全 文 ：两种农田土壤不同组分呼吸及其温度敏感性∗
蔡金云１，２　 孙文娟１　 丁　 凡３　 胡洵瑀１，２　 陈　 越１，２　 黄　 耀１∗∗
（ １中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室，北京 １０００９３； ２中国科学院大学，北京 １０００４９； ３沈阳农业大学土
地与环境学院， 沈阳 １１０８６６）
摘　 要　 为探讨农田土壤不同组分呼吸及其对温度变化的响应，选取山东平邑旱耕土和湖南
桃江水稻土为供试土壤，设置 ４个温度水平（５、１５、２５、３５ ℃），对两种土壤的轻组、重组及全
土进行 ６３ ｄ的培养试验．结果表明： 两种土壤全土的呼吸均高于轻组和重组．旱耕土重组的呼
吸高于轻组，水稻土重组和轻组的呼吸在 ５～２５ ℃温度水平下无显著差异，但 ３５ ℃下重组高
于轻组．在不同温度水平下，旱耕土轻组、重组和全土累积呼吸量分别占其初始碳的 ０．３％ ～
２．８％、０．４％～３．７％和 ０．６％ ～ ７．０％，水稻土分别占其初始碳的 ０．４％ ～ ３．０％、０．３％ ～ ３．８％和
０．７％～５．３％．两种土壤全土及轻、重组呼吸的温度敏感性（Ｑ１０）均随温度升高和培养时间延长
而降低；水稻土重组的 Ｑ１０高于轻组，旱耕土重组和轻组 Ｑ１０的差异无明显规律．在 ５ ～ ２５ ℃温
度水平下，旱耕土全土 Ｑ１０显著高于水稻土，但在 ２５ ～ ３５ ℃下低于水稻土．说明平邑旱耕土有
机碳矿化强度高于桃江水稻土，且对温度变化的响应总体比水稻土更敏感．
关键词　 土壤； 轻组； 重组； 土壤呼吸； 温度敏感性
∗国家自然科学基金项目（３１３７０４９２）和国家重点基础研究计划项目（２０１４ＣＢ９５４００４）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｈｕａｎｇｙａｏ＠ ｉｂｃａｓ．ａｃ．ｃｎ
２０１５⁃０１⁃１９收稿，２０１５⁃０６⁃０１接受．
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０９－２６５５－０８　 中图分类号　 Ｓ１５３　 文献标识码　 Ａ
Ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｄｅｎｓｉｔｙ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｗｏ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｓｏｉｌｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ． ＣＡＩ
Ｊｉｎ⁃ｙｕｎ１， ２， ＳＵＮ Ｗｅｎ⁃ｊｕａｎ１， ＤＩＮＧ Ｆａｎ３， ＨＵ Ｘｕｎ⁃ｙｕ１，２， ＣＨＥＮ Ｙｕｅ１，２， ＨＵＡＮＧ Ｙａｏ１ （ １ Ｓｔａｔｅ
Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｃｈａｎｇｅ， Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｏｔａｎｙ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９３， Ｃｈｉｎａ； ２Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９， Ｃｈｉ⁃
ｎａ； ３Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌａｎｄ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８６６， Ｃｈｉ⁃
ｎａ） ． ⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（９）： ２６５５－２６６２．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｄｅｎｓｉｔｙ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｓｏｉｌｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ， ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｕｐｌａｎｄ ａｎｄ ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｆｏｒ ａ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ６３ ｄａｙｓ
ａｔ ｆｏｕｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ５， １５， ２５ ａｎｄ ３５ ℃ ． Ｔｈｅ ｕｐｌａｎｄ ａｎｄ ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ
ｆｒｏｍ Ｐｉｎｇｙｉ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａｎｄ Ｔａｏｊｉａｎｇ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． ＣＯ２ ｅｆｆｌｕｘ ｆｒｏｍ
ｌｉｇｈｔ ｆｒａｃｔｉｏｎ （ＬＦ）， ｈｅａｖｙ ｆｒａｃｔｉｏｎ （ＨＦ） ａｎｄ ｂｕｌｋ ｓｏｉｌ （ＢＳ） ｗａｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ．
Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｂｕｌｋ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｅｉｔｈｅｒ ｌｉｇｈｔ ｏｒ ｈｅａｖｙ
