草原植被呼吸特點(diǎn)探究范文

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作者：陳林李學(xué)斌劉秉儒王磊單位：寧夏大學(xué)西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西部生態(tài)與生物資源開(kāi)發(fā)聯(lián)合研究中心

測(cè)定方法

我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展的有關(guān)土壤呼吸的研究多采用的是堿液吸收法，有研究表明動(dòng)態(tài)密閉氣室法和堿液吸收法兩種測(cè)定方法具有很好的相關(guān)性，所以文中研究土壤呼吸速率測(cè)定采用動(dòng)態(tài)密閉氣室分析法，測(cè)定儀器為英國(guó)PPSystems公司生產(chǎn)的基于非色散紅外線(xiàn)與控制和線(xiàn)形化微處理器的EGM－4便攜式環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，該儀器由EGM－4便攜式CO2分析儀和SRC－1土壤呼吸室組成，呼吸室罩地面積78cm2。測(cè)量時(shí)，土

2各群落土壤呼吸速率比較

從表2中可以看出，4種群落之間土壤呼吸速率平均值差異較大，經(jīng)方差分析表明，冰草群落、賴(lài)草群落與沙蒿群落和甘草群落土壤呼吸速率存在顯著差異，而沙蒿群落和甘草群落之間無(wú)顯著差異，從各個(gè)測(cè)定時(shí)刻來(lái)看(圖1)，各群落土壤呼吸速率也符合上述規(guī)律。其中冰草群落土壤呼吸速率日均值最大，為0．58gCO2•m－2•h－1，沙蒿群落最小，為0．29gCO2•m－2•h－1，賴(lài)草群落和甘草群落分別為0．45gCO2•m－2•h－1和0．30gCO2•m－2•h－1。珊丹等以?xún)?nèi)蒙古高原短花針茅+冷蒿+無(wú)芒隱子草的荒漠化草原為研究對(duì)象，野外自然條件下進(jìn)行增溫與施肥實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然增溫和對(duì)照樣地不同土層的土壤溫度與土壤呼吸速率均呈正相關(guān)關(guān)系，但無(wú)論是季節(jié)還是日變化上，近兩年的增溫作用沒(méi)有增加土壤的呼吸速率，施氮作用也沒(méi)有使土壤呼吸作用明顯加強(qiáng)。丁金枝等以毛烏素沙地固定沙地本氏針茅群落、固定沙地油蒿群落、半固定沙地油蒿群落、流動(dòng)沙地一年生植物群落4個(gè)代表毛烏素沙地荒漠化主要階段的植物群落為研究對(duì)象，研究結(jié)果表明:4個(gè)群落不同月份之間土壤呼吸速率日動(dòng)態(tài)變化差異顯著。生長(zhǎng)季平均土壤呼吸速率和土壤呼吸速率日變幅和月變幅隨荒漠化程度的加重而顯著降低。高艷紅等觀測(cè)了1989年建立的植被重建區(qū)和流沙區(qū)土壤呼吸差異，結(jié)果表明，植被重建18a顯著影響了該區(qū)土壤CO2的釋放過(guò)程，總土壤呼吸速率由流沙區(qū)的CO20．107±0．008μmolm－2s－1顯著增加到植被區(qū)CO20．483±0．033μmolm－2s－1，而且出現(xiàn)了較為明顯的季節(jié)波動(dòng)。植被重建不但導(dǎo)致根際呼吸速率增加，而且影響了土壤基礎(chǔ)呼吸速率。從各群落內(nèi)部的日呼吸來(lái)看(表2)，日呼吸極差較大，極差與日呼吸速率平均值的比率大小分別為：賴(lài)草群落＞沙蒿群落＞甘草群落＞冰草群落。

土壤呼吸速率與土壤溫度的關(guān)系

1土壤呼吸速率與土壤溫度的相關(guān)關(guān)系土壤呼吸作為一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，受到多種因素的作用，其中，溫度條件在一定程度上是影響總土壤呼吸速率的主要因子，但不是唯一的控制因子，它主要是通過(guò)對(duì)土壤微生物代謝和植物根系生長(zhǎng)的影響來(lái)調(diào)控土壤呼吸作用。有研究得出土壤呼吸速率與5cm的土溫變化密切相關(guān)，也有研究表明土壤呼吸速率與10cm處土壤溫度有很好的相關(guān)性，文中研究也得到了類(lèi)似的結(jié)論，土壤呼吸速率與各層土壤溫度的變化情況基本保持一致，每種群落的土壤呼吸速率日變化曲線(xiàn)與15cm處的土壤溫度變化趨勢(shì)更趨于一致，這可能與不同地區(qū)不同類(lèi)型植物群落土壤性質(zhì)有關(guān)。

