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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 8 期摇 摇 2012 年 4 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
东北地区 5 种阔叶树苗木对火烧的生理响应 王摇 荣,胡海清 (2303)……………………………………………
梭梭木虱发生规律及其影响因子 李粉莲,吴雪海,王佩玲,等 (2311)……………………………………………
基于遥感降尺度估算中国森林生物量的空间分布 刘双娜,周摇 涛,舒摇 阳,等 (2320)…………………………
流域景观格局与河流水质的多变量相关分析 赵摇 鹏,夏北成,秦建桥,等 (2331)………………………………
内蒙古达赉湖地区赤狐生境选择及生境景观特征分析 张洪海,李成涛,窦华山,等 (2342)……………………
雅鲁藏布江流域底栖动物多样性及生态评价 徐梦珍,王兆印,潘保柱,等 (2351)………………………………
用组合模型综合比较的方法分析气候变化对朱鹮潜在生境的影响 翟天庆,李欣海 (2361)……………………
2010 年牧区 2 代草地螟成虫迁飞的虫源分析 张摇 丽,张云慧,曾摇 娟,等 (2371)……………………………
基于细胞色素 b基因的中国岩羊不同地理种群遗传差异分析 李楠楠,刘振生,王正寰,等 (2381)……………
喀斯特峰丛洼地不同退耕还林还草模式的土壤微生物特性 鹿士杨,彭晚霞,宋同清,等 (2390)………………
永定河沿河沙地杨树人工林生态系统呼吸特征 方显瑞,张志强,查同刚,等 (2400)……………………………
基于湿地植物光谱的水体总氮估测 刘摇 克,赵文吉,郭逍宇,等 (2410)…………………………………………
背瘤丽蚌 F型线粒体基因组全序列分析 陈摇 玲,汪桂玲,李家乐 (2420)………………………………………
流域“源鄄汇冶景观格局变化及其对磷污染负荷的影响———以天津于桥水库流域为例
李崇巍,胡摇 婕,王摇 飒,等 (2430)
…………………………
……………………………………………………………………………
线虫群落对抚顺煤矸石山周边土壤可溶性盐污染的响应 张伟东,吕摇 莹,肖摇 莹,等 (2439)…………………
地上竞争对林下红松生物量分配的影响 汪金松,范秀华,范摇 娟,等 (2447)……………………………………
湿地松和马尾松人工林土壤甲烷代谢微生物群落的结构特征 王摇 芸,郑摇 华,陈法霖,等 (2458)……………
马尾松和杉木树干韧皮部水溶性糖 啄13C值对气象因子的响应 卢钰茜,王振兴,郑怀舟,等 (2466)…………
沙坡头人工植被演替过程的土壤呼吸特征 高艳红,刘立超,贾荣亮,等 (2474)…………………………………
豫西刺槐能源林的热值动态 谭晓红,刘诗琦,马履一,等 (2483)…………………………………………………
铁皮石斛种子的室内共生萌发 吴慧凤,宋希强,刘红霞 (2491)…………………………………………………
红光与远红光比值对温室切花菊形态指标、叶面积及干物质分配的影响
杨再强,张继波,李永秀,等 (2498)
………………………………………
……………………………………………………………………………
扑草净对远志幼苗根系活力及氧化胁迫的影响 温银元,郭平毅,尹美强,等 (2506)……………………………
地表臭氧浓度增加和 UV鄄B辐射增强及其复合处理对大豆光合特性的影响
郑有飞,徐卫民,吴荣军,等 (2515)
……………………………………
……………………………………………………………………………
AMF对喀斯特土壤枯落物分解和对宿主植物的养分传递 何跃军,钟章成,董摇 鸣 (2525)……………………
传统豆酱发酵过程中细菌多样性动态 葛菁萍,柴洋洋,陈摇 丽,等 (2532)………………………………………
定位施肥对紫色菜园土磷素状况的影响 孙倩倩,王正银,赵摇 欢,等 (2539)……………………………………
基于生态需水保障的农业生态补偿标准 庞爱萍,孙摇 涛 (2550)…………………………………………………
保障粮食安全造成的生态价值损失评估模型及应用 芦蔚叶,姜志德,张应龙,等 (2561)………………………
专论与综述
疏浚泥用于滨海湿地生态工程现状及在我国应用潜力 黄华梅,高摇 杨,王银霞,等 (2571)……………………
问题讨论
厌氧氨氧化菌群体感应系统研究 丁摇 爽,郑摇 平,张摇 萌,等 (2581)……………………………………………
基于形态结构特征的洞庭湖湖泊健康评价 帅摇 红,李景保,夏北成,等 (2588)…………………………………
研究简报
黄土高原不同树种枯落叶混合分解效应 刘增文,杜良贞,张晓曦,等 (2596)……………………………………
不同经营类型毛竹林土壤活性有机碳的差异 马少杰,李正才,王摇 斌,等 (2603)………………………………
干旱对辣椒光合作用及相关生理特性的影响 欧立军,陈摇 波,邹学校 (2612)…………………………………
硅和干旱胁迫对水稻叶片光合特性和矿质养分吸收的影响 陈摇 伟,蔡昆争,陈基宁 (2620)…………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*326*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄04
封面图说: 红树林粗大的气生根———红树林是热带、亚热带海湾及河口泥滩上特有的常绿灌木或乔木群落。 由于海水环境条
件特殊,红树林植物具有一系列特殊的生态和生理特征。 其中之一就是气根,红树从根部长出许多指状的气生根露
出海滩地面,以便在退潮时甚至潮水淹没时用以通气,故称呼吸根。 在中国,红树林主要分布在海南、广西、广东和
福建省沿海,它一般分布于高潮线与低潮线之间的潮间带,往往潮差越大、红树的呼吸根就长得越高越粗大。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 8 期
2012 年 4 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 8
Apr. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展计划资助(2009CB421303);中国科学院战略性先导科技专项资助(XDA05050406);国家杰出青年科学基金资
助 (40825001);国家自然科学基金资助(40971031,41001025)
收稿日期:2011鄄08鄄01; 摇 摇 修订日期:2012鄄02鄄10
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: lichao@ lzb. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb200908011024
高艳红,刘立超, 贾荣亮,张志山.沙坡头人工植被演替过程的土壤呼吸特征.生态学报,2012,32(8):2474鄄2482.