ｆｒａｃｔｉｏｎ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｒｅｇａｒｄｌｅｓｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｔｙｐｅ． Ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ＨＦ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｆｒｏｍ ＬＦ ｉｎ ｔｈｅ
ｕｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ． Ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ ５ ｔｏ ２５ ℃， ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ
ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ ｄｉｄ ｎｏｔ ｓｈｏｗ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ＨＦ ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ ｈｉｇｈｅｒ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｔｈａｎ ｔｈｅ ＬＦ
ａｔ ３５ ℃ ． Ｏｖｅｒ ｔｈｅ ６３⁃ｄａｙ ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ， ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ＬＦ，
ｔｈｅ ＨＦ ａｎｄ ｔｈｅ ＢＳ ａｃｃｏｕｎｔｅｄ ｆｏｒ ０．３％－２．８％， ０．４％－３．７％ ａｎｄ ０．６％－７．０％ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ＬＦ，
ＨＦ ａｎｄ ＢＳ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｕｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ， ａｎｄ ０．４％－３．０％， ０．３％－３．８％ ａｎｄ ０．７％－５．３％ ｏｆ ｔｈｅｉｒ
ｏｒｉｇｉｎａｌ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ． Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ＣＯ２ ｅｆｆｌｕｘ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ＬＦ， ＨＦ ａｎｄ
ＢＳ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ ａｓ Ｑ１０ ｖａｌｕｅ， ｄｅｃｌｉｎｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｅｄｅｄ． Ｔｈｅ Ｑ１０ ｖａｌｕｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ
ＨＦ ｗｅｒｅ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｖａｌｕｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ＬＦ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ｑ１０
ｖａｌｕｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ＨＦ ａｎｄ ｔｈｅ ＬＦ ｗａｓ ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｕｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ． Ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ ５
ｔｏ ２５ ℃， ｔｈｅ Ｑ１０ ｖａｌｕｅｓ ｆｏｒ ＢＳ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｕｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ ｔｈａｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ， ｂｕｔ
ｉｔ ｗａｓ ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ ２５ ｔｏ ３５ ℃ ． Ｏｕｒ ｒｅｓｕｌｔｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｔｅ⁃ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｏｉｌｓ
ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｕｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ ｗａｓ ｆａｓｔｅｒ ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｍｏｒｅ
ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ ｔｈａｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｏｉｌ； ｌｉｇｈｔ ｆｒａｃｔｉｏｎ； ｈｅａｖｙ ｆｒａｃｔｉｏｎ； ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ； ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ．
