植被类型和管理实践对土壤呼吸的影响日本北部的草原

文摘

在两种类型的草地土壤呼吸速率与主导结缕草粳稻和芒草sinensis分别在两个管理实践(原状和故意烧毁)m . sinensis草原研究对于理解草原植被类型和管理实践的影响在日本北部土壤温度与土壤呼吸之间的关系。土壤温度在1厘米的深度z粳稻(ZJ)和焚烧m . sinensis(MSb)情节有比这更大的时空变化的控制m . sinensis7月初之前(MSc)的阴谋。然而,温度敏感性系数()值,基于土壤呼吸速率与土壤温度在5厘米深度ZJ和MSb情节,分别为1.3和2.9。这些利率低于MSc图(4.3),这意味着土壤呼吸显示较低的活动来增加土壤温度ZJ和MSb情节。此外,每月从土壤碳通量小于这些情节,在MSc。这些结果表明,人为干扰会降低土壤微生物和植物根的呼吸作用,这将有助于植物的生产力。未来的研究应该检查的影响强度和时间的管理对土壤呼吸速率。

1。介绍

温带草原占大约16%的土地面积在东亚(1]。在日本,因为顶极植被是森林,草原大多是半自然的或人工草地需要集约管理如割草或控制燃烧(2]。在日本草地的面积大约是387945公顷,约占总数的1%土地面积(3]。在日本控制燃烧的面积很小,只有0.3%的总土地面积的烧2000年4月到8月间,一个典型的年份(4]。半自然的和人工草地需要持续管理割草,放牧,或控制燃烧。草原的植被类型取决于不同的强度和频率管理;例如,芒草sinensis主导区域削减每年一次或两次,而结缕草粳稻主导区域削减每年三次(5]。

土壤是陆地生态系统的碳主要储备,和碳通量从土壤(土壤呼吸)是一个重要的组件的第二大碳通量的生态系统。特别是,土壤温度会随变化管理类型(6,7),它会影响土壤呼吸速率。例如,世界各地的许多研究报道,土地利用变化,微生物生物量和活动管理,以及植被类型的影响(8- - - - - -15,土壤呼吸16),和土壤有机碳含量17]。众多研究发现,土壤呼吸与土壤温度增加呈指数增长,各种类型的酷温带生态系统在日本(18- - - - - -24]。在日本中部,年土壤呼吸率z粳稻草原范围从719到1037 g C m⁻²(25从1121年到1213年]或g C m⁻²(23),这比在一个落叶林(853 g C m⁻²)[20.在同一地区。同样地,最大的土壤温度在1厘米的深度z粳稻草原是超过25°C (23,25),而下的落叶林是20°C (20.]。曹et al。26)报道,土壤呼吸随放牧强度的soil-temperature-dependence青藏高原:土壤呼吸速率在低强度的放牧场地的比在高强度在整个生长季节放牧的网站。Mukhopahyay和Maiti27)也报告说,网站自然草地土壤呼吸速率大于在割草地网站在印度,尽管在割草地站点最大的土壤温度高于在天然草地的网站。因此,集约管理维护草原可能影响土壤呼吸和土壤温度的关系;然而,几乎没有信息人工管理对土壤呼吸的影响。在这项研究中,我们调查的影响,草地植被类型和管理实践在日本北部土壤温度与土壤呼吸之间的关系。本研究的目标是(1)比较两种类型的草原之间的土壤呼吸(z粳稻和m . sinensis)和不同管理实践m . sinensis草原(原状和故意烧毁),(2)阐明植被类型和管理对土壤环境的影响因素,尤其是土壤温度,土壤呼吸和土壤环境因素之间的关系。

2。材料和方法

2.1。网站描述

这项研究是在2004年进行的(只有地上部生物量;ABG ZJ阴谋)和2008。Kanpu (39°55′N, 139°52′E, 355 a.s.l。;图1)在秋田县,日本北部。从1981年到2010年,年平均温度为11.0°C,年平均降水量1571毫米(图2;日本气象厅)。该地区积雪从11月中旬到4月初。的植被类型和管理三个情节如下:(1)z粳稻草原(ZJ)情节:每年8月修剪一次,由人类触犯压力高;(2)控制m . sinensis(MSc)剧情:割草一次每年,但自2001年以来的土地被遗弃和小触犯压力;(3)故意焚烧m . sinensis(MSb)情节:一样的MSc情节,但它是故意烧2008年4月初,放弃了。

