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Characteristics of soil respiration in fallow and its influencing factors at arid- highland of Loess Plateau

黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子



全 文 :
\摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 18 期摇 摇 2011 年 9 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
高寒矮嵩草草甸冬季 CO2释放特征 吴摇 琴,胡启武,曹广民,等 (5107)………………………………………
开垦对绿洲农田碳氮累积及其与作物产量关系的影响 黄彩变,曾凡江,雷加强,等 (5113)……………………
施氮对几种草地植物生物量及其分配的影响 祁摇 瑜,黄永梅,王摇 艳,等 (5121)………………………………
浙江天台山甜槠种群遗传结构的空间自相关分析 祁彩虹,金则新,李钧敏 (5130)……………………………
大兴安岭林区不同植被对冻土地温的影响 常晓丽,金会军,于少鹏,等 (5138)…………………………………
樟子松树轮不同组分的稳定碳同位素分析 商志远,王摇 建,崔明星,等 (5148)…………………………………
内蒙古不同类型草地叶面积指数遥感估算 柳艺博,居为民,朱高龙,等 (5159)…………………………………
杭州西湖北里湖荷叶枯落物分解及其对水环境的影响 史摇 绮,焦摇 锋,陈摇 莹,等 (5171)……………………
火干扰对小兴安岭落叶松鄄苔草沼泽温室气体排放的影响 于丽丽,牟长城,顾摇 韩,等 (5180)………………
黄河中游连伯滩湿地景观格局变化 郭东罡,上官铁梁,白中科,等 (5192)………………………………………
黄土区次生植被恢复对土壤有机碳官能团的影响 李摇 婷,赵世伟,张摇 扬,等 (5199)…………………………
我国东北土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化性质的相关性 祖元刚,李摇 冉,王文杰,等 (5207)……………
黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子 高会议,郭胜利,刘文兆 (5217)……………………………………
宁南山区典型植物根际与非根际土壤微生物功能多样性 安韶山,李国辉,陈利顶 (5225)……………………
岩溶山区和石漠化区表土孢粉组合的差异性———以重庆市南川区为例 郝秀东,欧阳绪红,谢世友 (5235)…
夏蜡梅及其主要伴生种叶的灰分含量和热值 金则新,李钧敏,马金娥 (5246)…………………………………
苏柳 172 和垂柳对 Cu2+的吸收特性及有机酸影响 陈彩虹,刘治昆,陈光才,等 (5255)………………………
导入 TaNHX2 基因提高了转基因普那菊苣的耐盐性 张丽君,程林梅,杜建中,等 (5264)………………………
空气湿度与土壤水分胁迫对紫花苜蓿叶表皮蜡质特性的影响 郭彦军,倪摇 郁,郭芸江,等 (5273)……………
黄土高原旱塬区土壤贮水量对冬小麦产量的影响 邓振镛,张摇 强,王摇 强,等 (5281)…………………………
咸阳地区近年苹果林地土壤含水量动态变化 赵景波,周摇 旗,陈宝群,等 (5291)………………………………
苗药大果木姜子挥发油成分变化及其地理分布 张小波,周摇 涛,郭兰萍,等 (5299)……………………………
环境因子对小球藻生长的影响及高产油培养条件的优化 丁彦聪,高摇 群,刘家尧,等 (5307)…………………
不同基质对北草蜥和中国石龙子运动表现的影响 林植华,樊晓丽,雷焕宗,等 (5316)…………………………
安徽沿江浅水湖泊越冬水鸟群落的集团结构 陈锦云,周立志 (5323)……………………………………………
黑胸散白蚁肠道共生锐滴虫目鞭毛虫的多样性分析与原位杂交鉴定 陈摇 文,石摇 玉,彭建新,等 (5332)……
基于熵权的珠江三角洲自然保护区综合评价 张林英,徐颂军 (5341)……………………………………………
专论与综述
中小尺度生态用地规划方法 荣冰凌,李摇 栋,谢映霞 (5351)……………………………………………………
土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展 陈摇 朝,吕昌河,范摇 兰,等 (5358)………………………………
海洋浮游植物与生物碳汇 孙摇 军 (5372)…………………………………………………………………………
多年冻土退化对湿地甲烷排放的影响研究进展 孙晓新,宋长春,王宪伟,等 (5379)……………………………
生源要素有效性及生物因子对湿地土壤碳矿化的影响 张林海,曾从盛,仝摇 川 (5387)………………………
生态网络分析方法研究综述 李中才,徐俊艳,吴昌友,等 (5396)…………………………………………………
研究简报