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 ９月　 第 ２６卷　 第 ９期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｓｅｐ． ２０１５， ２６（９）： ２６５５－２６６２
　 　 自工业革命以来，由于人类活动等因素的影响，
大气 ＣＯ２浓度急剧升高，全球正经历着气候变暖［１］ ．
减少 ＣＯ２排放和增加生态系统碳汇由此受到了科学
界的普遍关注．土壤有机碳库约占陆地总有机碳库
的 ２ ／ ３［２］，其稳定或消长都与大气 ＣＯ２浓度变化密
切相关［３］ ．农田土壤有机碳是全球土壤碳库中最活
跃的部分，受气候、土壤和农业管理措施的综合影
响［２］ ．温度升高可显著促进土壤呼吸［４］，从而加速农
田土壤有机碳的释放．准确评价温度升高对农田土
壤呼吸的影响，对制定合理的农业管理措施、增加土
壤碳固定、减少碳损失具有重要意义．
土壤有机碳的组成及与土壤矿物的结合程度，
决定了其稳定机制的差异［５］，从而影响土壤呼吸．以
往的研究发现，土壤不同粒级中有机碳的分解和受
温度的影响程度存在显著差异，砂粒中有机碳分解
更快，而粘粒中有机碳分解受温度变化的影响更
大［６］ ．目前普遍采用的密度分组法将土壤分为轻组
和重组．轻组有机碳主要介于未完全分解的植物残
体和腐殖质之间，而重组有机碳则主要与土壤矿物
以团聚体结合［７］ ．
Ｓｗａｎｓｔｏｎ等［８］在 ２０ ℃下培养林地土壤 ３００ ｄ，
发现单位质量有机碳的 ＣＯ２排放在土壤轻组和重组
之间无明显差异．Ｃｒｅａｍｅｒ等［９］对草地和林地土壤在
３０ ℃下培养一年，发现土壤轻组和重组的呼吸量无
差异，但老龄林土壤轻、重组的呼吸显著低于草地和
林龄短的林地土壤．Ｃｒｏｗ等［１０］也发现，林地土壤轻、
重组呼吸的差异与林地类型有关．秸秆还田是保护
性耕作的主要方式，但可能促进农田土壤重组有机
碳的分解［１１］ ．
目前对土壤轻、重组有机质分解和影响因素的
研究主要是基于某一特定温度，而关于温度变化如
何影响各组分有机质的分解知之甚少．本文试图通
过对两种土壤在不同温度下的培养试验，研究不同
组分呼吸及温度敏感性，以期为气候变暖背景下农
田土壤碳库的管理和提升提供科学依据．
１　 材料与方法
１􀆰 １　 供试土壤
供试土壤为旱耕土和水稻土，分别采自山东平
邑（３５°２６′ Ｎ，１１７°４９′ Ｅ，海拔 ８７ ｍ）和湖南桃江
（２８°２８′ Ｎ，１１１°５４′ Ｅ，海拔 ４９ ｍ）．平邑年均温度
１３􀆰 ５ ℃，年降水量 ７７２ ｍｍ，无霜期 ２１１ ｄ，耕作制度
为冬小麦⁃夏玉米轮作． ２００９ 年起单施牛粪 １８
ｔ·ｈｍ－２·ａ－１，折合有机碳 ５．４ ｔ Ｃ·ｈｍ－２·ａ－１、氮肥
３７５ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２·ａ－１ ．桃江年均温 １６．７ ℃，年降水量
１６８１ ｍｍ，无霜期 ２６３ ｄ，耕作制度为早稻⁃晚稻⁃大麦
轮作．１９８６年起采用有机肥和化肥配施，折合有机碳
施入量 ６ ｔ Ｃ·ｈｍ－２·ａ－１，氮肥 ５１０ ｋｇ Ｎ·ｈｍ－２·
ａ－１，氮肥总量中 ６０％来自猪厩肥、４０％来自化肥．
土壤样品采自 ０～ ２０ ｃｍ 耕作层．样品剔除动植
物残体和石砾后，一部分过 ２ ｍｍ 筛，室温下风干，
用于轻组、重组分离和培养试验，以及土壤理化性质
测定，另一部分保存于 ４ ℃恒温箱内，用于制作土壤
培养时的接种液．土壤机械组成、ｐＨ、有机碳和全氮
含量均采用常规分析方法［１２］ ．
１􀆰 ２　 轻组和重组分离方法
采用密度分组法对土壤轻组和重组进行分
离［１３－１４］ ．称取 １００ ｇ 风干土样加入比重为 １􀆰 ８５
ｇ·ｍＬ－１的多钨酸钠溶液（ ｓｏｄｉｕｍ ｐｏｌｙｔｕｎｇｓｔａｔｅ） ２５０
ｍＬ，静置 ４８ ｈ．抽吸上浮物质（轻组）过滤，重复 ２～３
次．剩余部分（主要是重组和多钨酸钠溶液）以 ４００
Ｊ·ｍＬ－１的能量进行超声波破碎［１５］方法，离心，过滤
后用蒸馏水反复洗涤（至少 ６ 次）．将上述分离的组
分于 ４０ ℃下烘至恒量，分别测定其有机碳、全氮含
量（表 １）．旱耕土分组后土壤回收率为 ９７．４％，水稻
土为 １０２．８％．
１􀆰 ３　 土壤呼吸培养试验
设置 ４个温度水平（５、１５、２５、３５ ℃），对两种土
壤的轻组、重组及全土进行培养试验．参照 Ｓｗａｎｓｔｏｎ
等［８］和 Ｚｈａｎｇ等［１５］的方法，为避免培养过程中土壤
表 １　 供试土壤理化性状
Ｔａｂｌｅ １　 Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ
土壤类型
Ｓｏｉｌ ｔｙｐｅ
质地
Ｔｅｘｔｕｒｅ
机械组成
Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ （％）
砂粒
Ｓａｎｄ
粉粒
Ｓｉｌｔ
粘粒
Ｃｌａｙ
ｐＨ 全氮
Ｔｏｔａｌ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ
（ｇ·ｋｇ－１）
有机碳
Ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ （ｇ·ｋｇ－１）
全土
ＢＳ
轻组
ＬＦ
重组
ＨＦ
碳回收率
Ｃａｒｂｏｎ
ｒｅｃｏｖｅｒｙ
（％）
旱耕土 Ｕｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ 壤土 Ｌｏａｍ ４６ ３９ １５ ６．３ １．１１ １１．１ ５．４ ５．６ ９９．４
水稻土 Ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ 粉粘壤 Ｓｉｌｔｙ ｃｌａｙ ｌｏａｍ １３ ５３ ３４ ５．３ ２．３９ ２７．０ ６．４ １８．７ ９３．０
