（植物学专业论文）福建长汀重建生态系统先锋植物树干co2释放速率研究.pdf

中文摘要 中文摘要 本研究应用红外气体分析法( i r g a ) ，测定了福建长汀重建生态系统中两个不 同恢复程度样地中的两种先锋植物( 马尾松、木荷) 的树干c 0 2 释放速率( s t e mc 0 2 e f f l u xr a t e ，f c 0 2 ) ，并分析其与环境因子( 气温、空气相对湿度、土壤单位体积含水 量) 及其它树木生理指标( 树干温度、树干液流密度、树干总氮含量、树干总碳含 量、树干可溶性糖和淀粉含量以及叶净光合速率) 的关系。 研究结果如下： ( 1 ) 退化生态系统植被恢复后，样地中先锋植物树干单位面积c 0 2 释放量增 大。恢复程度高样地马尾松f c 0 2 夏、秋季节均值显著大于恢复程度低样地( p 夏季 冬季。但在同一 样地中，马尾松、木荷f c 0 2 季节变化存在差异。木荷f c 0 2 季节变化规律为夏季 秋 季 春季 冬季。两先锋植物各季节f c 0 2 日变化夜间均出现明显高峰，但不同季节， 各样地f c 0 2 _ 日变化特征略有差异。冬季恢复程度高样地两先锋植物f c 0 2 日变化均呈 单峰型；夏季恢复程度低样地马尾松f c 0 2 日变化呈三峰模式；其他季节两样地两种 先锋植物f c 0 2 日变化均呈双峰型。 ( 3 ) 影响马尾松和木荷f c 0 2 的主要因素有树干温度、树干液流密度和叶净光 合速率。马尾松只有冬季f c 0 2 日变化与树干温度相关( p 0 0 5 ) 。木荷f c 0 2 季节变 化和冬季r 变化都与树干温度相关( p 0 0 1 ) 。冬季白天树干液流出现峰值时，树 干液流将马尾松和木荷树干呼吸产生的c 0 2 的1 9 7 2 - - - 2 9 8 3 运输走；夏季木荷 f c 0 2 与树干液流负相关( p 0 0 5 ) 。马尾松、木荷f c 0 2 季节变化趋势分别与它们的 叶光合速率季节变化趋势一致。 本研究表明，通过实施生态措施重建后的森林生态系统中，先锋植物树干的单 位面积c 0 2 释放量会有所增加，这为深入探讨中亚热带重建生态系统碳汇功能提供 基础数据，为该地区的生态恢复实践提供理论依据。 关键词：树干c 0 2 释放速率；树干呼吸；先锋植物：重建生态系统；福建长汀 中文文摘 中文文摘 退化森林生态系统恢复后碳吸存潜力巨大，是陆地生态系统重要碳汇之一。其 中，中亚热带早期破坏后再生的森林生态系统亦是失踪的“碳汇 之一。因而，对 中亚热重建生态系统统碳平衡的研究有助于准确评价中亚热带森林生态系统，碳汇 大小。但已有对该地区碳平衡的研究仅局限在土壤碳吸存和叶气体交换方面，对树 干c 0 2 释放速率( s t e mc 0 2e f f l u xr a t e ，f c 0 2 ) 的研究未见报道。树干c 0 2 释放量占 树木自养呼吸的1 4 0 0 - 4 8 ，测定重建生态系统f c 0 2 可为该地区生态系统碳收支计 算提供准确基础数据。此外，树干是木本植物生物量最大的部分，促进重建生态系 统先锋树种树干生长，有助增加生态系统生物量积累，推动生态系统物质循环和能 量流动的进程。而树干生长需要树干呼吸为其提供碳架、能量。且f c 0 2 是反应树干 呼吸速率的重要指标。因此，测定和比较重建生态系统的植物f c 0 2 的时空变化，并 分析其与环境因子和树木其它生理指标的关系，有助阐明生态恢复过程中树干生长 对不同环境的适应机制。 鉴此，本文选择福建长汀水土流失区恢复程度不同的两个样地，以先锋植物( 马 尾松、木荷) 为研究对象，运用红外气体分析法( m g a ) ，分别于2 0 0 8 年1 月、4 月、7 月和1 0 月( 分别代表冬、春、夏、秋季节) 进行f c 0 2 原位测定，并比较研究 气温、空气相对湿度、土壤单位体积含水量、树干液流密度、树干温度、叶净光合 速率、树干可溶性糖含量、树干淀粉含量、树干总氮含量以及树干总碳含量与f c 0 2 的关系。 实验结果表明： 1 长汀重建生态系统植被恢复后，样地中先锋植物树干单位面积c 0 2 释放量增 大。 ( 1 ) 恢复程度高样地马尾松f c 0 2 夏、秋季节均值( 树干南、北面f c 0 2 分别为 1 8 2 和1 8 8 t m o l m - 2 s 以) 显著大于恢复程度低样地马尾松( 树干南、北面f c 0 2 分别 为1 1 1 和1 2 5 t m o l m - 2 s 。1 ) ( p 夏季 冬季。但同一恢复程度样地中， 马尾松、木荷f c 0 2 季节变化存在差异。其中木荷f c 0 2 为夏季 秋季 春季 冬季。 两先锋植物各季节f c 0 2 日变化夜间均出现明显高峰，但不同季节，各样地f c 0 2 日变化特征略有差异。冬季，恢复程度高样地两树种f c 0 2 日变化均呈单峰型；夏季， 恢复程度低样地马尾松f c 0 2 日变化呈三峰模式；其他季节各样地两树种f c 0 2 日变化 均呈双峰型。 3 不同生理生态因子对先锋植物f c 0 2 的影响程度不同。 