不同群落中米氏冰草和羊草的年龄结构动态 金晓明,艾摇 琳,刘及东,等 (5406)………………………………
主题分辨率对 NDVI空间格局的影响 黄彩霞,李小梅,沙晋明 (5414)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*314*zh*P* ¥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄09
封面图说: 在树上嬉戏的大熊猫———大熊猫是中国的国宝,自然分布狭窄,数量极少,世界上仅分布在中国的四川、陕西、甘肃
三省的部分地区,属第四纪冰川孑遗物种,异常珍贵。 被列为中国国家一级重点保护野生动物名录,濒危野生动植
物种国际贸易公约绝对保护的 CITES附录一物种名录。 瞧,够得上“功夫熊猫冶吧。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 18 期
2011 年 9 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 18
Sep. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2鄄YW鄄424鄄2);国家自然科学基金(40771125,30871451);黄土高原土壤侵蚀与旱地农
业国家重点实验室专项经费(10502鄄Z11)
收稿日期:2010鄄03鄄24; 摇 摇 修订日期:2011鄄05鄄03
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: slguo@ ms. iswc. ac. cn
高会议, 郭胜利, 刘文兆.黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子.生态学报,2011,31(18):5217鄄5224.
Gao H Y, Guo S L, Liu W Z. Characteristics of soil respiration in fallow and its influencing factors at arid鄄highland of Loess Plateau. Acta Ecologica Sinica,
2011,31(18):5217鄄5224.
黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子
高会议3, 郭胜利1,2,*, 刘文兆1,2
(1. 西北农林科技大学水土保持研究所,杨凌摇 712100;
2. 中国科学院水利部水土保持研究所, 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌摇 712100;
3. 中国科学院合肥物质科学研究院, 合肥智能机械研究所,合肥摇 230031)
摘要:于中国科学院长武生态试验站(始于 1984 年),采用动态密闭气室法(Li鄄8100,USA)于 2008 年 3 月至 2009 年 3 月监测了
裸地土壤呼吸日变化、季节变化以及 0—60cm土层的温度和含水量,研究了裸地土壤呼吸的日变化、季节变化特征及其与土壤
温度和含水量之间的关系。 结果表明:裸地土壤呼吸四季的日变化和季节变化均呈单峰型曲线,与气温变化趋势一致;日变化
峰值出现在 14:00 左右或 16:00 左右,最低值出现在 0:00 左右或者 6:00 左右;季节变化表现为夏季最高,冬季最低,春秋季无
明显差异,年平均呼吸速率为 0. 94 mmolCO2·m-2·s-1。 土壤呼吸与温度具有极显著(P<0. 01)的正相关关系,且可以用 Rs = aebx
形式的指数函数很好地拟合,其中与 5cm深度的土壤温度相关性最好。 水分对土壤呼吸的影响复杂。 裸地土壤呼吸的双变量
模型关系显著(P<0. 01),比相应的单变量模型更好地解释了土壤呼吸变异。
关键词:裸地;土壤呼吸;温度;土壤含水量
Characteristics of soil respiration in fallow and its influencing factors at arid鄄
highland of Loess Plateau
GAO Huiyi3, GUO Shengli1,2,*, LIU Wenzhao1,2
1 Institute of Soil and Water Conservation, Northwest Agriculture & Forestry University, Yangling 712100, China
2 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dry鄄land Farming on the Loess Plateau,Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Science and
Ministry of Water Resource, Yangling 712100, China
3 Institute of Intelligent Machines, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China
