全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
〕 〕〔兀 , 一
草原土壤 释放及全球变暖影响下
土壤养分变化的反馈效应 ‘
杨永辉 中国科学院石家庄农业现代化研究所
, 石家庄 川
, , 英国陆地生态研究所 一 耐 研究站
摘要 」 对草原土壤 释放及其受全球变暖土壤养分变化的影响研究表明 , 以 沼泽泥
炭土 释放量最大 , 生长季节为 一
· 一 · 一 , 其次灰壤土 , 为 一
· 一 · 一 ‘ , 酸性棕壤最小 , 为 。一
· 一 · 一 ‘ 的释放层灰壤土在 一
, 其它 种土壤为 一 施肥试验表明 , 、 肥在生长季节对土壤 释放量影
响不显著 , 但在生长季末期 , 肥对酸性棕壤及灰壤土 影响显著 , 施肥后第 天酸性
棕壤由对照的 提高到
· 一 · 一 ‘ , 灰壤土则由对照的 提高到
· 一 · 一 ‘ , 说明全球变暖对土壤有机质分解的影响不会诱发 释放量的大幅度增加
关键词 全球变暖 山地草原 施肥
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引 言
英格兰北部山地草原生态系统土壤及
植被类型繁多 , 对处于相似纬度上 的草原
生态系统具有广泛的代表性〔 因而研究
该地 区草原生态系统 的释放量和变
化规律具有实际意义 本实验 旨在研究寒
温带草原生 态系统 不 同土壤 释放规
律 , 以及全球变暖土壤有机质分解加速 、 土
壤养分 、 浓度升高对 释放影响
研究地区与研究方法
实验地概况
实验地位于英格兰北 部 自然保
二 英国 项 目 、 中国科学院留学基金资助课题
·
年 月 日收到 , 年 月 日改回
期 杨永辉等 草原土壤 释放及全球变暖影响下土壤养分变化的反馈效应
护区
’
, ’ ‘ , 海 拔 实 验 点
, 海洋性气候 , 年均降水量 , 年均温
℃ , 生长季节 月中至 月初 , 这里集中了英
国山地草原几乎所有的土壤及植被类型
试验选择了本地区 种代表性土壤 灰壤土 、
酸性棕壤及沼泽泥碳土 种土壤近地表 的
基本性状见表
表 种土壤的基本特性
溉 功
土壤剖面 酸性棕壤 灰壤土 沼泽泥碳土
阮 户加 」
万
枯落层
‘
八
,
层深 , 。 , 有机质 ,
有机质含量是将土壤置于 ℃燃烧后失重 ,
℃
研究方法
野外试验布置及土壤 测定 年
月末 , 用聚乙稀管采集 种土壤植被一体的样品 ,
移至实验点 , 管深 , 。 巧 , 试验分
种土壤
、
种施肥处理
,
次重复 , 土柱 个 采集
时使同一土壤不 同土 柱 内植被相似 当土柱被埋
人试验地后
,
土柱 内外的水分 、 养分交换被阻断 ,
土柱成为一完整的系统 于 月初 及 月初分
次用 践 姚 溶液
、
叭 溶液及去离子水做
为对照处理土壤 , 每次
、
施肥量分别为 和
· 一 · 一
测定采用 」研究站设计的温室
效应气体监测移动实验室 , 该实验室的气体质普
测定仪加设 了质谱仪与样品间的 自动转换 装置 ,
可实现 对 个来源 不 同的气体样 品进 行 、
姚
、
的连续监测
,
同时仪器可从样品密闭仓
中抽 卜 一 ’气体与空气交换 , 可保证连续观
测中样品密闭仓内气体浓度与外界基本平衡 实
测样品数为 个
, 种土壤分不 同 日期进行 , 每种
土壤 种处理 , 次重复 , 并设标准气体及近地表
空气浓度做对照 施肥前先测定土壤 次
, 施肥后
第 一 第 次观测 , 第 一 第 次观测 , 同
种土壤 次观测之间的间隔为
无植被影响的试验布置及土壤 测定
为研究无植被影响时 的释放规律及受施肥
的影响 , 月初 , 用 环刀取 种土壤 一
及 一 即根系分布较少的 个层次 , 移
人实验室 , 用尼 龙纱布将环刀 底固定 以防土壤脱
落 , 随机放人可密封的玻璃瓶 中 , 施肥前 , 进行
排放量测定 , 并根据测定结果对样品分组 组