Gao Y H, Liu L C, Jia R L, Zhang Z S. Soil respiration patterns during restoration of vegetation in the Shapotou area, Northern China. Acta Ecologica
Sinica,2012,32(8):2474鄄2482.
沙坡头人工植被演替过程的土壤呼吸特征
高艳红1,2, 刘立超1,*, 贾荣亮1,2,张志山1
(1. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 沙坡头沙漠研究试验站,兰州摇 730000;
2. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 极端环境生物抗逆特性与生物技术实验室, 兰州摇 730000)
摘要:为探讨人工植被演替过程对土壤呼吸速率的影响,本文利用碱液吸收法同步测定了腾格里沙漠东南缘 1956、1964、1981、
1987、1989、2007 年始植的人工植被区和 2007 年新铺设的草方格固沙区及流沙区的土壤呼吸速率变化,同时分析了土壤水分和
温度对上述不同样地土壤呼吸的影响。 结果表明:1) 总体而言,土壤呼吸速率随着人工植被演替时间的延长而逐渐增大。 当
土壤含水量较高时,不同始植年代人工植被区的土壤呼吸速率具有显著的差异(P<0. 05);当土壤含水量较低时,不同始植年代
植被区的土壤呼吸速率没有显著的差异(P>0. 05)。 2)土壤呼吸速率与土壤含水量呈正相关关系,且相关系数随着人工植被演
替时间的延长而逐渐增大。 3)利用土壤呼吸速率鄄土壤温度指数函数关系计算得到不同人工植被演替阶段土壤呼吸速率的 Q10
值均较低(平均值仅为 1. 02)。 土壤温度对 1987、1989 年人工植被区内的土壤呼吸速率产生了显著影响(P<0. 05),而对其他样
地的土壤呼吸速率影响不显著 (P>0. 05)。 综合说明,人工植被的演替过程改变了土壤呼吸速率大小及其对土壤水分和温度
的响应。
关键词:植被演替;土壤呼吸;腾格里沙漠;温度;水分
Soil respiration patterns during restoration of vegetation in the Shapotou area,
Northern China
GAO Yanhong1,2, LIU Lichao1,*, JIA Rongliang1,2, ZHANG Zhishan1
1 Shapotou Desert Research and Experiment Station, Cold and Arid Regions Environmental and Engineerring Research Institute, Chinese Academy of Sciences,
Lanzhou 730000, China
2 Extreme Stress Resistance and Biotechnology Laboratory, Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of
Sciences. Lanzhou 730000, China
Abstract: As one of the important constituents of the carbon cycle, soil respiration is the primary mechanism by which soil
carbon is released and an important source of atmospheric CO2, which plays a critical role in regulating atmospheric CO2
concentration and world climate dynamics. Even a small change in soil respiration could profoundly affect the concentration
of atmospheric CO2 . Numerous studies have been conducted into the relationship between soil respiration, environmental
factors (eg. temperature, soil moisture) and anthropogenic disturbance ( eg. land use change) . However, most of these
studies have focused on forest and steppe ecosystems, rather than on desert ecosystems. There is little available information
on the effect of vegetation succession on soil respiration in a desert ecosystem. The establishment of artificial sand鄄binding
vegetation in the Shapotou region has changed the landscape from moving dunes to stabilized dunes covered by shrubs,
which has, in turn, modified soil respiration patterns. This study has characterized soil respiration patterns and the effects
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of soil moisture and temperature on soil respiration during vegetation restoration of a desert ecosystem.
The study was conducted in the Shapotou revegetated area, located on the southeast fringe of the Tengger Desert (37毅
32忆N, 105毅02忆E). Soil respiration rates were measured, using the alkali absorption method, in revegetated enclosures,
which were constructed in 1956, 1964, 1981, 1987, 1989 and the area was revegetated with Caragana korshinskii in 2007.