Abstract: Soil is an important source of atmospheric carbon dioxide (CO2). It is an important process for soil respiration to
release CO2 from biosphere to air, because understanding the rate of soil respiration and temporal and spatial fluctuation
under various terrestrial ecosystem can provide the basic data to budget of global carbon balance and to estimate potential
effect of global change. Soil respiration was not only influenced by environmental conditions such as temperature, humidity,
and pH values, but also was controlled by biotic factors such as vegetation form, leaf area index, living weight and human
reactivity. It is noted that soil temperature and moisture content are assumed to two significant environmental factors. Loess
plateau located in semiarid districts of northwest of China, where soil exhibited dry and humid change alternately. Studies of
CO2 emission from bare soil may help analyze annual changes in carbon (C) in soil organic matter (SOM). Therefore, CO2
emission associated with the decomposition of SOM from bare soil are important factors for assessing the C budget in
agricultural fields. Studies on relationship of soil respiration change and environmental factors ( soil temperature and
moisture content) presented the important significance to determine the temporal and spatial change of soil respiration in this
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bare area. We conducted a study to monitor soil CO2 emission diurnal change, CO2 emission seasonal change, soil
moisture, soil temperature, and assess the controlling factors of CO2 emission from an unplanted soil of long鄄term experiment
at Changwu ecological station of Chinese Academy of Science, China. In situ soil CO2 emissions from March 2008 to March
2009were measured with an IRGA CO2 analyzer ( Li鄄COR 8100, Li鄄COR Corp. , Lincoln, NE) following the dynamic
closed chamber method. The CO2 diurnal and seasonal change in the bare soil followed single peak trend, same as the
change of soil temperature. The highest value of diurnal change appeared at 14:00 or 16:00, and the lowest value appeared
at 0:00 or 6:00. The CO2 flux increased in summer and decreased in winter. The average of CO2 emission during the study
