全 文 ：Vol. 32 No. 5
May 2012
第 32卷 第 5期
2012年 5月
中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
Journal of Central South University of Forestry & Technology
全球变暖对自然生态和人类生存环境已经产
生并将继续产生显著影响，对可持续发展构成严
重威胁。根据 IPCC第四次评估报告公布的数据，
全球 CO2 排放总量将从 2000年的 400亿 t增加
到 2030年的 497～ 767亿 t；2100年后，CO2 排
放量的中位数约为 750亿 t/年。土壤又是一个巨
大的碳库，土壤碳库微小的变化可能导致大气
CO2 浓度 的变化 [1]，土壤呼吸作为全球土壤碳
去根处理对樟树林土壤呼吸的影响
刘 智，闫文德，王光军，郑 威，梁小翠，宿少锋
（中南林业科技大学 生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004）
摘 要： 采用 LI-8100 开路式土壤 C 通量测定系统，对去根处理的樟树人工林土壤呼吸进行了为期 1 a
的观测。结果表明：去根处理和对照的土壤呼吸速率均呈现显著的季节性变化，土壤 CO2 呼吸速率月平
均值变化动态呈单峰曲线；对照处理土壤呼吸速率变化范围为 1.426 ～ 5.641μmol•m-2s-1，去根处理后的
土壤呼吸速率范围为 1.137 ～ 4.257μmol•m-2s-1；去除根系的土壤呼吸速率与 5 cm 土壤温度之间均呈显
著指数相关（P=0.000），与 5 cm 土壤湿度之间呈二次曲线相关（P=0.012）。根系是影响土壤 CO2 通
量的一个重要因子。
关键词： 土壤呼吸；樟树人工林；土壤温度；土壤湿度
中图分类号： S792.23；S718.51+6 文献标志码： A 文章编号： 1673-923X (2012)05-0120-05
Effects of root exclusion on soil respiration
in Cinnamomum camphora plantation
LIU Zhi, YAN Wen-de , WANG Guang-jun, ZHENG Wei, LIANG Xiao-cui, SU Shao-feng
(School of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)
Abstract: Soil respiration was measured with Li-8100 soil CO2 effl ux system in Cinnamomum camphora plantation in forest park
of Changsha, Hunan, with de-rooting treatments and trenching method, from August 2009 to July 2010. The results show that the soil
respiration had a signifi cant seasonal change both in the trenched plots and the control plots. The rates of soil CO2 effl ux were about
1.426 ～ 5.641 μmol•m-2s-1 in the trenched plots, and 1.137 ～ 4.257 μmol•m-2s-1 in the control plots, respectively. The soil
respiration rate in the trenched plots exhibited a highly markedly exponential correlation with the soil temperature at 5 cm depth
(P =0.000) ( without living roots) and a highly markedly quadric relationship with the soil moisture at 5 cm depth （P=0.012）. The
results indicate that the root system was an important factor affecting soil CO2 effl ux, soil temperature and soil moisture in forest.
Key words: soil respiration; Cinnamomum camphora plantation; soil temperature; soil moistures
库循环的主要通量过程，是在土壤新陈代谢功
能过程中产生大量的 CO2，并向大气释放 CO2
的过程。它包括微生物的呼吸、根系的呼吸和
地下动物的呼吸三个生物过程，以及一个非生
物过程：即在高温条件下的化学氧化过程 [2-4]。
森林是陆地生态系统的主要的组成部分，森林
土壤有机碳在全球碳平衡中具有重要的地位，
研究森林土壤呼吸对于探讨全球 CO2 变化及其
收稿日期： 2011-05-20
基金项目：“十二五”农村领域国家科技计划课题（2011BAD38B0204）；教育部新世纪优秀人才支持计划（NCET-10-0151）；湖南
省科技厅项目（2010TP4011-3）；湖南省教育厅项目（湘财教字 [2010]70号）；长沙市科技局项目（K1003009-61）
作者简介：刘 智 (1980-)，男，河南驻马店人，硕士研究生，主要从事城市生态学研究