只有冬季恢复程度高样地中马尾松的f c 0 2 日变化与树干温度相关( p 0 0 5 ) ， 其他各季节两样地的马尾松f c 0 2 日变化与树干温度均不相关。树干温度对木荷f c 0 2 的影响存在时间尺度上的差异，树干温度季节变化与木荷f c 0 2 的季节变化极显著相 关( p 0 0 1 ) ，可解释木荷f c 0 2 季节变化的4 9 左右，木荷树干南、北面f c 0 2 季节 变化的q 1 0 分别为2 0 8 和1 7 8 ；但仅冬季恢复程度高样地的木荷f c 0 2 的日变化与树 干温度极显著相关( p 0 0 1 ) ，其他各季节木荷f c 0 2 日变化与树干温度都不相关。 树干液流可将树干呼吸产生的部分c 0 2 传输到树冠层，而使f c 0 2 减小。根据质 量平衡法估算，冬季马尾松和木荷树干呼吸产生的c 0 2 分别有1 9 7 2 - 2 9 1 2 和 2 0 6 8 - - 2 9 8 3 被树干液流运输走。夏季，由于液流对c 0 2 的运输能力较大，木荷 f c 0 2 日变化与树干液流显著负相关( p o 0 5 ) 。 马尾松、木荷f c 0 2 季节变化趋势分别与它们的p n 季节变化趋势一致，表明冠 层光合作用形成的碳水化合物对它们的树干呼吸有重要影响。夏季，恢复程度低样 地马尾松f c 0 2 白天两个峰值均滞后其p n 峰值2 , - - - 4 小时，而其他季节两样地先锋植 物良0 2 日变化峰值与它们的p n 峰值出现时问无必然联系，这可能是由于夏季恢复 程度低样地中马尾松，为了适应高温、干旱生境，将部分运输至树干的光合产物消 耗于树干呼吸。 木荷树干中可溶性糖、淀粉含量极显著大于马尾松( p 0 0 1 ) ，这是导致木荷 中文文摘 f c 0 2 极显著高于马尾松的原因之一( p 0 0 1 ) 。 研究中还有一些问题有待进一步实验说明。如，本研究仅测定了长汀重建生态 系统先锋植物f c 0 2 ，还无法说明植被恢复对生态系统碳平衡的影响，需要进一步结 合已有的土壤呼吸和叶气体交换数据，估算生态系统碳吸存大小。另外，不同恢复 程度样地的中影响f c 0 2 的因素十分复杂，影响树干生长呼吸、维持呼吸的关键因子 还有待进一步研究，从而找出重建生态系统中限制树木生长的关键因子。 v l l 中文摘要 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r ，i n f r a r e dg a sa n a l y z e r ( i r g a ) m e t h o dw a su s e dt om e a s u r et h es t e m c 0 2e f f l u xr a t e ( f c 0 2 ) o ft w op i o n e e rt r e e s ( p i n u sm a s s o n i a n aa n ds c h i m as u p e r b a a ) i n t w od i f f e r e n th a b i t a t sr e s t o r e di nc h a n g t i n gc o u n t yo ff u j i a np r o v i n c e t h er e l a t i o n s h i p s w e r ea n a l y z e db e t w e e nf c 0 2a n de n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ( e g ，a i rt e m p e r a t u r e ，r e l a t i v e h u m i d i t yi nt h ef o r e s t ，s o i lv o l u m e r t r i cw a t e rc o n t e n t ) ，b i o l o g i c a lf a c t o r s ( s u c ha s ，s t e m t e m p e r a t u r e ，s a pf l o wd e n s i t y , n e tp h o t o s y n t h e s t i cr a t ea n dc a r b o n ，n i t r o g e n ，s o l u b es u g a r ， s t a r c hc o n t e n ti ns t e m ) t h er e s u l t sa sf o l l o w e d ： m e a na n n u a lf l u xo ff c 0 2i n c r e s a s e da f t e rv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n t h es u m m e ra n da u t u m n m e a nv a l u eo ff c 0 2f o rp i n u sm a s s o n i