period was 0. 94 mmolCO2·m
-2·s-1 . There were significant positive correlations between the CO2 flux and soil temperature
(P<0. 01). The regression equation of Rs = ae
bT fit the relationship between the CO2 flux and soil temperature very well,
especially in 0—5 cm soil depth. Unlike soil temperature, apparent relationships between CO2 flux and soil moisture were
not observed. Bi鄄variable model Rs = ae
bTW with soil temperature (T) and soil moisture (W) could explain variation of soil
respiration much better than mono鄄variable model.
Key Words: bare fallow; soil respiration; temperature; soil moisture
土壤呼吸是生物圈向大气释放其固定 CO2的主要途径之一[1]。 了解不同陆地生态系统土壤呼吸速率及
其时空波动,对于全球碳素平衡预算和估计全球变化的潜在效应是最为基本的数据[2鄄3]。 土壤呼吸不仅受到
温度、湿度、pH值等环境条件的影响,而且受到植被类型、叶面积指数、根系生物量等生物因子和人类活动的
综合影响。 其中土壤温度和水分含量是影响土壤呼吸最主要的环境因子,但土壤温度、土壤水分与土壤呼吸
的关系在不同的研究中有很大的差异性。 Jia等[4]研究结果表明,土壤呼吸与土壤温度呈正相关关系;杨兰芳
等[5]研究指出,裸地土壤呼吸与温度呈极显著指数与线性相关,线性相关性略高于指数相关系数;在持水量
范围内,土壤呼吸和水分含量呈正相关关系。 孟祥利等[6]人为,土壤呼吸与土壤水分呈显著正相关,与温度
没有显著的相关关系;韩广轩等[2]则认为土壤呼吸与土壤含水量呈负相关关系;Reth 等[7]、陈全胜等[8]、李虎
等[9]研究表明,土壤含水量与土壤呼吸之间相关性不明显。
土壤呼吸主要由根系呼吸和土壤微生物呼吸两部分构成,且土壤微生物呼吸约占土壤总呼吸的 40%—
70% [10鄄11]。 裸地土壤呼吸近似于土壤异氧呼吸,主要与土壤微生物呼吸密切相关。 因此,研究裸地土壤呼
吸,不仅对区分测量或估算根系呼吸,而且对深入理解土壤呼吸变化具有重要的意义。 目前国内外关于裸地
土壤呼吸及其环境影响的研究仍较少。 此外,黄土高原地区地处西北半干旱地区,土壤干湿变化大。 研究该
地区裸地土壤呼吸变化与土壤水分和温度等因素的关系对揭示区域土壤呼吸时空变化具有重要意义。
1摇 材料与方法
1. 1摇 试验地自然条件
长期试验在长武站(中国科学院生态研究网络 CERN台站)进行,该区位于陕西省长武县(东经 107毅40忆,
北纬 35毅12忆),海拔 1200 m。 属于典型的黄土旱塬区,半干旱湿润性季风气候。 1984—2007 年间年均降水量
为 586 mm,其中最高年份为 954 mm,最低年份为 296 mm。 7—9 月降水量占年总量的 49%左右。 年平均气
温 9. 4益,大于 10益积温为 3029益,年日照时数为 2230 h,日照率为 51% ,年辐射总量为 484 kJ / cm2,无霜期
171d。 土壤为粘壤质黑垆土,母质为中壤质马兰黄土,土层深厚,土质疏松。 布设试验前 0—20cm 耕层土壤
含有机碳 6. 50g / kg,全氮 0. 62 g / kg,碱解氮 37. 0mg / kg,速效磷 3. 0 g / kg,速效钾 129. 3mg / kg,CaCO310. 5% ,
pH8. 4 试验地 N、P含量较低,钾素丰富,呈微碱性反应。
1. 2摇 试验设计与管理
试验始于 1984 年 9 月,11 种轮作方式与 7 种施肥制度(不完全组合),共 36 个处理。 3 次重复,随机区组
排列。 小区面积 10. 3m伊6. 5m,小区间距 0. 5m,区组间距和周边宽各 1. 0m。 本研究选取裸地处理(F)作为研
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究对象,田间管理同大田。
1. 3摇 土壤呼吸的测定
土壤呼吸速率测定采用开路式土壤碳通量测量系统,测定仪器型号为 LI鄄 8100(LI鄄COR,Lincoln,NE,
USA)。 测定前在每个小区内安置测定基座(去除基座内的一切活体),为了减少安置测定基座对土壤系统的
破坏,在测定基座安置 24h后再进行测定,从而避免了由于安置气室基座对土壤扰动而造成的短期呼吸速率
波动[12鄄14]。
分别于春季(2008鄄04鄄23)、夏季(2008鄄06鄄21)、秋季(2008鄄10鄄01)、冬季(2008鄄11鄄18)以 24h为 1 周期,每