Soil respiration was also investigated in a sandy area stabilized with straw checkerboard in 2007 and in an area of shifting
sand dunes. Based on the traditional space鄄for鄄time succession approach, these study plots represented vegetations of
different successional stages. The results showed that: 1) In general, soil respiration rates gradually increased with the
increasing age of the revegetation. This trend was significant when the soil volume moisture were higher than the mean value
(0. 0487 cm3 / cm3 ) for the whole of the experimental period ( P < 0. 05 ). Soil respiration in the revegetated areas
established in 1956, 1964, 1981 was significantly higher than in the areas revegetated in 2007, the area stabilized in 2007
with straw checkerboard and in the shifting sand dunes (P<0. 05). No significantly increase was detected when soil volume
moisture was lower than the mean value (P>0. 05); 2) Soil moisture is an important environmental factor influencing soil
respiration. Positive correlations were found between soil volume moisture and the soil respiration rates in every study plot
and the correlation coefficients progressively increased with increasing age of the revegetation (P < 0. 05) and 3) An
exponential model has been used to describe the relationship between soil respiration rates and soil temperature. Soil
temperature only had a significant effect on soil respiration in the revegetated areas established in 1987 and 1989, but not in
the other revegetated enclosures. In every study plot, the Q10 values were uniformly lower than the mean values for
temperate regions (1. 57). These results suggest that the vegetation restoration process can alter the magnitude of soil
respiration rate as well as its response to soil moisture and temperature variations.
Key Words: restoration; soil respiration rate; Tengger Desert; temperature; soil volume moisture
土壤呼吸是指未经扰动的土壤中产生 CO2 的所有代谢作用,其总量占生态系统呼吸的 60%—90% [1],它
的微小变化都会引起大气 CO2 浓度的改变[2],并可能对气候变化产生正反馈效应。 因此,开展土壤呼吸及其
相关生态过程的研究,有助于深入理解陆地生态系统与气候系统的相互作用。
在人类活动和气候变化的共同参与下,森林的砍伐、草地的退化、土地利用方式的改变等都会导致陆地生
态系统土壤有机碳库的大量损失[3],而适当的管理和植被重建可以使退化土壤重新吸存有机碳[4],成为缓解
大气 CO2 浓度上升的有效手段之一。 目前,对退化土壤碳吸存的研究已逐渐成为一个热点问题[4]。 土壤呼
吸是确定土壤碳吸存的一个关键环节[5鄄7],因此,研究恢复退化土地的土壤呼吸将有助于更好的估测碳汇。
目前,有关植被重建后土壤呼吸速率变化的研究主要集中在农田[8]和草原[9],而有关干旱区植被恢复对地气
界面 CO2 交换过程研究的报道较少。 在干旱区,虽然不同的研究者分别对土地利用方式[10]、水热因子[11]、沙
漠化[12]、生物土壤结皮[13]对土壤呼吸的影响进行了研究,且报道也在逐渐增多,但是关于植被演替过程中土
壤呼吸的研究却很少。 仅有张志山等[14]、高艳红等[15]探讨了不同天气状况下、不同植被恢复时间和植被重
建对沙漠人工植被区土壤呼吸的影响,但到目前为止,对于干旱区人工植被演替过程对土壤呼吸的影响还缺
乏全面、正确的认识。 本文以腾格里沙漠东南缘沙坡头地区不同始植年代的人工植被区为研究对象(该区可
以提供一个良好的植被演替的时间序列),较为系统的研究人工植被演替过程中土壤呼吸速率的变化规律,
以及土壤温度、水分对不同始植年代人工植被区土壤呼吸的影响。
1摇 研究区概况
试验观测在中国科学院沙坡头沙漠研究试验站(简称沙坡头站)进行。 沙坡头地处腾格里沙漠东南缘
(37毅32忆N,105毅02忆E,海拔 1330m),地貌特征为高大格状流动沙丘,土壤基质为疏松、贫瘠的流沙,沙层稳定含
水量仅为 2%—3%。 该区多年平均气温 9. 6益,年均降水量为 186. 2mm,且主要集中在 5—9月。
为了保障包兰铁路畅通无阻,自 1956 年开始,通过在流沙表面铺设麦草方格稳定沙面并栽植耐旱灌木,
5742摇 8 期 摇 摇 摇 高艳红摇 等:沙坡头人工植被演替过程的土壤呼吸特征 摇
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建立了无灌溉人工植被防护体系。 并随后在 1964、1981、1987 年进行了扩建。 目前在铁路两侧形成了东西
16km、南北超过 1km的绿色长廊;1989 年用类似的方法建立了面积为 1hm2 的水分平衡观测场(简称水分场)
