全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 圆园期摇 摇 圆园员猿年 员园月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
中小尺度下西北太平洋柔鱼资源丰度的空间变异 杨铭霞袁陈新军袁冯永玖袁等 渊远源圆苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
水分和温度对若尔盖湿地和草甸土壤碳矿化的影响 王摇 丹袁吕瑜良袁徐摇 丽袁等 渊远源猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
荒漠啮齿动物群落对开垦干扰的响应及其种群生态对策 袁摇 帅袁付和平袁武晓东袁等 渊远源源源冤噎噎噎噎噎噎噎
转 月贼基因棉花对烟粉虱天敌昆虫龟纹瓢虫的影响 周福才袁顾爱祥袁杨益众袁等 渊远源缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
微地形改造的生态环境效应研究进展 卫摇 伟袁余摇 韵袁贾福岩袁等 渊远源远圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
丹顶鹤春迁期觅食栖息地多尺度选择要要要以双台河口保护区为例 吴庆明袁邹红菲袁金洪阳袁等 渊远源苑园冤噎噎噎
新疆石河子南山地区表土花粉研究 张摇 卉袁张摇 芸袁杨振京袁等 渊远源苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
鄱阳湖湿地两种优势植物叶片 悦尧晕尧孕 动态特征 郑艳明袁尧摇 波袁吴摇 琴袁等 渊远源愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于高分辨率遥感影像的森林地上生物量估算 黄金龙袁居为民袁郑摇 光袁等 渊远源怨苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
异质性光照下匍匐茎草本狗牙根克隆整合的耗益 陶应时袁洪胜春袁廖咏梅袁等 渊远缘园怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
湘潭锰矿废弃地栾树人工林微量元素生物循环 罗赵慧袁田大伦袁田红灯袁等 渊远缘员苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
接种彩色豆马勃对模拟酸沉降下马尾松幼苗生物量的影响 陈摇 展袁王摇 琳袁尚摇 鹤 渊远缘圆远冤噎噎噎噎噎噎噎
生物炭对不同土壤化学性质尧小麦和糜子产量的影响 陈心想袁何绪生袁耿增超袁等 渊远缘猿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
延河流域植物功能性状变异来源分析 张摇 莉袁温仲明袁苗连朋 渊远缘源猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
榆紫叶甲赤眼蜂基础生物学特性及其实验种群生命表 王秀梅袁臧连生袁林宝庆袁等 渊远缘缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
几种生态因子对拟目乌贼胚胎发育的影响 彭瑞冰袁蒋霞敏袁 于曙光袁等 渊远缘远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
海南铜鼓岭灌木林稀疏规律 周摇 威袁龙摇 成袁杨小波袁等 渊远缘远怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
青海三江源区果洛藏族自治州草地退化成因分析 赵志平袁吴晓莆袁李摇 果袁等 渊远缘苑苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林凋落物基质质量的影响 肖银龙袁涂利华袁胡庭兴袁等 渊远缘愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎
基于光合色素的钦州湾平水期浮游植物群落结构研究 蓝文陆袁黎明民袁李天深 渊远缘怨缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于功能性状的常绿阔叶植物防火性能评价 李修鹏袁杨晓东袁余树全袁等 渊远远园源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
北京西山地区大山雀与其它鸟类种群种间联结分析 董大颖袁范宗骥袁李扎西姐袁等 渊远远员源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
被动式电子标签用于花鼠种群动态研究的可行性 杨摇 慧袁马建章袁戎摇 可 渊远远猿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