间隔 2h测定 1 次土壤呼吸,重复 2 次,取平均值,以获取四季土壤呼吸日变化动态。
2008 年 3 月—2009 年 3 月,每月的 10 号和 20 号前后选择晴好天气,在 9:00—11:00 进行田间测定,每
试验小区重复两次,每处理共计 6 次重复;6 次平均作为当日测定的土壤呼吸速率值。
1. 4摇 环境因子的测定
在进行土壤呼吸测定的同时,利用中子仪进行测定 0、10、20、30、40、50、60cm 的土壤含水量,每个处理 3
次重复;5、15cm土壤含水量为相邻两层次土壤含水量的平均值。 土壤温度由长武生态试验站全自动气象观
测场获取。
1. 5摇 试验数据处理
统计分析采用 SAS8. 1(SAS Inst. , 1999)软件和 Excel2007 进行;用 Sigmaplot10. 0 软件分析土壤呼吸和
温度、土壤湿地间的关系,分别拟合土壤呼吸对温度的单因子响应模型,土壤呼吸对土壤湿度的单因子响应模
型,以及土壤呼吸对温度和湿度的双因子响应模型。 采用指数方程模型 R = aebT (式中, R为土壤呼吸,T为温
度,a,b为常数)模拟土壤呼吸与温度的关系;采用 专 = (兹 - 兹wp) / (兹fc - 兹wp) (其中, 专为土壤呼吸, 兹为土壤
含水量, 兹wp为萎焉系数, 兹fc为田间持水量)模拟土壤呼吸速率与土壤水分含量的关系;采用 R = aebTWc ( R为
土壤呼吸,T为温度, W为土壤含水量, a 、 b 、 c为常数)来分析水分和温度对土壤呼吸变化的影响。
2摇 结果与分析
2. 1 土壤呼吸日变化特征
长期裸地处理土壤呼吸的日变化呈单峰趋势(图 1),与近地面气温和地温变化格局一致。 春季,峰值
(1郾 4 mmolCO2·m-2·s-1)出现在 15:30,最低值(0. 01 mmolCO2·m-2·s-1 )出现在 0:00—1:00 之间;夏季,峰值
(2郾 13 mmolCO2·m-2·s-1 )出现在 16:30,最低值 (1. 06 mmolCO2·m-2·s-1 )出现在 6:00 左右;秋季,峰值
(1. 01 mmolCO2·m-2·s-1)出现在 14:00 左右,最低值(0. 41 mmolCO2·m-2·s-1)也出现在 6:00 左右;冬季,峰值
(0郾 56 mmolCO2·m-2·s-1)出现在 14:00 左右,最低值(0. 13 mmolCO2·m-2·s-1)出现在 22:00 左右。 一天中土壤
呼吸速率极值出现的时间与近地面气温和地温变化极值出现的时间具有较高的一致性。
2. 2摇 土壤呼吸季节变化特征
土壤呼吸具有明显的季节变化(图 2)。 整个测定过程中,土壤呼吸速率平均值为 0. 94 mmolCO2·m-2·s-1,
波动范围为 0. 29—1. 82 mmolCO2·m-2·s-1。 2008 年 3 月开春后,气温回升,土壤水分含量较高,土壤微生物活
性增强,土壤有机质分解加快,土壤呼吸放速率增强,4 月中旬达到第一个峰值(1. 13 mmolCO2·m-2·s-1);随后
气温减低,土壤呼吸速率随之降低;5 月中旬,气温回升,土壤呼吸速率也逐步升高,在 7 月中旬出现了一年中
的最高值(1. 82 mmolCO2·m-2·s-1 ),7 月下旬到 9 月,温度变化不大,土壤呼吸速率相对稳定(1. 4—1. 6
mmolCO2·m-2·s-1)。 10 月温度迅速降低,土壤呼吸速率下降;11 月中旬到翌年 2 月,由于受低温的限制,土壤
呼吸速率稳定地维持在一年的最低水平(0. 30 mmolCO2·m-2·s-1)。
2. 4摇 土壤呼吸速率与环境因素的关系
2. 4. 1摇 土壤呼吸速率与温度
采用指数方程模型(R=aebT)分析土壤呼吸与温度的关系。 研究发现,裸地土壤呼吸速率与气温、不同土
层地温的关系可以用指数方程得到很好的拟合(P<0. 01)。 气温和不同深度土壤温度与土壤呼吸速率显著相
9125摇 18 期 摇 摇 摇 高会议摇 等:黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子 摇
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图 1摇 裸地土壤呼吸速率日变化
Fig. 1摇 Diurnal variation of soil respiration rate under bare fallow
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图 2摇 裸地土壤呼吸速率的季节变化
Fig. 2摇 Changes in soil respiration rate under bare fallow
关(表 1),土壤呼吸速率与 5cm 深度地温指数相关最
好。 与气温、10、15、20、40cm 和 60cm 地温的指数相关
均达到极显著水平(P<0. 01)。
2. 4. 2摇 土壤呼吸速率与土壤湿度
采用(专= (兹-兹wp) / ( 兹fc -兹wp))来分析土壤呼吸速
率与土壤水分含量的关系。 研究发现,只有 40、60cm
土壤水分对土壤呼吸速率的影响达到显著性水平(P<