ＢＳ： Ｂｕｌｋ ｓｏｉｌ； ＬＦ： Ｌｉｇｈｔ ｆｒａｃｔｉｏｎ； ＨＦ： Ｈｅａｖｙ ｆｒａｃｔｉｏｎ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
６５６２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
出现厌氧呼吸，供试土壤添加石英砂（６５０ ～ ８５０ μｍ
直径）．具体方法为：２ ｇ 轻组（ ＬＦ） ＋ １８ ｇ 石英砂；
１０ ｇ重组（ＨＦ） ＋１０ ｇ 石英砂；１０ ｇ 全土（ＢＳ） ＋１０ ｇ
石英砂［８］ ．２０ ｇ 石英砂作为空白对照．轻、重组及全
土分别置于 ２５０ ｍＬ棕色瓶，设置 ３ 个重复，同时在
４个温度水平下恒温培养 ６３ ｄ．为使土壤样品在试
验开始时微生物种群和数量一致，培养前每个土样
添加 ３ ｍＬ配置好的接种液［１６］，并于室温下预培养
７ ｄ［１７］ ．土样水分控制在 ６０％土壤孔隙含水量（ＷＦ⁃
ＰＳ），培养过程中水分损失通过称量补充［１８］ ．采用开
口培养，采集气体时用橡胶塞封口，密闭一定时间．
由于 ５ ℃下土壤呼吸极弱，其密闭时间为 ５０ ｈ，随着
温度的升高，密闭时间相应缩短．培养过程中，
１５ ℃、２５ ℃和 ３５ ℃下气体采集为第 １周天一次，第
２～４周 ２ ｄ一次，其后每 ６ ｄ一次．５ ℃下培养的前 ４
周 ３ ｄ采集气体一次，４ 周后 ６ ｄ 一次．每次采集 １０
ｍＬ气体样品，用气相色谱（Ａｇｉｌｅｎｔ ７８９０Ａ，ＵＳＡ）测
定 ＣＯ２浓度．
１􀆰 ４　 数据分析
为便于分析比较，本文中土壤呼吸均表达为初
始单位质量有机碳的 ＣＯ２⁃Ｃ 排放量，以 ＣＯ２⁃Ｃ·ｇ
－１
Ｃ计．
ＣＯ２排放速率由下式计算［１９］：
Ｆ＝Ｖ×（Ｃｓ－Ｃｂ）×１２×２７３ ／ ［（２７３＋Ｔ）×２２．４］ ／
（Ｗ×Ｄ） ／ ｔ （１）
式中：Ｆ为 ＣＯ２排放速率（μｇ ＣＯ２⁃Ｃ·ｇ
－１Ｃ·ｈ－１）；Ｖ
为培养瓶上部空间体积（Ｌ）；Ｃｓ和 Ｃｂ分别为处理和
对照的 ＣＯ２浓度（μＬ·Ｌ
－１）；２２．４ 为标准状况下气
体摩尔体积（Ｌ·ｍｏｌ－１）；Ｔ 为培养温度（℃）；１２ 为
ＣＯ２⁃Ｃ 的摩尔质量 （ ｇ·ｍｏｌ
－１ ）；Ｗ 为土样干质量
（ｇ）；Ｄ为土样有机碳含量（ｇ·ｋｇ－１）；ｔ 为培养瓶密
闭时间（ｈ）．
土壤呼吸为连续过程，故对非逐日测定的时段，
其土壤呼吸量采用临近两次测定结果得线性内插
值．将培养时段内的 ＣＯ２排放量相加，获得累积 ＣＯ２
排放量（ｍｇ ＣＯ２⁃Ｃ·ｇ
－１ Ｃ）．
采用温度敏感性指数（Ｑ１０）描述温度变化对土
壤呼吸的影响：
Ｑ１０ ＝ＲＴ＋１０ ／ ＲＴ （２）
式中：Ｔ表示培养温度（℃）；Ｒ表示在相应温度下的
ＣＯ２累积排放量（ｍｇ ＣＯ２⁃Ｃ·ｇ
－１ Ｃ）．对某一土壤处
理，为保证底物相同，本研究采取 ４ 个温度同时培
养．因此，每个温度下的 ３ 个重复均相对独立．在计
算该处理的 Ｑ１０时，分别用 ３ 个重复的 ＲＴ＋１０和 ＲＴ值
交叉配对相除，从而获得 ９个 Ｑ１０，取其平均值．
利用 ＳＰＳＳ ２１．０进行统计分析．旱耕土的重组在
培养后 ５周出现不明原因的低呼吸速率，故该部分
数据未纳入分析．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 土壤呼吸速率和累积呼吸量随时间的变化
在 ４ 个培养温度下，土壤呼吸速率随培养时间
均总体呈下降趋势．呼吸速率在培养前期最高，随着
培养时间的延长迅速下降，约于培养开始后 ４ 周趋
于平稳，且在高温条件下尤为明显．由旱耕土和水稻
土在 ５ ℃、３５ ℃下土壤呼吸速率随培养时间的变化
可以看出，两种土壤全土的呼吸速率均大于重组和
轻组．旱耕土重组的呼吸速率大于轻组，在培养前期
尤为明显（图 １）．与旱耕土不同，３５ ℃条件下水稻土
重组的呼吸速率大于轻组，５ ℃条件下则轻组的呼
吸速率大于重组（图 ２）．
高温条件下，累积呼吸量在培养前期增加较快，
其后逐渐趋缓；低温条件下，累积呼吸量随时间几乎
呈线性增加．培养期内，全土的累积呼吸量高于轻组
和重组．旱耕土重组的累积呼吸量高于轻组（图 １）；
３５ ℃条件下水稻土重组的累积呼吸量高于轻组，５
℃条件下则轻组高于重组（图 ２）．
２􀆰 ２　 不同温度下土壤及各组分呼吸速率和累积呼
吸量
在 ４ 个培养温度下，土壤不同组分的平均呼吸
速率随培养温度升高而增大．由土壤不同组分培养
前 ４周平均呼吸速率随温度的变化可以看出， 两种
土壤全土的平均呼吸速率总是最大．在不同温度下，
其为轻组的 １．７ ～ ２．８ 倍（旱耕土）和 １．３ ～ ２．０ 倍（水
稻土），为重组的 １．４～１．８倍（旱耕土）和 １．４～２．７倍
（水稻土）．旱耕土重组的平均呼吸速率大于轻组，在
不同培养温度下是轻组的 １．２ ～ １．８ 倍．而水稻土重
组的平均呼吸速率总体小于轻组，但在 ３５ ℃下的平
均呼吸速率略高于轻组．相对于旱耕土而言，水稻土
轻组的平均呼吸速率总体较高，而重组和全土则相
反（图 ３Ａ）．
后 ５周土壤不同组分平均呼吸速率随温度的变
化与前 ４周基本一致，均随培养温度的升高而增大
（旱耕土全土除外），全土的呼吸速率始终高于轻组
和重组．在不同的培养温度下，全土的平均呼吸速率
是轻组的 ２．０～ ４．９ 倍（旱耕土）和 １．４ ～ ２．３ 倍（水稻
土），是重组的 １．８ ～ ２．８ 倍（旱耕土）和 １．３ ～ ２．８ 倍
（水稻土）．与前 ４周不同的是，两种土壤的重组呼吸
７５６２９期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 蔡金云等： 两种农田土壤不同组分呼吸及其温度敏感性　 　 　 　 　
图 １　 旱耕土全土及轻、重组呼吸速率和累积呼吸量
Ｆｉｇ．１　 Ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｉｎｃｕｂａｔｅｄ ｕｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｐｉｎｇｙｉ．
ＢＳ： 全土 Ｂｕｌｋ ｓｏｉｌ； ＬＦ： 轻组 Ｌｉｇｈｔ ｆｒａｃｔｉｏｎ； ＨＦ： 重组 Ｈｅａｖｙ ｆｒａｃｔｉｏｎ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
图 ２　 水稻土全土及轻、重组呼吸速率和累积呼吸量
Ｆｉｇ．２　 Ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｉｎｃｕｂａｔｅｄ ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｔａｏｊｉａｎｇ．
速率均总体大于轻组．但 ３５ ℃时旱耕土的轻、重组
呼吸速率持平，而水稻土在 ５ ℃时，轻组呼吸速率略
高于重组．水稻土轻组的平均呼吸速率在 ５ ℃和 ２５
℃与旱耕土无差异，而 １５ ℃高于旱耕土，３５ ℃则低
于旱耕土；重组 ３５ ℃下水稻土远高于旱耕土，是其
１．６倍．除 ５ ℃外，其余温度下旱耕土全土的平均呼
吸速率为水稻土的 １．４～２．２倍（图 ３Ｂ）．
同一土壤组分后 ５周的平均呼吸速率低于前 ４
周，且高温条件下尤为明显．如 ３５ ℃下，与前 ４ 周相
比，两种土壤后 ５周的呼吸速率为：轻组分别下降了
６５％和 ７４％，重组分别下降了 ７８％和 ５９％，全土分
别下降了５９％和６３％．水稻土轻组和全土的下降幅
８５６２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
图 ３　 不同培养温度下前 ４周（Ａ）和后 ５周（Ｂ）土壤轻、重组及全土的平均呼吸速率
Ｆｉｇ．３　 Ｍｅａｎ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｆｒｏｍ ｉｎｃｕｂａｔｅｄ ｓｏｉｌｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ４
ｗｅｅｋｓ （Ａ） ａｎｄ ｌａｓｔ ５ ｗｅｅｋｓ （Ｂ）．
Ⅰ： 旱耕土 Ｕｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ； Ⅱ： 水稻土 Ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ． 不同小写字母表示同一培养温度下不同土壤类型之间差异显著（Ｐ＜０．０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ ｌｅｔｔｅｒｓ
ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｔｙｐｅｓ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ０．０５ ｌｅｖｅｌ．
度高于旱耕土，重组则相反．
为期 ９周的培养试验结果表明，轻、重组和全土
的累积呼吸量均随温度升高而增加（表 ２）．在不同培
养温度下，旱耕土的轻组、重组和全土累积呼吸量差
异显著（Ｐ＜０．０５），表现为全土＞重组＞轻组．水稻土虽
然全土的累积呼吸量显著高于重组和轻组，但只有在
３５ ℃条件下检测到重组的累积呼吸量显著高于轻
组，其他 ３个温度下二者无显著差异（Ｐ＞０􀆰 ０５）．
在不同温度水平下，旱耕土轻组、重组和全土累
积呼吸量分别占其初始碳的 ０．３％ ～ ２．８％、０．４％ ～
３􀆰 ７％和 ０． ６％ ～ ７． ０％，水稻土分别占其初始碳的
０􀆰 ４％～３．０％、０．３％～３．８％和 ０􀆰 ７％ ～５．３％．不论是旱
耕土还是水稻土，在 ９ 周的培养期内，其在 ３５ ℃下
的排放量比 ５ ℃增加了近 １０倍．
表 ２　 不同培养温度下土壤不同组分累积呼吸量
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ＣＯ２ ⁃Ｃ ｅｖｏｌｖｅｄ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ ａｔ ｆｏｕｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌｅｖｅｌｓ （ｍｇ ＣＯ２ ⁃Ｃ·ｇ
－１ Ｃ）
培养温度
Ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ （℃）
旱耕土 Ｕｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ
轻组 ＬＦ 重组 ＨＦ 全土 ＢＳ
水稻土 Ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ
轻组 ＬＦ 重组 ＨＦ 全土 ＢＳ
５ ３．２６ｃＡ ３．７５ｂＡ ６．０４ａＢ ３．６３ｂＡ ２．６２ｂＢ ７．２０ａＡ
１５ ９．０９ｃＢ １５．８４ｂＡ ２６．４６ａＡ １２．５９ｂＡ １２．０５ｂＢ １９．８８ａＢ
２５ １８．２３ｂＢ ＮＡ ６５．０９ａＡ ２３．５３ｂＡ ２３．９４ｂ ３４．７６ａＢ
３５ ２７．６３ｃＡ ３７．２７ｂＡ ６９．８９ａＡ ２９．５１ｃＡ ３８．３０ｂＡ ５２．８６ａＢ
ＮＡ：数据不可用 Ｔｈｅ ｄａｔｅ ｗａｓ ｎｏｔ ａｖａｉｌａｂｌｅ． 同行不同小写字母代表相同土壤不同处理之间差异显著，同行不同大写字母代表同一处理不同土壤
之间差异显著（Ｐ＜０．０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｒｏｗ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｆ ｕｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ （ｏｒ ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ） ａｔ ０􀆰 ０５
ｌｅｖｅｌ， ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｐｉｔａｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｒｏｗ ｒｅｆｅｒｒｅｄ ｔｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｕｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ ａｔ ０􀆰 ０５
ｌｅｖｅｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
９５６２９期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 蔡金云等： 两种农田土壤不同组分呼吸及其温度敏感性　 　 　 　 　
表 ３　 土壤不同组分 ＣＯ２排放的温度敏感性
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ （Ｑ１０） ｏｆ ＣＯ２ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ
培养时段
Ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ
ｐｅｒｉｏｄ
温度区间
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｉｎｔｅｒｖａｌ （℃）
旱耕土 Ｕｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ
轻组 ＬＦ 重组 ＨＦ 全土 ＢＳ
水稻土 Ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌ
轻组 ＬＦ 重组 ＨＦ 全土 ＢＳ
前 ４周 ５～１５ ３．１２ｂＢ ４．８６ａＡ ４．５８ａＡ ４．６２ａｂＡ ５．２６ａＡ ３．８８ｂＢ
Ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ４ ｗｅｅｋｓ １５～２５ ２．２１ｂＡ １．７７ｃＢ ２．５４ａＡ ２．２５ａＡ ２．２２ａＡ １．６９ｂＢ
２５～３５ １．５４ａＡ １．５８ａＡ １．２８ｂＢ １．２６ｂＢ １．６４ａＡ １．５９ａＡ
后 ５周 ５～１５ ２．４３ｃＡ ３．５６ｂＡ ４．１９ａＡ ２．７１ｂＡ ４．０２ａＡ １．８６ｃＢ
Ｔｈｅ ｌａｓｔ ５ ｗｅｅｋｓ １５～２５ １．７３ｂＡ ＮＡ ２．３８ａＡ １．３０ｂＢ １．７４ａ １．８５ａＢ
２５～３５ １．４８ａＡ ＮＡ ０．８５ｂＢ １．２７ｂＢ １．５６ａ １．４２ａｂＡ
９周 ５～１５ ２．７９ｂＢ ４．２４ａＡ ４．３８ａＡ ３．５８ｂＡ ４．６０ａＡ ２．７７ｃＢ
９ ｗｅｅｋｓ １５～２５ ２．０１ｂＡ ＮＡ ２．４６ａＡ １．８７ａｂＢ ２．００ａ １．７５ｂＢ
２５～３５ １．５２ａＡ ＮＡ １．０７ｂＢ １．２６ｂＢ １．６０ａ １．５２ａＡ
　 　 进一步分析表明，５ ℃下旱耕土轻组的前两周
累积呼吸量占其 ９ 周总呼吸量的 ３１％，重组占
３３％，水稻土分别为 ２６％和 ２９％；而 ３５ ℃下，旱耕土
轻组前两周累积呼吸量占 ９ 周总呼吸量的 ４７％，重
组占 ５７％，水稻土分别为 ５２％和 ４３％．可见在培养前
期，低温下两种土壤轻、重组的呼吸程度较为接近，
而高温下旱耕土重组的呼吸程度明显高于轻组，水
稻土则相反．这说明在 ９周培养期内，３５ ℃下土壤的
轻、重组呼吸碳量约有一半在前两周释放．
比较两种土壤各组分及全土的累积呼吸量发
现，水稻土轻组的累积呼吸量总体高于旱耕土，且在
１５ ℃和 ２５ ℃达到显著水平；其重组的累积呼吸量
在 ５ ℃和 １５ ℃低于旱耕土，但 ３５ ℃下二者差异不
显著．旱耕土全土的累积呼吸量除 ５ ℃外，其余 ３ 个
培养温度下均显著高于水稻土．
２􀆰 ３　 土壤及各组分呼吸的温度敏感性
两种土壤各组分及全土呼吸速率的温度敏感性
Ｑ１０均随培养温度升高而下降，且培养前 ４ 周的 Ｑ１０
值高于后 ５周（Ｐ＜０．０５）．如 ５ ℃时土壤及各组分 Ｑ１０
均高于其他温度；５ ℃下前 ４ 周旱耕土轻组、重组和
全土的 Ｑ１０分别为后 ５ 周的 １．３、１．４ 和 １．１ 倍；水稻
土分别为 １．７、１．３ 和 ２．１ 倍．前 ４ 周水稻土轻组的
Ｑ１０在低温 （ ５ ～ １５ ℃） 下高于旱耕土，而高温
（２５～３５ ℃）下则低于旱耕土；而两种土壤重组的
Ｑ１０在上述温度下无显著差异．后 ５ 周两种土壤重组
的 Ｑ１０均总体高于其轻组；旱耕土轻组的 Ｑ１０除
５～１５ ℃外，其他温度下均高于水稻土（表 ３）．
为期 ９ 周的培养试验结果表明，在低温下
（５～１５ ℃）旱耕土轻组 Ｑ１０低于水稻土，随温度升高
则高于水稻土；而两种土壤的重组在低温下则无显
著差异．水稻土重组的 Ｑ１０总体高于其轻组和全土．
在 ５～２５ ℃温度水平下，旱耕土全土 Ｑ１０显著高于水
稻土，但在 ２５～３５ ℃下低于水稻土．
３　 讨　 　 论
３􀆰 １　 轻组、重组和全土呼吸差异的原因
本研究发现，两种土壤全土的呼吸速率和累积
呼吸量均大于其轻组和重组（图 ３、表 ２）．根据培养
前旱耕土和水稻土的轻、重组有机碳占土壤总有机
碳的比例（表 １），以及 ９周培养期内的轻、重组累积
呼吸量（表 ２），分别估算出两种土壤由其轻、重组组
成的全土呼吸量．结果显示，旱耕土在 ４ 个温度下的
计算值占其全土处理累积呼吸量的 ４６％ ～ ５８％，平
均 ５１％；水稻土为 ４０％ ～ ６９％，平均 ６０％．可能的原
因是密度分组法造成了可溶性有机碳丢失，及分离
剂多钨酸钠对土壤呼吸的抑制作用．Ｃｒｏｗ 等［２０］将密
度分组前后的土壤各培养 ９０ ｄ，发现分组后的土壤
呼吸量只有原土壤的 ６５％；随后将分组后轻、重组
中的钨残留定量化，并向未分组土壤中添加了等量
的钨，培养 ９０ ｄ 后，发现添加钨的土壤呼吸量减少
了 ３１％～３５％，说明钨盐对土壤呼吸有一定的抑制
作用．本研究由轻、重组推算出的全土呼吸量低于全
土处理呼吸量的 ５０％，很可能来自密度分组过程中
残留钨盐的影响．此外，水稻土在密度分组后土壤的
回收率超过了 １００％，也可能是多钨酸钠残留所致．
但由于本研究未能量化土壤中残留的多钨酸钠，因
而难以定量评估其对土壤各组分呼吸的影响．