作为长期定位观测场,系统研究荒漠植被建设过程中的水分循环特征。 2007 年,又在水分场临近流沙上建立
了人工植被固沙区和草方格固沙区。
人工固沙植被建立后,沙丘表面物理结构初步得到稳定,并由大气降尘形成的无机土壤结皮逐渐演变形
成生物土壤结皮,荒漠藻类、苔藓和地衣等隐花植物在结皮层中得到了大量的繁衍。 试验期间,参考 Li 等[16]
的分析方法,对不同始植年代植被区 0—10cm土壤理化性质进行了分析,调查了不同始植年代植被区的生物
土壤结皮盖度和植被状况,结果见表 1。
表 1摇 不同始植年代植被区生态环境现状库
Table 1摇 Eco鄄environmental conditions of the revegetated area with different construction ages
始植年代
Year of
revegetation
沙粒
Sand
/ %
粉粒
Sily
/ %
粘粒
Clay
/ %
土壤有机质
Organic
matter
content / %
全氮
Total N
/ (g / kg)
苔藓结皮
盖度
Moss curst
cover / %
藻类结皮
盖度
Algal curst
cover / %
结皮及亚土层
Depth of curst
and subsoil
layer / cm
草本盖度
Herbage
cover / %
灌木盖度
Shrub
cover / %
1956 65. 29 30. 33 4. 37 1. 49 0. 28 83 9 3. 69 7. 5 12
1964 68. 69 26. 72 4. 59 1. 18 0. 23 78 11 3. 30 5. 3 6. 7
1981 74. 06 22. 42 3. 52 1. 27 0. 18 33 42 2. 5 10. 7 6. 5
1987 78. 35 18. 64 3. 01 1. 29 0. 17 10 33 2. 03 7. 2 21. 3
1989 83. 44 14. 04 2. 51 1. 045 0. 09 2 32 1. 23 11. 8 30. 7
2007 0. 68 0. 07 0 0 0 3 1
草方格
Straw checkboard 0. 47 0. 06 0 0 0 0 0
流沙 Sand 99. 3 0. 14 0. 56 0. 21 0. 016 0 0 0 0 0
2摇 研究方法
2. 1摇 样地设置与测定方法
本试验在沙坡头铁路以北的人工植被区和铁路以南的水分平衡观测场以及其附近的流沙区内进行,共包
括 8 个同步对比观测样地,按照人工植被演替过程的顺序,分别为:(1) 流沙区;(2) 2007 年新建草方格固沙
区;(3) 2007 年植被区;(4) 1989 年植被区(沙坡头站水分平衡场);(5) 1987 年植被区;(6) 1981 年植被区;
(7) 1964 年植被区;(8) 1956 年植被区。 其中(1)—(4)位于沙坡头站生活区以东 1km左右的水分平衡场及
周边样地;(5)—(8)位于包兰铁路沙坡头段人工植被防护区内,距离沙坡头站生活区以北 1. 5km左右。 每个
样地设置 3 个重复。
由于本试验中样地较多,且样地间距离较远,因此选用碱液吸收法测定土壤呼吸速率,这种方法适合对距
离较远的多点同步进行测定。 试验参考李凌浩等人的方法[17],具体操作过程为:在每个样地内随机选取 3 个
直径为 25cm的样圆,将每个样圆内的植物齐地面剪掉,在这些样圆内各放一高为 2cm 的三角支架。 将浓度
为 1. 0 mol / L的 NaOH溶液 20 mL注入玻璃瓶(口径 5cm,高为 6. 5cm)内,随即将玻璃瓶放在支架上,用镀有
金属反光层(锌)且一端密闭的金属圆桶(口径 25cm,高 30cm)迅速扣在样圆上,并将其下边缘压入土层 2cm。
同时设立 3 个对照,所用金属桶和玻璃瓶的规格、碱液的浓度与体积要求均同上。 待 24h后,将玻璃瓶封口后
带回实验室测定。 室内测定的程序为:将浓度为 1. 5 mol / L 的 BaCl2 溶液加入玻璃瓶内至过量,使其中的
CO2-3 与 Ba2
+充分反应,以 BaCO3 的形式完全沉淀下来,再往玻璃瓶中滴入酚酞试液作指示剂,然后用浓度为
1. 0 mol / L的 HCl滴定未与 CO2 反应的 NaOH。 24 h内土壤呼吸所产生的 CO2 量由下式确定:
F=(V1 一 V2)伊N伊E
式中,F为土壤呼吸所释放的 C或 CO2(mg); V1 为中和对照处理中碱液所消耗的盐酸体积(mL);V2 为中和
土壤呼吸处理中碱液所消耗的盐酸体积(mL); N为盐酸浓度(mol / L);E为质量转换系数,如 F用 C表示,则
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E=6;如 F用 CO2 表示,则 E=22。
试验从 2007 年 9 月开始到 2008 年 10 月结束,在植物生长季,每月测定 2 次土壤呼吸速率,其他月份测
定 1 次,共测定 17 次(2008 年 1—3月缺测),其中,1981、1987 年植被区和流沙样地由于试验操作失误,数据
缺失各 1 次(1981、1987 年植被区数据缺失时间为 2008 年 8 月 14 日;流沙区数据缺失时间为 2008 年 5 月 6
日)。
利用土壤温度计测定 5cm 深度土壤温度;采用 TDR (Model 6050X1, Ease System I, Soil moisture
Equipment Corp. ,US A)测定 0—5cm深度土壤体积含水量。
2. 2摇 数据分析
数据的统计分析:差异显著性检验采用一维方差分析,运用 Tukey 检验;利用 Person 相关系数,分析了土
壤呼吸速率同土壤含水量和土壤温度的相关关系。 土壤呼吸与土壤含水量关系采用 1 次线性拟合;土壤呼吸
与土壤温度关系采用指数模型拟合,以该指数模型为依据,计算土壤呼吸的 Q10。
3摇 结果与分析
3. 1摇 土壤呼吸基本特征
在整个测定期间(从 2007 年 9 月—2008 年 10 月)土壤呼吸速率的季节变化如图 1 所示。 在植被演替时
间较长的样地(即 1956、1964、1981、1987、1989 年植被区)内,土壤呼吸速率的季节变化表现为多峰变化,最高
值均出现在 2007 年 9 月,这与土壤含水量的最高值出现时间一致(图 2),最低值出现在 11 月或 12 月;其他
样地(2007 年植被区、草方格固沙区及流沙区)土壤呼吸速率的季节变化不明显。
不同始植年代植被区的土壤呼吸速率的差异见图 3。 总体来说,土壤呼吸速率随着植被演替时间的延长
而逐渐增加,其中 1989 年植被区土壤呼吸速率略高于 1987 年植被区,可能是由于 1987 年植被区位于固沙区
边缘,受自然风沙活动和人类活动影响较大。 为更好的分析土壤水分对土壤呼吸速率的影响,将土壤水分分
为大于和小于整个测定期间的平均值(0. 0487 cm3 / cm3)两个水平。 当土壤含水量>测定期间的平均值时,不