a n ai nh i g hd e g r e eh a b i t a t sw a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a ni nl o w d e g r e eh a b i t a t s s u m m e r w i n t e r b u ts e a s o n a lp a t t e r n sw e r e d i f f e r e n tb e t w e e np i n u sm a s s o n i a n aa n ds c h i m as u p e r b a a t h et e n d e n c i e si ns e a s o n a l f c 0 2o fs c h i m as u p e r b a aa p p e a r e ds i n g l ep e a kp a t t e r n ，s u m m e r a u t u m n s p r i n g w i n t e r t h e r ea r ec l e a rp e a ka tn i g h tf o rt h ed i n u r a lv a r i a t i o no ft w op i o n e e rt r e e si ne v e r y s e a s o n s ，b u td i n u r a lv a r i a t i o n sa r es l i g h t l yd i f f e r e n tb e t w e e nf o u rs e a s o n si nt w op l o t s t h et e n d e n c i e si nd i u r n a lf c 0 2o fp i n u sm a s s o n i a n aa n ds c h i m as u p e r b a a rs h o w e ds i n g l e p e a kp a t t e r ni nw i n t e ri nh i 【g hd e g r e eh a b i t a t s t h ed a i l y v a r i a t i o n so ff c 0 2f o rp i n u s m a s s o n i a n aa p p e a r e dt h r e ep e a k si ns u m m e ri nl o wd e g r e eh a b i t a t s t h ed a i l yv a r i a t i o n so f f c 0 2s h o w e dd o u b l e - p e a kp a t t e r nf o rp i n u sm a s s o n i a n aa n ds c h i m as u p e r b a ai nd i f f e r e n t h a b i t a t sr e s t o r e do no t h e rs e a s o n s s t e mt e m p e r a t u r e ，s a pf l o wd e n i s i t ya n dn e tp h t o t o s y n t h e s t i cr a t ei n f l u c e df c 0 2o f p i n u sm a s s o n i a n aa n ds c h i m as u p e r b a a f c 0 2h a ds i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t i o nw i t hs t e m t e m p e r a t u r e ( p 1 7 生杉木 2 0 年生杉木( 肖复明等， 2 0 0 5 ) 。冬季，黑松( p i n u sc o n t o r t a ) 随着树龄增长，生长f c 0 2 逐渐降低，维持f c 0 2 逐渐升高。因生长f c 0 2 的降低幅度大于维持f c 0 2 的增长幅度，所以总f c 0 2 ( 总f c 0 2 = 生 长f c 0 2 + 维持f c 0 2 ) 随着年龄的增长而逐渐减弱( r y a n e ta 1 ，1 9 9 2 ) 。 9 大气c 0 2 浓度 大气c 0 2 浓度与f c 0 2 的关系也具有一定不确定性，其随树干温度、树干n 素营养 供应状况等因素变化。2 0 0 0 年至2 0 0 1 年，生长于1 4 倍于正常大气c 0 2 浓度下的美国 枫香( l i q u i d a m b a rs t y r a c i f l u a ) f c 0 2 比生长于正常大气c 0 2 浓度高出3 3 ，其中生长 f c 0 2 增力n 2 3 ，维持f c 0 2 增力 1 3 3 ( e d w a r d se ta 1 ，2 0 0 2 ) 。