温度和水分对羊草草原土壤呼吸温度敏感性的影响
土壤呼吸名词解释
土壤呼吸名词解释
1. 土壤呼吸速率：土壤中微生物和根系等生物的呼吸作用所释放出的二氧化碳的速率。
2. 土壤有机质分解：土壤中有机质被微生物分解为二氧化碳、水和其他无机物质的过程。
3. 微生物量碳：土壤中微生物体内含有的碳元素总量。
4. 根系呼吸：植物根系通过细胞呼吸作用释放出的二氧化碳。
5. 土地利用类型对土壤呼吸影响：不同类型的土地利用方式对土壤呼吸速率和有机质分解产生不同程度影响的研究。
6. 水分对土壤呼吸影响：水分状况是影响土壤呼吸速率的重要因素，干旱或过度湿润都会降低土壤呼吸速率。
7. 温度对土壤呼吸影响：温度是影响土壤呼吸速率的主要因素之一，温度升高会增加微生物活动和有机质分解速率，从而提高土壤呼吸速率。
8. 土地退化对土壤呼吸影响：土地退化会导致土壤有机质含量降低，微生物数量减少等，从而降低土壤呼吸速率。
9. 植被类型对土壤呼吸影响：不同类型的植被对土壤呼吸速率和有机质分解产生不同程度影响的研究。
10. 营养元素对土壤呼吸影响：营养元素（如氮、磷等）的供应情况也会影响土壤微生物数量和活性，从而对土壤呼吸速率产生影响。
荒漠草原土壤呼吸及其组分对持续干旱及再湿润的响应
荒漠草原土壤呼吸及其组分对持续干旱及再湿润的响应目录一、内容综述 (2)1. 研究背景与意义 (2)2. 国内外研究现状综述 (3)3. 研究内容与方法 (4)二、荒漠草原土壤呼吸基本特征 (5)1. 土壤呼吸定义及原理 (6)2. 土壤呼吸组分介绍 (7)3. 土壤呼吸的影响因素 (8)三、持续干旱对荒漠草原土壤呼吸的影响 (10)1. 持续干旱对土壤呼吸的整体影响 (11)2. 持续干旱对不同组分土壤呼吸的影响 (12)3. 持续干旱对土壤呼吸变异性的影响 (13)四、再湿润对荒漠草原土壤呼吸的影响 (14)1. 再湿润对土壤呼吸的整体影响 (15)2. 再湿润对不同组分土壤呼吸的影响 (15)3. 再湿润对土壤呼吸变异性的影响 (16)五、荒漠草原土壤呼吸组分的相互作用 (17)1. 不同组分土壤呼吸的相互关系 (18)2. 组分间的相互作用机制 (20)3. 组分间相互作用对土壤呼吸的影响 (21)六、结论与展望 (22)1. 结论总结 (24)2. 研究不足与局限性分析 (25)3. 未来研究方向与展望 (25)一、内容综述荒漠草原土壤呼吸作为陆地生态系统的重要组成部分，在调节全球碳循环及生态系统平衡中扮演着关键角色。
随着全球气候变化，持续干旱和再湿润的现象对荒漠草原土壤呼吸及其组分产生了深远的影响。
本文将针对这一主题，概述荒漠草原土壤呼吸的组分及其动态变化，以及这些组分如何响应持续干旱和再湿润的情况进行深入探讨。
具体而言包括：土壤呼吸的作用及机制，各组分对气候变化的响应特性，以及这种响应与生态系统功能和碳循环之间的关联等。
通过对这些内容的综述，旨在深入理解荒漠草原生态系统在应对气候变化时的应对策略和适应能力，为未来的生态保护与恢复提供理论基础。
1. 研究背景与意义随着全球气候变化和人类活动的影响，荒漠草原生态系统面临着严重的干旱和再湿润的挑战。
土壤呼吸是荒漠草原生态系统中一个关键的过程，它对植物生长、土壤水分循环和碳循环具有重要影响。
《气候变化对内蒙古荒漠草原生态系统的影响》范文
《气候变化对内蒙古荒漠草原生态系统的影响》篇一一、引言随着全球气候的不断变化，生态环境问题日益凸显。
作为我国重要的生态屏障和生态脆弱区，内蒙古荒漠草原生态系统面临着前所未有的挑战。
本文旨在探讨气候变化对内蒙古荒漠草原生态系统的影响，分析其变化规律和潜在风险，为生态保护和可持续发展提供科学依据。
二、气候变化背景近年来，全球气候呈现出显著的变化趋势，表现为气温上升、降水分布不均、极端气候事件频发等。
在内蒙古地区，这种气候变化尤为明显，对当地的生态环境产生了深远的影响。
三、气候变化对内蒙古荒漠草原生态系统的影响（一）植被覆盖度变化气候变化导致内蒙古荒漠草原的植被覆盖度发生明显变化。
随着气温升高和降水减少，一些耐旱、耐寒的植物种类得以繁衍，而一些对水分要求较高的植物种类则逐渐减少甚至消失。
此外，荒漠草原的退化、沙化现象也日趋严重，进一步加剧了植被覆盖度的下降。
（二）土壤退化与沙化气候变化使得内蒙古荒漠草原地区的土壤逐渐退化和沙化。
随着降水的减少和温度的升高，土壤水分蒸发加剧，导致土壤贫瘠化。
同时，风力侵蚀和沙尘暴等极端气候事件频繁发生，进一步加剧了土壤沙化程度。
这些变化不仅影响了当地生态系统的稳定性，也对当地居民的生产生活造成了严重影响。
（三）生物多样性减少气候变化导致内蒙古荒漠草原地区的生物多样性减少。
由于植被覆盖度和土壤条件的改变，一些物种的生存环境受到威胁，甚至濒临灭绝。
同时，外来物种的入侵也加剧了生物多样性的丧失。
这些变化不仅影响了生态系统的稳定性，也对当地经济和社会发展产生了负面影响。
四、应对策略与建议（一）加强生态保护与恢复针对内蒙古荒漠草原生态系统的变化，应加强生态保护与恢复工作。
通过实施退耕还草、荒漠化治理等措施，恢复和提高植被覆盖度，减少土壤退化和沙化现象。
同时，加强生态保护区的建设和管理，保护生物多样性。
（二）推广节水农业和畜牧业针对气候变化导致的降水减少和水资源短缺问题，应推广节水农业和畜牧业。
草地植物对气候变化的响应
草地植物对气候变化的响应气候变化对地球上的植被影响深远，而草地植物作为重要的生态组成部分，对气候变化的响应尤为敏感。
本文将就草地植物对气候变化的响应进行细致分析。
一、温度变化对草地植物的影响1. 高温的影响：气候变暖导致地表温度上升，高温对草地植物的生长和光合作用有着直接的影响。
高温会引起植物体内酶的变性，从而抑制光合作用的进行，严重影响植物的生长发育。
2. 低温的影响：气候变化也带来了严寒的冬季，草地植物需要适应这种低温环境。
一些草地植物通过增加蜡质物质的分泌来保持表皮的完整性，减少水分的流失。
此外，草地植物的地下部分也会对低温做出相应的适应，如增加根系长度和生物质积累。
二、降水变化对草地植物的影响1. 干旱的影响：气候变暖导致水分的蒸发增加，降水不均衡，干旱成为草地植物面临的主要挑战之一。
干旱条件下，草地植物会减少根系的生长，增加根系的深度，以寻找更深层的土壤水分。
某些草地植物还会通过调节气孔大小和数量来减少水分的流失。
2. 暴雨的影响：气候变化还会导致降水强度的增加，暴雨成为常态。
暴雨对草地植物的影响主要体现在水分的过量供应和土壤侵蚀带来的负面效应。
草地植物对于过量的水分很敏感，可能导致根系缺氧和叶片腐烂。
三、二氧化碳浓度变化对草地植物的影响随着大气中二氧化碳的浓度不断升高，草地植物面临着光合作用效率和碳素代谢的变化。
1. 光合作用的增强：高浓度的二氧化碳能够促进草地植物的光合作用，增加光能的吸收和二氧化碳的利用效率。
草地植物的生长速度也会因此加快。
2. 营养的变化：二氧化碳浓度的升高也会对草地植物的营养素吸收产生影响。
研究表明，草地植物在高浓度二氧化碳条件下，其氮含量下降，导致植物的营养状况出现异常。
结语草地植物对气候变化的响应是一个复杂的过程，涉及到温度、降水和二氧化碳浓度的变化。
草地植物通过适应这些变化，调整自身的生长发育和光合作用效率，以适应不断变化的环境条件。
然而，由于气候变化的速度过快，草地植物的适应能力可能会受到限制，对生态系统的稳定和可持续发展带来挑战。
气候变化对草地植物功能群的影响
气候变化对草地植物功能群的影响随着全球温室气体排放的增加和地球气候的变化，气候变化已成为当今全球最为关注的环境问题之一。
而草地作为地球表面重要的植被类型之一，其植物功能群对气候变化的响应和适应具有重要意义。