通常认为，土壤轻组有机碳较为活跃，而重组有
机碳则相对稳定，轻组的分解速率高于重组［２１－２２］ ．
但以该组分单位初始碳的呼吸速率计，则轻、重组之
间无显著差异［８］ ．Ｃｒｏｗ等［２０］通过培养不同类别和用
量的植物残体（叶片、根系的常规、双倍和不投入）
处理下的土壤，结果显示，在 ２３ ℃下培养 １年后，轻
组累积呼吸损失占其初始有机碳的 ３．２％，重组为
０６６２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
３􀆰 ７％；平均驻留时间（ＭＲＴ）虽因处理而异，但轻组
与重组总体持平．ＭｃＦａｒｌａｎｅ等［２３］对 ５个落叶松林地
的土壤测定结果显示，轻组和重组有机碳的 ＭＲＴ在
不同地点变异很大，范围均从几十年到几百年不等．
本研究也显示，桃江的水稻土在 ５ ℃、１５ ℃和 ２５ ℃
下，轻、重组累积呼吸无显著差异（图 ２、表 ２）．Ｄｉｊｋ⁃
ｓｔｒａ等［２４］对草地 ５年施氮和物种交互作用的研究指
出，各处理土壤中轻组和重组内的新碳量相当，老碳
则有数量级的差异．加酸水解法用以定量密度分组
获得的轻、重组中新碳、老碳，或活性碳和惰性碳的
相对比例，有助于解释土壤轻组和重组的矿化分解
程度［２５］ ．但由于本研究的土样量少，且培养过程加
入石英砂，使得在酸水解试验取样时，各处理的 ３ 个
重复，取到的实际土样量存在差异，导致酸水解后重
复间变异太大（数据未给出），无法进一步分析．
本研究发现，旱耕土在 ３ 个温度下和水稻土在
３５ ℃时的呼吸量均表现为重组高于轻组（图 １ ～ ２、
表 ２）．除如上所述的原因外，土壤密度分组时为达
到更充分的分离效果采用了超声波处理也可能带来
影响．Ｍｕｅｌｌｅｒ等［２６］将超声波处理和未经过超声波处
理的农田土壤在 ２０ ℃下培养 １８ ｄ，发现有超声波处
理的土壤呼吸量比未经超声波处理的高 ２７％．团聚
体是土壤有机质稳定的重要基础，超声波对土壤团
聚体结构有一定破坏作用，从而增大了土壤有机质
与微生物的接触面积，使其更易于被分解．土壤重组
中的碳主要同矿质颗粒等以团聚体形式结合［２７－２９］，
而轻组则主要游离于土壤团聚体间或同土壤团聚体
结合不紧密［３０－３１］ ．本研究中大部分轻组在密度分组
初期（超声波处理前）已通过抽吸方式分离出来，因
此与轻组相比，超声波对重组可能产生的影响更大．
综上所述，土壤组分分离剂（如，本研究的多钨酸
钠）和超声波的使用及土壤轻、重组中碳的组成和
可分解性等，均会对轻、重组有机碳的分解矿化产生
影响．如何量化这些影响并避免组分分离过程对土
壤的破坏和干扰还需要进一步研究．
平邑的旱耕土全土有机碳含量占桃江水稻土的
４１％（表 １），但是其呼吸量却是桃江土的 １．３ ～ １．９
倍（１５～３５ ℃，表 ２）．本研究旱耕土连续 ５ 年施用有
机肥，而水稻土施用有机肥的时间为 ２８ 年．有机肥
的投入增加了土壤团聚体，且随着时间的延长，土壤
有机碳趋于转向惰性碳库［３２］，从而使其保持稳定．
此外，本研究在年投入碳量相当的情况下，水稻土比
旱耕土具有更高含量的有机碳，这或许也与水稻土
长期处于淹水环境，不利于有机碳的分解，因而具有
相对高的稳定性有关［３３］ ．
３􀆰 ２　 土壤类型对呼吸作用温度敏感性的影响
土壤类型影响土壤呼吸作用 ＣＯ２排放的温度敏
感性．Ｉｑｂａｌ等［３４］在 ５ ～ ４５ ℃下，通过 ６２ ｄ 的培养试
验显示，水稻土的 Ｑ１０为 １． ９，低于旱耕土的 ３． ２．
Ｚｈａｎｇ等［３３］对华南 ３ 个水稻土 １１４ ｄ 的培养试验也
显示，水稻土 Ｑ１０在 １．０ ～ ２．３，低于文献报道的旱地
土壤．本研究发现，平邑的旱耕土全土平均 Ｑ１０为
２􀆰 ６４，高于桃江水稻土的 ２．０１．但不同温度下两种土
壤的 Ｑ１０存在差异．在 ５～１５ ℃和 １５～２５ ℃下旱耕土
全土的 Ｑ１０分别比水稻土高 １．６１ 和 ０．７１，而 ２５ ～ ３５
℃下则略低于水稻土（表 ３）．此外，与水稻土相比，
旱耕土的 Ｑ１０随温度升高而下降的幅度更大．在 ３ 个
温度区间内，旱耕土依次下降 ４４％和 ５７％，而水稻
土则下降 ３７％和 １３％（表 ３）．这均表明旱耕土的呼
吸对温度升高比水稻土更敏感；而仅在温度较高时，
升高温度对水稻土的呼吸促进作用更大．土壤呼吸
与土壤微生物活性密切相关［３５］，湖南桃江的年均温
高于山东平邑，温度较低时，水稻土微生物的活性可
能比平邑土壤弱，可能导致水稻土在低温下土壤呼
吸的温度敏感性低于旱耕土．随着温度升高，水稻土
的微生物更为活跃，使得高温下其呼吸的温度敏感
性比旱耕土高．本研究结果意味着，平邑旱耕土有机
碳矿化强度高于桃江水稻土，且对温度变化的响应
总体比水稻土更敏感．
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［２６］　 Ｍｕｅｌｌｅｒ ＣＷ， Ｓｃｈｌｕｎｄ Ｓ， Ｐｒｉｅｔｚｅｌ Ｊ， ｅｔ ａｌ． Ｓｏｉｌ ａｇｇｒｅｇａｔｅ
ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔ⁃
ｔｅｒ ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｂｉｌｉｔｙ． Ｓｏｉｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ
Ａｍｅｒｉｃａ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２０１２， ７６： １６３４－１６４３
［２７］　 Ｂａｉｓｄｅｎ ＷＴ， Ａｍｕｎｄｓｏｎ Ｒ， Ｃｏｏｋ ＡＣ， ｅｔ ａｌ． Ｔｕｒｎｏｖｅｒ
ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ Ｃ ａｎｄ Ｎ ｉｎ ｆｉｖｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ ｆｒｏｍ Ｃａｌｉ⁃