生长在c 0 2 浓度为大气2 2 5 倍环境下5 年后，欧洲赤松f c 0 2 、生长f c 0 2 、维持f c 0 2 分别增加了1 7 、9 和2 2 ( z h ae ta 1 ，2 0 0 5 ) 。导致这种结果的原因是，大气c 0 2 浓度升高后，树干生长速率 和树干活细胞所占的比率增加，树干生长、维持呼1 吸提高，从而增加f c 0 2 。但温度 绪论 未达到树木生长所需的最低温度时，即使提高大气c 0 2 浓度，对f c 0 2 也无影响。大 气在c 0 2 加倍下，只有树干温度达到2 0 2 5 时，美国西部黄松f c 0 2 才明显高于正 常大气浓度；但当树干温度为1 0 - - 一2 0 c 时，实验组与对照组1 0 2 无明显差异( c a r e y e ta 1 ，1 9 9 6 ) 。在大气c 0 2 浓度提高，而树干生长速率不改变的前提下，f c 0 2 还可能 降低。j a n o u s 等( 2 0 0 0 ) 研究就表明，在高c 0 2 浓度中，挪威云杉f c 0 2 降低。其可能 原因为：一方面，大气c 0 2 浓度升高条件下，树干n 素营养供应不足限制树干维持呼 吸( g r i f f i ne ta 1 ，1 9 9 6 ) ；同时，高c 0 2 浓度中，叶气孔导度下降，树干液流密度减 小，作为f c 0 2 重要成分之一j o 【c 0 2 】相应减小( j a n o u se ta 1 ，2 0 0 0 ) ，树干内夕b c 0 2 浓度 差下降，树干内c 0 2 扩散到大气中的能力下降。 1 0 空气相对湿度 当空气相对湿度较低时，f c 0 2 与其关系无明显规律，但当空气相对湿度升高时， 能大大促进f c 0 2 。姜丽芬等( 2 0 0 3 ) 研究发现只有空气相对湿度达到8 0 ，8 月兴 安落叶松f c 0 2 才与大气相对湿度显著相关，同时，8 月落叶松幼林的树干呼吸速率 大于气温最高的7 月，这很可能是较高的空气相对湿度促进了树干表层死树皮分解， 提高f c 0 2 。 1 1 土壤含水量 土壤水分能够影响树干细胞生长、维持代谢活动，以及叶光合作用产物向树干 运输的过程，因而土壤含水量与f c 0 2 间有着非常密切的关系。树干生长受树干细胞 膨压大小影响( d a u d e te t a l ，2 0 0 5 ) 。土壤水分亏缺将导致树干细胞膨压下降，当细 胞膨压低于某一域值时，树干细胞停止生长( h e n s o n ，1 9 8 2 ) 。s a v e y n 等( 2 0 0 7 b ) 研 究表明，对种植在花盆中的夏栎停止供水后，中午树干水势由0 5 6 m p a 下降至 2 m p a ，树干停止生长，f c 0 2 也由2 6 6p m o lm - 2s - 1 降至1 8 5 m o lm - 2s - 1 。但当土壤 水分充足时，灌溉却不能增加f c 0 2 ( m a i e r , 2 0 0 1 ) 。土壤水分亏缺时树干维持代谢活 动减弱，树干维持呼吸下降( a m t h o re ta 1 ，1 9 9 0 ；r y a n1 9 9 1 ) 。此外，干旱导致通过 韧皮部运输至树干的糖类物质减少，树干呼吸速率下降，树干生长速率下降( m c c r e e ， 1 9 8 6 ) 。 1 2 土壤养分 施肥对f c 0 2 的影响与树干生长增加速率密切相关。m a i e r ( 2 0 0 1 ) 发现施肥后 第3 年f c 0 2 显著增加，与之伴随的是树干生长速率、树干生物量和树干n 含量的增加。 而当施肥没有引起树干生长加快的前提下，f c 0 2 也没有显著变化( s t o c k f o r se ta 1 ， 福建师范人学黄玮硕士学位论文 1 9 9 8 ；r y a ne ta 1 ，1 9 9 6 ) 。 ( 四) 小结 f c 0 2 是森林的重要组成部分，对了解树木生长对环境变化响应及构建森林碳平 衡模型具有重要作用。目前，f c 0 2 研究己取得长足的进展，但该领域仍存在以下缺 陷：树干释放c 0 2 的不同成分无法准确定量；f c 0 2 的变化机制尚不清楚；未将影响 f c 0 2 的生物、环境因素综合考虑到一模型中；研究大多定位在北方针叶林、温带落 叶林和热带雨林，对亚热带，特别是中亚热带森林研究极少。鉴于上述问题，今后 应加强以下几方面的研究：通过综合运用稳定碳同位素示踪、c 0 2 微电极、s a pf l o w 等技术建立计算树干释放c 0 2 的不同成分比例的模型。深入研究f c 0 2 变化机理。 目前对f c 0 2 的研究还停留在定性描述阶段，定量研究较少。虽然有些研究建立了f c 0 2 与个别影响因子( 如树干温度、树干生长速率等) 之间的函数关系，但此关系的适 用范围还需进一步探讨。分析影响因子( 环境因子和生物因子等) 与f c 0 2 之间的定 量关系，建立f c 0 2 的相关模型。加强对亚热带地区，特别是中亚热带重建生态系 统f c 0 2 的研究。 