本文将重点探讨气候变化对草地植物功能群的影响，并针对不同气候因素进行详细分析。
一、温度变化对草地植物功能群的影响温度是气候变化的核心参数之一，它对草地植物功能群的形态、生理和生态特征都产生着重要的影响。
一方面，温度变化可能改变草地植物功能群的物候现象，如开花时间和叶片凋落等。
研究发现，随着气温的升高，春季来临的时间将会提前，而秋季的结束时间则会推迟，这导致了草地植物的生长季节变长，进而影响其生产力和种群结构。
另一方面，温度变化对草地植物功能群的生理代谢和光合作用也产生了不可忽视的影响。
研究表明，高温条件下，一些植物物种对光合作用的敏感性增强，而一些植物物种则能够通过调节酶活性和膜结构等适应高温环境。
在气候变暖的背景下，草地植物功能群的种类和比例可能会发生变化，适应高温的植物物种将会更具竞争力，而其他物种可能会受到抑制。
二、降水变化对草地植物功能群的影响降水是影响草地植物功能群分布和生态系统稳定性的重要因素之一。
气候变化引起的降水模式的改变，将直接影响草地植物功能群的生长和繁殖。
一方面，干旱和湿润的频率和强度的变化可能导致植被物种的数量和丰富度的减少或增加。
研究发现，降水减少会导致植物多样性的下降，而降水增加则对草地植物功能群分布格局产生积极的影响。
另一方面，降水变化还会影响草地植物功能群的生物量和生产力。
在干旱条件下，草地植物功能群往往面临着水分的限制，导致生产力的下降和植物物种组成的改变。
而在高湿环境下，植物的生长条件改善，生产力增加，但可能会导致某些物种的竞争优势和生态系统的变化。
三、CO2浓度变化对草地植物功能群的影响随着人类活动导致大气中CO2浓度的升高，草地植物功能群也将面临着碳资源的改变。
养分添加和浅耕翻对晋北赖草草地土壤呼吸的影响
第31卷 第11期V o l .31 No .11草 地 学 报A C T A A G R E S T I A S I N I C A2023年 11月N o v . 2023d o i :10.11733/j.i s s n .1007-0435.2023.11.022引用格式:牛慧敏,何雨欣,卞嘉琛,等.养分添加和浅耕翻对晋北赖草草地土壤呼吸的影响[J ].草地学报,2023,31(11):3436-3443N I U H u i -m i n ,H EY u -x i n ,B I A NJ i a -c h e n ,e t a l .E f f e c t s o fN u t r i e n tA d d i t i o na n dS h a l l o w T i l l a g eo nS o i lR e s p i r a -t i o n i n L e ym u s s e c a l i n u s G r a s s l a n do fN o r t h e r nS h a n x i P r o v i n c e [J ].A c t aA g r e s t i aS i n i c a ,2023,31(11):3436-3443养分添加和浅耕翻对晋北赖草草地土壤呼吸的影响牛慧敏1,2,3,何雨欣1,2,3,卞嘉琛1,2,3,刁华杰1,2,3,郝 杰1,2,3,伊李凯1,2,3,王常慧1,2,3*,董宽虎1,2,3*(1.山西农业大学草业学院,山西太谷030801;2.草地生态保护与乡土草种质创新山西省重点实验室,山西太谷030801;3.山西右玉黄土高原草地生态系统国家定位观测研究站,山西右玉037200)收稿日期:2023-05-08;修回日期:2023-07-02基金项目:国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点项目(U 22A 20576);山西省重点实验室项目(202104010910017);山西农业大学高层次引进人才专项(2021X G 008)资助作者简介:牛慧敏(1998-),女,汉族,山西晋城人,硕士研究生,主要从事草地生态与管理研究,E -m a i l :n i u h u i m i n 0306@163.c o m ;*通信作者A u t h o r f o r c o r r e s p o n d e n c e ,E -m a i l :w a n g c h @i b c a s .a c .c n ;d o n gk u a n h u @126.c o m 摘要:为了探究外源养分输入和人为干扰及其交互作用对农牧交错带草地土壤呼吸的影响,本研究以晋北农牧交错带草地为研究对象,设置对照㊁养分添加(氮磷钾N P K )㊁浅耕翻(15c m )和养分添加+浅耕翻4个处理进行探究㊂结果表明:养分添加使土壤呼吸提高了39.0%,而浅耕翻对其无显著影响;浅耕翻和养分添加的交互作用对土壤呼吸的影响与年际降水有关,在湿润年份(2020),浅耕翻增强了养分添加对土壤呼吸的正效应,干旱年份(2021)削弱;结构方程模型的结果表明,土壤呼吸的变化与地下生物量有关;浅耕翻和养分添加处理对土壤呼吸温度敏感性无显著影响,养分添加+浅耕翻处理对土壤呼吸的温度敏感性无显著影响但存在明显的年际差异㊂综上所述,探究农牧交错带草地养分管理及人为干扰对土壤碳通量的影响应考虑年际降水的变化㊂关键词:赖草草地;氮磷钾添加;浅耕翻;土壤呼吸;温度敏感性中图分类号:S 812.2 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2023)11-3436-08E f f e c t s o fN u t r i e n tA d d i t i o na n dS h a l l o wT i l l a g e o nS o i lR e s pi r a t i o n i n L e ym u s s e c a l i n u s G r a s s l a n do fN o r t h e r nS h a n x i P r o v i n c e N I U H u i -m i n 1,2,3,H EY u -x i n 1,2,3,B I A NJ i a -c h e n 1,2,3,D I A O H u a -ji e 1,2,3,H A OJ i e 1,2,3,Y IL i -k a i 1,2,3,WA N GC h a n g-h u i 1,2,3*,D O N G K u a n -h u 1,2,3*(1.C o l l e g e o fG r a s s l a n dS c i e n c e ,S h a n x iA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ,T a i g u ,S h a n x i P r o v i n c e 030801,C h i n a ;2.S h a n x iK e yL a b o r a t o r y o fG r a s s l a n dE c o l o g i c a l P r o t e c t i o na n dN a t i v eG r a s sG e r m p l a s mI n n o v a t i o n ,T a i gu ,S h a n x i P r o v i n c e 030801,C h i n a ;3.Y o u y uL o e s sP l a t e a uG r a s s l a n dE c o s y s t e m R e s e a r c hS t a t i o n ,Y o