冻融交替作用与林木生态碳循环的关联探究

冻融交替作用与林木生态碳循环的关联探究摘要：在林业试验地区选取当地代表林木植被的应季落叶进行实验室培养分析，对比冻融处理后的不同应季落叶co2排放速率和未处理落叶co2进行比照，同时在培养完毕后系统检测残留物内各种元素含量。

研究成果显示，单就co2排放速率而言，落叶经冻融处理后该数值明显下降，并且这一下降趋势与培养时长呈正比延伸。

而应季落叶经冻融处理后可有效地避免有机碳的co2化流失，从而有效地保障了土壤有机物的残留量，最终极大地促进区域内林木的营养元素蓄积和最终成材。

关键词：碳循环；冻融交替；土壤营养蓄积
中图分类号：s718.5文献标识码：ａ
众所周知，森林生态系统作为自然生态的主流模块，其系统内物质能量循环多依靠微生物对秋季落叶的分解发酵并将其内的有机物和无机物转化为土壤养分，以供林木生长发育。

研究显示，秋季落叶分解发酵产物供给了林木90%以上的氮元素和磷元素及60%以上的矿物质。

由此可知，生态圈及食物链的基层生化及能量循环其主体取决于落叶分解后的土壤营养蓄积［1］，这对植物生态系统具有突出的科学意义。

在高纬度地理区域，其突出环境特征便是季节性冻融作用，该作用可对植物腐殖物的有机矿化和矿物质活化产生影响。

本次研究便由此入手，以实验室模拟冻融交替过程对枯落物分解及其内部碳含量的影响。

１材料与方法
1.1试验材料
本次研究选取蒙古栎、槭树和红松的应季落叶叶片，在试验开始前除去表面杂物。

而后将落叶样品随机划分为两个组堆：将一个组堆的样品进行风干处置，而后检测其内c、n、p三种元素的含量［2］；第2组堆至于-4℃条件下冷藏，以备作为冻融交替试验的原料。

1.2取材地简述
本次试验选取吉林省汪清县百草沟镇林业工作站（43°18′n，129°45′e），海拔806m。

属大陆性中温带多风气候，冬长夏短，四季分明，垂直变化明显，年平均气温3.9℃，年平均降雨量为580mm，无霜期为110～141天，年日照时数为2 700h。

1.3试验方法
对冷藏样品施以室内自然模拟冻融交替试验，试验期间定期检测统计样品的co２排放总量，待试验周期完全终结后，检测实验样品内的碳残留量。

1.3.1落叶呼吸碳释放的测定
将试验样品分别进行单品分解与混合分解处理，即蒙古栎落叶分解、槭树落叶分解、红松落叶分解和3种落叶混合分解，将浸泡沥干处置后的样品置入早已盛有装有氢氧化钠溶液小瓶的培养瓶内，以吸收叶片呼吸释放的co２。

而后模拟-15℃～15℃的冻融交
替环境，将一半培养瓶作为交替组放置于该环境下。

而后逢特定日期更换氢氧化钠溶液小瓶，将取出小瓶内的氢氧化钠溶液倾入烧杯内滴入过量的氯化钡溶液，再以稀盐酸反滴定该混悬液，最终确定co２排放量。

另一半作为恒温组置于15℃恒温箱中予相同处理。

1.3.2残留的碳含量测定
待为期35日的滴定试验结束后，将所有样品回收称重，并检测和分析其内的碳残留量，最终将所有实验数值进行统计学分析。

2实验结果分析
2.1冻融交替与有机质矿化速率的关系
试验证实，冻融交替环境下的样品碳排放速率明显低于15℃恒温样品，且其碳排放速率与试验时长呈反比。

恒温组在试验中前期（1≤x＜21，单位：日）碳排放速率降低明显，到试验后期（21≤x≤35，单位：日）该速率即日趋稳定；交替组在试验前期（1≤x ≤14，单位：日）碳排放速率极不稳定，而在试验后期（21≤x≤35，单位：日）逐渐趋于平稳。

不同物种其在冻融交替环境下的碳排放速率有明显差异。

红松和混合样品其碳排放速率均在第1天升高，第3天达峰值，之后逐渐下降。

蒙古栎和槭树在第１天即下降，第3天达谷值，后逐渐上扬，至第7天达峰值，而后逐渐回落。

恒温组无明显碳排放速率变化。

2.2冻融交替环境对落叶碳残留的干预结果
试验证实，4组处置样品内其碳残留含量差异明显，但混合组样品内的相互碳排放干预作用不明显，交替组样品碳残留含量优于恒温组。

在所有样品中，红松碳残留量最优，为373.52mg/kg克（交替组）和359.88mg/kg（恒温组）；蒙古栎碳残留量最少，为
312.53mg/kg（交替）和309.91mg/kg（恒温），余组样品其碳残留量处于适中水平。

3结论
3.1试验样品碳矿化干预分析
试验结果表明，温度对林木和微生物活性的抑制和促进的作用在自然环境的合理生物生存范围内，随着气温的升高，有机质代谢的速率也会攀升，从而加速co２排放。

同理，气温降低则会明显遏制co２的排放，也就是说，冻融作用可以有效遏制土壤腐殖物的碳流失。

而这一切与林木及微生物的物种归属，微生物的死亡、苏醒、适应和滋生作用密切相关。

3.2冻融作用与生态碳循环的关系
试验结果证实，季节性冻融作用对碳排放的有效遏制，确切地促进了土壤内的有机碳及矿物质积累。

理论上看似气候温暖促进植物生长，但相对温暖的南方地区，林木的营养蓄积反而不及北方地区［3］，这除了因北方地区植物生长期光照时间长于南方之外，本次研究揭示了季节性冻融对碳排放的遏制作用，也为土壤养分蓄积、林木生长乃至生态碳循环积累提供了有利条件。

参考文献
［1］王新闯，齐光，于大炮等．吉林省森林生态系统的碳储量、碳密度及其分布［j］．应用生态学报．2011，6（08）：68-75．［2］王丰．武夷山不同海拔植被带土壤微生物量碳、氮、磷研究［d］．南京：南京林业大学，2008：1－55．
［3］刘世荣，王晖，栾军伟．中国森林土壤碳储量与土壤碳过程研究进展［j］．生态学报，2011，10（19）：23-34．。