同始植年代植被区的土壤呼吸速率较大,且存在显著的差异(图 3A)。 其中,1956、1964、1981 年植被区的土
壤呼吸速率显著的高于 2007 年植被区和草方格固沙区以及流沙区的土壤呼吸速率(P<0. 05);1987、1989 年
植被区的土壤呼吸速率显著的低于 1956、1964 年植被区的(P<0. 05),而与 2007 年植被区和草方格固沙区以
及流沙区之间没有显著性的差异。 当土壤含水量<测定期间的平均值时(图 3B),不同始植年代植被区的土
壤呼吸速率较小,且不存在显著的差异。 当土壤含水量较高时,1956、1964、1981、1987、1989 年植被区的平均
土壤呼吸速率均高于土壤含水量较低时的平均土壤呼吸速率,其值之比分别为:2. 4、2. 3、2. 1、1. 2、1. 3。
3. 2摇 土壤呼吸与环境因子的关系
3. 2. 1摇 土壤呼吸与土壤水分关系
土壤呼吸速率与土壤含水量的相关分析见表 2。 相关分析的结果表明,土壤呼吸与土壤含水量呈正相关
关系,其中 1956、1964、1981 年植被区的土壤呼吸速率与土壤含水量呈显著的正相关关系,且相关系数随着植
被演替时间的延长而逐渐增大;其他样地的土壤呼吸速率与土壤含水量相关性不显著。
表 2摇 土壤呼吸速率与土壤含水量、温度的相关分析
Table 2摇 Correlation coefficients between soil respiration rate and soil volume moisture and soil temperature in the revegetated area with
different construction ages
植被始植年代 Year of vegetation restore
1956 1964 1981 1987 1989 2007 草方格Straw鄄checkboard
流沙
Sand
土壤含水量 / (cm3 / cm3)
Soil volume moisture 0. 837
** 0. 73** 0. 706** 0. 379 0. 363 0. 044 0. 165 0. 323
土壤温度 / 益
Soil temperature 0. 18 0. 094 0. 254 0. 528* 0. 505* 0. 400
-0. 133 -0. 219
摇 摇 * P<0. 05; ** P<0. 01
7742摇 8 期 摇 摇 摇 高艳红摇 等:沙坡头人工植被演替过程的土壤呼吸特征 摇
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图 1摇 土壤呼吸速率的季节变化
Fig. 1摇 Seasonal dynamics of soil respiration rates
土壤呼吸与土壤含水量的拟合方程见表 3。 土壤呼吸与土壤含水量呈一次线性关系,1956、1964、1981 年
植被区的土壤呼吸速率与土壤含水量的拟合方程非常显著,其 R2>0. 5,其他样地内拟合关系不显著。
3. 2. 2摇 土壤呼吸与土壤温度关系
土壤呼吸速率与土壤温度的相关分析见表 2。 相关分析的结果表明,1987、1989 年植被区的土壤呼吸速
率与土壤温度呈显著的正相关关系,其他样地的土壤呼吸速率与土壤温度没有显著的相关关系。
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图 2摇 土壤水分、土壤温度的季节变化
摇 Fig. 2摇 Seasonal dynamics of soil volume moisture and soil
temperature摇
采用指数模型对土壤呼吸与土壤温度的关系进行
拟合,结果见表 3。 拟合结果显示,仅有 1987、1989 年
植被区的土壤呼吸速率与土壤温度呈显著的指数关系
(P<0. 05),其他样地拟合结果均不显著(P>0. 05)。 以
表 3 中的土壤呼吸与土壤温度的拟合方程为依据,计算
不同样地的 Q10 值,所有样地的土壤呼吸 Q10 值均较
小,平均 Q10 值仅为 1. 02,均低于温带地区的平均值
(1郾 57) [18],可能是由于试验期间土壤含水量较低,影响
了土壤呼吸速率的敏感系数。
4摇 讨论与结论
土壤呼吸的影响因素很多,其中植被是一个非常重
要的影响因素。 土壤呼吸往往因植被状况的不同而存
在差异[19]。 本文研究了人工植被演替过程中土壤呼吸
的差异及其与环境因子的关系。
表 3摇 土壤呼吸速率(Rs)与土壤含水量(w)、土壤温度( t)关系方程
Table 3摇 Function construction between soil respiration rate, soil volume moisture and soil temperature
始植年代
Year of vegetation restore
土壤含水量 Soil volume moisture
关系方程 R2 P
土壤温度 Soil temperature
关系方程 R2 P
Q10
1956 Rs=239. 9w+412. 8 0. 70** 0. 00 Rs=1625 e0. 001t 0. 03 0. 94 1. 01
1964 Rs=183. 0w+597. 5 0. 53** 0. 00 Rs=1387 e0. 006t 0. 01 0. 72 1. 04
1981 Rs=164. 8w+636. 5 0. 50** 0. 01 Rs=1153 e0. 013t 0. 06 0. 4 1. 14
1987 Rs=22. 36w+821. 7 0. 14 0. 77 Rs=754. 5e0. 023t 0. 28* 0. 03 1. 26
1989 Rs=74. 09w+1017 0. 13 0. 16 Rs=858. 7e0. 018t 0. 25* 0. 04 1. 2
2007 Rs=1. 96w+834. 5 0 0. 96 Rs=640. 9e0. 012t 0. 16 0. 11 1. 13
草方格
Straw鄄checkboard Rs
=164. 8w+636. 5 0. 02 0. 65 Rs=832. 8e-0. 007t 0. 02 0. 61 0. 51
流沙 Sand Rs=164. 8w+636. 5 0. 10 0. 24 Rs=780. 8e-0. 016t 0. 05 0. 43 0. 85
摇 摇 * P<0. 05; ** P<0. 01
4. 1摇 植被演替过程中土壤呼吸特征
随着植被演替时间的延长,土壤呼吸的速率也在逐渐增加,但是只有当土壤含水量较高时,不同始植年代
植被的土壤呼吸才存在差异,其中,1956、1964、1981 年植被区的土壤呼吸速率已经与 2007 年植被区、草方格
固沙区和流沙区的有了显著的差异(图 3);当土壤含水量低于测定期间的平均值时,不同始植年代植被区的
土壤呼吸速率均较小,且没有显著的差异。
植被演替过程中土壤呼吸差异的主要原因是由于土壤性质、植物根系、生物土壤结皮发育和土壤含水量
的差异所致。 在沙坡头人工植被区,随着植被演替和流动沙丘的逐渐固定,土壤有机质(表 1)、微生物数