华北冬小麦降水亏缺变化特征及气候影响因素分析 刘摇 勤袁梅旭荣袁严昌荣袁等 渊远远源猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 云粤匀孕鄄栽韵孕杂陨杂法的我国省域低碳发展水平评价 胡林林袁贾俊松袁毛端谦袁等 渊远远缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
河漫滩湿地生态阈值要要要以二卡自然保护区为例 胡春明袁刘摇 平袁张利田袁等 渊远远远圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
应用 蕴藻 月蚤泽泽燥灶灶葬蚤泽 法研究黄土丘陵区植被类型对土壤团聚体稳定性的影响
刘摇 雷袁安韶山袁黄华伟 渊远远苑园冤
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不同人为干扰下纳帕海湖滨湿地植被及土壤退化特征 唐明艳袁杨永兴 渊远远愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
近 员园年北京极端高温天气条件下的地表温度变化及其对城市化的响应
李晓萌袁孙永华袁孟摇 丹袁等 渊远远怨源冤
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三峡库区小江库湾鱼类食物网的稳定 悦尧晕同位素分析 李摇 斌袁徐丹丹袁王志坚袁等 渊远苑园源冤噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
北京奥林匹克森林公园绿地碳交换动态及其环境控制因子 陈文婧袁李春义袁何桂梅袁等 渊远苑员圆冤噎噎噎噎噎噎
植被恢复对洪雅县近 员缘年景观格局的影响 王摇 鹏袁李贤伟袁赵安玖袁等 渊远苑圆员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
高盐下条斑紫菜光合特性和 杂鄄腺苷甲硫氨酸合成酶基因表达的变化 周向红袁易乐飞袁徐军田袁等 渊远苑猿园冤噎
学术信息与动态
生态系统服务研究进展要要要圆园员猿年第 员员届国际生态学大会渊 陨晕栽耘悦韵蕴 悦燥灶早则藻泽泽冤会议述评
房学宁袁赵文武 渊远苑猿远冤
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生态系统服务评估要要要圆园员猿年第 远届生态系统服务伙伴国际学术年会述评 巩摇 杰袁 岳天祥 渊远苑源员冤噎噎噎
回顾过去袁引领未来要要要要圆园员猿年第 缘届国际生态恢复学会大会渊杂耘砸 圆园员猿冤简介
彭少麟袁陈宝明袁周摇 婷 渊远苑源源冤
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期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿圆园鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄员园
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封面图说院 荒漠旱獭要要要旱獭属啮齿目尧松鼠科尧旱獭属袁是松鼠科中体型最大的一种遥 旱獭多栖息于平原尧山地和荒漠草原地
带袁集群穴居袁挖掘能力甚强袁洞道深而复杂袁多挖在岩石坡和沟谷灌丛下袁从洞中推出的大量沙石堆在洞口附近袁形
成旱獭丘遥 荒漠啮齿动物是荒漠生态系统的重要成分袁农业开垦对功能相对脆弱的荒漠生态系统的干扰极大袁往往
导致栖息地破碎化袁对动植物种产生强烈影响袁啮齿动物受到开垦干扰后对环境的响应及其群落的生态对策袁是荒
漠生态系统生物多样性及其功能维持稳定的重要基础遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 33 卷第 20 期
2013年 10月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.20
Oct.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(31270519, 31070431)
收稿日期:2013鄄02鄄03; 摇 摇 修订日期:2013鄄07鄄19
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: henp@ igsnrr.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201302030230
王丹, 吕瑜良, 徐丽, 张洪轩, 王若梦, 何念鹏.水分和温度对若尔盖湿地和草甸土壤碳矿化的影响.生态学报,2013,33(20):6436鄄6443.
Wang D, Lv Y L, Xu L, Zhang H X, Wang R M, He N P.The effect of moisture and temperature on soil C mineralization in wetland and steppe of the
Zoige region, China.Acta Ecologica Sinica,2013,33(20):6436鄄6443.