u yu ,S h a n x i P r o v i n c e 037200,C h i n a )A b s t r a c t :I no r d e r t o e x p l o r e t h e e f f e c t so f e x o g e n o u sn u t r i e n t i n pu t ,h u m a nd i s t u r b a n c e a n d t h e i r i n t e r a c -t i o no n s o i l r e s p i r a t i o n i n a g r a s s l a n d i n a g r o -p a s t o r a l z o n e ,t h i s s t u d y t o o k t h e L e ym u s s e c a l i n u s g r a s s l a n d i na g r o -p a s t o r a l b e l t i n n o r t h e r nS h a n x i P r o v i n c e a s t h e r e s e a r c h o b j e c t .I n t h i s s t u d y,f o u r t r e a t m e n t s ,c o n -t r o l ,n u t r i e n t a d d i t i o n (N P K ),s h a l l o wt i l l a g e (15c m )a n dn u t r i e n t a d d i t i o n +s h a l l o wt i l l a g e ,w e r e s e t u p t o e x p l o r e t h e r e s p o n s e s o f t h a t L e y m u s s e c a l i n u s g r a s s l a n d .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t n u t r i e n t a d d i t i o n i n -c r e a s e d s o i l r e s p i r a t i o n i nt h a t g r a s s l a n db y 39.0%,w h i l es h a l l o wt i l l a g eh a dn os i g n i f i c a n t e f f e c to n i t .T h e e f f e c t o f i n t e r a c t i o nb e t w e e n s h a l l o w p l o u g h i n g a n dn u t r i e n t a d d i t i o no n s o i l r e s p i r a t i o nw a s r e l a t e d t o i n t e r a n n u a l p r e c i p i t a t i o n .S h a l l o w p l o u g h i n g e n h a n c e d t h e p o s i t i v e e f f e c t o f n u t r i e n t a d d i t i o no n s o i l r e s p i -r a t i o n i nw e t y e a r s (2020)a n d w e a k e n e d i nd r yy e a r s (2021).T h er e s u l t so f s t r u c t u r a l e q u a t i o n m o d e l s h o wt h a t t h e c h a n g e o f s o i l r e s p i r a t i o n i s r e l a t e d t o b e l o w g r o u n d b i o m a s s .S h a l l o wt i l l a ge a n d n u t r i e n t a d -d i t i o n t r e a t m e n t h a dn o s i g n if i c a n t e f f e c t o n t h e t e m p e r a t u r e s e n s i t i v i t y o f s o i l r e s pi r a t i o n ,a n dn u t r i e n t a d -d i t i o n p l u s s h a l l o wt i l l a g e t r e a t m e n t h a dn o s i g n i f i c a n t e f f e c t o n t h e t e m p e r a t u r e s e n s i t i v i t y o f s o i l r e s pi r a -第11期牛慧敏等:养分添加和浅耕翻对晋北赖草草地土壤呼吸的影响t i o n,b u t t h e r ew e r e o b v i o u s i n t e r-a n n u a l d i f f e r e n c e s.I n c o n c l u s i o n,t h e i n t e r a n n u a l p r e c i p i t a t i o n s h o u l db e c o n s i d e r e d t o e x p l o r e t h e e f f e c t s o f n u t r i e n tm a n a g e m e n t a n dh u m a nd i s t u r b a n c e o n s o i l c a r b o n f l u x i n t h e a g r o-p a s t o r a l e c o t o n e.K e y w o r d s:L e y m u s s e c a l i n u s g r a s s l a n d;N i t r o g e n,p h o s p h o r u s a n d p o t a s s i u ma d d i t i o n;S h a l l o wt i l l a g e;S o i l r e s p i r a t i o n;T e m p e r a t u r e s e n s i t i v i t y草地作为全球第二大陆地生态系统,其碳汇作用也受到广泛关注[1],增强陆地生态系统碳汇是减缓大气二氧化碳(C O2)浓度上升和全球变暖的重要手段,也是实现我国 碳中和 目标的有效途径[2]㊂土壤呼吸作为土壤碳通量的重要组成部分,对调节碳平衡具有重要作用㊂草地生态系统土壤呼吸主要受人为干扰以及气候变化的影响,特别是在我国北方农牧交错带草地,人为干扰如施肥㊁刈割和放牧等更加频繁[3-4],土壤呼吸存在很大的变异性,但其相关研究比较匮乏㊂在其它草地生态系统中,已有的多数研究表明外源养分输入促进了草地土壤呼吸[5],但也有研究呈现相反的结果[6]㊂究其原因不同养分添加类型㊁添加时间以及养分添加持续的时间[6]等都会对土壤呼吸产生直接或间接的影响[7-8]㊂同时大量研究表明,植物地上和地下生物量㊁土壤水分条件[9]㊁凋落物数量和质量㊁土壤微生物生物量[10]都会影响土壤呼吸[11]㊂浅耕翻可以增加土壤透气性㊁提高下层土壤中种子的发芽率和根茎型禾草的萌发和分蘖,因此被广泛应用到退化草地的修复进程中[12]㊂但目前农牧交错带关于浅耕翻对草地土壤呼吸的研究较少,影响的程度如何还不清楚㊂多养分氮磷钾(N