木麻黄人工林土壤呼吸测定方法的比较分析 作者：叶功富 肖胜生 郭瑞红 吴惠忠 李茂瑾
来源：《海峡科学》2008年第10期
[摘要] 以惠安滨海沙地木麻黄沿海防护林为研究对象，采用静态箱式法和LI-8100 Automated Soil CO2 Flux System两种方法测定比较了木麻黄人工林土壤呼吸的日动态和季节动态。分析表明，静态法的测定结果是动态法的1.327倍，且测定结果不太稳定。两种方法的线性回归分析得出R 2 =0.8258，说明它们存在显著的线性关系，这两种方法的测定结果都有较高的可信度。
[关键词] 木麻黄 土壤呼吸 比较
土壤呼吸是土壤释放CO 2 的过程，是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。全球土壤是一个巨大的碳库，其碳贮量约1 500 Pg，分别是陆地植被和大气的2倍和3倍[1]。据估计，全球土壤每年向大气释放碳68～100 Pg[2]，是化石燃料燃烧排放碳量的10倍以上。因此，即使土壤呼吸发生微小变化，也会引起大气中CO 2浓度的明显改变。森林是陆地生态系统的主体，其土壤碳贮量约占全球土壤的73％[3,4]。森林采伐及采伐后的土地利用方式变化对土壤碳贮量和碳释放有较大影响。在中国规模巨大的人工林中，沿海各种防护林占有相当大的比重。木麻黄作为东南沿海地区的主要造林树种，在防风固沙、改造生态环境方面发挥着难以替代的巨大作用。相信随着国家沿海防护林体系的不断完善，木麻黄林在沿海的规模、地位和作用会越来越突出[5-7]。因此，研究木麻黄人工林土壤呼吸对于准确评估沿海防护林，乃至于我国人工林在全球碳循环中的作用具重大意义。
目前测定土壤呼吸的方法有很多[8,9]，不同的测定方法都存在各自的优缺点，有的方法适合某一种生态系统，而并不一定就适合其它的生态系统。本实验采用了静态箱式法和LI-8100 Automated Soil CO2 Flux System两种方法测定木麻黄人工林某一测定点的一日和半年的土壤呼吸动态，并对两种方法测定的结果进行相关分析比较其差异，以期能够选出一种能够客观展示木麻黄人工林土壤呼吸状况的方法。
1 试验地概况
试验地设在福建省沿海中部惠安县崇武镇赤湖防护林场(118°55′ E，24°55′ N)，属南亚热带海洋性季风气候，年平均气温19．8℃；年均降水量1 029mm，年均蒸发量2 000 mm；夏季(7月-9月) 多台风和暴雨天气，秋冬东北风强盛，8级以上的大风天达105d ，年平均风速7.0 m•s-1，干湿季明显。土壤为均一性风积沙土，沙土层厚度80-100 cm。
2 材料与方法
试验地设置在17年木麻黄人工纯林内，株行距2.0m× 2.0m，样地面积为20m×20m ，在样地内随机设置三个50cm× 50cm的小样方作为土壤呼吸测定点，同时在每个小样方的附近设置一个1m×1m 的小样方进行根排除处理后作为土壤异养呼吸测定点。这样每个样地共有6个呼吸点，3个用来测定土壤总呼吸，3个用来测定土壤异养呼吸。
采用排除根系法（也称作开沟法）进行土壤呼吸分离，即在1m×1m 的小样方四周挖掘深度为70～100cm 、宽度为50cm 的壕沟，将玻璃纤维薄片放入沟中以阻止根向样方内生长，然后把沟填平。根据经验，挖沟在开始观测3～4个月前进行，即在2005年7月份就把沟挖好，待到2005年11月份才开始呼吸测定，这样测得的样方内的土壤呼吸就是扣除了根系呼吸的土壤异养呼吸。
静态箱式法从2005年11月份开始至2006年10月份结束，每月中旬测定一次；LI-8100 Automated Soil CO2 Flux System方法从2006年5月份开始至2007年4月份结束，每月中旬测定一次，也就是说从2006年5月份到2006年10月份半年期间采用两种方法同时测定。 3 结果与分析
3.1 两种方法在某一测定点日动态的差异比较
下面通过在2006年7月份木麻黄中林样地土壤异养呼吸的日动态来比较两种方法的差异。如下图所示，很明显的是，静态法的测定结果比动态法的结果大，在这一天中，平均而言前者是后者的1.327倍，这与Nakadai 的研究结果是一致的。这可能主要是因为静态法由于气室内部缺少小风扇，以致气室所收集的CO 2不能很好的分散开来，所以抽取一定体积的CO 2浓度会偏大，从而造成呼吸速率的偏大。两种方法的土壤异养呼吸日动态变化曲线基本是一致的，但是静态方法的测定结果明显不是很稳定，变异更大，其在这一天中的变化范围为4.77～
3.54，而动态法的变化范围是3.52～2.92。这主要是因为静态法的密闭气室要求频繁的插入和拔出，这样会对呼吸点会造成比较大的扰动，从而造成变异较大；正因为静态法的变异较大，所以上面都是基于动态法的测定结果来分析的。
3.2两种方法测定结果月际动态的差异比较
由图2所示，每个测定数据均为当日异养呼吸测定结果的平均值。可以看出，两种方法测得的木麻黄中林样地的土壤异养呼吸速率的季节动态具有非常好的一致性，说明这两种方法的测定结果具有较高的可信度。
3.3 两种方法测定结果的相关性分析
把这两种呼吸测定方法的大量数据在一起做线性相关分析，剔除很明显的异常数据，如下图所示，发现它们存在着比较好的线性相关，R 2值达到0.8258，这同样可以说明这两种方法的测定结果具有较高的可信度。