水分和温度对若尔盖湿地和草甸土壤碳矿化的影响
王摇 丹1,2, 吕瑜良1, 徐摇 丽3, 张洪轩4, 王若梦2, 何念鹏2,*
(1. 西南大学地理科学学院, 重庆摇 400715; 2. 中国科学院地理科学与资源研究所 生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京摇 100101;
3. 华中农业大学资源与环境学院,武汉摇 430070; 4. 四川省草原科学研究院, 成都摇 611731)
摘要:土壤碳矿化及其温度和水分敏感性是研究生态系统碳循环的重要指标。 以若尔盖高寒湿地和草甸为对象,在不同水分
(70%,100%,130%饱和含水量(SSM))和温度(5,10,15,20,25 益)培养下定期测定土壤碳矿化速率(或土壤微生物呼吸速
率),探讨水分和温度对高寒湿地和草甸土壤碳矿化的影响,为揭示未来暖干化对若尔盖地区碳贮存及其碳汇功能的潜在影响
提供科学依据。 实验结果表明:增温显著促进了高寒湿地和草甸土壤碳矿化,而水分过高会抑制土壤碳矿化;此外,高寒湿地土
壤碳矿化速率高于高寒草甸。 土壤水分和草地类型对土壤碳矿化温度敏感性(Q10)的影响比较复杂。 高寒草甸 Q10随水分升
高而显著升高,培养 7 d时的 Q10变化趋势为 70% SSM(1.21)< 100% SSM(1.76)< 130% SSM(2.80),培养 56 d的 Q10从 1.17上
升为 4.53。 高寒湿地的 Q10在培养 7 d差异不显著,但整个 56 d培养期内 Q10随水分升高而显著增加。 在评估暖干化对若尔盖
地区碳贮量和碳汇功能的影响时,应更加重视高寒草甸和高寒湿地 Q10对水分和温度变化的不同响应。
关键词:草地类型; 温度; 水分; 土壤呼吸; 温度敏感性; Q10
The effect of moisture and temperature on soil C mineralization in wetland and
steppe of the Zoige region, China
WANG Dan1,2, LV Yuliang1, XU Li3, ZHANG Hongxuan4, WANG Ruomeng2, HE Nianpeng2,*
1 College of Geographical Science, Southwest University, Chongqing 400715, China
2 Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of
Sciences, Beijing 100101, China
3 College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China
4 Sichuan Academy of Grassland Science, Chengdu 611731, China
Abstract: Soil carbon (C) mineralization and its response to temperature and moisture are important components of an
ecosystem忆s C cycle. In this study, soils of alpine wetlands and meadows in the Zoige region were incubated at various
temperatures (5, 10, 15, 20, and 25益) and soil moisture regimes (70%, 100%, and 130% saturated soil moisture
(SSM)). Soil C mineralization rate (or soil microbial respiration rate) was measured regularly. The main objectives were to
(1) explore whether the responses of soil C mineralization and in particular, its temperature sensitivity (Q10), are different
between alpine wetland and meadow soil types, and (2) to reveal impact of warming and drying scenarios on soil C storage
and C sequestration in alpine wetlands and steppe environments. The results showed that soil C mineralization increased
significantly with increasing incubation temperature, but excessive soil moisture depressed soil C mineralization. The soil C
mineralization capacity in the alpine wetland soil was higher than that of the alpine meadow, regardless of soil moisture.
Moreover, soil water content and grassland types interactively influenced Q10 of soil C mineralization (F= 14.79,P<0郾 001).
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In the meadow, the values of Q10 increased significantly with increasing water content, as follows: 70% SSM (1.21) <
100% SSM (1. 76) < 130% (2. 80) in the 7鄄day incubation experiment, and rose from 1. 17 to 4. 53 in the 56鄄day
incubation experiment. The Q10 values were not significantly different in the wetland under different soil moisture in the 7鄄
day incubation experiment; but the Q10 values increased significantly with increasing soil moisture in the 56鄄day incubation
experiment. On the basis of the different Q10 values, we concluded that soil C mineralization of the meadow soil is more
sensitive to future regional warming and drying scenarios than that of the alpine wetland. When evaluating the effect of
warming and drying scenarios on soil C storage and sequestration within alpine wetland and steppe environments, the
phenomenon that the Q10 responds differently to changes in soil moisture and temperature in the alpine meadow and alpine
wetland ecosystems should be considered.
Key Words: grassland types; incubation temperature; moisture; soil respiration; temperature sensitivity; Q10
土壤碳矿化是指土壤有机碳在微生物作用下转化为无机碳的过程,是生态系统碳循环的重要过程[1鄄2];
温度和水分对土壤碳矿化具有重要影响[3鄄7]。 土壤碳矿化的水分和温度敏感性是揭示气候变化对生态系统
碳循环影响的重要途径和指标[2, 4, 8鄄9]。 土壤碳矿化的温度敏感性常采用 Q10来表示,Q10越高温度敏感性越
大[10];而土壤碳矿化的水分敏感性是通过多个水分梯度的碳矿化速率来评价的[11]。 通常,温度和水分共同
作用于土壤碳矿化[12鄄15]。
我国科学家已经对土壤碳矿化及其温度敏感性开展了不少研究工作[16鄄18];然而,关于高寒湿地和高寒草
甸的研究却鲜有报道。 若尔盖地区是我国最大的高寒湿地分布区,其独特的气候、土壤和生物区系使其具有
较强的碳贮量[19];同时,其碳贮量对气候变化(温度和水分)又非常敏感。 然而,由于缺乏温度和水分对其土
壤碳矿化影响的实验数据,目前科研人员仅能推测未来气候变化会对高寒湿地土壤碳贮量的影响。 气候变暖
和干旱化(或简称为暖干化)是若尔盖地区面临的重要生态环境问题之一,它对湿地和草甸土壤碳矿化的影
响如何? 它对二者间的影响是否存在差异? 均具有重要科学意义。 因此,研究该地区土壤碳矿化的温度和水
分敏感性,有助于揭示该地区在暖干化情景下碳贮量变化。
本文以若尔盖地区的高寒湿地和高寒草甸为研究对象, 通过不同温度和水分的培养实验,探讨了不同水
分状况下的土壤碳矿化速率及其温度敏感性。 拟回答的科学问题包括:1)温度和水分变化对高寒湿地和草
甸土壤碳矿化的影响? 2)湿地和草甸土壤碳矿化及其温度敏感性对干旱化的响应是否相同?
