植物根系对寒温带兴安落叶松林土壤CO 通量的影响

王皓左，张秋良

（内蒙古农业大学林学院，内蒙古呼和浩特 010010）

IPCC 在第5 次评估报告中预测，截至2035 年全球地表平均气温将升高0.3～0.7℃，气候变暖作为全球变化的主要表现之一[1]。当前，CO 作为第三大含碳痕量气体被认为是间接的温室气体，CO 排放的增多将进一步加剧温室效应[2]。研究表明，每排放100Tg 的CO，其造成的全球变暖潜能（GWP）与排放5Tg 的CH4 等价[3]，大气CO 的主要自然排放源于土壤及地表植物（约142Tg-CO/a）[4]。以寒温带大兴安岭兴安落叶松林为研究对象，通过6－9 月生长季的土壤CO 气体通量观测，讨论植物根系作用对CO 气体通量的影响，了解土壤温湿度与土壤CO 通量的关系以及CO 的排放来源。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验区位于内蒙古大兴安岭森林生态系统国家野外科学观测研究站（N50°49′～50°51′，E121°30′～121°31′），处中国最北端，属根河林业局潮查林场范围，平均海拔826m，该地为寒温带北方针叶林生态系统，具有明显寒温带大陆性季风气候，春秋两季分隔明显，夏秋短暂，冬季漫长。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置。试验样地选择典型兴安落叶松天然过伐更新林，样地面积为30m×80m 的长方形，林分郁闭度0.8，平均年龄为40a。立地和生境条件一致，郁闭度0.8，灌木以杜香（Ledum palustre）为主，间有聚集分布的笃斯越橘和越橘。

对照组（RL）：不做任何处理，维持原始状态。断根组（L）：在样地内，设置3 个1m×1m 断根样方，于2019年采用挖壕法进行断根处理，沿样方四周挖壕沟至无根系的深度，切断根后插入7 层塑料膜为阻止根向样地内生长，在3 个样方内各布设1 个土壤环。

1.2.2 CO 气体通量采集和土壤温湿度测定。使用加拿大LGR 动态箱CO 气体分析仪：测量CO 通量值及土壤表层10cm 处温度与湿度进行测定。保持土壤环在整个观测期内位置不变。

本试验于2020 年6 月－2020 年9 月的生长季期内，每月每旬各测2 次，测定时间采取国际通用温室气体采集时间上午9：00～12：00，共测定24 次。

1.3 数据统计

试验数据使用Excel 2019 进行初期处理，使用SPSS19.0 单因素方差分析法（One-Way ANOVA）、最小显著差异法（LSD）及线性回归拟合方程进行分析，绘图采用Excel 完成。

2 结果与分析

2.1 断根处理对土壤温度的影响

土壤温度与土壤湿度是影响土壤微生物活动及CO气体通量的2 个重要环境因子，不同处理下土壤温度差异较小；土壤湿度去根L 显著高与RL（见图1）。对不同处理的土壤温度、土壤湿度进行分析得出：土壤温度在断根后与对照样地土壤温度不存在显著差异（P＞0.05），土壤湿度在断根后均存在显著差异（P＜0.05）（表1）。土壤温湿度受时间（月份）的变化存在显著差异（P＜0.05），土壤温度呈单峰曲线变化，土壤湿度受雨季等影响无显著曲线特征。

图1 不同处理下的土壤温湿度

2.2 土壤温湿度与土壤CO 通量的关系

对土壤温度与土壤CO 通量进行线性回归分析，对照样地土壤CO 通量与土壤温度呈显著的正相关关系，而去根处理之后，土壤CO 通量与土壤温度无显著相关性（见表2），这也说明CO 的气体产生可能受到植物根系的直接作用，并不完全归因于土壤温湿度的调控作用。对土壤湿度与土壤CO 通量进行线性回归分析，原始状态下土壤CO 通量与土壤湿度无显著相关性，去凋处理之后，土壤CO 通量与土壤湿度仍无显著相关。

表2 CO 通量（Y）与土壤温度（X）间的线性回归方程

表3 CO 通量（Y）与土壤湿度（X）间的线性回归方程

2.3 断根处理对土壤CO 通量的影响

通过单因素方差分析结合图2 可知，去根处理下，CO 通量值均与对照样地CO 通量差异显著P＜0.05，去根显著降低了土壤CO 气体通量值。

图2 去根处理对土壤CO 气体通量的影响

3 结论

（1）去除植物根系会使土壤湿度显著增加，但对土壤温度影响并不显著，且土壤温湿度随着时间（月份）变化均会有显著差异。（2）在未受干扰状态下，土壤CO 通量与土壤温度呈显著正相关，与土壤湿度无显著相关性；去除植物根系后，土壤CO 通量与土壤温湿度均无显著相关。（3）结合测定的生长季土壤CO 通量数据，可以得出，去除植物根系，土壤CO 通量会显著降低，呈源汇交替变化，时间变化特征明显。

4 讨论

植物根系的去除不会改变土壤温度，但会增加土壤湿度，与刘智等[5]对樟树林的去根研究一致。研究表明：水分条件充足情况下，土壤温度对土壤碳通量的影响要显著高于土壤湿度对土壤碳通量的影响，这与王倩[6]等对土壤呼吸碳通量的研究结果一致。植物根系的研究多集中于碳通量与土壤呼吸研究中，有关土壤CO 气体通量的研究尚少，本试验初步得出植物根系会有助于CO的释放这一结论，日后还应完善微生物、土壤理化学性质与土壤CO 通量的相关作用研究。