间无差异 , 施肥处理及浓度与野外相同 , 分别为
拜 · 一 ’、 拌 · 一 ‘及去离子水 , 液量
为 , 由于土壤本身含水量较高 , 施肥使所有
土柱达到饱和状态
对样品换气并隔离 后 , 取气样并将气体
储存在真空玻璃管中 , 用气相质谱仪测定 浓
度 , 与测定前空气中 比较得到浓度变化值
每 次测定的间隔为 周 定期将样 品称重 , 加
水 , 以保持实验中土壤水分不变
·
统计分析
在野外利用移动实验室对 种土壤 种施肥
处理的 个样品进行间歇测定 每天每样品 一
次 , 借助统计分析系统 对不同时间 、 不
同处理间的实验结果按分区实验 , 进行方差分析
结果与讨论
野外 释放规律及施肥对其影响
图 给出 种土壤 、 月 的观测
结果 可以看 出 , 酸性棕壤 月 份施肥后 ,
将全天数据按分区处理 , 进行统计分析 , 不
同处理间 释放差异不显著 , 但在施肥
第 部分时间 , 肥处理样品的 释
放量显著高于其它 处理 月份 , 施肥前
各处理间无差异 , 施肥后第 , 土壤
释放量增长为对照的 倍 , 达
·
一 “ · 一 ‘ , 但第 差异消息 肥对
释放无影响
灰壤土 月份施肥前 种处理间
释放无差异 , 施肥也未给 释放造成显
著影响 月施 肥激发了土壤 释放 ,
施肥后第 , 肥处理的样品 释放量
达
· 一 “ · 一 ‘ , 为对照
·
一 “ · 一 ‘的 倍 , 差异极显著 施肥后
应 用 生 态 学 报 卷
第 , 肥处理土壤 排放量仍与对照
差异显著 , 为
· 一 “ · 一 ‘
仓
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施肥 日期 月 日
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施肥 日期 压 月 日
图 酸性棕壤 释放
一 土层 一 一 土
层 一 下同
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图 种土壤不同季节施肥前后 释放量对 比 第
组数据为施肥前
对照 , 肥 , 肥 认 下
同
·
酸性棕壤 八 , 灰壤土 月 ,
沼泽泥炭土
·
对沼泽泥炭 的研究表明 , 施肥对其不
产生显著影响
图 为无植被条件下 , 酸性棕壤不同
土层 释放量 可以看 出 , 一 。 土
层 的释放量仍很高 施肥后第 ,
肥处理样 品的 释放量与对照相 比显
著增高 , 但第 测定时差异消失 有趣的
是 , 随时间推 移 , 土壤 中 的释放量除
施 肥 的土壤样 品从高峰降低外 , 其他
处理逐渐升高 , 由开始时平均低于
· 一 “ · 一 ‘升高到
· 一 · 。 一 ‘ ,
因整个试验过程 中室 内温度保持在 一
℃之间 , 土壤水分基本不变 , 且对土壤有
机质分解测定未发现试验过程 中 释放
一 、
六 ,
施肥 日期 月 日
图 灰壤土 释放
洲对
期 杨永辉等 草原土壤 释放及全球变暖影响下土壤养分变化的反馈效应
量的差异 , 因而 释放量 的升高可能是
无植被根系吸收土壤有机质分解释放的速
效 时 , 土壤可利用 浓度升高所致 , 这
与野外 月 生长末期 即植被对土壤 吸
收减少时施肥导致 释放量升高相一
致 该土壤 一 土层中 释放很
微弱 , 且不受施肥影响 , 说明酸性棕壤
释放主要发生在 。 以上土层
图 为灰壤土 个土层观测结果 , 可
以看出 , 该土壤 一 土层 的释放
量极低 , 低于
· 一 “ · 。一 ’, 且施
肥对其不产生显著影响 然而 , 野外试验证
明灰壤土 月 平均释放量为
· 一 · 一 ‘ , 月 为
· 一 “ · 一 ‘ ,
高于酸性棕壤 , 且 月份施 肥对其影响
显著 , 说明该土壤 的释放区为 以
上表土层
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施肥 日期 月