1摇 实验材料与方法
1.1摇 自然概况
若尔盖地区位于青藏高原南缘,行政上隶属于四川省阿坝藏族羌族自治州的红原县和若尔盖县。 该区海
拔 3400—3900 m,属大陆性高原气候;严寒湿润、霜冻期长、四季变化不明显;年平均气温 0.7—1.1 益,极端最
低和最高温度出现在 1 月和 6 月,分别为-36 益和 26 益。 年均降水量为 749.1 mm,年均蒸发量 1262郾 5
mm[20]。 若尔盖地区是我国最大的高寒湿地分布区,高寒草甸和高寒湿地是该地区的主要景观类型。 高寒草
甸区主要为草甸土,而高寒湿地主要为泥炭土,另外还发育有高原褐土和冲击土等土壤类型。 高寒湿地的优
势种包括木里苔草 (Carex muliensis)、毛苔草 (C. lasiocarpa)、乌拉苔草 (C. meyeriana)、藏嵩草 (Kobresia
tibetica)和双柱头蔗草(Scirpus distigmaticus)(四川植被协作组) [21];高寒草甸植被以嵩草属(Kobresia)和蓼属
(Polygonum) 植物为主, 优势物种有羊茅 ( Festuca ovina )、 四川嵩草 ( K. setchwanensis )、 圆穗蓼
(P.macrophyllum)、发草(Deschampsia caespitosa)和垂穗披碱草(Elymus nutans)等。
1.2摇 样地设置及野外取样
在若尔盖地区,高寒湿地的地势较低、地下水位高,常有积水;在干旱年份,部分湿地出现干湿交替现象。
高寒草甸大多分布在二阶台地,地势较高,不会遭到水淹,目前退化和沙化比较普遍。 为了探讨不同类型草地
土壤碳矿化对温度和水分的变化是否存在显著性差异,根据该地区的主要景观类型,选择了该地区最具代表
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性的湿地和草甸作为本文的研究对象。
2012年 5月,在四川省草原科学研究院红原基地的放牧实验样地附近,选择了 4 个点,分别成对地设置
了湿地样地和草甸样地 (即本文共有 8 个实验样地,其中 4 个湿地、4 个草甸)。 第 1 对样地的位置:湿地
(32毅54忆 N,102毅35忆 E,海拔 3483.6 m),草甸(32毅54忆 N,102毅35忆 E,海拔 3506.7 m);其它 3对样地是以第 1 对
样地为基础,沿河水分别前推移 1 km左右。
在每个实验样地,随机设置 10—20个采集点,采用土钻法对 0—10 cm土壤样品进行取样;多个采集点的
土壤混合形成一个土壤样品(>5 kg)。 在湿地和草甸分别获得 4 个混合土壤样品,作为重复。 土壤样品在室
内进行过筛处理(2 mm土壤筛)后,手工挑除根系和杂质;约 100 g经过预处理的土壤样品风干处理, 其余土
壤样品在 4 益冷藏。
1.3摇 室内测试与培养
1.3.1摇 土壤指标测定
土壤饱和含水量使用简易法进行测定[22]。 土壤全碳和全氮含量采用元素分析仪测定,土壤 pH 值利用
pH计测定,土壤电导率使用电导仪测定(表 1)。
表 1摇 实验样地的土壤理化性质
Table 1摇 Soil properties of experimental plots
实验样地
Experimental plots
电导率
Electric conductivity pH
全碳
Total C / %
全氮
Total N / % C / N
湿地 Wetland 143.00 依 6.20 a 5.99 依 0.22 a 5.44 依 0.03 a 0.44 依 0.01 a 12.25 依 0.11 a
草甸 Meadow 109.50 依 2.10 b 6.10 依 0.18 a 7.78 依 0.01 b 0.56 依 0.01 b 13.96 依 0.02 b
摇 摇 表中数据为平均值依SD (standard deviation, n= 4);不同字母表示样地间差异显著 (P <0.05)
1.3.2摇 室内培养