荒漠草原由于缺乏高大喬木的覆蓋，且地表較為均一，土壤溫度對(duì)大氣溫度的響應(yīng)敏感，溫度上升或者下降迅速，進(jìn)而影響到土壤呼吸速率。同研究地點(diǎn)所得到的溫度與土壤呼吸之間的具體關(guān)系可能各不相同，但是溫度對(duì)土壤呼吸的影響幾乎總是可以用一個(gè)指數(shù)模型來(lái)表示，將土壤呼吸與溫度變化之間的關(guān)系精確量化，有利于對(duì)全球變化趨勢(shì)作出準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。圖3是不同植物群落土壤呼吸速率與15cm處土壤溫度之間的關(guān)系。采用指數(shù)方程擬合的結(jié)果表明，各群落土壤呼吸速率與土壤溫度均顯著相關(guān)(P＜0．01)，土壤溫度對(duì)土壤呼吸速率的解釋能力為:冰草群落(75%)=賴(lài)草群落(75%)＞甘草群落(66%)＞沙蒿群落(64%)。觀察擬合方程中系數(shù)a，不難發(fā)現(xiàn)，同一地區(qū)不同植物群落間的基礎(chǔ)呼吸也不一樣，冰草群落的基礎(chǔ)呼吸最大，為0．0341，其次為甘草和賴(lài)草群落，分別為0．0341和0．0183，最小的是沙蒿群落，為0．0006。

2土壤呼吸對(duì)土壤溫度變化的響應(yīng)Q10值是衡量土壤呼吸對(duì)溫度變化響應(yīng)敏感程度的一個(gè)方便指數(shù)，即溫度每增加10℃土壤呼吸所增加的倍數(shù)。Q10值不僅在時(shí)間和空間上存在著巨大的差異，而且隨著地理位置和生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的改變而變化。對(duì)Q10不同的賦值會(huì)導(dǎo)致土壤呼吸速率被極大地高估或低估，直接影響到相關(guān)模型輸出結(jié)果的可靠性，因此，研究Q10所代表的土壤呼吸溫度敏感性在模擬和預(yù)測(cè)全球碳循環(huán)過(guò)程中非常重要。圖4為4種植物群落樣地不同深度土壤的Q10值。從圖中可以看出，4種植物群落Q10值的變化范圍為1．22－14．75，且隨著土壤深度的增加而增大，這和馬駿［9］等、丁訪(fǎng)軍等的研究結(jié)果一致。沙蒿群落的Q10值顯著大于其他3個(gè)群落，說(shuō)明沙蒿群落土壤呼吸速率對(duì)溫度的變化更加敏感。4種植物群落Q10平均值大小依次為:沙蒿群落(Q10=12．96)＞賴(lài)草群落(Q10=3．82)＞甘草群落(Q10=2．45)＞冰草群落(Q10=1．45)，可見(jiàn)不同類(lèi)型植物群落由于物種組成、群落生物量等之間的差異，導(dǎo)致土壤呼吸對(duì)溫度變化的敏感程度有所不同。Q10最大值出現(xiàn)在沙蒿群落土壤深度20cm處(Q10=14．75)，最小值則在冰草群落土壤深度5cm處(Q10=1．22)。

結(jié)論

(1)寧夏荒漠草原4種植物群落土壤呼吸日變化均表現(xiàn)為不對(duì)稱(chēng)的單峰曲線(xiàn)形式，但冰草群落、賴(lài)草群落與沙蒿群落和甘草群落土壤呼吸速率存在顯著差異，而沙蒿群落和甘草群落之間無(wú)顯著差異。土壤呼吸速率的日均值大小為:冰草群落＞賴(lài)草群落＞甘草群落＞沙蒿群落。各群落日呼吸極差較大，極差與日呼吸速率平均值的比率大小依次為賴(lài)草群落、沙蒿群落、甘草群落、冰草群落。

(2)文中采用指數(shù)方程擬合各群落土壤呼吸速率與土壤溫度間的關(guān)系，結(jié)果表明均呈顯著相關(guān)，土壤溫度對(duì)冰草群落、賴(lài)草群落、甘草群落和沙蒿群落土壤呼吸速率的解釋能力分別為:75%、75%、66%和64%。4種植物群落Q10值隨著土壤深度的增加而增大，平均值大小依次為:沙蒿群落＞賴(lài)草群落＞甘草群落＞冰草群落。

然而，土壤呼吸作用不單純是對(duì)土壤溫度的生理響應(yīng)過(guò)程，而是幾個(gè)復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程共同作用的結(jié)果。濕度，光合速率、凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)、根系生物量、凋落物和微生物種群等生物學(xué)特性也是影響土壤呼吸作用的重要因素。文中僅研究土壤呼吸與土壤溫度日變化的關(guān)系，沒(méi)有涉及其季節(jié)變化以及植被根系生物量和土壤微生物的數(shù)量及生物量等因素。這些因素在一定程度上也會(huì)疊加在溫度因子對(duì)土壤呼吸的影響之上，從而共同控制土壤呼吸的速率和CO2的釋放量。因此要了解荒漠草原土壤呼吸的機(jī)理，在后續(xù)的研究中還需要對(duì)荒漠草原植被的土壤呼吸進(jìn)行長(zhǎng)期的季象觀測(cè)，納入其它影響因素作為變量，用以提高統(tǒng)計(jì)模型模擬的正確性和準(zhǔn)確性。