量[20]均随着植被恢复时间的延长而增加。 土壤有机质是土壤中微生物呼吸的基质,因此较高的土壤有机质
含量和微生物数量将对应着更高的土壤呼吸速率。 但是在干旱的沙漠地区,当温度不再成为限制因素时,水
分含量的多少决定了微生物的活性。 当土壤含水量含量发生变化时,土壤微生物会适当调整能量的用途,例
如,一旦土壤含水量降低,微生物为了防止发生萎蔫现象,就会将能量转移到生产适当的溶质上去[21],从而减
少 CO2 的产生。 植物根系是土壤呼吸的主体之一,水分对沙漠地区植物根系的影响较大,水分能否有效供
给,在很大程度上决定了根系的生理活性,从而影响了根际呼吸速率[15]。 生物土壤结皮对土壤呼吸也有较大
的影响。 生物土壤结皮对水分的变化十分敏感,尤其是苔藓结皮,苔藓植物具有较强的耐旱性,特别是生理耐
9742摇 8 期 摇 摇 摇 高艳红摇 等:沙坡头人工植被演替过程的土壤呼吸特征 摇
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图 3摇 不同水分条件下植被区平均土壤呼吸变化
Fig. 3摇 Mean values of soil respiration rates in the revegetated area with different construction years at different water conditions
A:日平均土壤含水量>观测期间平均值;B:日平均土壤含水量<观测期间平均值图中有相同字母的表示在 P<0. 05 的水平上没有显著差异;
具不同字母表示在 P<0. 05 的水平上有显著差异
旱[22],属于变水植物[23],其变水特征决定了其体内含水量随环境的变化而变化, 植物体内含水量的变化直接
影响着许多生理代谢过程。 当干旱区的土壤含水量稍有增加,生物土壤结皮的生理活性也会马上增强,从而
导致不同植被演替阶段土壤呼吸速率的差异显著。
4. 2摇 植被恢复过程对土壤呼吸与水、热关系的影响
通常而言,土壤呼吸直接或者间接的受到温度和水分的控制[24]。 温度和水分的影响在不同地区的得出
的研究结论也不相同,张丽华等人对荒漠梭梭林的土壤呼吸研究结果显示土壤呼吸与温度呈不同程度的正相
关,与土壤湿度呈显著的负相关[25];李玉强等人对不同沙丘类型土壤呼吸的研究结果表明温度对土壤呼吸的
影响较大,其次为土壤含水量[11];张志山等人对沙漠人工植被区不同天气状况下土壤呼吸的研究表明,土壤
呼吸的影响因素首先是土壤水分,其次是温度[14]。 本研究结果表明,土壤温度和水分对 1956、1964、1981、
1987、1989 年植被区的土壤呼吸速率产生了影响,且存在鲜明的季节差异。 在春季时,虽然土壤含水量较高
(2008 年 4 月),但是受到温度的限制,土壤呼吸速率很低;在夏季,虽然温度很高,已经不再是土壤呼吸的限
制因素,但是受到土壤水分因素的限制,土壤呼吸速率较低;在秋季(2008 年 9 月,土壤呼吸同时受到温度和
水分的共同影响(图 1、图 2)。 这与 Wildung等研究美国东 Washington半干旱区草原的结果相似[26]。
植被演替过程是否会影响土壤呼吸对温度、水分的响应呢? 可以想象,植被建立以前,该区皆为流沙,土
壤呼吸特征与本实验中的流沙区相似,而植被的建立显著地改变了土壤呼吸的时空格局[15]。 研究结果表明,
土壤呼吸与土壤含水量呈正相关关系,相关系数随着植被演替时间的延长而逐渐增加。 在 1956、1964、1981
年植被区内,仅土壤水分一个因素,就可以解释土壤呼吸速变异的 50%以上(表 3);土壤温度与该区土壤呼
吸速率也呈正相关关系,土壤温度分别可以解释该区土壤呼吸速率变异的 1% 、3% 、6% ,这说明在 1956、
1964、1981 年植被区内,土壤呼吸速率的主要影响因素是土壤水分,而不是土壤温度。 在 1987、1989 年植被
区内,土壤呼吸速率与土壤水分之间的相关关系较小,土壤水分可以解释土壤呼吸速变异的 14% 、13% ,土壤
温度可以解释该区土壤呼吸速率变异的 28% 、25% ,这说明在 1987、1989 年植被区的土壤呼吸速率主要受到
土壤水分和土壤温度的共同影响。 在 2007 年植被区和草方格固沙区以及流沙区内,土壤呼吸速率与土壤水
分、土壤温度之间的关系均不显著,该区内土壤呼吸速率受到环境因素的影响较小,土壤 CO2 的释放过程还
0842 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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是以物理过程为主。 不同始植年代植被区的土壤呼吸速率对土壤温度和水分的响应存在差异,人工植被演替
改变了土壤呼吸速率对土壤水、热变化的响应。
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2842 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 8 April,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Physiological responses of five deciduous broad鄄leaved tree seedlings in the Northeast Area of China to burning
WANG Rong,HU Haiqing (2303)
………………………
……………………………………………………………………………………………………
The occurrence regularity of psyllid in Haloxylon spp and its influencing factors
LI Fenlian, WU Xuehai, WANG Peiling,et al (2311)
………………………………………………………
……………………………………………………………………………
The estimating of the spatial distribution of forest biomass in China based on remote sensing and downscaling techniques
LIU Shuangna, ZHOU Tao,SHU Yang,et al (2320)
……………
………………………………………………………………………………
Multivariate correlation analysis between landscape pattern and water quality
ZHAO Peng, XIA Beicheng, QIN Jianqiao,et al (2331)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Red fox habitat selection and landscape feature analysis in the Dalai Lake Natural Reserve in Inner Mongolia
