草原植被呼吸特点探究范文

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作者：陈林李学斌刘秉儒王磊单位：宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室西部生态与生物资源开发联合研究中心

测定方法

我国已经开展的有关土壤呼吸的研究多采用的是碱液吸收法，有研究表明动态密闭气室法和碱液吸收法两种测定方法具有很好的相关性，所以文中研究土壤呼吸速率测定采用动态密闭气室分析法，测定仪器为英国PPSystems公司生产的基于非色散红外线与控制和线形化微处理器的EGM－4便携式环境监测仪，该仪器由EGM－4便携式CO2分析仪和SRC－1土壤呼吸室组成，呼吸室罩地面积78cm2。测量时，土

2各群落土壤呼吸速率比较

从表2中可以看出，4种群落之间土壤呼吸速率平均值差异较大，经方差分析表明，冰草群落、赖草群落与沙蒿群落和甘草群落土壤呼吸速率存在显著差异，而沙蒿群落和甘草群落之间无显著差异，从各个测定时刻来看(图1)，各群落土壤呼吸速率也符合上述规律。其中冰草群落土壤呼吸速率日均值最大，为0．58gCO2•m－2•h－1，沙蒿群落最小，为0．29gCO2•m－2•h－1，赖草群落和甘草群落分别为0．45gCO2•m－2•h－1和0．30gCO2•m－2•h－1。珊丹等以内蒙古高原短花针茅+冷蒿+无芒隐子草的荒漠化草原为研究对象，野外自然条件下进行增温与施肥实验，研究结果发现，虽然增温和对照样地不同土层的土壤温度与土壤呼吸速率均呈正相关关系，但无论是季节还是日变化上，近两年的增温作用没有增加土壤的呼吸速率，施氮作用也没有使土壤呼吸作用明显加强。丁金枝等以毛乌素沙地固定沙地本氏针茅群落、固定沙地油蒿群落、半固定沙地油蒿群落、流动沙地一年生植物群落4个代表毛乌素沙地荒漠化主要阶段的植物群落为研究对象，研究结果表明:4个群落不同月份之间土壤呼吸速率日动态变化差异显著。生长季平均土壤呼吸速率和土壤呼吸速率日变幅和月变幅随荒漠化程度的加重而显著降低。高艳红等观测了1989年建立的植被重建区和流沙区土壤呼吸差异，结果表明，植被重建18a显著影响了该区土壤CO2的释放过程，总土壤呼吸速率由流沙区的CO20．107±0．008μmolm－2s－1显著增加到植被区CO20．483±0．033μmolm－2s－1，而且出现了较为明显的季节波动。植被重建不但导致根际呼吸速率增加，而且影响了土壤基础呼吸速率。从各群落内部的日呼吸来看(表2)，日呼吸极差较大，极差与日呼吸速率平均值的比率大小分别为：赖草群落＞沙蒿群落＞甘草群落＞冰草群落。

土壤呼吸速率与土壤温度的关系

1土壤呼吸速率与土壤温度的相关关系土壤呼吸作为一个复杂的生物学过程，受到多种因素的作用，其中，温度条件在一定程度上是影响总土壤呼吸速率的主要因子，但不是唯一的控制因子，它主要是通过对土壤微生物代谢和植物根系生长的影响来调控土壤呼吸作用。有研究得出土壤呼吸速率与5cm的土温变化密切相关，也有研究表明土壤呼吸速率与10cm处土壤温度有很好的相关性，文中研究也得到了类似的结论，土壤呼吸速率与各层土壤温度的变化情况基本保持一致，每种群落的土壤呼吸速率日变化曲线与15cm处的土壤温度变化趋势更趋于一致，这可能与不同地区不同类型植物群落土壤性质有关。