0. 05),其他土层含水量表现不明显(表 1),土壤水分对
土壤呼吸变化的解释能力为 11%—41% 。 Markus
等[15]研究表明,单变量模型的解释能力很难超过 80% 。
2. 4. 3摇 土壤呼吸与土壤温度和土壤湿度
实际上,土壤温度总是和土壤水分一起对呼吸速率的变化产生影响,两者之间存在明显的交互作用。 本
研究采用以下模型描述水分和温度对土壤呼吸变化的影响[16]
R = aebTWc
式中,R为土壤呼吸速率,T为温度,W为土壤水分含量,a、b、c为常数。
本文利用 5、10、15、20、40、60cm土层的土壤温度和土壤水分含量与土壤呼吸依据公式 R = aebTWc ,建立
了土壤呼吸速率与温度和水分的双变量关系(表 2)。
与单因子模型相比,复合模型的决定系数(R2)均显著提高,复合模型的决定系数随土层深度的增加而减
小,15cm土层水分和土壤温度复合模型的决定系数最大(表 2),表明 0—15cm土壤温度和水分的变化能够解
释 85%的土壤呼吸变异[16]。
0225 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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表 1摇 不同土层深度土壤呼吸速率(R)与温度(T)和土壤水分(W)的关系
Table 1摇 Correlation coefficients of soil respiration with temperature and water contents
处理
Treatment
关系式
Function
R2T Q10
关系式
Function
R2w
气温 Air temperature R=0. 4842e0. 0558 T 0. 622** 1. 747
土层深度 5cm R =0. 4640e0. 0525 T 0. 586** 1. 690 R =3. 05W2 +1. 07W+0. 47 0. 14
Soil depth 10cm R =0. 4675e0. 0528 T 0. 566** 1. 696 R =0. 76W2 -1. 10W+1. 78 0. 14
15cm R =0. 4684e0. 0531 T 0. 542** 1. 701 R =0. 69W2 -1. 29W+1. 00 0. 13
20cm R =0. 4704e0. 0532 T 0. 513** 1. 702 R =0. 57W2 -1. 34W+1. 20 0. 11
40cm R =0. 4798e0. 0539 T 0. 448** 1. 714 R =3. 16W2 -5. 14W+2. 44 0. 41*
60cm R =0. 5002e0. 0527 T 0. 379** 1. 694 R =4. 37W2 -7. 43W+3. 51 0. 32*
表 2摇 土壤呼吸速率与温度、水分的双变量模型
摇 摇 Table 2 摇 Two鄄variable about soil respiration model and soil
temperature, soil moisture
土层深度 / cm
Soil depth
关系式
Function R
2
5 R =0. 2379e0. 0675 TW0. 2058 0. 8238**
10 R =0. 3082e0. 0592 T W0. 1124 0. 8276**
15 R =0. 0539e0. 0698 T W0. 6379 0. 8541**
20 R =0. 1343e0. 0712 T W0. 3201 0. 8370**
40 R =0. 1709e0. 0726 T W0. 2404 0. 7897**
60 R =2. 0373e0. 0787 T W-0. 6348 0. 7417**
3摇 讨论
3. 1摇 休闲或裸地土壤呼吸空间变异性分析
裸地或休闲土壤呼吸速率反映了去除根系呼吸
条件下土壤呼吸的变化特征。 除土壤差异外,各地区
土壤温度和湿度是调控休闲或裸地土壤呼吸的主要
因素。 裸地土壤呼吸速率西部高原(西藏高原)较高,
东部平原(华北平原)较低,东北黑土略高于南方淋溶
土(表 3);本地区土壤呼吸速率值与同纬度的黄淮海
基本相同,处于中间水平。 这一特征与我国 SOC含量
空间分布表现为西部低,东部高,水田高,旱地低相一
致的[17]。
表 3摇 不同地区休闲或裸地土壤呼吸速率的比较
Table 3摇 Soil respiration rate in fallow or bare land across China
地点 Site 环境条件Environmental conditions
测定时间
Time
土壤呼吸速率 Soil respiration
范围 Range 均值 Mean
参考文献
Reference
西藏拉萨 年均降雨量 500mm,土壤 pH 值 7. 0—8. 0,有机质含量 1. 0—2. 0% 5—11 月 625—833 — [18]
河南安阳 年均降雨量 700mm,年均温 14益,有机质 0.68g / kg
小麦—玉米轮作期间(全
年) — 54. 91 [19]