称取新鲜土壤样品 40 g 和石英砂 10 g,装入 150 mL 塑料圆瓶,摇匀后用蒸馏水调节至 70%,100%或
130%土壤饱和含水量(SSM)。 样品先在 20益培养 1周,在测定土壤碳矿化速率后,分别放入 5、10、15、20 和
25益的恒温恒湿培养箱。 在为期 8周的测定期内,土壤碳矿化速率共测定 12次,分别为培养 1、2、3、7、14、21、
28、30、35、42、49和 56 d。 培养过程中,每隔 2—3 d调节 1次土壤含水量;补水量采用称重法确定,将蒸馏水
均匀喷洒在土壤表面使其分别维持 70%、100%、130% SSM。 本研究共包括 2种草地类型(高寒湿地和商寒草
甸)、3个土壤水分(70%、100%、130% SSM)、5 个培养温度(5、10、15、20 和 25 益)、4 次重复,共 120 个培养
样品。
土壤碳矿化速率采用土壤微生物呼吸自动测定系统进行测定,有关该设备的详细说明详见代景忠等的
文章[22]。
1.4摇 计算和统计方法分析
土壤碳矿化速率计算方法[22]:
R = C
伊 V 伊 琢 伊 茁
m
(1)
式中,R为土壤微生物呼吸速率(滋gC g-1 d-1),C为测试时间内 CO2浓度变化的直线斜率,V 是培养瓶和管线
的总体积,m是培养瓶内土壤干重, 琢是 CO2气体质量转化系数,茁是时间转化系数。
本文利用培养 7 d的数据和培养 56 d的数据来评估(短期和长期)土壤碳矿化的温度敏感性(Q10)。 利
用指数方程 R = a 伊 ebT来拟合温度对土壤碳矿化速率的影响,式中,R 为土壤碳矿化速率,T 为培养温度
(益),a为基质质量指数,表示 0 益时土壤净碳矿化速率,b 为温度反应系数。 Q10值采用指数模型进行计算:
Q10 =e10b, 即温度每升高 10 益土壤碳矿化速率所增加的倍数。
采用成对 T检验对实验样地土壤碳、氮和 pH 值等指标进行显著性检验,采用单变量多因素分析方法检
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验水分、温度和草地类型等对土壤碳矿化及其温度敏感性的影响。 统计分析利用 SPSS 13.0 统计软件完成,
显著性差异水平为 P = 0.05。
2摇 结果
2.1摇 温度和水分对土壤碳矿化的影响
温度升高显著提升了高寒湿地和草甸的土壤碳矿化量(F = 97.32, P <0.0001)(图 1)。 水分对土壤碳矿
化累积量具有显著影响(F = 38.73,P <0.0001),水分含量越高,土壤碳矿化累积量越少(表 2)。 在相同土壤
水分状况下,湿地土壤碳矿化累积量高于草甸,以 70% SSM 和温度 20 益为例,湿地的土壤碳矿化累积量
(459.76 滋g C / g)明显高于草甸(191.30 滋g C / g),温度越高这种趋势越明显;随着土壤水分升高,两者之间的
差距逐渐降低。 温度和水分对土壤碳矿化影响显著,且二者存在着显著的交互效应(P <0.0001, 表 2)。
图 1摇 土壤碳矿化累积量的动态变化
Fig.1摇 Dynamics of soil C mineralization under different incubation temperature and moisture
SSM为土壤饱和含水量
2.2摇 草地类型和水分对温度敏感性(Q10)的影响
草地类型(P <0.05)和水分(P <0.05)对 Q10具有显著影响,且二者间存在显著的交互效应(P <0.001)。
当含水量为 70% SSM时,高寒湿地的 Q10值大于高寒草甸(图 2);当含水量为 100%和 130% SSM 时,高寒草
甸的 Q10值大于高寒湿地。
9346摇 20期 摇 摇 摇 王丹摇 等:水分和温度对若尔盖湿地和草甸土壤碳矿化的影响 摇
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表 2摇 草地类型、温度和水分对土壤碳矿化累积量的影响
