华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)是华北山地针叶林主要建群树种和重要人工造林树种。随着造林面积的增加及经营规模不断扩大,已成为我国的重要森林资源,近百万亩的华北落叶松人工林亟需合理抚育间伐。目前抚育间伐对人工林土壤呼吸作用的研究不多,影响尚不明确,调控因子和对土壤呼吸的影响机理等问题也存在较大争议。因此,研究抚育间伐对华北落叶松人工林土壤呼吸和土壤碳排放的影响具有重大意义。本研究采用先进成熟的封闭式动态呼吸气室法(IRGA),利用Li-8100 土壤碳通量自动测量系统,以华北地区重要造林树种华北落叶松的幼龄林、中龄林及近熟林为研究对象,从2012～2014年对3个林龄土壤呼吸、根系呼吸、凋落物呼吸和土壤矿质氧化呼吸进行全面观测,区分了华北落叶松人工林土壤呼吸各组分及其贡献率,探明了土壤呼吸在不同时间尺度上的变化规律,确定了影响土壤呼吸各组分变化的主要调控因子,以及抚育间伐对土壤呼吸及其碳输出的影响。为精确量化土壤碳通量和评估森林土壤碳汇能力提供数据支撑,为制定以减排增汇为目的人工林抚育经营关键技术提供相关理论依据。主要研究结论如下:(1)探明了华北落叶松幼龄林、中龄林和近熟林土壤呼吸各组分在不同时间尺度上的变化规律。华北落叶松3种林分均土壤呼吸、根系呼吸、凋落物呼吸和矿质氧化呼吸均存在明显的在日、月和年变化。土壤呼吸各组分日变化具有明显的“单峰曲线”变化规律,最大值一般出现在14:00～16:00,最小值出现在凌晨2:00～6:00。土壤呼吸各组分月变化也呈明显的“单峰曲线”变化规律,均在生长旺盛期7、8月份达到最大值,最小值出现在冬季12月或1月,与土壤温度月变化趋势一致。3种林分土壤呼吸各组分在不同年份差异显著(P<0.05),总体趋势为2014>2013>2012年,土壤呼吸各组分在测定期间均逐年增大,但幅度不同。(2)确定了华北落叶松3种林分土壤呼吸在不同生长时期的最佳取样时间,可显著降低土壤呼吸年通量的估算误差。幼龄林中,在生长季初期最佳取样时间为10:00～12:00,生长季旺期和非生长季的最佳取样时间均为8:00～10:00;中林龄中,生长季初期和旺期最佳取样时间均为10:00～12:00,非生长期最佳取样时间为8:00～10:00;近熟林中,生长季旺期最佳取样时间为10:00～12:00,生长季初期和非生长季的最佳取样时间为8:00～10:00。土壤呼吸最佳取样时间所测值的误差(-4.6～9.0%)比白天全天测量误差值(8.25～19.46%)显著减小。可以提高测量精度、大面积多点取样时极大地降低劳动强度,提高工作效率。(3)冬季土壤呼吸是土壤年均碳通量的重要组成部分,冬春交际土壤呼吸具有“脉冲式”释放模式。冬季土壤呼吸平均值为0.67μmol m-2 s-1,对全年土壤呼吸的贡献可达10.85～13.13%。冬春交际时期土壤呼吸的变化主要受10 cm深度土壤温度的影响,当土壤温度低于0℃时,可单独解释土壤呼吸变化的76.3%,与土壤呼吸的关系为y=0.460e0.231x,Q10值为10.07。当土壤温度高于0℃时,可单独解释土壤呼吸变化的71.7%,与土壤呼吸的关系为y=0.801e0136x,Q10值为3.90。冬春交际时期由于土壤的冻融交替现象,土壤呼吸有明显“脉冲式”激增,从0℃以下的0.18～0.71μmol m-2 s-1剧烈增长到0℃以上的的1.18～1.50 μmol m-2 s-1,增幅可达2～8倍。(4)华北落叶松人工林土壤呼吸各组分速率均随着林龄的增加而增大,即近熟林>中龄林>幼龄林,但增加幅度不一致。土壤总呼吸平均值分别为1.97、2.14和2.57μmol m-2 s-1,近熟林和中龄林比幼龄林分别增加了 8.6%和30.5%。根系呼吸速率平均值分别为0.66、0.74和0.88 μmol m-2 s-1,近熟林和中龄林分别比幼龄林增加了 12.1%和33.3%。凋落物呼吸平均值分别为0.48、0.54和0.57μmol m-2 s-1,近熟林和中龄林分别比幼龄林增加了 12.5%和18.8%。土壤矿质氧化呼吸平均值分别为0.82、0.86和1.10 μmol m-2 s-1,近熟林和中龄林分别比幼龄林增加了 4.9%和34.1%。综合壕沟法和凋落物移除法,发现土壤呼吸各组分对土壤总呼吸的贡献率有显著差异,根系、凋落物和矿质氧化对土壤呼吸的贡献率分别为32.5%、22.9%和44.6%。