咸水滴灌下塔里木沙漠公路防护林风沙土呼吸特征及其驱动成因解析

Soil respiration has been presently viewed as a vital ecological progress in the global carbon cycle and climate change. Previous researches on soil respiration of the shelter forest ecosystem in the extreme arid region are quite inadequate, which would be necessary for estimating the dynamics and balance of carbon on regional scale or world scale. Therefore, in this project, the hinterland of the second world drift desert will be selected as the study area with various special characteristics, and then the Tarim desert highway shelter forest was chosen as the study object due to its speciality of enviromental conditions and management model. The experimental design were mainly based on different plantation time, irrigation water quality and site condition of the shelter forest. Sandy soil respiration rate of the shelter forest was measured using soil carbon flux measurement system (LI-8100) and alkali absorption method. In term of the soil respiration, temporal and spatial variability, responses of irrigation water quality and vegetation, effect of site condition were investigated to enclose sandy soil respiration characteristics of the Tarim desert highway shelter forest land. Finally, combined with soil physical, chemical, biological factors and meteorological factor, the driving mechanism of sandy soil respiration characteristics in the Tarim desert highway shelter forest was expound via various statistical methods. The study fruits of this project will enrich basic data of carbon balance in extreme arid region, help to improve theoretical system of carbon cycling in in extreme arid region, furthermore, provide scientific decision-making basis for sustainable management of the Tarim desert highway shelter forest ecological project.

土壤呼吸是当前全球碳循环和气候演变中的关键生态过程。目前极端干旱区人工林生态系统土壤呼吸方面的资料相当匮乏，相关资料在区域乃至全球碳循环研究中必不可少。为此，本项目立足于世界第二大流动沙漠腹地这个极为特殊的时空点，以塔里木沙漠公路防护林生态系统为研究对象，基于其所处环境条件和管理模式的独特性，从定植年限、滴灌水质和立地条件出发，通过利用LI-8100土壤碳通量测量系统和碱液吸收法测定林地土壤呼吸速率，揭示防护林土壤呼吸的时空分异性、对滴灌水质和立地条件的效应以及对植被和风沙活动的响应；进而阐明塔里木沙漠公路防护林土壤呼吸特征；最后结合土壤理化、生物和气象因子，运用多种统计方法，阐释塔里木沙漠公路防护林土壤呼吸特征的驱动机制。本项目研究成果能够丰富极端干旱区碳平衡研究的基础资料，有益于极端干旱区碳循环理论体系的完善；同时可为塔里木沙漠公路防护林生态工程的可持续性管护提供科学决策依据。

本项目以塔里木沙漠公路防护林生态系统为研究对象，利用LI-8100土壤碳通量测量系统，从定植年限、滴灌水质、立地条件、植被类型和风沙活动的差异性出发，通过系统测试林地土壤呼吸速率，揭示了林地土壤呼吸速率的时空分异规律、滴灌水质和立地条件对林地土壤呼吸的效应、以及林地土壤呼吸对植被和风沙活动的响应规律；进而阐明了塔里木沙漠公路防护林土壤呼吸特征；最后结合了土壤理化、生物和气象因子，阐释了塔里木沙漠公路防护林土壤呼吸特征的驱动机制。本项目研究成果丰富了极端干旱区碳平衡研究的基础资料，在林地土壤质量演变上为塔里木沙漠公路防护林生态工程的可持续性管护提供了一定决策依据。 .本项目的主要研究观点有：.（1）定植年限方面，土壤呼吸速率曲线均呈现为单峰型。日内林地土壤呼吸最大值和最小值基本出现在14:00点和3:00点。土壤呼吸速率值不同月份间具有明显的规律性，大小依次为7月> 6月> 8月> 5月> 9月> 4月> 3月> 10月> 11月> 2月> 12月> 1月。不同季节间土壤呼吸速率值差异显著，大小依次为夏季> 秋季> 春季> 冬季。.（2）立地条件方面，土壤呼吸速率的立地条件效应不明显，大小依次为沙垄背风坡> 沙垄顶部> 沙垄迎风坡> 垄间平沙地。.（3）滴灌水质方面，灌水矿化度对林地土壤呼吸速率的抑制效应明显，矿水矿化度越高，土壤呼吸速率越小。.（4）植被类型方面，三种建植树种梭梭、沙拐枣和柽柳根系土壤呼吸速率大小有较为明显的差异，梭梭> 沙拐枣> 柽柳。.（5）风沙活动方面，沙尘暴对塔里木沙漠公路防护林土壤呼吸速率有显著影响，沙尘暴的到来降低了土壤呼吸速率。.（6）土壤呼吸驱动成因方面，影响土壤呼吸的物理因子主要有土壤温度和含水量，与土壤呼吸速率正相关；土壤化学因子中影响土壤呼吸速率较大的有5-30 cm土壤有机质、速效氮和全量氮；土壤微生物因子中对土壤呼吸影响最大的有微生物碳源代谢多样性和纤维素酶活性。从环境因子对土壤呼吸过程影响的综合性特点来看，3类总公因子的影响力排序为：土壤温度、含水量和碳含量> 土壤有机质、速效氮、全量氮和微生物量氮> 土壤速效磷、全量磷和微生物磷> 土壤容重、盐分含量和土壤阳离子交换量。