ｆｏｒｎｉａ ａｎｎｕａｌ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｏｉｌｓ． Ｇｌｏｂａｌ Ｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍ⁃
ｉｃａｌ Ｃｙｃｌｅｓ， ２００２， １６： １１１７－１１３２
［２８］　 Ｈａｎ Ｘ⁃Ｒ （韩晓日）， Ｓｕ Ｊ⁃Ｆ （苏俊峰）， Ｘｉｅ Ｆ （谢　
芳）， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｎ ｏｒｇａｎｉｃ
ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｂｒｏｗｎ
ｅａｒｔｈ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ （土壤通报），
２００８， ３９（４）： ７３０－７３３ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［２９］　 Ｈｕ Ｈ⁃Ｒ （胡慧蓉）， Ｍａ Ｈ⁃Ｃ （马焕成）， Ｌｕｏ Ｃ⁃Ｄ （罗
承德）， ｅｔ ａｌ． Ｆｏｒｅｓｔ ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ
ｍｅａｓｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ （土壤
通报）， ２０１０， ４１（４）： １０１８－１０２４ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［３０］　 Ｇｒｅｇｏｒｉｃｈ ＥＧ， Ｂｅａｒｅ ＭＨ， ＭｃＫｉｍ ＵＦ， ｅｔ ａｌ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ
ａｎｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ ｕｎｃｏｍｐｌｅｘｅｄ
ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ． Ｓｏｉｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ｊｏｕｒｎａｌ，
２００６， ７０： ９７５－９８５
［３１］　 Ｚｅｎｇ Ｈ⁃Ｄ （曾宏达）， Ｄｕ Ｚ⁃Ｘ （杜紫贤）， Ｙａｎｇ Ｙ⁃Ｓ
（杨玉盛）， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｃｏｖｅｒ ｃｈａｎｇｅ ｏｎ ｓｏｉｌ
ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｌｉｇｈｔ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ａｔ ｒｉｖｅｒ⁃
ｂａｎｋｓ ｏｆ Ｆｕｚｈｏｕ ｕｒｂａｎ ａｒｅａ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｅｃｏｌｏｇｙ （应用生态学报）， ２０１０， ２１（３）： ７０１－ ７０６
（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［３２］　 Ｌａｉ Ｒ． Ｓｏｉｌ ｃａｒｂｏｎ ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ ｔｏ ｍｉｔｉｇａｔｅ ｃｌｉｍａｔｅ
ｃｈａｎｇｅ． Ｇｅｏｄｅｒｍａ， ２００４， １２３： １－２２
［３３］　 Ｚｈａｎｇ ＸＨ， Ｌｉ ＬＱ， Ｐａｎ ＧＸ． Ｔｏｐｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ
ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ＣＯ２ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｐａｄｄｙ ｓｏｉｌｓ
ｆｒｏｍ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ． Ｊｏｕｒ⁃
ｎａｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， ２００７， １９： ３１９－３２６
［３４］　 Ｉｑｂａｌ Ｊ， Ｈｕ ＲＧ， Ｌｉｎ Ｓ， ｅｔ ａｌ． Ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ
ｆｒｏｍ Ｕｌｔｉｓｏｌ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｕｓｅｓ ｉｎ ｍｉｄ⁃ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ
Ｃｈｉｎａ． Ｇｅｏｄｅｒｍａ， ２００９， １５２： ６３－７３
［３５］　 Ａｌｌｉｓｏｎ ＳＤ， Ｗａｌｌｅｎｓｔｅｉｎ ＭＤ， Ｂｒａｄｆｏｒｄ ＭＡ． Ｓｏｉｌ⁃ｃａｒｂｏｎ
ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｗａｒｍｉｎｇ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｎ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ．
Ｎａｔｕｒｅ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ， ２０１０， ３： ３３６－３４０
作者简介　 蔡金云，女，１９９１ 年生，硕士研究生．主要从事全
球变化生态学研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｃａｉｊｉｎｙｕｎ＠ ｉｂｃａｓ．ａｃ．ｃｎ
责任编辑　 杨　 弘
２６６２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