三、研究内容与目标 ( 一) 比较不同恢复程度生境中先锋植物马尾松、木荷的f c 0 2 年均值，分析植被恢 复后树干单位面积释放c 0 2 量变化，为计算该生态系统碳收支提供基础数据。 ( 二) 研究长汀重建生态系统马尾松、木荷f c 0 2 的季节变化、日变化规律。 ( 三) 探讨马尾松、木荷f c 0 2 与环境因子、树木其他生理指标( 树干温度、树干 液流速率、树干n 含量、树干可溶性糖和淀粉含量、p n ) 的关系。深入揭示不同恢 复程度重建生态系统马尾松、木荷f c 0 2 的季节变化、日变化机制。 绪论 四、研究技术路线 长汀霞建生态系统树干c 0 2 释放速率研究 树干c o ：释放速率研究ii 树木其他生理指标测定 li 环境网子测定 不 同 恢 复 程 度 样 地 比 较 树 干 不 同 方 位 的 比 较 马 尾 松 木 荷 比 较 树 干 温 度 树 干 液 流 密 度 树 干 氮 含 j 邑 里 树 干 可 溶 性 糖 淀 粉 含 j 邑 里 叶 净 光 a r - 1 速 率 空 气 温 度 空 气 相 对 湿 度 土 壤 单 位 体 积 含 水 量 生态蘑建措施对 树干c o ：释放速 率的影响 生物学特性对 树干c 0 2 释放 速率i 的影响 树十c 0 2 释放 速率变化的生 理机制 树干c o ：释放速 率对环境变化的 响应 为精确计算中热带重建设生态系 统碳汇能力提供基础数据 为生态重建措施的 选择提供理论依据 第1 章研究区自然条件及研究方法 第1 章研究区自然条件及研究方法 1 1 研究地区自然条件 长汀县河田镇地处福建省西部，武夷山脉南段，东经1 1 6 。1 87 1 1 6 。3 1 7 ， 北纬2 5 。3 3 - - 2 5 。4 87 ，为低山丘陵地貌，平均海拔为3 1 0 m ，主要土壤类型为 红壤，属于中亚热带海洋性季风气候，降雨量充沛，湿热同季。 根据长汀县气象局1 9 7 1 - - - 2 0 0 0 年3 0 年的观测表明，长汀县年平均气温1 7 5 1 8 8 ，1 月平均气温5 8 5 ，7 月平均气温2 5 - 2 8 ，极端最高气温3 9 8 1 ， 地表极端高温7 6 6 ( 1 9 8 3 年7 月2 3 ) ，极端最低气温一7 8 ，平均降雨量为 1 7 1 1 2m m ，其中降雨量主要集中在4 6 月，占全年的5 2 2 。根据长汀县气象局 2 0 0 8 的观测结果( 图1 1 ) ，该地区月均最高气温为2 8 5 ( 8 月份) ，最低气温为 6 7 ( 1 月份) ，年降雨量达1 6 2 2 9m m ，其中5 7 月降雨较多，1 1 月和1 2 月降雨 最少。 删 畦暑 遨是 昏 盘 1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月1 0 月1 1 月1 2 月 月份n l o n t h 3 2 2 8 声 2 4芸 2 0 零孳 脚 争 1 6 童 1 2 哥 8 4 0 一气温a i rt e m p e r a t u r e 口降雨量p r e c i p i t a t i o n 图1 12 0 0 8 长汀县年降雨量和空气相对温度月均值 f i g1 1c h a n g eo fa i rt e m p e r a t u r ea n dp r e c i p i t a t i o ni nc h a n g t i n gc o u n t yo n2 0 0 8 长汀县河田镇属闽西南上古生代覆盖层低山丘陵地貌，土壤为黑云母花岗岩风 化形成的山地红壤，石英含量2 5 0m g k g 一，绝大部分山地土壤露出心土层，有的甚 至露出母质层和母质岩层( 谢锦升，2 0 0 5 ) 。根据2 0 0 3 年土壤侵蚀遥感调查表明， o 0 0 o 0 0 0 0 o o 0 钻弱巧扣佰竹5 福建师范大学黄玮硕十学位论文 水土流失面积1 3 5 8 6 8 3h m 2 ，占全镇土地面积的4 6 6 8 。其中轻度流失面积5 6 6 9 7 8 h m 2 ，占该镇总流失面积的4 1 7 3 ；中度流失面积5 1 5 9 0 1h m 2 ，占3 7 9 7 ；强度流 失面积2 2 2 9 5 8h m 2 ，占1 6 4 1 ；极强度流失面积4 6 3 1 4h m 2 ，占3 4 1 ；剧烈流失面 积6 5 3 2h m ，占0 4 8 ( 谢锦升，2 0 0 5 ) 。 早在1 9 4 0 年，福建省研究院就在长汀县河田镇设立了“土壤保肥试验区，开 始系统地治理河田强度侵蚀区的水土流失。并采用建坝拦沙、整地蓄水、恢复植被 和增加有机肥投入等措施来保育土壤。2 0 世纪5 0 年代，河田采取了以封山育林和 营造马尾松林为主的水土保持措施，但该时期成果在大炼钢铁和三年困难时期遭到 了彻底破坏。2 0 世纪6 0 7 0 年代，该地区采取了工程与生物措施相结合的方法治 理水土流失，但是治理成果的保存率低，该时期大部分地表土壤流失殆尽，马尾松 年高生长仅为5 - - 2 5c m ，盖度5 一- - 1 0 ，成为“小老头林”，林下仅有十分稀少的 野枯草、芒萁等草本植物。