荒漠草原由于缺乏高大乔木的覆盖，且地表较为均一，土壤温度对大气温度的响应敏感，温度上升或者下降迅速，进而影响到土壤呼吸速率。同研究地点所得到的温度与土壤呼吸之间的具体关系可能各不相同，但是温度对土壤呼吸的影响几乎总是可以用一个指数模型来表示，将土壤呼吸与温度变化之间的关系精确量化，有利于对全球变化趋势作出准确的预报。图3是不同植物群落土壤呼吸速率与15cm处土壤温度之间的关系。采用指数方程拟合的结果表明，各群落土壤呼吸速率与土壤温度均显著相关(P＜0．01)，土壤温度对土壤呼吸速率的解释能力为:冰草群落(75%)=赖草群落(75%)＞甘草群落(66%)＞沙蒿群落(64%)。观察拟合方程中系数a，不难发现，同一地区不同植物群落间的基础呼吸也不一样，冰草群落的基础呼吸最大，为0．0341，其次为甘草和赖草群落，分别为0．0341和0．0183，最小的是沙蒿群落，为0．0006。

2土壤呼吸对土壤温度变化的响应Q10值是衡量土壤呼吸对温度变化响应敏感程度的一个方便指数，即温度每增加10℃土壤呼吸所增加的倍数。Q10值不仅在时间和空间上存在着巨大的差异，而且随着地理位置和生态系统类型的改变而变化。对Q10不同的赋值会导致土壤呼吸速率被极大地高估或低估，直接影响到相关模型输出结果的可靠性，因此，研究Q10所代表的土壤呼吸温度敏感性在模拟和预测全球碳循环过程中非常重要。图4为4种植物群落样地不同深度土壤的Q10值。从图中可以看出，4种植物群落Q10值的变化范围为1．22－14．75，且随着土壤深度的增加而增大，这和马骏［9］等、丁访军等的研究结果一致。沙蒿群落的Q10值显著大于其他3个群落，说明沙蒿群落土壤呼吸速率对温度的变化更加敏感。4种植物群落Q10平均值大小依次为:沙蒿群落(Q10=12．96)＞赖草群落(Q10=3．82)＞甘草群落(Q10=2．45)＞冰草群落(Q10=1．45)，可见不同类型植物群落由于物种组成、群落生物量等之间的差异，导致土壤呼吸对温度变化的敏感程度有所不同。Q10最大值出现在沙蒿群落土壤深度20cm处(Q10=14．75)，最小值则在冰草群落土壤深度5cm处(Q10=1．22)。

结论

(1)宁夏荒漠草原4种植物群落土壤呼吸日变化均表现为不对称的单峰曲线形式，但冰草群落、赖草群落与沙蒿群落和甘草群落土壤呼吸速率存在显著差异，而沙蒿群落和甘草群落之间无显著差异。土壤呼吸速率的日均值大小为:冰草群落＞赖草群落＞甘草群落＞沙蒿群落。各群落日呼吸极差较大，极差与日呼吸速率平均值的比率大小依次为赖草群落、沙蒿群落、甘草群落、冰草群落。

(2)文中采用指数方程拟合各群落土壤呼吸速率与土壤温度间的关系，结果表明均呈显著相关，土壤温度对冰草群落、赖草群落、甘草群落和沙蒿群落土壤呼吸速率的解释能力分别为:75%、75%、66%和64%。4种植物群落Q10值随着土壤深度的增加而增大，平均值大小依次为:沙蒿群落＞赖草群落＞甘草群落＞冰草群落。

然而，土壤呼吸作用不单纯是对土壤温度的生理响应过程，而是几个复杂生态系统过程共同作用的结果。湿度，光合速率、净初级生产力(NPP)、根系生物量、凋落物和微生物种群等生物学特性也是影响土壤呼吸作用的重要因素。文中仅研究土壤呼吸与土壤温度日变化的关系，没有涉及其季节变化以及植被根系生物量和土壤微生物的数量及生物量等因素。这些因素在一定程度上也会叠加在温度因子对土壤呼吸的影响之上，从而共同控制土壤呼吸的速率和CO2的释放量。因此要了解荒漠草原土壤呼吸的机理，在后续的研究中还需要对荒漠草原植被的土壤呼吸进行长期的季象观测，纳入其它影响因素作为变量，用以提高统计模型模拟的正确性和准确性。