通讯作者：闫文德 (1969-)，男，甘肃武威人，教授，博士，主要从事森林生态和城市生态学研究；E-mail: csfuywd@hotmail.com
DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2012.05.036
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影响具有十分重要的意义。
樟树 Cinnamomum camphora 为亚热带常绿阔
叶林的代表树种，为亚热带地区重要的用材和特
种经济树种。本研究对樟树人工林去根处理的样
地 CO2通量进行定位研究，目的在于揭示樟树人
工林林地根系和土壤呼吸生态因子之间可能的联
系，从而为气候变暖研究提供中国亚热带森林生
态系统方面的基础实验数据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
研究样地位于湖南省森林植物园（113°01′～
113°02′E, 28°06′～ 28°07′N），面积 140 hm2，森
林覆盖率 90%，海拔 50～ 106 m，丘岗地貌，
属中亚热带季风湿润气候，年均气温 16.9 ℃，
极端最高温 40.6 ℃，极端最低温 -9.5 ℃，年均
降水量 1 400.6 mm，年均相对湿度 80%，日照
时数年均 1 726 h，土壤系第四季红壤粘土母质
上发育的酸性红壤，pH值 4.0～ 5.5。研究的对
象是 20多年生樟树人工林，林中生长有毛泡桐
Paulownia tomaentosa、白栎 Quercus fabri、糙叶
树 Aphananthe aspera、泡桐 Paulownia fortunei，
草本植物有鸡矢藤 Paederia scandens、酢浆草
Oxalis comicuata等。樟树群落凋落物年归还量
3.26 t/hm2，地表凋落物覆盖厚度为 1.5～ 2.5 cm，
凋落物主要以叶为主，占总凋落物量的 60.59%。
1.2 研究方法
1.2.1 样地设置
2009年8月，在湖南省植物园樟树林人工林内，
设置 4 m×3 m的长方形样地，采用挖壕法对样地
进行去根处理，即在样地四周挖壕沟，垂直挖深
0.5 m×0.8 m（不见根系的深度），切断根后插入 9
层塑料膜以阻止根向样地内生长 [5]。每块样地对角
分别嵌入 PVC土壤环（Φ 21 cm×H 8 cm），平放
夯入土中 2 cm以上，共设置 6块去根样地，每块
样地之间相隔 5 m以上。另外设置对照样地 6块。
1.2.2 土壤呼吸及温度、湿度的测定
采用 LI-8100开路式土壤 C通量测定系统
（LICOR Inc. , Lincoln, NE,USA）测定土壤呼吸速
率、温度和湿度（体积含水量 SVC，%）。在每
月 8号和 23号的 9:00～ 11:00测定 1次。如果遇
到降水，延至天晴 3 d后测量，如遇连阴天，在没
有降雨的天气测量，全年共测定 24次。
1.2.3 数据统计分析
采用 Excel 2003对数据进行处理及作图，并
用 SPSS13.0软件对结果进行统计分析。采用单因
素方差分析和多重比较检验土壤呼吸季节变化及
去根和对照样地之间土壤呼吸、温度和湿度的显
著性。土壤呼吸与土壤 5 cm温度之间的关系采用
以下指数模型 [6-8]：y= aebt 。式中：y为土壤呼吸
速率；t为土壤温度；a是土壤温度为 0 ℃时的土
壤呼吸；b为温度反应系数 [8]。Q10值采用以下公
式确定 [9]：Q10=e10b。式中 b为土壤温度反应系数。
2 结果与分析
2.1 去除根系对土壤呼吸季节变化的影响
从去除根系和对照的土壤呼吸月平均值的
动态变化（见图１）可以看出，对照和去根的
土壤呼吸均存在明显的季节性变化，呈单峰值
曲线，土壤呼吸速率最大值出现在 7 月份；去
根处理最小值出现在 12 月份，对照最小值出
现在 3 月。对照的土壤呼吸速率变化范围为
1.426 ～ 5.641 μmol•m-2s-1，而去根的土壤呼吸
速率范围为 1.137～ 4.257 μmol•m-2s–1，对照土壤
呼吸速率高于去根处理。2009年 8、9、10月份，
去根和对照之间的土壤呼吸值相差不大，可能与
去根样地内的根系要经过一段时间死亡，根系呼
吸活动逐渐停止有关，而在 2010年 5、6、7月份，
二者存在明显差异。可以说明去除根系明显导致
土壤呼吸比对照的土壤呼吸降低，由此表明挖壕
法降低了土壤呼吸量，去除根系对土壤呼吸速率
产生了明显的影响。
2.2 土壤呼吸与温度的相关关系
去根和对照的 5 cm土壤温度的月动态过程见
图 2。由图 2可知，去根处理和对照的各月土壤温
度差异不大；两者土壤温度最高值均出现在 8月，
最低温度出现在 1月，年平均温度是 17.49 ℃，说
明去根处理未改变土壤温度。
如图 3所示，去除根系和对照处理方式的土
壤呼吸速率与土壤温度之间均呈现显著指数相关
（P＜ 0.001）。回归关系方程表达式如下。
刘 智，等：去根处理对樟树林土壤呼吸的影响122 第 5期
图 1 去根和对照的土壤呼吸变化的比较
Fig. 1 Comparison of soil respiration at 5 cm depth with
different de-rooting treatments and control
图 2 去根和对照的土壤地表5 cm温度的月动态
Fig. 2 Month dynamics of soil temperatures and moistures
at 5 cm depth with different de-rooting treatments
and control
去除根系 :
y = 0.712 3e0.071 2t , R2 = 0.963 5 , P = 0.000。
对照 :
y = 0.912 4e0.072 5t , R2 = 0.814 9, P = 0.001。