Table 2摇 Effects of grassland type, incubation temperature and moisture on the accumulation of soil C mineralization
源 Source
土壤碳矿化累积量(7 d)
Accumulated soil C mineralization
in the duration 7鄄day
F P
土壤碳矿化累积量(56 d)
Accumulated soil C mineralization
in the duration 56鄄day
F P
草地类型 Grassland types (G) 606.01 <0.0001 185.05 <0.0001
温度 Temperature (T) 35.12 <0.0001 97.32 <0.0001
水分 Moisture (M) 340.28 <0.0001 38.73 <0.0001
G 伊 M 77.66 <0.0001 177.81 <0.0001
G 伊 T 9.32 <0.0001 3.61 <0.0001
T 伊 M 11.98 <0.0001 37.83 <0.0001
G 伊 T 伊 M 15.99 <0.0001 63.39 <0.0001
培养 7 d,水分对高寒湿地 Q10的影响不大,70%,100%, 130% SSM的 Q10值分别为 1.46,1.39,1.45。 而整
个 56 d培养期间,湿地的 Q10随水分增加而显著增加(P < 0.05)。 对草甸而言,无论是培养 7 d 还是培养
56 d,Q10均随着水分升高而显著升高(图 2)。 例如,培养 7 d的 Q10变化趋势为 70% SSM(1.210)<100% SSM
(1郾 759)<130% SSM(2.800);培养 56 d的 Q10随土壤含水量升高而升高。
图 2摇 水分对土壤碳矿化温度敏感性的影响
Fig.2摇 The effect of moisture on the temperature sensitivity of soil C mineralization
图中具有相同小写字母表示差异不显著 (P >0.05)
Q10值随着培养时间的延长而逐渐增大。 在高寒湿地和草甸,70% SSM的 Q10在不同培养期的差异均不显
著;然而,在 100%(P = 0. 012)和 130% SSM(P <0.01)状况下,Q10值随着培养时间的增长而显著增加
(图 3)。
3摇 讨论
3.1摇 温度与土壤碳矿化
温度对若尔盖高寒湿地和草地土壤碳矿化具有显著影响,温度越高土壤碳矿化量越高。 在森林生态系
统[14, 23]、青藏高原高寒草地[24],科学家也发现类似的规律。 在温度较低时,土壤微生物和酶活性受到温度限
制,土壤碳矿化速率较慢[25鄄26, 10];随着温度升高,土壤微生物和土壤酶的活性增强,从而促进了土壤碳矿化。
然而,土壤碳矿化对温度的响应是土壤性质、微生物种类和数量以及可利用性碳、氮基质(如 DOC、DON 等)
的综合结果[27],其作用过程和机理还有待于进一步研究。
3.2摇 水分与土壤碳矿化
土壤水分过高会抑制土壤碳矿化。 高寒湿地和草甸的碳矿化累积量均在 70% SSM 最高;土壤水分过高
时,会抑制土壤碳矿化。 大量研究结果表明:60%—70%含水量最利于土壤呼吸作用的进行,土壤水分过低或
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图 3摇 土壤碳矿化温度敏感性的动态变化
Fig.3摇 Dynamics of the temperature sensitivity of soil C mineralization
过高会抑制土壤 CO2的释放[3];含水量过高会降低土壤的空隙和氧气含量,从而抑制土壤微生物呼吸与气体
交换过程[28];此外,含水量过低时土壤微生物和酶的活性会降低,不利于土壤呼吸。 因此,可以推测未来的暖
干化进程将增加若尔盖地区土壤碳矿化,并最终影响到该地区的碳汇功能。
高寒湿地和草甸的土壤碳矿化温度敏感性(Q10)与土壤水分关系密切。 Q10变化范围为 1.17—4.53,且随