木麻黄人工林土壤呼吸测定方法的比较分析 作者：叶功富 肖胜生 郭瑞红 吴惠忠 李茂瑾
来源：《海峡科学》2008年第10期
[摘要] 以惠安滨海沙地木麻黄沿海防护林为研究对象，采用静态箱式法和LI-8100 Automated Soil CO2 Flux System两种方法测定比较了木麻黄人工林土壤呼吸的日动态和季节动态。分析表明，静态法的测定结果是动态法的1.327倍，且测定结果不太稳定。两种方法的线性回归分析得出R 2 =0.8258，说明它们存在显著的线性关系，这两种方法的测定结果都有较高的可信度。
[关键词] 木麻黄 土壤呼吸 比较
土壤呼吸是土壤释放CO 2 的过程，是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。全球土壤是一个巨大的碳库，其碳贮量约1 500 Pg，分别是陆地植被和大气的2倍和3倍[1]。据估计，全球土壤每年向大气释放碳68～100 Pg[2]，是化石燃料燃烧排放碳量的10倍以上。因此，即使土壤呼吸发生微小变化，也会引起大气中CO 2浓度的明显改变。森林是陆地生态系统的主体，其土壤碳贮量约占全球土壤的73％[3,4]。森林采伐及采伐后的土地利用方式变化对土壤碳贮量和碳释放有较大影响。在中国规模巨大的人工林中，沿海各种防护林占有相当大的比重。木麻黄作为东南沿海地区的主要造林树种，在防风固沙、改造生态环境方面发挥着难以替代的巨大作用。相信随着国家沿海防护林体系的不断完善，木麻黄林在沿海的规模、地位和作用会越来越突出[5-7]。因此，研究木麻黄人工林土壤呼吸对于准确评估沿海防护林，乃至于我国人工林在全球碳循环中的作用具重大意义。
目前测定土壤呼吸的方法有很多[8,9]，不同的测定方法都存在各自的优缺点，有的方法适合某一种生态系统，而并不一定就适合其它的生态系统。本实验采用了静态箱式法和LI-8100 Automated Soil CO2 Flux System两种方法测定木麻黄人工林某一测定点的一日和半年的土壤呼吸动态，并对两种方法测定的结果进行相关分析比较其差异，以期能够选出一种能够客观展示木麻黄人工林土壤呼吸状况的方法。
1 试验地概况
试验地设在福建省沿海中部惠安县崇武镇赤湖防护林场(118°55′ E，24°55′ N)，属南亚热带海洋性季风气候，年平均气温19．8℃；年均降水量1 029mm，年均蒸发量2 000 mm；夏季(7月-9月) 多台风和暴雨天气，秋冬东北风强盛，8级以上的大风天达105d ，年平均风速7.0 m•s-1，干湿季明显。土壤为均一性风积沙土，沙土层厚度80-100 cm。
2 材料与方法
试验地设置在17年木麻黄人工纯林内，株行距2.0m× 2.0m，样地面积为20m×20m ，在样地内随机设置三个50cm× 50cm的小样方作为土壤呼吸测定点，同时在每个小样方的附近设置一个1m×1m 的小样方进行根排除处理后作为土壤异养呼吸测定点。这样每个样地共有6个呼吸点，3个用来测定土壤总呼吸，3个用来测定土壤异养呼吸。
采用排除根系法（也称作开沟法）进行土壤呼吸分离，即在1m×1m 的小样方四周挖掘深度为70～100cm 、宽度为50cm 的壕沟，将玻璃纤维薄片放入沟中以阻止根向样方内生长，然后把沟填平。根据经验，挖沟在开始观测3～4个月前进行，即在2005年7月份就把沟挖好，待到2005年11月份才开始呼吸测定，这样测得的样方内的土壤呼吸就是扣除了根系呼吸的土壤异养呼吸。
静态箱式法从2005年11月份开始至2006年10月份结束，每月中旬测定一次；LI-8100 Automated Soil CO2 Flux System方法从2006年5月份开始至2007年4月份结束，每月中旬测定一次，也就是说从2006年5月份到2006年10月份半年期间采用两种方法同时测定。 3 结果与分析
3.1 两种方法在某一测定点日动态的差异比较
下面通过在2006年7月份木麻黄中林样地土壤异养呼吸的日动态来比较两种方法的差异。如下图所示，很明显的是，静态法的测定结果比动态法的结果大，在这一天中，平均而言前者是后者的1.327倍，这与Nakadai 的研究结果是一致的。这可能主要是因为静态法由于气室内部缺少小风扇，以致气室所收集的CO 2不能很好的分散开来，所以抽取一定体积的CO 2浓度会偏大，从而造成呼吸速率的偏大。两种方法的土壤异养呼吸日动态变化曲线基本是一致的，但是静态方法的测定结果明显不是很稳定，变异更大，其在这一天中的变化范围为4.77～
3.54，而动态法的变化范围是3.52～2.92。这主要是因为静态法的密闭气室要求频繁的插入和拔出，这样会对呼吸点会造成比较大的扰动，从而造成变异较大；正因为静态法的变异较大，所以上面都是基于动态法的测定结果来分析的。
3.2两种方法测定结果月际动态的差异比较
由图2所示，每个测定数据均为当日异养呼吸测定结果的平均值。可以看出，两种方法测得的木麻黄中林样地的土壤异养呼吸速率的季节动态具有非常好的一致性，说明这两种方法的测定结果具有较高的可信度。
3.3 两种方法测定结果的相关性分析
把这两种呼吸测定方法的大量数据在一起做线性相关分析，剔除很明显的异常数据，如下图所示，发现它们存在着比较好的线性相关，R 2值达到0.8258，这同样可以说明这两种方法的测定结果具有较高的可信度。