草原植被呼吸特點探究范文

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作者：陳林李學斌劉秉儒王磊單位：寧夏大學西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建教育部重點實驗室西部生態(tài)與生物資源開發(fā)聯合研究中心

測定方法

我國已經開展的有關土壤呼吸的研究多采用的是堿液吸收法，有研究表明動態(tài)密閉氣室法和堿液吸收法兩種測定方法具有很好的相關性，所以文中研究土壤呼吸速率測定采用動態(tài)密閉氣室分析法，測定儀器為英國PPSystems公司生產的基于非色散紅外線與控制和線形化微處理器的EGM－4便攜式環(huán)境監(jiān)測儀，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。測量時，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，經方差分析表明，冰草群落、賴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顯著差異，從各個測定時刻來看(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。珊丹等以內蒙古高原短花針茅+冷蒿+無芒隱子草的荒漠化草原為研究對象，野外自然條件下進行增溫與施肥實驗，研究結果發(fā)現，雖然增溫和對照樣地不同土層的土壤溫度與土壤呼吸速率均呈正相關關系，但無論是季節(jié)還是日變化上，近兩年的增溫作用沒有增加土壤的呼吸速率，施氮作用也沒有使土壤呼吸作用明顯加強。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、流動沙地一年生植物群落4個代表毛烏素沙地荒漠化主要階段的植物群落為研究對象，研究結果表明:4個群落不同月份之間土壤呼吸速率日動態(tài)變化差異顯著。生長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。高艷紅等觀測了1989年建立的植被重建區(qū)和流沙區(qū)土壤呼吸差異，結果表明，植被重建18a顯著影響了該區(qū)土壤CO2的釋放過程，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，而且出現了較為明顯的季節(jié)波動。植被重建不但導致根際呼吸速率增加，而且影響了土壤基礎呼吸速率。從各群落內部的日呼吸來看(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系

1土壤呼吸速率與土壤溫度的相關關系土壤呼吸作為一個復雜的生物學過程，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，它主要是通過對土壤微生物代謝和植物根系生長的影響來調控土壤呼吸作用。有研究得出土壤呼吸速率與5cm的土溫變化密切相關，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性，文中研究也得到了類似的結論，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與15cm處的土壤溫度變化趨勢更趨于一致，這可能與不同地區(qū)不同類型植物群落土壤性質有關。

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

2土壤呼吸對土壤溫度變化的響應Q10值是衡量土壤呼吸對溫度變化響應敏感程度的一個方便指數，即溫度每增加10℃土壤呼吸所增加的倍數。Q10值不僅在時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)類型的改變而變化。對Q10不同的賦值會導致土壤呼吸速率被極大地高估或低估，直接影響到相關模型輸出結果的可靠性，因此，研究Q10所代表的土壤呼吸溫度敏感性在模擬和預測全球碳循環(huán)過程中非常重要。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、丁訪軍等的研究結果一致。沙蒿群落的Q10值顯著大于其他3個群落，說明沙蒿群落土壤呼吸速率對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)＞賴草群落(Q10=3．82)＞甘草群落(Q10=2．45)＞冰草群落(Q10=1．45)，可見不同類型植物群落由于物種組成、群落生物量等之間的差異，導致土壤呼吸對溫度變化的敏感程度有所不同。Q10最大值出現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)。

結論

(1)寧夏荒漠草原4種植物群落土壤呼吸日變化均表現為不對稱的單峰曲線形式，但冰草群落、賴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顯著差異。土壤呼吸速率的日均值大小為:冰草群落＞賴草群落＞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草群落、沙蒿群落、甘草群落、冰草群落。

(2)文中采用指數方程擬合各群落土壤呼吸速率與土壤溫度間的關系，結果表明均呈顯著相關，土壤溫度對冰草群落、賴草群落、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＞賴草群落＞甘草群落＞冰草群落。

然而，土壤呼吸作用不單純是對土壤溫度的生理響應過程，而是幾個復雜生態(tài)系統(tǒng)過程共同作用的結果。濕度，光合速率、凈初級生產力(NPP)、根系生物量、凋落物和微生物種群等生物學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系，沒有涉及其季節(jié)變化以及植被根系生物量和土壤微生物的數量及生物量等因素。這些因素在一定程度上也會疊加在溫度因子對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理，在后續(xù)的研究中還需要對荒漠草原植被的土壤呼吸進行長期的季象觀測，納入其它影響因素作為變量，用以提高統(tǒng)計模型模擬的正確性和準確性。