着水分升高而显著升高,培养时间越长,不同培养水分的 Q10值差距越明显。 目前,水分变化对于土壤碳矿化
的影响仍存在争议。 Smith 等[29]在对 5 种生境土壤进行室内培养时研究发现 Q10与水分正相关;而 Gardenas
发现水分变化对土壤碳矿化没有显著影响[ 30]。 这些不一致的结论主要是由于不同实验的研究对象和土壤
质地等多种因素所造成的。
7d培养期内,(70%—130% SSM)水分对高寒湿地 Q10的影响不大(图 2),随着培养时间的延长,各水分
梯度之间 Q10值差异增大。 该结果意味着高寒湿地在经历短暂水淹鄄干旱过程中,水分变化对湿地 Q10的影响
较小。 该现象可能是湿地土壤的微生物群落结构长期适应这种往复性水淹鄄干旱干扰的结果,然而由于缺乏
土壤微生物的直接数据,该推测仍需进一步实验论证。
3.3摇 草地类型与土壤碳矿化
高寒湿地的土壤碳矿化显著高于高寒草甸。 在不考虑土壤水分的状况下,白洁冰[24]等发现当温度超过
20 益时青藏高原高寒湿地碳矿化速率明显高于高寒草甸。 类似地,吴建国等[31]通过培养实验发现祁连山 4
种典型生态系统(山地森林、高寒草甸、荒漠草原、干旱草原)的土壤碳矿化速率差异显著。 本文所涉及的高
寒湿地的全碳(5.44%)和全氮含量(0.44%)均低于高寒草甸的全碳(7.78%)和全氮含量(0.56%),但是土壤
碳矿化量却表现为高寒湿地大于高寒草甸。 因此,除了土壤底物外,土壤微生物群落结构和数量差异可能是
上述现象的真正原因[32鄄33]。 未来应深入开展底物和土壤微生物对高寒湿地和草甸土壤碳矿化贡献的研究,
为揭示高寒地区土壤碳循环机理提供科学依据。
草地类型对 Q10具有显著影响。 在水分适中时(70% SSM),高寒湿地 Q10显著高于高寒草甸。 类似地,白
洁冰[24]等提出在正常水分培养下高寒湿地(土壤含水量 70%)的 Q10显著高于草甸(土壤含水量 24%)。 然
而,在本研究中发现当含水量为 100%和 130% SSM时,高寒湿地土壤碳矿化的 Q10值显著低于高寒草甸(P<
0.05),随着培养时间的延长,这种差距变得更明显,这一结果暗示全球暖干化对水分相对较充裕区域土壤碳
矿化的影响可能会超过干旱区域[34]。 本文结果表明土壤水分与高寒地区 Q10的关系非常复杂,对高寒湿地和
草甸 Q10具有不一致的影响;因此,未来气候变化对高寒地区碳循环的影响及其机理非常复杂,应更深入地
研究。
4摇 结论
温度对若尔盖高寒湿地和草地土壤碳矿化具有重要影响,温度越高土壤碳矿化量越大。 在 70% SSM时,
1446摇 20期 摇 摇 摇 王丹摇 等:水分和温度对若尔盖湿地和草甸土壤碳矿化的影响 摇
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湿地和草甸土壤碳矿化能力更大,过高的土壤水分会抑制土壤碳矿化。 整体而言,高寒湿地土壤碳矿化能力
高于高寒草甸。 在水分适中时(70% SSM),高寒湿地 Q10高于高寒草甸;当水分过高时(100% SSM 和 130%
SSM),高寒湿地 Q10值显著低于高寒草甸。 在培养前 7天,水分对高寒湿地 Q10的影响不大,而对草甸的影响
明显,从而意味着短暂水淹鄄干旱交替对高寒湿地土壤碳矿化的影响相对较小。 研究结果表明温度和水分对
高寒地区土壤碳矿化及其温度敏感性具有重要的影响。
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栽澡藻 贼澡蚤灶灶蚤灶早 则藻早怎造葬则 燥枣 贼澡藻 贼澡藻 泽澡则怎遭遭藻则赠 葬贼 栽燥灶早早怎造蚤灶早 晕葬贼蚤燥灶葬造 晕葬贼怎则藻 砸藻泽藻则增藻 燥灶 匀葬蚤灶葬灶 陨泽造葬灶凿袁悦澡蚤灶葬
在匀韵哉 宰藻蚤袁蕴韵晕郧 悦澡藻灶早袁再粤晕郧 载蚤葬燥遭燥袁藻贼 葬造 渊远缘远怨冤