式中：y表示土壤呼吸速率；t表示 5 cm土壤温度。
在本试验中，樟树林去除根系和对照处理土壤呼吸
的温度敏感系数 Q10值分别为 2.04和 2.06。
图 3 去根土壤呼吸速率与5 cm土壤温度的相关分析
Fig. 3 Relative analysis between soil temperatures
at 5 cm depth and soil respirations with
different de-rooting treatments and control
2.3 去根土壤呼吸与土壤湿度的关系
去根 5 cm 土壤湿度变化范围是 8.63% ～
31.8%，对照 5 cm土壤湿度变化范围是 7.32%～
27.73%，差异显著，去除根系增加了土壤的湿度（见
图 4）。两者最大值出现在 5月份，最小值出现在
10月份。
樟树林去除根系和对照处理的土壤呼吸速率
与土壤湿度之间均存在显著曲线相关（P＜ 0.05，
见图 5）。回归拟合它们之间的相互关系，可以得
出如下两个方程表达式。
除根系：
y =-0.015 3x2+1.117 2x-16.167，R2=0.765，
P=0.012。
对照：
y =-0.017 9x2+1.122 6x-12.829，R2=0.651，
P=0.031。
式中：y表示土壤呼吸速率，x表示 5 cm土壤湿度。
图 4 去根和对照的土壤湿度的月动态
Fig. 4 Month dynamics of soil moisture at 5cm depth with
different de-rooting treatments and control
图 5 去除根系土壤呼吸速率与5 cm 土壤湿度相关分析
Fig. 5 Relative analysis between soil moistures at 5 cm
depth and soil respirations with different
de-rooting treatments and control
123第 32卷 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
2.4 根系对土壤呼吸的贡献
由图 6 可知，根系呼吸占土壤呼吸的比例最
大值出现在 1月，为 43.86%，最小值出现在 10
月，为 0.09%，根系呼吸对土壤呼吸的年均贡献
率为 23.09%。张宪权等 [10]在东北林区土壤呼吸研
究中发现，根系呼吸占土壤总呼吸平均为 20%～
30%，与本研究结果一致。
必需水分，因此产生的 CO2的量将会减少 [17]。这
与王小国等 [18]采用挖壕法计算的根呼吸对土壤呼
吸的贡献在 5月最高、2月最低的结论相似。
本研究还对土壤呼吸与温度、湿度之间进行
了相关性分析。温度与土壤呼吸之间存在着显著
指数关系，这和国内很多的研究结果是一致的。
土壤水分对土壤呼吸的影响也比较显著，森林土
壤呼吸在一定范围内随土壤湿度增大而增强，在
接近土壤持水量的一定范围内，土壤呼吸量最高，
在饱和或永久萎蔫含水量时，呼吸作用停滞。这
表明土壤水分是影响植物群落土壤呼吸速率大小
的重要因素之一。
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图 6 根系呼吸对土壤呼吸速率的贡献率
Fig. 6 Contribution rate of root respiration to soil
respiration rate
3 结 论
本研究中去根处理显著降低了土壤呼吸速率，
这与其他学者的研究结论一致 [11-12]。但研究结果
显示土壤呼吸在去根初期并未明显降低，数月后
才显著降低。原因在于挖壕法的目的是完全抑制
挖壕的区域内植物根的呼吸活动 [13]，但根从主干
上被切断后仍能存活一段时间并维持呼吸 [14-15]，
所以去根后土壤呼吸不会立即下降，随后植物根
系逐渐死亡而停止了呼吸活动，另外寄生在被切
断根系上的微生物得不到营养的供给也停止呼吸
活动 [16]，此时去根处理的土壤呼吸与对照的相比
有了明显差异。
研究中，去根处理未改变 5 cm处的土壤温度。
土壤温度主要受太阳辐射强度的影响，根系及微
生物生命活动虽然会产生一定热量，但相较于太
阳辐射，其作用可以忽略不计。去根处理增加了
土壤含水率，原因为去根处理移除了土壤中根系
生理活动，降雨后土壤中的水分除通过下渗排出
外得不到土壤中植物的吸收，从而增加了土壤的
湿度。
在本实验所处地区，1月份最寒冷，天气的
平均气温最低，土壤中微生物生理活动微弱，根
呼吸所占比例最大；而 10月份降水较少，气候干
燥，土壤含水量过低，根系或微生物活动缺少所
刘 智，等：去根处理对樟树林土壤呼吸的影响124 第 5期
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[ 本文编校： 谢荣秀 ]
列都在 80%的同源水平上与二年残孔菌 A. biennis
相似。本研究是首次将二年残孔菌 A. biennis进行
详细的形态描述、实验室培养及其 ITS区序列的
PCR扩增测序，根据其 ITS序列构建系统进化树。
对二年残孔菌 A. biennis在国内的分布、子实体和
菌落形态特征方面提供了重要的新信息，其分子
结果有助于更大规模干朽菌科的系统发育研究，
为该菌的鉴定提供可靠的依据，同时对该种病原
菌的生物防治也有一定的意义。根据形态特征和
分子系统分析相结合将 Ab.1菌株鉴定为二年残孔
菌 A. biennis是比较科学的。
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[本文编校：吴 毅 ]
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