1 林地覆蓋對雷竹林土壤CO2 排放影響顯著

雷竹林覆蓋是冬季在林地表面增施麥灰、枯餅等發(fā)熱物質(zhì)，覆蓋谷殼等保溫材料，并補(bǔ)充林地水分，以提高土壤溫度，打破雷竹鞭芽休眠，促進(jìn)筍芽萌發(fā)和生長，達(dá)到春筍冬出，提高雷竹筍用林的產(chǎn)量和效益。發(fā)熱物質(zhì)含有大量易被微生物利用的有機(jī)碳等營養(yǎng)物質(zhì)，可被微生物直接分解利用，從而引起CO2排放速率升高。發(fā)熱物

質(zhì)分解并釋放大量熱量，而谷殼層具有保溫效果，減少了土壤中熱量向大氣散失，土壤溫度隨著谷殼層的增厚而顯著升高[22]，土壤溫度的升高又增加了微生物的數(shù)量和活性，加速發(fā)熱物質(zhì)及土壤中有機(jī)質(zhì)的分解，并促進(jìn)雷竹根系和竹筍的生長及代謝，導(dǎo)致土壤CO2排放速率進(jìn)一步升高[23]。土壤水分含量對土壤微生物活動(dòng)的影響顯著[24-25]，由于谷殼層的阻隔作用，整個(gè)覆蓋期內(nèi)土壤都得不到水分補(bǔ)充。覆蓋前適當(dāng)進(jìn)行林地補(bǔ)水，使水分不再成為發(fā)熱物質(zhì)分解及雷竹根系和竹筍生長的限制因子，促進(jìn)了發(fā)熱物質(zhì)的分解，增加土壤CO2排放。但過多的水分會(huì)影響土壤的通氣狀況，抑制微生物的活動(dòng)，降低土壤CO2的排放速率。因此，竹林覆蓋處理的發(fā)熱物質(zhì)、谷殼層厚度和林地補(bǔ)水量3 個(gè)因子都會(huì)影響土壤CO2的排放。本研究表明，雷竹林覆蓋可顯著提高土壤CO2的排放速率（P＜0.05），并改變土壤CO2排放的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。整個(gè)覆蓋期內(nèi)，覆蓋雷竹林土壤CO2平均排放速率為25.39 μmol·m-2·s-1，是未覆蓋雷竹林的5.1 倍；未覆蓋雷竹林土壤CO2排放速率的動(dòng)態(tài)變化平穩(wěn)，而覆蓋雷竹林土壤CO2排放速率呈現(xiàn)明顯的單峰型曲線動(dòng)態(tài)變化，排放速率峰值是谷值的5.3 倍。

3.2 谷殼層厚度和覆蓋前林地補(bǔ)水量是影響土壤CO2 排放速率的主要因子

土壤溫度對土壤CO2排放速率的影響顯著[26-27]，較高的土壤溫度可以促進(jìn)土壤微生物種群繁殖及植物根系的代謝活動(dòng)，并加快發(fā)熱物質(zhì)的分解，提高土壤呼吸速率，促進(jìn)土壤CO2的排放[28-29]。谷殼作為雷竹林覆蓋措施中的保溫材料，能夠阻隔土壤與大氣的熱量交換，谷殼層厚度是影響覆蓋雷竹林土壤溫度的主要因子[3]。谷殼層越厚，保溫效果越好，土壤散失的熱量越少，土壤溫度越高。陳彥君等[30]研究表明，有機(jī)物覆蓋地表可顯著減緩?fù)寥罍囟茸兓?，且覆蓋越厚，維溫效果越明顯。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤CO2排放速率與0、10 及20 cm處土壤溫度均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)均大于0.818，所以，谷殼層厚度是影響土壤CO2排放速率的主要因子，影響達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。

發(fā)熱物質(zhì)分解、微生物活動(dòng)及雷竹根系和竹筍生長代謝均需要水分。有研究表明，40%～60%的土壤含水量和5%～15%的氧氣含量有利于微生物對畜禽糞便等有機(jī)物的發(fā)酵分解[31]。雷竹林覆蓋時(shí)，谷殼層在保溫的同時(shí)也阻止了水分的入滲，整個(gè)覆蓋期內(nèi)自然降水無法進(jìn)入土壤。所以，覆蓋前適當(dāng)進(jìn)行林地補(bǔ)水，有利于促進(jìn)發(fā)熱物質(zhì)分解、微生物活動(dòng)和擴(kuò)繁及雷竹根系和竹筍的生長代謝，從而提高土壤CO2排放速率。但覆蓋前林地補(bǔ)水過多，土壤通氣性變差，會(huì)抑制微生物的活動(dòng)，進(jìn)而減弱土壤呼吸強(qiáng)度。本研究顯示，土壤CO2排放速率與土壤含水量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），覆蓋前林地補(bǔ)水量對土壤CO2排放速率的影響顯著，當(dāng)覆蓋前林地補(bǔ)水至濕潤土層10 cm 時(shí)，土壤CO2排放速率顯著高于覆蓋前林地補(bǔ)水至濕潤土層15 cm 和20 cm 的土壤CO2排放速率（P＜0.05），與趙青等[32]的研究結(jié)果一致。