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孕则燥增蚤灶糟藻 在匀粤韵 在澡蚤责蚤灶早袁宰哉 载蚤葬燥责怎袁蕴陨 郧怎燥袁藻贼 葬造 渊远缘苑苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
耘枣枣藻糟贼泽 燥枣 泽蚤皂怎造葬贼藻凿 灶蚤贼则燥早藻灶 凿藻责燥泽蚤贼蚤燥灶 燥灶 泽怎遭泽贼则葬贼藻 择怎葬造蚤贼赠 燥枣 造蚤贼贼藻则枣葬造造 蚤灶 葬 孕造藻蚤燥遭造葬泽贼怎泽 葬皂葬则怎泽 责造葬灶贼葬贼蚤燥灶 蚤灶 砸葬蚤灶赠 粤则藻葬 燥枣 宰藻泽贼
悦澡蚤灶葬 载陨粤韵 再蚤灶造燥灶早袁 栽哉 蕴蚤澡怎葬袁 匀哉 栽蚤灶早曾蚤灶早袁 藻贼 葬造 渊远缘愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
孕澡赠贼燥责造葬灶噪贼燥灶 糟燥皂皂怎灶蚤贼赠 泽贼则怎糟贼怎则藻 遭葬泽藻凿 燥灶 责蚤早皂藻灶贼 糟燥皂责燥泽蚤贼蚤燥灶 蚤灶 匝蚤灶扎澡燥怎 遭葬赠 凿怎则蚤灶早 葬增藻则葬早藻 憎葬贼藻则 责藻则蚤燥凿
蕴粤晕 宰藻灶造怎袁 蕴陨 酝蚤灶早皂蚤灶袁 蕴陨 栽蚤葬灶泽澡藻灶 渊远缘怨缘冤
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云怎灶糟贼蚤燥灶葬造 贼则葬蚤贼鄄遭葬泽藻凿 藻增葬造怎葬贼蚤燥灶 燥枣 责造葬灶贼 枣蚤则藻责则燥燥枣蚤灶早 糟葬责葬遭蚤造蚤贼赠 枣燥则 泽怎遭贼则燥责蚤糟葬造 藻增藻则早则藻藻灶 遭则燥葬凿鄄造藻葬增藻凿 憎燥燥凿赠 责造葬灶贼泽
蕴陨 载蚤怎责藻灶早袁 再粤晕郧 载蚤葬燥凿燥灶早袁 再哉 杂澡怎择怎葬灶袁 藻贼 葬造 渊远远园源冤
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陨灶贼藻则泽责藻糟蚤枣蚤糟 葬泽泽燥糟蚤葬贼蚤燥灶泽 遭藻贼憎藻藻灶 孕葬则怎泽 皂葬躁燥则 葬灶凿 燥贼澡藻则 遭蚤则凿 糟燥皂皂怎灶蚤贼蚤藻泽 蚤灶 月藻蚤躁蚤灶早 载蚤泽澡葬灶 则藻早蚤燥灶
阅韵晕郧 阅葬赠蚤灶早袁 云粤晕 在澡燥灶早躁蚤袁 蕴陨 在澡葬曾蚤躁蚤藻袁 藻贼 葬造 渊远远员源冤
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再粤晕郧 匀怎蚤袁 酝粤 允蚤葬灶扎澡葬灶早袁 砸韵晕郧 运藻 渊远远猿源冤
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蕴葬灶凿泽糟葬责藻袁 砸藻早蚤燥灶葬造 葬灶凿 郧造燥遭葬造 耘糟燥造燥早赠
阅赠灶葬皂蚤糟 增葬则蚤葬贼蚤燥灶 燥枣 憎葬贼藻则 凿藻枣蚤糟蚤贼 燥枣 憎蚤灶贼藻则 憎澡藻葬贼 葬灶凿 蚤贼泽 责燥泽泽蚤遭造藻 糟造蚤皂葬贼蚤糟 枣葬糟贼燥则泽 蚤灶 晕燥则贼澡藻则灶 悦澡蚤灶葬
蕴陨哉 匝蚤灶袁 酝耘陨 载怎则燥灶早袁 再粤晕 悦澡葬灶早则燥灶早袁 藻贼 葬造 渊远远源猿冤
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远源苑远 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿猿卷摇
叶生态学报曳圆园员猿年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁猿园园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
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本期责任副主编摇 宋金明摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
第 猿猿卷摇 第 圆园期摇 渊圆园员猿年 员园月冤
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 王如松
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