i-t r o g e n,p h o s p h o r u sa n d p o t a s s i u m a d d i t i o n,N P K)添加和浅耕翻对土壤呼吸是否作存在交互用及其影响机制仍需要进一步探讨[13]㊂因此,厘清农牧交错带草地管理对土壤有机碳形成㊁周转和稳定性维持机制,提升该区域草地生态系统保碳增汇能力,对于 双碳 目标的实现具有重要意义[14-15]㊂为了探究农牧交错带草地生态系统土壤呼吸对外源养分输入和浅耕翻的响应,本研究于2019年在晋北典型农牧交错带以赖草(L e y m u s s e c a l i n u s)为优势种的草地建立了多养分与浅耕翻处理试验平台,研究生物因子和非生物因子对养分添加和浅耕翻及其互作效应的响应,进一步探究其对土壤呼吸及其温度敏感性的影响㊂1材料与方法1.1试验地概况本研究依托山西右玉黄土高原草地生态系统国家定位观测研究站(39ʎ59'48ᵡN,112ʎ19'40ᵡE)2019年9月建立的多养分添加+浅耕翻试验平台㊂该研究站海拔1348m,年降水量为425m m,年平均气温4.6ħ,降水主要集中在生长季6 8月㊂无霜期100~120天,属于中度盐渍化草地㊂0~10c m土壤有机碳㊁全氮㊁有效磷含量为5.4g㊃k g-1,0.8 g㊃k g-1和3.4g㊃k g-1,p H值为9.62,土壤容重为1.23g㊃c m-3㊂群落优势种是赖草㊁碱茅(P u c-c i n e l l i ad i s t a n s)㊁风毛菊(S a u s s u re a a m a r a)等㊂1.2试验设计试验采取完全随机区组设计,包括4个处理:对照(C K)㊁浅耕翻(S P)㊁养分添加(N P K)㊁养分添加与浅耕翻(N P K+S P)㊂每个处理设置6个重复,共计24个小区,小区面积为36m2(6mˑ6m)㊂养分添加(N P K)处理为氮(N)㊁磷(P)和钾(K)各添加10 g㊃m-2,其中氮添加为缓释尿素(N,46%),磷添加为过磷酸钙(P,12%),钾添加为硫酸钾(K,50%)㊂同时在养分添加处理小区补充微量元素100 g㊃m-2(采用S c o t t sM i c r o m a x复合肥,包括铁㊁锰㊁锌㊁铜㊁硼㊁钼㊁氯和镍)㊂N,P,K每年8月底添加,微量元素只在第一年一次性加入㊂浅耕翻处理方式:先移除地上所有生物量,人工用铁锹浅翻15c m 深,去除较大的根系㊂1.3测定指标及方法1.3.1土壤呼吸的测定及呼吸熵和温度敏感性的计算2019年9月在距离小区边缘1m处安装了土壤呼吸环(材质,P V C;高10c m,内径20c m,露出地面3c m)㊂在2020和2021年的生长季(5 9月),使用土壤碳通量自动测量系统L I-8100A(L i-C O RI n c.,L i n c o l n,N E,U S A)测定土壤呼吸,每月2次㊂每次测定前为消除地上部分对土壤呼吸的影响,需将P V C环内植物地上部分剪掉,剪草时注意要在不破坏土壤表面的情况下齐地面剪割,并将剪下的草移至环外㊂测定时检查P V C环的完整性以保证测定过程的气密性,测定时间120s㊂同时测定土壤温度与土壤含水量,使用L I-8100A自带的温度传感器测定10c m处的土壤温度,使用便携式土7343草 地 学 报第31卷壤水分速测仪(D D R -300,U S A )测定0~10c m 的土壤含水量㊂大气温度(ħ)和降雨量(m m )采用小型气象站每小时测定4次(H O B O U 30,美国,O N -S E T )㊂土壤呼吸温度敏感性(Q 10)的计算公式:R s =a eb S T(1)Q 10=e 10b(2)式中R s 代表土壤呼吸(μm o l ㊃m -2㊃s -1),S T 代表0~10c m 土壤温度(ħ),a 和b 代表拟合系数,e 是自然对数㊂1.3.2 植物地上、地下生物量的测定 地上生物量在每年8月生长季高峰采用收获法测定,在每个处理小区随机选取2个100c mˑ20c m 的样方,用剪刀齐地面分类收集所有地上绿色植物及凋落物,放入烘箱杀青30m i n 后65ħ烘干48h 至恒重,称重为地上生物量㊂采用土钻法测定地下生物量,在每个已经收获完地上生物量的样方框内,用内径7c m 的土钻分分别取0~10c m ㊁10~20c m ㊁20~30c m ㊁30~40c m 四层土壤,分层装入根袋(0.45m m )冲洗干净根表面附着的泥土,晾干,烘箱(65ħ,48h )烘干后称重记录地下生物量㊂1.3.3 土壤微生物生物量的测定 在2020和2021年8月,使用内径3c m 的土钻于每个小区取0~10c m 土层的土壤进行冷藏保存,用于测定土壤微生物生物量㊂土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮含量采用氯仿熏蒸法-K 2S O 4浸提法,用T O C 分析仪测定,计算公式参照V a n c e 等的方法[16]测定㊂1.4 数据分析使用M i c r o s o f t E x c e l 2010整理数据㊂采用重复测量方差分析检验取样年份㊁养分添加(N P K )㊁浅耕翻(S P )及其交互作用对土壤呼吸㊁温度敏感性㊁土壤温度和土壤含水量的影响㊂通过单因素方差分析检验不同处理下土壤呼吸及各相关因子的差异㊂所有分析的差异显著性水平定义为P <0.05㊂使用S P S S26.0软件㊂进行数据分析,绘图所使用的软件为O r -i gi n 2021㊂利用A m o s 26绘制结构方程模型㊂2 结果与分析2.1 养分添加和浅翻耕对土壤温度和土壤含水量的影响2020和2021年生长季月平均气温呈现明显的季节动态,表现为单峰曲线(图1),呈先增加后降低趋势,7月达到最高值,2个生长季年平均气温分别为16.4ħ和16.3ħ㊂2020年和2021年生长季降水量差异较大(图1),最高值分别出现在2020年7月和2021年8月,生长季总降水量分别为426.6m m和275.2m m ,2020年总降雨量(487.6m m )大于平均年降雨量的1.12倍称为湿润年份,2021年生长季总降雨量(340.2m m )小于平均年降雨量的0.88倍称为干旱年份㊂图1 2020 2021年生长季(5 9月)月平均气温和月降水量F i g .1 M o n t h l y m e a n t e m p e r a t u r e a n dm o n t h l yp r e c i p i t a t i o nd u r i n g t h e g r o w i n g s e a s o n (M a y S e pt e m b e r )i n 2020a n d 2021 2020和2021年土壤温度呈现出明显的季节变化动态(图2)与年际差异(表1)㊂2020年生长季7 9月土壤温度月平均值在12.37ħ~17.71ħ之间,其中最大值出现在7月,最小值出现在9月㊂2021年生长季7 9月土壤温度月平均值在9.77ħ~18.13ħ之间,其中最大值出现在7月,最小值出现在5月㊂从两年的均值来看,养分添加显著降低了土壤温度(图2,P <0.05)㊂2020年生长季7 9月土壤含水量月平均值在9.0%~24.0%(v /v)之间,其中最大值出现在8月,最小值出现在7月㊂2021年土壤体积含水量月平均值在12.3%~21.0%(v /v )之间,最大值出现在5月,最小值出现在8月㊂从两年的均值来看,四个处理间差异不显著(图2)㊂8343第11期牛慧敏等:养分添加和浅耕翻对晋北赖草草地土壤呼吸的影响图2 2020 2021年生长季不同处理下土壤温度和土壤含水量的季节动态及两年平均值F i g .2 S e a s o n a l d y n a m i c s a n d t w o -y e a rm e a nv a l u e s o f s o i l t e m p e r a t u r e a n d s o i lw a t e r c o n t e n t i n t h e g r o w i n g se a s o n s i n2020a n d2021u n d e r d if f e r e n t t r e a t m e n t s注:C K ,对照;S P ,浅耕翻;N P K ,养分添加;N P K+S P ,养分添加与浅耕翻㊂*P <0.05;**P <0.01,***P <0.001㊂下同N o t e :C K ,C o n t r o l ;S P ,S h a l l o w p l o u g h ;N P K ,N u t r i e n t a d d i t i o n ;N P K+S P ,N u t r i e n t a d d i t i o n a n d s h a l l o w p l o u g h i n g .*,c o r r e l a t i o n i s s i gn i f -i c a n t a t t h e 0.05l e v e l ;**,c o r r e l a t i o n i s s i g n i f i c a n t a t t h e 0.01l e v e l ;***,c o r r e l a t i o n i s s i gn i f i c a n t a t t h e 0.001l e v e l .T h e s a m e a s b e l o w 2.2 养分添加和浅翻耕对地上㊁地下生物量的影响无论2020年还是2021年,浅耕翻都显著降低了地上生物量(P <0.05)㊂与对照相比,2020年和2021年的浅耕翻处理分别使得地上生物量显著降低了67.4%和53.7%㊂2020年和2021年的养分添加和浅耕翻处理对地下生物量没有产生显著影响,但在2021年,与养分添加相比,浅耕翻显著降低了地下生物量(图3,P <0.05)㊂图3 2020 2021年不同处理对地上生物量和地下生物量的影响F i g .3 E f f e c t s o f d i f f e r e n t t r e a t m e n t s o na b o v e -g r o u n db i o m a s s a n du n d e r gr o u n db i o m a s s i n2020a n d2021注:柱形图中不同小写字母表示处理间差异显著(P <0.05)㊂下同N o t e :D i f f e r e n t l o w e r c a s e l e t t e r s f o r t h e s a m e g r o w i n g s e a s o n i n i n2020o r 2021i n d i c a t e a s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e a m o n g d i f f e r e n t t r e a t m e n t s (P <0.05).T h e s a m e a s b e l o w2.3 养分添加和浅翻耕对土壤呼吸和温度敏感性的影响土壤呼吸在2020 2021年生长季呈现明显的季节动态及年际差异(图4)㊂生长季旺期(7月及8月)土壤呼吸大于生长季初期(5月)和末期(9月)㊂2020年养分添加㊁养分添加和浅耕翻与对照相比分别显著提高了土壤呼吸的29.4%和62.1%(图4,P <0.05);2021年养分添加与对照相比显著提高了土壤呼吸的44.3%(图4,P <0.05)㊂将两年的数据取平均值,发现养分添加㊁养分添加和浅耕翻与对照相比显著提高了土壤呼吸的39.0%,33.1%(图4,P <0.05)㊂总的来看,不同处理下土壤呼吸从大到小依次是N P K>9343草 地 学 报第31卷N P K +S P >S P >C K (图4)㊂重复测量的结果表明测定时间对土壤呼吸的影响不显著(表1),养分添加处理和养分添加和浅耕翻处理对土壤呼吸的影响达到极显著水平(表1,P <0.05)㊂图4 2020 2021年生长季不同处理对土壤呼吸的影响及年际均值F i g .4 E f f e c t s o f d i f f e r e n t t r e a t m e n t s o n s o i l r e s p i r a t i o na n d t h e i r i n t e r a n n u a lm e a nv a l u e s d u r i n g t h e g r o w i n gs e a s o n i n2020a n d2021表1 不同处理和测定年份对土壤温度㊁含水量㊁呼吸及其温度敏感性影响的重复测定方差分析结果(P 值)T a b l e 1 R e p e a t e da n a l y s i s o f v a r i a n c e o f t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t t r e a t m e n t s a n d y e a r s o n s o i l t e m pe r a t u r e ,w a t e r c o n t e n t ,r e s p i r a t i o na n d i t s t e m p e r a t u r e s e n s i t i v i t y (P v a l u e )土壤温度S T 土壤含水量S M土壤呼吸R s 温度敏感性Q 10年份Y e a r<0.0010.1470.6230.001浅耕翻S P0.0540.2240.0280.280养分添加N P K0.0010.037<0.0010.729浅耕翻ˑ养分添加S P ˑN P K 0.7050.608<0.0010.318年份ˑ浅耕翻Y e a r ˑS P0.4350.3580.9940.296年份ˑ养分添加Y e a r ˑN P K 0.1040.8070.1630.527年份ˑ浅耕翻ˑ养分添加Y e a r ˑS P ˑN P K0.6000.4700.0030.028443第11期牛慧敏等:养分添加和浅耕翻对晋北赖草草地土壤呼吸的影响2020年生长季对照㊁浅耕翻㊁养分添加㊁养分添加+浅耕翻四个处理下土壤呼吸温度敏感性(Q 10)分别为2.32,2.40,2.38和3.28,四个处理间差异不显著㊂2021年生长季,对照㊁浅耕翻㊁养分添加㊁养分添加+浅耕翻四个处理下土壤呼吸温度敏感性(Q 10)分别为1.81,2.44,1.52和1.44㊂从图中可以发现,与对照相比,S P 增加了温度敏感性,但两者并不显著,而与S P 处理相比,N P K+S P 交互处理的温度敏感性却显著降低了20.4%(图6)㊂2.4 