3.3 發(fā)熱物質(zhì)種類主要影響土壤CO2 排放速率的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

以整個(gè)覆蓋期為單位，目前筍用林覆蓋中普遍使用的3 種發(fā)熱物質(zhì)及施用量水平間土壤CO2排放速率的差異不顯著（P＞0.05）；但以觀測日為單位時(shí)，除2018年12月1日、2019年2月9日、2月23日和3月9日外，發(fā)熱物質(zhì)對土壤CO2排放速率的影響均表現(xiàn)為顯著或極顯著（P＜0.05）。原因可能是土壤呼吸包括植物根系呼吸、土壤微生物呼吸和土壤動(dòng)物呼吸3 個(gè)生物學(xué)過程[33]，且植物根系呼吸和土壤微生物呼吸是主要部分，而根系呼吸主要受溫度和水分條件影響[34]。不同發(fā)熱物質(zhì)的組成成分及養(yǎng)分含量不同，發(fā)酵分解時(shí)微生物的種類和數(shù)量不同，分解速度及熱量釋放的節(jié)律也不相同[16]，從而引起土壤CO2排放速率的動(dòng)態(tài)變化及峰值出現(xiàn)的時(shí)間有差異?？蒿灥臓I養(yǎng)成分比較豐富和全面，分解枯餅的微生物種群及數(shù)量較多，排放的CO2相對較多，且排放速率在前期快速上升。雞糞成分復(fù)雜，需要較高的溫度促進(jìn)其分解，當(dāng)谷殼層較薄及土壤補(bǔ)水量較多時(shí)，前期土壤溫度較低，雞糞分解速度較慢，CO2排放速度較低，后期由于未被分解的雞糞較多，微生物活動(dòng)的基質(zhì)豐富，土壤CO2排放速率相對較高；但當(dāng)谷殼層較厚及土壤補(bǔ)水量相對較少時(shí)，前期較高的土壤溫度可以促進(jìn)雞糞的分解，微生物生命活動(dòng)旺盛[35]，排放的CO2較多，而后期CO2排放速率相對較低。麥灰是面粉廠的加工剩余物，由麥稈、麥殼和麥芒等組成，碳水化合物含量高，C/N 較高，微生物種群相對較少，盡管土壤CO2排放峰值出現(xiàn)較早，但排放速率相對較低。本次試驗(yàn)選用的3 種發(fā)熱物質(zhì)及用量水平是生產(chǎn)中長期實(shí)踐應(yīng)用的結(jié)果，可能總的發(fā)熱量差異不大，所以整個(gè)覆蓋期內(nèi)3 種發(fā)熱物質(zhì)的土壤CO2排放總量差異不顯著，但施用不同發(fā)熱物質(zhì)的土壤CO2排放動(dòng)態(tài)變化及峰值出現(xiàn)時(shí)間的差異較大。

另外，覆蓋雷竹林土壤CO2排放速率在1月底至2月初有一個(gè)小幅升高的過程，原因可能是這一時(shí)段剛好是竹筍出土旺盛期，旺盛的竹筍和鞭根系統(tǒng)呼吸活動(dòng)大量提高了土壤CO2排放速率。受研究條件和時(shí)間限制，本次試驗(yàn)未在同一種發(fā)熱物質(zhì)中設(shè)計(jì)不同施用量水平，發(fā)熱物質(zhì)施用量對土壤CO2排放速率和排放量的影響及程度，還有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

雷竹林冬季覆蓋顯著提高了土壤CO2的排放速率并影響土壤CO2的排放動(dòng)態(tài)，覆蓋期內(nèi)土壤CO2排放呈單峰型曲線動(dòng)態(tài)變化，峰值出現(xiàn)在第5周。不同發(fā)熱物質(zhì)的土壤CO2排放的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律不同。谷殼層厚度和覆蓋前林地補(bǔ)水量主要影響土壤CO2的排放量，谷殼層越厚，土壤CO2排放量越多；覆蓋前林地補(bǔ)水至濕潤土層10 cm 時(shí)，土壤CO2排放量顯著偏高。采用麥灰或枯餅作為發(fā)熱物質(zhì)時(shí)，谷殼層厚度25 cm，覆蓋前對林地補(bǔ)水至濕潤土壤15 cm 左右的林地覆蓋模式，可以降低土壤CO2的排放峰值和排放量。