ZHANG Honghai, LI Chengtao, DOU Huashan,et al (2342)
………………………
………………………………………………………………………
Research on assemblage characteristics of macroinvertebrates in the Yalu Tsangpo River Basin
XU Mengzhen, WANG Zhaoyin, PAN Baozhu, et al (2351)
………………………………………
………………………………………………………………………
Climate change induced potential range shift of the crested ibis based on ensemble models ZHAI Tianqing, LI Xinhai (2361)………
Analysis of the sources of second generation meadow moth populations that immigrated into Chinese pastoral areas in 2010
ZHANG Li, ZHANG Yunhui, ZENG Juan, et al (2371)
…………
…………………………………………………………………………
Genetic diversity based on cytochrome b gene analysis of different geographic populations of blue sheep in China
LI Nannan, LIU Zhensheng, WANG Zhenghuan, et al (2381)
……………………
……………………………………………………………………
Soil microbial properties under different grain鄄for鄄green patterns in depressions between karst hills
LU Shiyang, PENG Wanxia, SONG Tongqing, et al (2390)
……………………………………
………………………………………………………………………
Ecosystem and soil respiration of a poplar plantation on a sandy floodplain in Northern China
FANG Xianrui, ZHANG Zhiqiang, ZHA Tonggang, et al (2400)
…………………………………………
…………………………………………………………………
Estimating total nitrogen content in water body based on reflectance from wetland vegetation
LIU Ke,ZHAO Wenji,GUO Xiaoyu,et al (2410)
…………………………………………
……………………………………………………………………………………
Analysis on complete F type of mitochondrial genome in Lamprotula leai CHEN Ling,WANG Guiling, LI Jiale (2420)………………
The source鄄sink landscape pattern change and its effect on phosphorus pollution in Yuqiao watershed
LI Chongwei, HU Jie, WANG Sa, et al (2430)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
Responses of soil nematode communities to soluble salt contamination around Gangue hill in Fushun
ZHANG Weidong, LV Ying, XIAO Ying, et al (2439)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of aboveground competition on biomass partitioning of understory Korean pine (Pinus koraiensis)
WANG Jinsong, FAN Xiuhua, FAN Juan, et al (2447)
………………………………
……………………………………………………………………………
Research of methane metabolic microbial community in soils of slash pine plantation and Masson pine plantation
WANG Yun, ZHENG Hua, CHEN Falin, et al (2458)
……………………
……………………………………………………………………………
啄13C values of stem phloem water soluble sugars of Pinus massoniana and Cunninghamia lanceolata response to meteorological
factors LU Yuxi,WANG Zhenxing,ZHENG Huaizhou,et al (2466)………………………………………………………………
Soil respiration patterns during restoration of vegetation in the Shapotou area, Northern China
GAO Yanhong, LIU Lichao, JIA Rongliang, et al (2474)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
Dynamics of caloric value of Robinia pseudoacacia L. energy forest in the west of Henan Province
TAN Xiaohong, LIU Shiqi, MA Luyi, et al (2483)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
Ex鄄situ symbiotic seed germination of Dendrobium catenatum WU Huifeng, SONG Xiqiang, LIU Hongxia (2491)……………………
