Nội dung nước trong đất và nhiệt độ như các yếu tố độc lập hoặc bị rối loạn điều khiển hô hấp đất trong rừng gỗ cứng hỗn hợp ôn đới

Sự biến thiên của nhiệt độ đất có thể giải thích hầu hết sự biến đổi theo mùa và theo chu kỳ ngày đêm trong dòng thoát CO₂ từ đất, nhưng tác động của nhiệt độ không phải lúc nào cũng nhất quán và các yếu tố khác như hàm lượng nước trong đất được biết đến là có ảnh hưởng đến hô hấp đất. Mục tiêu của nghiên cứu này là nghiên cứu sự biến thiên không gian và thời gian trong hô hấp đất trong một cảnh quan rừng ôn đới và đánh giá chức năng nhiệt độ và nước trong đất như những chỉ số dự đoán hô hấp đất. Dòng thoát CO₂ từ đất được đo bằng các buồng trong suốt một chu kỳ hàng năm tại sáu khu vực nghiên cứu ở khu rừng Harvard, miền trung Massachusetts, bao gồm các loại đất từ thoát nước tốt đến rất kém. Ước lượng trung bình hàng năm của dòng thoát CO₂ từ đất là 7.2 Mg ha^–1, nhưng dao động từ 5.3 tại khu vực đất ngập nước đến 8.5 tại khu vực thoát nước tốt, cho thấy rằng sự không đồng nhất của cảnh quan liên quan đến loại thoát nước của đất. Một hàm mũ liên quan đến dòng thoát CO₂ với nhiệt độ đất giải thích 80% sự biến đổi theo mùa trong dòng thoát giữa tất cả các địa điểm (Q₁₀ = 3.9), nhưng Q₁₀ dao động từ 3.4 đến 5.6 cho các khu vực nghiên cứu riêng lẻ. Một đợt hạn hán nghiêm trọng vào năm 1995 đã gây ra sự giảm nhanh chóng trong tỷ lệ hô hấp đất vào tháng Tám và tháng Chín tại năm trong sáu điểm nghiên cứu (một điểm ngập nước là ngoại lệ). Sự giảm dòng thoát CO₂ này tương quan theo hàm mũ với sự giảm của tiềm năng ma trận đất, cho thấy một tác động cơ chế của căng thẳng do hạn hán. Tuy nhiên, ở mức độ nước vừa phải đến cao, hàm lượng nước trong đất lại tương quan nghịch với nhiệt độ đất, điều này khiến cho việc phân biệt giữa tác động của hai yếu tố bị rối này trên dòng thoát CO₂ trở nên khó khăn. Sự hiện diện của các giá trị Q₁₀ cao và sự biến đổi trong các giá trị Q₁₀ giữa các địa điểm có thể liên quan đến: (i) các tác động bị rối của hàm lượng nước trong đất cao; (ii) các mẫu theo mùa và theo chu kỳ ngày đêm trong hô hấp rễ và sự luân chuyển của các rễ nhỏ liên quan đến hiện tượng sinh trưởng và trao đổi chất của thực vật trên mặt đất; và (iii) sự biến đổi trong độ sâu nơi CO₂ được sản xuất. Hàm Q₁₀ có thể đưa ra dự đoán khá tốt về dòng thoát CO₂ hàng năm, nhưng đó là một sự đơn giản hóa che lấp các phản ứng của các quá trình rễ và vi sinh vật đối với sự biến đổi của nhiệt độ và hàm lượng nước trong suốt chiều sâu của đất.