不同林龄华北落叶松人工林中,自养呼吸和异养呼吸对土壤总呼吸的贡献率大约符合3:7这一比例。(5)华北落叶松人工林土壤呼吸速率与土壤温、湿度的双变量关系模型Rs=aebTWC可以显著提高对土壤呼吸变化的预测性。在3种林分中其模型分别为Rs=1.66e0.15TWo.75、Rs=1.88e0.16TW0.80和Rs=2.25e0.13TW0.08,10 cm 深度土壤温度和湿度的交互影响能够共同解释土壤呼吸变异的83～93%。而土壤温度这一单因素与土壤温度的关系可由指数模型描述,能单独解释土壤呼吸变异的75.8～82.3%,Q10值分别为2.34、3.56和3.89,温度敏感性表现为近熟林>中龄林>幼龄林。土壤呼吸和10cm 土壤湿度以线性模型拟合仅能单独解释土壤呼吸速率变化的23.3%、21.5%和22.4%。(6)华北落叶松人工林土壤总呼吸、根系呼吸、凋落物呼吸和土壤矿质氧化呼吸的主要影响因子各不相同。土壤总呼吸变异的87.4%可由土壤温度、0-10 cm 土壤有机碳、细根生物量、土壤湿度和毛管孔隙度这5个因子来解释,对土壤总呼吸变化的影响程度依次为:土壤温度>0～10 cm 土壤有机碳>细根生物量>土壤湿度>毛管孔隙度。细根生物量、土壤温度、土壤湿度和叶面积指数这4个因子可以解释根系呼吸变化的76.4%,其标准化系数大小表现为:细根生物量>土壤温度>土壤湿度>叶面积指数。凋落物呼吸的变化主要受土壤微生物、土壤温度和凋落物生产量3个因子影响,可以解释凋落物呼吸的68.3%,重要性程度为:土壤温度>土壤微生物>凋落物生产量。土壤矿质氧化呼吸变异的78.2%可由土壤温度、0～10 cm深度土壤有机碳、土壤微生物和土壤酶活性这4个因子来共同解释,其标准化系数大小表现为:土壤温度>土壤微生物>土壤酶活性>0～10cm 土壤有机碳。(7)在华北落叶松幼龄林中,不同间伐强度对土壤呼吸各组分影响程度不同,采用极重度间伐能够明显减少通过土壤呼吸而产生的碳排放量。土壤总呼吸速率随着间伐强度的增大而减小,最大为对照样地的1.97μmol m-2 s-1,T4处理比对照显著减小12.18%,其他处理与对照差异不明显。间伐改变了土壤呼吸的温度敏感性系数,Ti和T2的Q10值大于对照(2.34)均有升高,分别是2.44和2.59,T3和T4小于对照,分别为2.12和2.10。土壤呼吸碳输出量与间伐强度呈负相关关系,T4处理的碳输出量最小为6.55 t C hm-2 yr-1,T3处理的碳输出量最大为7.46 t C hm-2 yr-1,二者相差0.91 t C hm-2 yr-1。(8)在华北落叶松中龄林中,土壤呼吸随着间伐强度的增大而显著减小10.89～20.09%(P<0.01),间伐三年土壤呼吸平均值为 2.24、2.02、1.90、1.79 和 1.86μmol m-2 s-1。土壤呼吸的温度敏感性系数Q10随着间伐强度的增大而减小,对照样地最大为3.56,T4处理最小为2.18。土壤呼吸的碳输出量与间伐强度呈负相关,对照样地最大为 8.76 t C hm-*2 yr-1,T4 样地最少为 6.48 t C hm-2 yr-1,二者相差 2.28 t C hm 2 yr-1。若只考虑土壤呼吸和碳源的大小,建议对华北落叶松中龄林采用极重度间伐来降低间伐后林地CO2释放量。在实际的抚育间伐作业中,仍要根据林分具体情况采取适当的间伐强度。(9)在华北落叶松近熟林中,间伐三年后不同处理样地间的土壤呼吸没有明显差异(P>0.05),不同间伐处理土壤呼吸的平均值为2.39、2.36、2.39、2.39和2.14 μmol m-2 s-1。土壤呼吸的温度敏感性系数Q10与间伐强度呈负相关,随着间伐强度增加而减小,表现为To>Ti>T2>T3>T4,其值分别为3.90、3.78、3.28、3.12和2.69。华北落叶松近熟林土壤呼吸的碳输出量为8.28～9.33 t C hm-2 yr-1,随着间伐强度的增大而减少,对照样地最大为9.33 t C hm-2 yr-1,T4处理最小为8.28 t C hm-2 yr-1,二者相差1.05 t C hm-2 yr-1。作为用材林来讲,在华北落叶松近熟林中,适宜采用极重度间伐或者皆伐作业来减少土壤呼吸碳输出量。综上,抚育间伐对不同林龄华北落叶松人工林的影响程度和时间效应各不相同。本研究将人工林间伐措施和土壤呼吸以及碳输出结合起来,为华北地区人工林精准碳汇计量和森林碳汇能力评价提高数据和理论支撑,对制定我国区域森林碳汇管理政策和加快生态文明建设具有重要学术意义和实际指导作用。