土壤呼吸及其温度敏感性的影响因子结构方程模型表明地下生物量是调控土壤呼吸的关键因素,养分添加处理通过直接影响地下生物量进而影响土壤呼吸㊂养分添加处理通过直接影响土壤温度进而影响土壤微生物生物量碳含量,但土壤微生物生物量碳含量对土壤呼吸影响不显著㊂其中浅耕翻处理和养分添加处理都对地上生物量呈现显著正效应,但是地上生物量对土壤呼吸影响不显著㊂模型解释度为35%㊂图5 2020 2021年生长季不同处理对土壤呼吸温度敏感性(Q10)的影响F i g .5 E f f e c t s o f d i f f e r e n t t r e a t m e n t s o n s o i l r e s pi r a t i o n t e m p e r a t u r e s e n s i t i v i t y (Q 10)d u r i n g t he g r o w i n g s e a s o n i n2020a n d2021图6 浅耕翻和养分添加影响土壤呼吸及其温度敏感性的结构方程模型(S E M )F i g .6 S t r u c t u r a l E q u a t i o nm o d e l (S E M )o ne f f e c t s o f s h a l l o wt i l l a g e a n dn u t r i e n t a d d i t i o no n s o i l r e s pi r a t i o na n d i t s t e m p e r a t u r e s e n s i t i v i t y注:模型拟合结果良好㊂灰色箭头表示负效应,黑色箭头表示正效应㊂实线表示路径显著,虚线表示路径不显著㊂拟合结果为R 2=0.35,P =0.403,R M S E A=0.044N o t e :T h em o d e l f i t i s g o o d .B l a c ka r r o w s i n d i c a t e p o s i t i v e e f f e c t s a n d t h e g r a y a r r o w i n d i c a t e s a n e ga t i v e e f f e c t .As o l i d l i n e i n d i c a t e s t h a t t h e p a t h i s s i g n i f i c a n t ,a n d a d a s h e d l i n e i n d i c a t e s t h a t t h e p a t h i s n o t s i g n i f i c a n t .R e s u l t s o fm o d e l f i t t i n g:R 2=0.35,P =0.403,RM S E A=0.0443 讨论3.1 多养分添加与浅耕翻对土壤呼吸的影响本研究显示短期多养分添加显著提高晋北农牧交错带草地的土壤呼吸,这与其他学者在丘陵区退耕草地以及典型草原草地中研究外源养分输入的结果一致[17-18]㊂之前的研究表明,地下生物量是土壤呼吸的主要调控因素[19],这与本实验的研究结果一1443草地学报第31卷致㊂结构方程模型也表明,养分添加主要通过增加地下生物量进而提高了土壤呼吸㊂在养分限制的草地生态系统中,养分添加通过提高土壤的资源可利用性[20]使得地上和地下生物量显著增加㊂地下生物量增加一方面增加了根系的自养呼吸,进一步提高了土壤的总呼吸;另一方面生物量的增加使得土壤微生物分解的底物增加[21-24],促进土壤呼吸,从而对草地碳通量产生影响㊂此外,本研究也发现土壤理化性质㊁微生物及生物量等其他因素对土壤呼吸无直接影响,这可能与观测的时间长短有关,因此未来可能需要进行长期深入的研究㊂浅耕翻作为农牧交错带退化草地的修复管理措施之一㊂与其他学者在呼伦贝尔草甸草原研究发现耕翻显著促进了土壤呼吸的结果并不一致[25],在本研究地点发现短期浅耕翻对土壤呼吸的影响不显著㊂一方面,翻耕作为一种草地管理措施通过影响地上和地下的生物量动态[26]从而影响土壤呼吸㊂但本研究发现翻耕仅仅显著影响地上生物量,同时结构方程模型中地上生物量对土壤呼吸无显著影响㊂另一方面,前人的研究表明地上生物量的降低促使草地盖度的降低,可能增加了太阳对地表的辐射,从而提高了土壤温度,同时适度翻耕会提高土壤酶活性,改善土壤通气性[27],提高土壤微生物的活性从而促进土壤有机物的分解,会促使土壤呼吸增加㊂但在本研究中发现浅耕翻对土壤温度影响不大,这应该是短期浅耕翻对土壤呼吸的影响不显著的主要原因之一㊂本研究表明短期(两年)养分添加显著促进了农牧交错带草地土壤呼吸,而短期浅耕翻则对土壤呼吸无显著影响㊂同时养分输入和浅耕翻存在显著的交互作用,但是本研究发现两年土壤呼吸养分添加和浅耕翻与养分输入的响应不同,2020年浅耕翻与养分输入对土壤呼吸表现出协同作用,2021年浅耕翻与养分输入对土壤呼吸的影响低于单独的浅耕翻或养分输入处理㊂由于2020年的降雨量超过年均降雨量,2021年的降雨量低于年均降雨量,这可能是年际降水量的差异及处理的累积效应影响了土壤呼吸㊂同时浅耕翻也可能削弱了养分添加对地下生物量的促进作用,从而对土壤呼吸造成影响㊂与胡姝娅等[28]在北方农牧交错带的研究中发现氮添加促进了土壤呼吸,刈割抑制土壤呼吸研究并不一致㊂目前关于草地养分输入和浅耕翻的交互研究较少,大多研究集中于养分输入和刈割㊂H a n等[29]只发现氮添加对土壤呼吸的促进作用,D u等[30]发现氮添加和刈割显著抑制土壤呼吸,两者的交互作用不明显㊂表现不同的原因一是由于本研究刈割移除地上植物后,浅耕翻进一步改变土壤环境,对土壤微生物活性影响不同所引起的响应不同;二是因为草地生态系统的不同,养分添加的种类不同,都有可能使得相同或相似的处理呈现不同结果㊂3.2多养分添加与浅耕翻对温度敏感性的影响2020年浅耕翻处理和养分添加都对Q10无显著影响,而2021年与浅耕翻相比,浅耕翻加养分添加处理后Q10降低,这可能是由于养分添加后改变了底物供应与质量,浅耕翻刺激了土壤微生物活性,引起Q10的改变㊂大量研究表明土壤呼吸温度敏感性受到土壤生物㊁底物供应与质量㊁温度㊁水分㊁测量时空等多种因素的影响[31]㊂同时由于两年Q10对不同处理呈现出不同的结果,这可能与降水有极大的关系,未来需要更大范围的时间尺度的测量来证明这一观点㊂本研究中2021年浅耕翻后Q10变化不大,从图中可以发现,与对照相比,S P增加了温度敏感性,但并不显著,2021年降雨量低,土壤水分条件差,浅耕翻后使地上生物量减少㊁土壤含水量降低及土壤温度升高,改变了微生物群落组成和结构,从而引起Q10降低㊂在干旱年(2021)对土壤呼吸呈现拮抗作用,说明浅耕翻通过增强或削弱养分添加对Q10积极效应进而对土壤呼吸造成影响㊂同时由于浅耕翻移除了植物生物量,减弱了养分输入后对生产力的促进作用,削弱了养分输入对土壤呼吸的促进作用,进而影响其温度敏感性㊂高天明等[31]研究发现,浅耕翻有利于退化羊草草原生产力和土壤有机碳的快速恢复㊂同时本研究是一个短期的监测,长期的监测效果尚不清晰㊂因此在晋北赖草草地,浅耕翻对实现草地碳库的恢复与草地碳汇的增加的作用不大,从结果来看,更应关注肥料过度施用问题㊂同时当前研究的不足在于养分输入的形式单一,翻耕只有一种处理,不同深度的翻耕可能影响不同,未来可以进行更多的组合去探讨更多问题㊂4结论晋北典型农牧交错带草地土壤呼吸对短期养分添加的响应敏感,显著提高了土壤呼吸;但是浅耕翻处理对土壤呼吸没有显著影响,浅耕翻和养分添加对土壤呼吸的影响存在交互作用并且与年际降水有2443第11期牛慧敏等:养分添加和浅耕翻对晋北赖草草地土壤呼吸的影响关,在2020年表现为协同作用促进土壤呼吸㊂养分添加引起的生物量的变化是农牧交错带草地土壤呼吸的主要调控因子,未来管理农牧交错带草地需要兼顾草地生产与生态功能以及年际降水格局的变化降水㊂参考文献[1]陶泽涪,王世清,孙丕苓,等.中国北方农牧交错带耕地时空分异及驱动因素[J].干旱区地理,2022,45(1):153-163 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《放牧和割草对内蒙古羊草草原土壤呼吸及土壤微生物群落结构的影响》范文