2.2。测量土壤呼吸

土壤呼吸率(SR)测量的三个地点(ZJ、MSc、和MSb情节)今年4月,5月,2008年9月,采用li - 6400便携式光合作用系统(美国东北Li-Cor,林肯)装有SR室(6400 - 09年,Li-Cor)。SR在MSb情节测量后不久故意烧2008年4月。之一,每一个情节是10 m×10 m样,和SR率测定在2 m×2 m subquadrats ()。土壤室直接放在土壤,土壤颜色是不习惯。同时,土壤温度测量在每个点1厘米深处(死神)和5厘米(ST5)使用一个温度计(ct - 450 - wr,习俗,东京,日本),在5厘米深度和土壤含水量测量时域反射计传感器(热带病研究和培训特别规划;TRIME-FM IMKO Ettlingen,德国)。死神和ST5连续测量三个地方每隔1 h从4月7日到2008年9月8日使用偷渡者珍闻温度数据记录器(美国马开始电脑)。SR率退化指数对ST5如下: 在哪里和系数。温度敏感性系数(老)值的计算如下(28]:

2.3。植物生物量和土壤属性

AGB ZJ情节的测量(2004年4月MSb情节的),以2008年4月()。所有的地上植物1米²作为一个示例和干三天在65°C,和重量测定。9 100毫升土壤样本取自三个地块使用土壤取芯器(身高5厘米)2008年5月;六个样本在每个情节都干在室温(25°C)为一个星期,然后土壤N和C N / C测定含量分析仪(Sumigraph NC-22, Sumika化学分析服务,东京,日本)。体积密度测量的其他三个土壤样本使用新鲜和干重干105°C 48 h。

2.4。统计分析

所有使用Aabel 3进行了统计分析软件包(Gigawiz有限公司有限公司,美国)。方差分析(菸害的测试)是用来确定土壤碳和氮含量的差异的重要性,体积密度,SR利率,ZJ和土壤温度,MSc, MSbplots。皮尔逊积差相关被用来阐明SR率之间的关系和死神,ST5,土壤水分含量在5厘米的深度。

3所示。结果

表1显示AGB和土壤属性的三个情节,和土壤属性之间没有显著差异的三个情节(菸害的测试)。不同的植被和管理极大地影响了土壤表面温度的时空变化(图3)。ZJ情节,最大和最小相约的区别是非常大的在4月和5月,还有10多天当差异大于10°C(图3(一个))。相约在MSb情节更大的时空变化比MSc图7月初之前,和之后的土壤表面温度在两块(图中是相似的3 (c))。颞土壤温度的变化在两种土壤深度在MSc图(最小的数字3 (b)和3 (e))。

SR利率4月没有显著不同的三块,但也有显著差异(表9月2矫正人员的测试,)。死神和ST5 ZJ情节明显高于其他情节今年9月,当SR ZJ情节明显低于其他情节。9月,MSc情节的SR率显著高于MSb阴谋,尽管相约在这些情节是相似的。老与土壤含水量无显著相关性在5厘米深度MSc图(数据没有显示、皮尔森积差相关),但是SR ZJ和MSb情节与土壤含水量显著负相关在5厘米深度(数据没有显示、皮尔森积差相关,ZJ情节;,在MSb情节)。季节性变化在SR ZJ和MSb情节小于MSc图(图4)。土壤温度的相关系数ZJ和MSb情节都低于MSc的阴谋。SR和死神之间的相关系数是最低MSb情节,因为SR率往往有一个消极的关系(图5月相约在这个阴谋4 (c):开放的三角形;图5;皮尔逊积差相关系数)。MSb情节,相约9月高于5月,但老5月(表9月比这低得多2)。的基于SR值率和ST5使用系数数据4 (d),4 (e),4 (f)ZJ和MSb情节,分别为1.3和2.9,而在MSc图4.3。估计土壤碳通量从4月到9月是估计为631 g C m⁻²ZJ情节,1304.8 g C m⁻²MSc的情节,和1002.3 g C m⁻²在MSb情节(图6)。