2 0 世纪8 0 年代初，为彻底根治河田镇的水土流失，福 建省政府组织八个单位联合攻关，利用国家补助、以工代贩，实行以生物措施为主， 工程措施和农业技术措施为辅、以煤代柴等方式，采取以草灌先行，草灌乔结合， 以封为主，封造管结合等多种措施开展水土保持生态恢复工作，经过二十多年的不 懈努力，河田水土流失程度大为降低( 郑怀舟，2 0 0 7 ) 。 1 2 样地概况 据陈志彪( 2 0 0 5 ) 、谢锦升( 2 0 0 5 ) 和李守中等( 2 0 0 8 ) 的研究，参照长汀县河 田镇土壤理化性质、植被盖度和样地生物多样性这三个指标( 表1 1 ) ，选择了2 个 不同生态恢复程度的样地，即伯湖( b h ) 、八十里河( b s l h ) 开展本实验。 表1 1 样地生物多样性指数和土壤物化性质比较 t a b l e1 1c o m p a r i s o no fb i o d i v e r s i t yi n d e xa n ds o i lp h y s i c a l - c h e m i s t r yp r o p e r t i e so ft w o 叁塑p 璺! 璺里! ! ! 望 塑塑曼旦! ! 皇塑里墨望 物种丰富度s p e c i e sr i c h n e s s 1 02 0 香农指数s h a n n o n w i e n e ri n d e x1 3 22 7 9 土壤容重s o i lb u l kd e n s i t y ( g 锄3 )1 5 6 1 4 2 有机质o r g a n i cm a t e r ( g k g 以) 4 2 4 1 1 3 水解性nh y d r o l y s a b l en i t r o g e n ( o 2 0 c m ) ( m g k g 。1 ) 4 9 31 2 2 0 6 垄整鉴! ：! ! ! 兰! ! 12 2 1 1 ：! 虫里嫂= ：竺型f 巴墨：蛭：2塑：璺：2 1 第1 章研究区自然条什及研究方法 1 2 1 样地i 试验地位于河田镇伯湖村， 封禁管理，未实施人工治理措施， 坡度1 5 。上壤侵蚀度极强，母 质层裸露，土壤多为石砾，保水 保肥能力差，夏季地表温度高， 存当地被称为“癞痢山”、“光板 地”、“火焰山”( 如图1 2 ) 。样 地中的马尾松、f 均树龄在2 0a 以上，均高仪1 51 1 1 ，为生长缓慢 的“小老头松林”，林下植被盖度 图1 2 样地i 图片 h g u r e l 2 p h o t oo f p l o t 仅6 ，灌木层主要为马尾松小树、小叶赤捕( s y z y g i u m 咖甜) 、黄瑞术( a d i n a n d r a m i l l e t f i i ) 等；林f 草本层主要有芒其( d i c r a n o p t e r i sd i c h o t o m a ) 、黑麦草( l o l i u m p e r e n n e ) ( 魏霞，2 0 0 7 ) 。由上可此判断该样地生态恢复水平较低。 1 2 2 样地i i 试验地位于河田镇八十里河小流域。 泊理前情况与样地i 相似，坡度1 4 。 1 9 8 1 年冬，在原侵蚀地采用小水平沟整地 并下基肥，整地时保留原有马尾松、术荷 等乔木。1 9 8 2 年春季在马尾松林下栽植杉 木( c u n n i n g h a m i al a n c e o l a t a ) 和术荷，并 套种胡枝子( l e s p e d e z ab i c o l o r ) 和紫穗槐 ( a m o r p h a u t i c o s a ) ，当年8 月、8 月及 第2 年5 月实施尿素追肥3 次，每年砍伐 胡枝子和紫穗槐覆盖林地( 谢锦升，2 0 0 5 ) 。 目前，乔术层为马尾松和木荷制阔混交林， 马尾松与术衍平均胸径分别为1 34c m 和 1 45c m ，平均树高1 09 1 1 1 ，林下植被盖度 达9 0 ：灌木主要有胡枝子、黄瑞术、油 图1 3 样地l i 图片 f i g u r e l 3 p h o t o o f p l o t l l 福建师范大学黄玮硕士学位论文 茶( c a m e l l i ao l e i f e r a ) 、赤楠、毛冬青( i l e xp u b e s c e n s ) 、野漆( t o x i c o d e n d r o n s u c c e d a n e u m ) 、黄栀子( g a r d e n i a j a s m i n o i d e s ) 草本植物以芒萁占绝对优势，并见 地慈( m e l a s t o m ad o d e c a n d r u m ) 、狗脊( w o o d w a r d i a j a p o n i c a ) 等草本植物( 图1 3 ) 。 与样地i 相比该样地生态恢复水平较高。 