《放牧和割草对内蒙古羊草草原土壤呼吸及土壤微生物群落结构的影响》篇一一、引言内蒙古羊草草原是我国重要的草地资源之一，其生态系统的健康与稳定对区域生态环境及畜牧业发展具有重要影响。
放牧和割草作为草原管理的主要方式，对土壤呼吸及土壤微生物群落结构具有显著影响。
本文旨在探讨放牧和割草对内蒙古羊草草原土壤呼吸及土壤微生物群落结构的影响，以期为草原生态保护与合理利用提供科学依据。
二、研究方法1. 研究区域与样地设置本研究选取内蒙古典型羊草草原区域，设置放牧区、割草区和未受干扰区作为样地，每个样地设立三个平行样方。
2. 土壤呼吸测定采用LI-8100型土壤呼吸仪进行土壤呼吸测定，每个样方内选取五个测点，测定不同处理下的土壤呼吸速率。
3. 土壤微生物群落结构分析采用PCR-DGGE（变性梯度凝胶电泳）技术对土壤微生物群落结构进行分析，比较不同处理下的微生物群落差异。
三、结果与分析1. 放牧对土壤呼吸的影响放牧区土壤呼吸速率显著高于未受干扰区，这可能是由于放牧活动增加了土壤温度和湿度，同时提高了土壤中有机质的含量，从而促进了土壤呼吸。
然而，过度放牧可能导致土壤压实，降低土壤通透性，进而抑制土壤呼吸。
因此，适度放牧对维持草原生态系统的健康具有积极作用。
2. 割草对土壤呼吸的影响割草后，短期内土壤呼吸速率有所下降，但随着割草后植被的恢复，土壤呼吸速率逐渐回升。
这表明割草能够控制草原植被的高度和密度，有利于植被的更新与恢复，从而促进土壤呼吸。
但长期频繁的割草可能会对土壤造成不利影响，需要配合合理的轮割制度。
3. 土壤微生物群落结构的变化放牧和割草处理使土壤微生物群落结构发生了一定程度的改变。
PCR-DGGE图谱显示，放牧区与割草区微生物种群多样性较未受干扰区有所降低，但同时也引入了一些新的微生物种类。
这可能是由于放牧和割草活动改变了土壤环境条件，从而影响了微生物的生存与繁殖。
四、结论放牧和割草对内蒙古羊草草原土壤呼吸及土壤微生物群落结构具有显著影响。
土壤呼吸速率单位
土壤呼吸速率单位土壤呼吸速率是指单位时间内土壤中微生物和植物根系进行呼吸作用所释放的二氧化碳量。
它是土壤碳循环的重要组成部分，对于土壤有机质分解、养分循环和碳平衡等过程具有重要影响。
本文将从土壤呼吸速率的影响因素、测定方法以及其在全球碳循环中的意义等方面进行介绍。
一、土壤呼吸速率的影响因素土壤呼吸速率受到多种因素的影响，主要包括土壤温度、土壤湿度、土壤有机质含量、土壤通气性以及植被类型等。
首先，土壤温度是影响土壤呼吸速率的主要因素之一。
一般来说，土壤温度越高，土壤呼吸速率越快，因为高温可以促进微生物的活动。
其次，土壤湿度也对土壤呼吸速率有显著影响。
适宜的土壤湿度可以提供微生物生长所需的水分和氧气，从而促进土壤呼吸速率的增加。
此外，土壤有机质含量也是影响土壤呼吸速率的重要因素。
有机质可以提供微生物的营养物质，促进其生长和繁殖，进而增加土壤呼吸速率。
此外，土壤通气性和植被类型也会对土壤呼吸速率产生影响，但具体机制尚不十分清楚。
二、土壤呼吸速率的测定方法为了测定土壤呼吸速率，常用的方法是利用气体分析仪器测定土壤中二氧化碳的浓度变化。
一种常用的方法是动态气室法，即通过将气室密封在土壤表面，测定一定时间内气室中二氧化碳浓度的变化来计算土壤呼吸速率。
另一种方法是静态气室法，即在土壤表面放置一个密封的气室，测定一定时间内气室中二氧化碳的累积量来计算土壤呼吸速率。
此外，还可以利用同位素示踪法来测定土壤呼吸速率。
通过给土壤添加标记同位素，然后测定土壤中标记同位素的释放量，从而计算土壤呼吸速率。
三、土壤呼吸速率在全球碳循环中的意义土壤呼吸速率是土壤碳排放的重要组成部分，对全球碳循环具有重要影响。
土壤呼吸速率的增加会导致土壤中碳的释放增加，进而增加大气中的二氧化碳浓度，加剧温室效应。
此外，土壤呼吸速率还与土壤有机质的分解和养分循环密切相关。
土壤呼吸速率的增加会加速土壤有机质的分解，释放更多的养分供植物吸收，对土壤肥力的维持具有重要意义。
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生态环境学报 2009, 18(5): 1938-1943 http://www.jeesci.com Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@jeesci.com
基金项目：中国科学院地理科学与资源研究所自主部署创新项目（200905009）；国家“十一五”支撑计划(2006BAJ10B04) 作者简介：罗光强（1984年生），男，硕士研究生，研究方向为生物地球化学循环。E-mail：gqluobnu@hotmail.com *通讯作者，耿元波（1969年生），男，副研究员，研究方向为环境生物地球化学。E-mail：gyb0741@sina.com 收稿日期：2009-08-12
温度和水分对羊草草原土壤呼吸温度敏感性的影响 罗光强1, 2，耿元波1* 1. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；2. 中国科学院研究生院，北京 100049
摘要：采用静态暗箱-气相色谱法对内蒙古锡林河流域羊草(Leymus chinensis)草原土壤呼吸进行测定，研究了温度和水分条件对土壤呼吸温度敏感性系数Q10值的影响。结果表明羊草草原土壤呼吸与5 cm地温具有很好的指数关系（r
2=0.338~0.858,
P<0.001~0.08），Q10介于1.15~2.25之间，均值为1.72。Q10值与5 cm地温呈负相关关系（r2=0.407），而与0~10 cm土壤水分含量呈显著的二次函数关系（r2=0.872，P<0.05）。在较低含水量时Q
10值随着水分含量的上升而增大，当土壤水分含量较
高时转而减小。以往大多数研究认为Q10值与土壤水分含量呈正相关关系，这可能是土壤水分跨度不足造成的，极端的水分
条件对Q10值具有重要影响。 关键词：土壤呼吸；温度；水分；Q10；羊草草原
中图分类号：X144 文献标识码：A 文章编号：1674-5906（2009）05-1938-06