Effects of red / far red ratio on morphological index,leaf area and dry matter partitioning of cut chrysanthemum flower
YANG Zaiqiang,ZHANG Jibo,LI Yongxiu,et al (2498)
………………
……………………………………………………………………………
Effect of prometryne on root activity and oxidative stress of Polygala tenuifolia Willd. seedling roots
WEN Yinyuan, GUO Pingyi,YIN Meiqiang,et al (2506)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Combined effects of elevated O3 concentration and UV鄄B radiation on photosynthetic characteristics of soybean
ZHENG Youfei, XU Weimin, WU Rongjun, et al (2515)
………………………
…………………………………………………………………………
Nutrients transfer for host plant and litter decompositon by AMF in Karst soil
HE Yuejun,ZHONG Zhangcheng,DONG Ming (2525)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………………
The dynamics of bacteria community diversity during the fermentation process of traditional soybean paste
GE Jingping,CHAI Yangyang , CHEN Li, et al (2532)
……………………………
……………………………………………………………………………
Effect of site鄄specific fertilization on soil phosphorus in purple garden soil
SUN Qianqian,WANG Zhengyin,ZHAO Huan,et al (2539)
……………………………………………………………
………………………………………………………………………
A method of determining standards for ecological compensation in agricultural areas, giving priority to environmental flows in water
allocation PANG Aiping, SUN Tao (2550)…………………………………………………………………………………………
The loss of ecosystem services value caused by food security assessment model and it忆s application
LU Weiye,JIANG Zhide,ZHANG Yinglong,et al (2561)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
Review of the current situation of coastal ecological engineering using dredged marine sediments and prospects for potential app鄄
lication in China HUANG Huamei, GAO Yang, WANG Yinxia, et al (2571)……………………………………………………
Discussion
Quorum sensing in anaerobic ammonium oxidation bacteria DING Shuang,ZHENG Ping,ZHANG Meng,et al (2581)………………
Health evaluation of Dongting Lake based on morphological characters SHUAI Hong,LI Jingbao,XIA Beicheng,et al (2588)………
Scientific Note
Effects of mix鄄leaf litter decomposition of different trees in the Loess Plateau
LIU Zengwen,DU Liangzhen,ZHANG Xiaoxi,et al (2596)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Changes in soil active organic carbon under different management types of bamboo stands
MA Shaojie, LI Zhengcai, WANG Bin, et al (2603)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of drought stress on photosynthesis and associated physiological characters of pepper
OU Lijun, CHEN Bo, ZOU Xuexiao (2612)
…………………………………………
………………………………………………………………………………………
Effects of silicon application and drought stress on photosynthetic traits and mineral nutrient absorption of rice leaves
CHEN Wei, CAI Kunzheng, CHEN Jining (2620)
………………
…………………………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
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法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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第 32 卷摇 第 8 期摇 (2012 年 4 月)
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