1 3 材料与方法 1 3 1f c 0 2 测定 分别于2 0 0 8 年1 月上旬、4 月中旬、7 月中旬和1 0 月中旬( 分别代表冬、春、 夏、秋4 个季节) 测定样地i i 马尾松、木荷f c 0 2 ，而仅在2 0 0 8 年7 月和1 0 月中旬 测定样地i 马尾松f c 0 2 。每次实验每个样地连续测定2 天，取两天的平均值进行数 据分析。 各树种选取6 棵测量，样树树龄均在2 5 - 3 0 年。其中，样地i 马尾松样树平均 胸径6 9c m ，平均树高3 9c m ；样地i i 马尾松和木荷样树树高都在1 0m 以上，平均 胸径分别为1 2 7c m 和1 3 3c m 。 用l i 8 1 0 0 红外气体分析仪( l i c o r 公司，美国) 测定树干1 3m 处南、北2 面的f c 0 2 。分析仪与一个自制气室相联，气室由一段直径7 0 或1 0 1m m p v c 管制作， 它由2 部分组成：一部分一端平切，另一端切割成与树干表面弯曲尽量相接近的弧 度，固定于树干上部，并用硅酮防水胶密封树干与p v c 管问的间隙( 树皮不做任何 处理，以防影响树干c 0 2 释放) ，用油漆做好位置标记，每次实验时覆盖同样的位 置；另一部分两端平切，一端与固定在树干上的p v c 管连接，另一端密封，并在横 板上打2 个孔，通过橡皮管使之与分析仪相连。l i 8 1 0 0 c 0 2 气体分析仪测定的单位 时间内单位表面积树干c 0 2 浓度增加量即为f c 0 2 。 1 3 2 树干液流密度测定 在测定f c 0 2 的同时，用p r o b e l 2 t d p 插针式植物茎流测量系统( d y n a m a x 公司， 美国) 测定马尾松和木荷树干1 5m 处南北2 个方向的液流密度。 1 3 3 树干温度测定 用钉子在p v c 管下1 0c m 处钉一个深1c m 的小孔，在测量f c 0 2 的同时，将接 触式表面温度计( s k 2 5 0 w p ，s ks a t o 公司，日本) 插入孔中待数值稳定后读数。 第1 章研究区自然条什及研究方法 1 3 4 气温和空气湿度测定 实验期间用温度湿度计测定林内距地面1 3 m 处大气的温度和相对湿度并校 准表面温度计和温度湿度计测量的温度值。 1 3 5 土壤单位体积含水量测定 在测定f c 0 2 的同时，用土壤单位体积含水量时域反射仪( t d r 3 0 0 ，s p e c t r u m 公司，美国) 测定每棵样树周围6 个点的土壤1 1c m 深含水量。 1 3 6p n 测定 为避免损伤样树，在每个样地选3 棵树高、胸径、冠幅与测定f c 0 2 相似的树 木测定p n 。每个季节在测定f c 0 2 的白天，用便携式光合测定系统l i 6 4 0 0 ( l i c o r 公司，美国) 测定同步p n 。冬、春、秋季测定时间为8 ：0 0 - - 1 6 ：0 0 ，夏季测定时 间为6 ：0 0 - - - - 1 8 ：0 0 。 1 3 7 树干n 含量测定 每个季节各样地，选择树高、胸径、冠幅与测定f c 0 2 的样树相似的树马尾松、 木荷各6 棵，用生长锥在树干上1 3m 处沿南北向取样。离体树心在6 0 中烘干7 2 小时，粉碎，过半径0 2 5m m 筛，用元素分析仪器( v a i oe lh i ) 测量n 含量。 组织n 含量用样品单位干重的n 含量表示。 1 3 8 树干可溶性糖和淀粉含量测定 采用蒽酮法测定可溶性糖含量( 王文杰等，2 0 0 7 ) 。取2 0 0 - - - , 4 0 0m g 粉碎样品与 1 0m l8 0 酒精混合，置于8 0 水浴加热4 0m i n 后离心，收集上清液，其残渣加5 m l8 0 酒精重复提取2 次，合并上清液。在上清液中加1 0m g 活性炭，8 0 水浴 脱色3 0m i n ，并定容至2 5 - - 1 0 0m l 。吸取提取液1m l ，加入葸酮5m l ，在沸水浴中 加热1 0m i n ，冷却后用紫外可见分光光度仪( u v - 2 4 5 0 ) 在6 2 0n m 处比色，对照 标准曲线得出提取液中可溶性糖含量。 将剩余残渣晾干后倒入锥形瓶中，加7 0 高氯酸3 5m l ，慢速震荡3 0m i n ，过 滤定容至1 0 0m l 后吸取5m l ，再定容至5 0m l ，隔夜冷藏。吸取提取液1m l ，加入 葸酮5m l ，在沸水浴中加热1 0m i n ，冷却后用分光光度仪在6 2 0 n m 处比色，对照标 准曲线得出提取液中淀粉的含量。 1 3 9 相关指标的计算 福建师范火学黄玮硕十学位论文 用公式2 1 拟合f c 0 2 与树干温度的关系( l a v i g n e ，1 9 8 7 ) f c 0 2 = 夕e 灯 ( 1 1 ) 式中丁为树干温度，夕和k 为常数。 q 阳是温度每增加1 0 树干呼吸速率增加的倍数，q l o 用公式( 2 2 ) 计算。 1 0 k q 1 0 e ( 1 2 ) 依据b o w m a n 等( 2 0 0 5 ) 和g a n s e r t r 等( 2 0 0 5 ) 的研究拟合树干液流相对较低 或停止流动时f c 0 2 和树干温度问的回归关系，并计算r s 。 