土壤呼吸是指未经扰动的土壤中产生CO2的所有代谢作用，主要包括根系的自养呼吸以及土壤微生物和土壤动物的异养呼吸等。土壤呼吸可以占到生态系统呼吸的60%~90%[1]。全球土壤呼吸作用的碳的估计量为68~100 Pg·a-1，仅次于全球陆地总初级生产力(GPP)的估算值100~120 Pg·a-1，而高于净初级生产力（NPP）的值50~60 Pg·a-1[2]。通过土壤呼吸作用向大气释放CO2是陆地生态系统碳循环的一个最主要的环节，也是人类活动影响下陆地生态系统对大气中CO2浓度产生影响，从而导致全球气候变化的关键生态学过程，因而成为全球碳循环研究中备受关注的核心问题[3]。 对于土壤呼吸来说，温度是最重要的影响因子之一[4-6]。土壤呼吸随温度变化程度用温度敏感性系数Q10表示，即温度每升高10 ℃土壤呼吸增加的倍数。在利用生态模型模拟大尺度碳循环研究中，Q10常被看作是一个接近于2.0的常数，如Century模型、TEM模型等[7-8]。但最近的许多研究表明，Q10并不是常数，而是随着时间、空间、生态系统类型的变化而变化，受到许多因素的影响[9-10]。对Q10不同的赋值会极大地高估或低估土壤呼吸速率，直接影响到模型输出结果的可靠性[5]。因此，精确量化Q10值对在大尺度上利用模型进行碳循环研究至关重要。温度和水分是影响Q10值的重要因素，较多的研究表明土壤呼吸的Q10值在低温时较高，高温时较低[11-12]，但Q10也可随温度上升而增大[13]，或随温度变化而保持稳定[14]；通常土壤呼吸的Q10值随土壤水分含量的上升而增大[15-16]，但也有相反的报道[17]，还有报道水分变化对Q10值没有明显影响[18]。温度和水分条件调控土壤呼吸Q10值的机理目前还不清楚，还需要进一步深入研究。本研究拟在我国较有代表性和典型性的内蒙古锡林河流域羊草草原开展工作，探讨温度和水分条件对土壤呼吸温度敏感性的影响。 1 研究区域与研究方法
1.1 研究区域 研究地点位于内蒙古高原东部的锡林郭勒盟白音锡勒牧场境内，当地属温带大陆性半干旱气候，年平均气温为(0.3±1.0) ℃，多年平均降水量为(347.0±79.6) mm，降水量年际变化较大，多雨年份可达500 mm，干旱年份则少于200 mm，全年降水的60%~80%主要集中在6－8月[19]。主要土壤类型
是栗钙土[20]，主要植被类型是羊草草原和大针茅草原[21]。牧草在4月中下旬返青，生长期在150~160 d左右[22]。 实验在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站1999年设置的羊草99样地(43°43′ N，116°38′ E)内进行，样地植被类型为羊草草原。羊草99样地海拔约1250 m，面积35 hm2，坡度平缓，
土壤为暗栗钙土，土层深度1 m左右，腐殖层厚10~20 cm，样地内植物种类丰富，物种丰富度32~45种[23]，以羊草（Leymus chinensis）、大针茅（Stipa
grandis）、冰草（Agropyron cristatum）等旱生禾草为主。羊草99样地的土壤理化性质参见表1。 1.2 样品的采集及分析 在羊草99样地选取5个样方（1 m×1 m），样罗光强等：温度和水分对羊草草原土壤呼吸温度敏感性的影响 1939 方所在区域坡度平缓（<3°），样方间间隔约3 m。2008年7月21日去除样方内地上部植物体及凋落物，地上部保留2 cm的茎，以维持其根部的生长，在7－9月整个实验期间定期进行修剪。去除地上
植被后立即将不锈钢底座（长49 cm×宽39 cm×高10 cm，5 cm高处四周有宽2 cm高3 cm沟槽）砸入样方中部土壤约5 cm深处，调至水平，观测期间不再取出。 植被去除10 d后进行CO2气体样品的采集工
作，取样频率约为5 d一次，每次上午9：00－11：00和下午2：00－5：00间进行两次取样。如遇大雨，雨后加做一次，8月安排一次昼夜观测（8月23日）。采用静态暗箱-气相色谱法采集和分析气体样品，暗箱可以克服明箱扣箱后箱内温度快速上升的缺点，目前应用较多[25-27]。静态暗箱箱体（长50
cm×宽40 cm×高30 cm）用5 mm厚黑色有机玻璃制成，并在箱体的外部贴上锡纸反光膜来减缓箱内温度的上升。箱体上部中间装有空气搅拌小风扇（12 V, 0.13 A）、精密水银温度计以及用于取气的硅胶导管和三通阀。考虑到土壤呼吸及取气过程引起的箱内外气压差的存在，在箱体上装了一个小气球（约5 cm长）来平衡气压差，从而减小气压变化对CO2通量的影响。采集时将静态箱放入不锈钢底座
外缘沟槽中，用水密封，打开风扇电源，分别在扣箱后第0分钟、第7分钟、第14分钟、第21分钟和第28分钟用注射器连续取气，每次取气约100 mL打入密封聚乙烯铝膜气袋。采样时间约28分钟，对采样点自然状况无明显扰动。在每次采样前后分别测定大气压及5 cm地温，每次取气后均立即记录当时的箱温。大气压用高原空盒气压表测定，地温用北京师范大学司南仪器厂生产的SN2202型数字测温仪测定，箱内温度用水银温度计测定。取气完成后在样方附近选取四个点，尽量使其均匀分布在静态箱四周，用土钻取0~10 cm深处的土壤，采集土壤样品量约1 kg，用8号封口袋封装。 CO2浓度采用HP 5890Ⅱ型气相色谱仪测定，
HW-2000色谱工作站软件进行处理分析。检测器为FID(氢火焰离子化检测器)，检测器温度为200 ℃。在FID检测CO2之前，样品先经过镍触酶转化器将
CO2转化为CH4
[28]。色谱柱采用长度为2 m、直径
为2 mm的60~80 目13XMS填充物来分离CH4，分离柱温度为55 ℃，载气为N2，流速为30 mL·min-1。标气（CH4、CO2和N2O混合气体）由国家标准物质中心提供，其中CO2体积浓度为3.86 µL·L-1。CO2浓度测定分析精密度约为2‰。土壤水
分含量（质量含水量）测定参照土壤农业化学常规分析方法[29]。
1.3 CO2通量及Q10计算 根据通量定义推导得到CO2通量计算公式为： F=S·H·M·(Pa/Ps)·(ts/ta) /22.4 （1） 其中，F为通量（mg·m-2·min-1），S为CO2体
积浓度对时间做线性回归所得到的斜率（µL·L-1·min-1），H为静态箱有效高度（m），M为
CO2摩尔质量（44 g·mol-1），Ps、ts为标准状况下的
大气压（760 mm汞柱）及温度（273.15 K），Pa、ta为实际测得的大气压及箱内平均温度（单位与标准状况相同），22.4为1 mol CO2气体在标准状况下
的体积（L·mol-1）。 Q10采用指数关系模型进行计算[11]：
F=a*ebt，Q10=e10b （2） 式中，F为土壤呼吸通量，t为5 cm地温，a、b为模拟计算值。 2 结果与讨论
2.1 土壤呼吸的温度敏感性 土壤呼吸温度敏感性一般用Q10值表示，为探讨土壤温度和土壤水分含量对Q10的影响，采用指数关系式拟合土壤呼吸通量(F)与5 cm平均地温(t)的关系，计算Q10值大小，结果见表2。土壤呼吸
通量均随温度的升高呈上升趋势，指数模型能够较好地描述他们之间的这种关系（r2=0.338~0.858，
P<0.001~0.08）。以土壤呼吸通量与5 cm地温之间的关系等式为基础计算得到的Q10值介于1.15~2.25
之间，平均值为1.72。Q10的变化范围基本落在Raich和Schilesinger[4]总结的1.3~3.3范围内，与同一研究区域其它研究人员所得到的结果基本相同[30-31]。Q10的最小值1.15出现在土壤水分含量最小
(mean±SD：（16.3±1.5）%）的8月16日，8月27日土壤水分含量较高（(18.4±1.0)%），Q10出现了最
表2 土壤呼吸与5 cm地温的关系 Table 2 Relationship between soil respiration and soil temperature at 5 cm depth
日期 关系式 r2 样本数n P值 Q10值08-01F=3.57e0.039t0.338 10 0.078 1.48 08-06F=1.74e0.049t0.436 9 0.053 1.63 08-12F=1.78e0.068t0.858 9 <0.0011.97 08-16F=5.13e0.014t0.372 10 0.061 1.15 08-23F=1.22e0.061t0.819 17 <0.0011.84 08-27F=0.96e0.081t0.462 9 0.044 2.25