河北邯郸 年均降雨量 514. 3mm,年均温 13. 2益有机质为 2. 9 g / kg 全年 62. 5—359. 7 198. 7 [9]
黑龙江海伦站 有机碳 27. 96g / kg,pH值为 7. 02 大豆整个生育期(盆栽试验) 40. 4-53. 8 45. 9 [20]
贵州省贞丰县 年降雨量 1100mm,年均温 15. 8益, pH值为6. 5—8. 0 2007 年 4 月 22—24 — 569 [21]
江苏南京 有机碳含量 4. 9g / kg,pH值 5. 8 玉米(盆栽试验) 12. 5—132 — [5]
江苏苏州 年降雨量 1100mm,pH 值 5. 6,有机碳含量21. 8—24. 4g / kg 稻鄄油轮作 44. 7—92. 4 — [22]
桃源生态站 年降雨量 1448mm,年均温 16. 5益,有机质32. 0 g / kg 10 月中旬至翌年 4 月 52—398 — [23]
西安长延堡 暖温带季风气候 6—7 月 254—294 274. 5 [24]
陕西长武 详见试验地自然条件 3 月至翌年 2 月 47. 5—324. 4 185 本研究
裸地或休闲地的土壤呼吸受到经纬度、海拔、降雨量等因素的影响。 高纬度的东北黑土休闲地土壤呼吸
1225摇 18 期 摇 摇 摇 高会议摇 等:黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子 摇
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明显低于低纬度的河北、河南地区休闲地土壤呼吸;高海拔的西藏地区土壤呼吸明显高于低海拔的东部地区,
且随着海拔的降低,土壤呼吸速率呈降低趋势;陕北干旱地区土壤呼吸速率略低于雨水充足的西安地区,降雨
量大的南方地区明显高于北方地区。 但总的来说,经纬度、海拔、降雨量等因素是通过温度、湿度影响土壤呼
吸强弱的。
3. 2摇 土壤呼吸对水热条件差异性的响应
本研究中裸地土壤呼吸速率与 0—60cm不同土层的温度均达到极显著相关,且可以用指数函数很好地
模拟,此结论与多数室内外的研究结果相吻合[25]。 5cm 地温同土壤呼吸速率相关性最好,而戴万宏等[26]在
陕西杨凌塿土研究表明,土壤呼吸速率与 10cm地温的相关性最好。 这可能是因为表层土壤微生物活动较为
旺盛,对土壤呼吸的贡献较大,因而地下 5cm 温度能较准确地反映土壤微生物活动的环境条件,而杨陵塿土
温度较高(海拔 550m,年均温为 12. 9益),地下 10cm温度能够很好地反映土壤微生物活动的环境条件[27]。
Q10值是土壤呼吸对温度变化的敏感程度,即温度每升高 10益,土壤呼吸增加的倍数。 Q10值是反映土壤
呼吸对温度变化敏感性的重要指标,这一指标也反映了温度变化后,土壤呼吸作用的变化规律,对于了解未来
气候变化条件下生态系统中碳排放通量的变异规律具有一定的参考意义。 本研究结果表明,不同的土层深度
条件下,Q10不同。 通过计算等到本实验点不同土层深度(气温、5、10、15、20、40、60cm)在全年的土壤呼吸 Q10
值为 1. 69—1. 747,符合 Raich和 Schlesinger[1]根据文献所统计的全球尺度下的 Q10值。 本研究中 10cm 土壤
Q10(1. 70)与严俊霞等对裸地土壤呼吸研究结果一致(1. 70)。 在 Raich 和 Schlesinger 研究的基础上,Chen
等[28]重新分析了这些数据,发现 Q10具有明显的地带性, 温带和热带鄄亚热带的变化范围分别是 1. 1—14. 2、
1. 4—4. 6,平均值分别为 2. 7依1. 7、2. 2依0. 9。 本研究区属于温带,所得到的裸地 Q10均在以上研究范围之内,
且本研究发现,土壤呼吸的 Q10随着土壤深度的增加而增加,这与 Fierer等[29]的研究结果一致,这主要是由于
随着土壤深度的增加土壤温度的变化幅度减少而造成的,所以在比较和评价土壤呼吸对温度的敏感性时,需
要注意在同一土壤深度层次下进行。
土壤水分对土壤呼吸的影响比较复杂,不同的生态系统中水分对土壤呼吸的影响方向和程度有很大的差
别。 在土壤水分含量充足、不成为限制因子的条件下,土壤呼吸与土壤温度呈正相关;而在水分成为限制因子
的干旱、半干旱地区,土壤呼吸受到水分和温度的共同影响[30鄄31]。 本试验中结果显示:裸地土壤呼吸速率与
40cm、60cm土壤含水量关系显著,其他土层含水量相关性不显著(表 1),这与 Kucera和 Kirkham等[32]研究结
果不同,与 Zhang L H等[14]、高艳红等[33]研究结果相近。 其原因是本研究处于干旱半干旱地区,土壤水分是
土壤植被和生物的一个重要的限制因子。
与土壤呼吸和土壤温度、水分的单变量拟合系数相比,土壤呼吸和土壤温度、水分变量函数关系的决定系
数均有一定程度的提高。 把土壤水分因子增加到土壤呼吸与土壤温度的函数关系中可以提高土壤呼吸的预
测准确性。 这一特点与许多研究者的结果一致[34鄄37]。 用土壤包括土壤温度和水分的关系可以改善土壤呼吸
的预测能力,可以利用土壤温度和水分数据,来准确进行土壤 CO2通量的季节变化模拟。
4摇 结论
1)长期裸地土壤呼吸速率具有明显的日变化和季节变化格局。 日变化呈单峰趋势,峰值出现在 14:00 左