f c 0 2 邓7 ( 1 3 ) 当树干液流相对较低或停止流动时，f c 0 2 约等于r s ，可用于计算r s ，即 r s = f l ，e k f ( 1 4 ) 运输通量( j u ) 的计算：质量平衡法( m a s sb a l a n c ea p p r o a c h ) 理论认为，树干 呼吸量是树干c 0 2 释放通量( f c 0 2 ) 与液流中的运输通量( j u ) 和一定时间内液流 中c 0 2 浓度的平均升高或降低量( 储存通量) ( j x ) 之和，即r s - f c 0 2 + j u + j x ( m c g u i r ee ta 1 ，2 0 0 4 ) 。树干液流高峰出现时j x 可忽略不计，r s 与f c 0 2 之差为j u ( g a n s e r t re ta 1 ，2 0 0 5 ) ，即 j u = r s - f c 0 2 ( 1 5 ) 1 3 1 0 数据处理 数据处理中使用e x c e l 2 0 0 3 进行数据整理和图形制作，用s p s s l 3 0 对数据进 行方差分析、相关分析及回归分析。 第2 章不同恢复程度样地先锋植物f c 0 2 年均值 第2 章不同恢复程度样地先锋植物f c 0 2 年均值 2 1 结果与分析 2 1 1 马尾松、木荷f c 0 2 年均值 2 1 1 1 不同恢复程度样地马尾松f c 0 2 夏、秋季节均值 样地i 马尾松树干南、北两面f c 0 2 的夏、秋季节均值分别为1 1 1 和 1 2 5 z m 0 1 m - 2 s ；样地1 1 分别为1 8 2 和1 8 8 z m 0 1 m - 2 s d ( 如图2 1 ) 。样地i 马尾松 f c 0 2 的夏、秋季节均值显著小于样地i i ( p o 0 5 ) 。以方位为因素，对两样地马尾 松树干南、北面f c 0 2 的夏、秋季节均值做单因素方差分析，它们树干南北两面f c 0 2 夏、秋季节均值差异均不显著。 样地i ，样地 样地h a b i t a t s 因树干南面t h es o u t h 口树干北面t h en o r t h 图2 1 不同恢复程度样地马尾松f c 0 2 夏、秋季节均值 f i g u r e2 1t h es u m m e ra n da u t u m nm e a nv a l u eo ff c 0 2f o rp m a s s o n i a n ai nd i f f e r e n th a b i t a t sr e s t 2 1 1 2 样地i i 马尾松、木荷f c 0 2 年均值 样地i i 马尾松树干南、北面的f c 0 2 年均值分别为1 6 4 和1 6 8 z m o l m - 2 s 。极显 著小于木荷( 树干南、北面的f c 0 2 年均值分别为4 4 6 和4 0 7 z m o l - m - 2 s d ) ( p 0 0 1 ) 。 两树种树干南、北面f c 0 2 年均值差异也均不显著( 如图2 2 ) 。 0 5 0 5 0 5 0 & 互 z l l 仉 仉 k弋1ioiinlv g u 函 斟瑙矮胖6u巾辖 福建师范大学黄玮硕士学位论文 马尾松木蔼 树种s 1 ) e c i e s 圈树干南面t h es o u t h 口树干北面t h en o r t h 图2 2 样地马尾松、木荷f c 0 2 年均值 f i g u r e2 2t h ea n n u a lm e a nv a l u eo ff c 0 2o f p m a s s o n i a n aa n ds s u p e r b a ai np l o ti i 长汀重建生态系统马尾松树干f c 0 2 年均值与长白山红松( 1 2 3 5 p m o l m - 2 s 以) ( 王 淼等，2 0 0 8 ) 、欧洲云杉( p i n u ss y l v e s t r i s ) ( 1 0 2 1 1 l p m o l m - 2 s 。1 ) ( z h a e t a l ，2 0 0 5 ) 等相近，略低于挪威云杉( 1 7 9 一- 2 2 2 z m o l m - 2 s d ) ( a c o s t a e t a l ，2 0 0 8 ) 。木荷f c 0 2 年均值则大于西双版纳1 1 种阔叶树( 严玉平等，2 0 0 7 ) 和喀麦隆m b a l m a y o 热带 雨林7 个树种( 0 0 7 - 2 0 0 t m o lm 。2 s 1 ) ( m e i r e t a l ，2 0 0 2 ) 。 2 1 2 影响马尾松、木荷f c 0 2 年均值的因素 2 1 2 1 不同恢复程度样地环境因子年均值 由表2 1 可知样地i 夏、秋季节气温均值略高于样地i i ，空气相对湿度和土壤 单位体积含水量则比样地i i 稍