4所示。讨论

的值表明,老显示较低的活动来增加土壤温度ZJ和MSb情节,每月从土壤碳通量在这些情节都小于MSc图(图6)。不同的机制是推动老弱反应增加土壤温度ZJ和MSb情节。9月,SR率显著低于ZJ比其他情节,情节虽然相约和ST5最高的ZJ情节(表2)。施密特et al。29日)报道,草地植物生产力下降由于减少割草的叶面积指数和放牧。因为ZJ情节割每年8月,9月SR会减少植物生产力下降或者根修剪后呼吸。MSb情节,每日最大相约是类似于ZJ情节,直到7月初(数字3(一个)和3 (c)),但是SR率倾向于负面的关系(图5月相约5)。一项研究的结果是一致的,mixed-conifer森林(30.),但积极的人际关系被观察到在半湿润气候的草地(31日)和半干旱草原(32]。半干旱草原地区的西班牙东南部,SR率也随土壤温度增加而降低33]。然而,埃尔南德斯等人。34)发现,微生物生物量和脱氢酶活性(微生物活动的一项指标)在燃烧土壤明显低于那些在控制土壤。猴等。12)最近也报道说,土壤微生物生物量燃烧明显低于土壤的燃烧。因此,老相对较低的利率在高土壤温度在MSb与其它草原相比可能是由于低微生物活动和/或微生物生物量故意燃烧造成的。土壤温度是最重要的因素来估计或季节性SR年率,然而,在某些情况下,SR -与土壤温度的关系。的结果图5表明,估计老率用死神会高估MSb阴谋,估计老速率在生长季节在MSb小于MSc。在非洲中部,烧毁了草原的SR率显著低于控制图1月后燃烧,但是没有区别情节在8个月后燃烧35]。此外,施密特et al。29日建议总初级生产力的草地被割强烈影响,在欧洲山区放牧。连续调查以评估需要的时间和数量的影响,强化管理。小野et al。36)报道,植物生产力和生态系统呼吸通常在日本稻田紧密耦合。因此,我们的结果表明,人为干扰会降低土壤微生物或植物根的呼吸作用,这将有助于植物的生产力。虽然定义一个管理的强度指数将是困难的,我们需要进一步研究老管理强度和持续时间的影响。

根据先前的研究,最大AGB的z粳稻范围从250到400 g d.w. m⁻²(大约250克d.w. m⁻²(37];297 - 413 g d.w. m⁻²(23]),这远远不及的m . sinensis(769 - 837 g d.w。米⁻²(19];1117 g d.w.⁻²(38])。估计土壤碳通量ZJ情节从4月到9月是631 g C m⁻²。这个结果是低于z粳稻在日本中部草原(1077和1170 g C m⁻²分别在2007年和2008年5月至10月(23])。在目前的研究中,在生长季节土壤碳通量估计为1304.8 g C m⁻²MSc图和1002.3 g C m⁻²在MSb阴谋。在另一个网站,一年一度的公司₂从土壤的通量m . sinensis草原是1387 g C m⁻²在2000年和1480年g C m⁻²2001年(19),这些利率高于年度利率在日本森林生态系统土壤碳通量报告:726 - 854 g C m⁻²在落叶林20.),592克C m⁻²在二级落叶林(21),和680 g C m⁻²早期的萌生林(24]。Dhital et al。23)和Yazaki et al。19)建议z粳稻和m . sinensis草原生态系统平衡和源有限公司₂分别;因此,我们需要研究草原生态系统的碳预算和管理强度之间的关系。

5。结论

集约管理维护草原可能影响碳预算;然而,很少有老信息人工管理的影响因此,我们研究了SR率在两种类型的草原和不同的管理实践(原状和故意烧毁)理解草原植被类型和管理实践的影响在日本北部。我们的研究结果表明,老显示较低的活动来增加土壤温度的故意割草和焚烧草原(ZJ和MSb情节)。然而,不同的机制将推动弱SR ZJ反应增加土壤温度和MSb情节。温度敏感性系数()值和月度的土壤碳通量故意割草和燃烧草原情节也比在安静的小草原情节;因此,这些结果表明,人为干扰会降低土壤微生物或植物根的呼吸作用,这将有助于植物的生产力。先前的研究表明,草地生态系统在日本将平衡和源有限公司₂分别;因此,我们需要研究草原生态系统的碳预算和管理强度之间的关系。

确认

这项工作得到了教育部,文化,体育,科学,技术,科学研究补助金(C) 22570016。作者感谢y八城政基博士岐阜大学的博士和y泽田师傅的兵库县全州淡路市景观规划和园艺学院帮助本研究的调查和研究土地管理网站上提供信息。

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