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日
图 沼泽泥碳土棕壤 释放
三 之
图 给出沼泽泥炭土的观测结果 , 施
肥对 一 。 土层 释放影响不显著 ,
这与野外观测结果一致 数据分析表明 , 该
土壤随样品的不同 释放量差异很大 ,
虽然实验所用样品采 自 范围内 , 但
肥处理 后 , 有些样品 释放量显著
高于其他样品 , 达 拜
· 一 ‘ ·
一 · 一 ‘ , 为 施人 总量 拌 的
, 硝态 量的 , 而有些样品释放量
低于对照 , 造成了处理间的不显著差异 该
土壤 一 土层 的产生受施肥影
响不显著
全球变暖对 释放量的影响
施加 肥可增加土壤 的释放 , 已
被大量试验证实 但多数实验化肥施人量
高于
· 一 · 一 ‘ , 这与全球变暖
温度升高诱导的土壤可利用 浓度的升高
量相差甚远〔‘ , 所以本实验采用尽可能低
的 肥用量
从上述实验可知 , 施 肥对沼泽泥碳
土影响不显著 , 虽然 月对酸性棕壤有影
响 , 但影响很小 , 仅 月对酸性棕壤及灰壤
土影响显著 , 其原因可能是 , 月在英国已
进人植物生长的末期 , 植物减少 了对土壤
的吸收 , 所以高浓度 为土壤微生物
活动提供了条件 据此可以认为 , 如未来全
球变暖 , 气温升高 , 土壤有 机物 的分解加
快 , 植物随温度的升高生长速度加快〔“ , 如
对 种土壤类型 的试验证 明 , 植被受海拔
降低 、 平均温度升高 ℃ 影 响 ,
个月生长季节后酸性棕壤 、 灰壤土 、 沼泽泥
炭土地上部分第一性生产力分别是低温下
的 、 及 倍 因而可 以认为 , 受植
物生长对土壤可利用 的竞争 , 全球变暖
气温升高 , 有机质分解速度加快 , 在生长季
节将不会对本地区 种土壤 释放造成
很大影响
种土壤 释放量对 比及与土壤
特性的关系
应 用 生 态 学 报 卷
图 为 种 土壤 个层次对照 无施
肥 样品的 释放量对 比 , 沼泽 泥炭土
释放量高于其它 种 土壤 , 且差异显
著 野外实验也表明沼泽泥炭土是 种土
壤中 释放量最高的 , 月平均为
· 一 · 一 ‘ , 月为
· 一 “ ·
一 ‘ 酸性棕壤在 一 土层显著高于
灰壤土
从剖面解剖 表 可以看出 , 灰壤土在
土层 时 , 有 机 质含 量 由 层 的
降至 , 释放也随之消失 , 说明
与土壤有机质密切相关 酸性棕壤产
生 主要来 自地表 土层 粘泥炭
土 。 土层 内释放量很高 , 下仍具
‘「
仁
梦吧
,
翻山
层深度影响土壤微生物活动有关〔〕
结 论
实验中所采用的 种土壤在不受外
界施肥干扰的情况下 , 沼泽泥炭土具有最
大的 释放潜力 , 月和 月释放量变
幅分别为 一 和 一
· ’
一 · 一 ‘ , 酸性棕壤分别为 一 和 一
· 一 · 一 ‘ , 灰壤土分别为 一
和 一
· 一 · 一 ‘
灰壤土 的释放源为 以上土
层 , 酸性棕壤及沼泽泥炭 土主要 为
以上土层
全球变暖诱导土壤可利用 浓度的
升高 , 不会对这 种类型 的草原生态系统
释放造成重要影响
少量的 肥施入或空气污染造成的
输入生长季节会在一定程度上影响酸性
棕壤 的释放量 , 对其他 种土壤影响
较小 , 但在生长季节末期对酸性棕壤 、 灰壤
土的影响较大
致谢 女士 , 教授的帮助
参考文献
‘、三,二几
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,
施肥 日期 月 日
图 种土壤 释放量对 比
阳 矫 阳
酸性棕壤 沼泽泥炭土 ,
灰壤土 户洲」
备一定能力 , 究其土壤特性 , 两种土壤土层
一 。 内土壤有机 质分别为酸性棕壤
、 沼泽泥炭土 , 属一个土壤层次 ,
有机质无明显变化 , 释放量减少 , 与土
氏 , ,
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