东北典型温带森林大型土壤动物呼吸对气候暖化的响应

本研究以生态系统碳循环为切入点，采用长期定位跟踪实测和室内培养实验相结合的方法，在东北林业大学帽儿山森林生态定位站，选择水热条件不同的森林生态系统，对大型土壤动物呼吸进行分离量化，同时对土壤动物群落结构进行研究，通过季节变化规律推断土壤动物呼吸及群落结构多样性对温度变化的响应，同时选取不同温度下优势土壤动物类群进行实验室培养，对排除其他因素影响下的土壤动物呼吸的温度敏感性进行补充。通过大型土壤动物呼吸的温度敏感性与群落结构随温度的变化之间的耦合关系，探究基于群落水平土壤动物呼吸随温度变化是否存在动态平衡，阐明土壤动物呼吸对气候变暖的响应及适应机制，揭示其在生态系统碳收支中的贡献，从生物学的角度分析土壤碳循环过程，为评价和预测气候暖化对生态系统碳循环的影响提供实测数据和理论依据。

土壤呼吸及其组分的分离量化是估算生态系统碳收支的重要议题。土壤异养呼吸是土壤呼吸的重要组成部分，其呼吸强度的时空变化格局及其生物环境控制因子，是陆地生态系统碳循环研究中必不可少的内容。本研究于2012年和2013年生长季通过对红松人工林、蒙古栎林和硬阔叶林三种水热条件不同的东北温带典型森林生态系统土壤异养呼吸及土壤动物、微生物群落结构多样性的季节变化进行研究，分析呼吸与群落结构多样性随温度变化的规律，并确定影响呼吸及群落结构的主要环境因子，探究呼吸与群落结构之间的相互关系。研究发现在帽儿山森林生态系统中，土壤10cm温度（T10）显著影响土壤呼吸（RS）和土壤异养呼吸（RH）（p < 0.001），RH 在很大程度上是RS 的优势组成部分。土壤异养呼吸速率随温度升高而成下降趋势。该变化趋势与大型土壤动物个体数及类群数的变化基本一致。大型土壤动物优势类群多度、多样性及功能类群组成均随季节变化显著。经过相关分析得知，土壤异养呼吸的瞬时速率与大型土壤动物个体数与类群数显著相关（p < 0.01）。可见，大型土壤动物群落结构随温度的变化对土壤碳通量有显著影响。土壤动物群落结构变化与土壤养分（总有机碳、全氮、速效氮、速效钾、可溶性碳和速效磷）密切相关，经CCA分析发现，不同土壤动物类群对土壤养分的响应不同。采用T-RFLP技术分析土壤微生物优势类群及多样性，结果表明土壤微生物多样性及结构随时间未发生显著变化。