右或者 16:00 左右,最低值出现在凌晨 6:00 或者 0:00 前后。 季节变化表现为夏季高(1. 58 mmolCO2·m-2·
s-1),冬季低(0. 36 mmolCO2·m-2·s-1),春秋季居中,且两季节无明显差异;全年均为 0. 94 mmolCO2·m-2·s-1,波动
范围为 0. 29—1. 85 mmolCO2·m-2·s-1。 年排放量为 1305gCO2·m-2·a-1。
2)土壤呼吸速率与温度呈极显著正相关关系,且可以用 R = aebT (a、b为常数)形式的指数函数很好地拟
合(R2范围为 0. 379—0. 622,P<0. 01),其中土壤温度中以 5cm 地温的相关性最好(R2 = 0. 586*)。 土壤呼吸
速率与 40cm土层土壤水分相关关系最好(R2 =0. 406*)。 但双变量关系模型 R = aebTWc 达到极显著水平,明
显高于其单因素模型的决定系数。
2225 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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4225 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 18 September,2011(Semimonthly)
CONTENTS
CO2 emission from an alpine Kobresia humilis meadow in winters WU Qin, HU Qiwu, CAO Guangmin, et al (5107)………………
Effect of cultivation on soil organic carbon and total nitrogen accumulation in Cele oasis croplands and their relation to crop yield
HUANG Caibian, ZENG Fanjiang, LEI Jiaqiang, et al (5113)

……………………………………………………………………
Biomass and its allocation of four grassland species under different nitrogen levels
QI Yu, HUANG Yongmei, WANG Yan, et al (5121)
……………………………………………………
………………………………………………………………………………
Small鄄scale spatial patterns of genetic structure in Castanopsis eyrei populations based on autocorrelation analysis in the Tiantai
Mountain of Zhejiang Province QI Caihong, JIN Zexin, LI Junmin (5130)………………………………………………………
Influence of vegetation on frozen ground temperatures the forested area in the Da Xing忆anling Mountains, Northeastern China
CHANG Xiaoli,JIN Huijun,YU Shaopeng,et al (5138)
………
……………………………………………………………………………
Analysis of stable carbon isotopes in different components of tree rings of Pinus sylvestris var. mongolica
SHANG Zhiyuan, WANG Jian, CUI Mingxing, et al (5148)
……………………………
………………………………………………………………………
Retrieval of leaf area index for different grasslands in Inner Mongolia prairie using remote sensing data
LIU Yibo, JU Weimin, ZHU Gaolong, et al (5159)
………………………………
………………………………………………………………………………
Decomposition of lotus leaf litter and its effect on the aquatic environment of the Beili Lake in the Hangzhou West Lake
SHI Qi, JIAO Feng, CHEN Ying, et al (5171)
……………
……………………………………………………………………………………
Effects of fire disturbance on greanhouse gas emission from Larix gmelinii鄄Carex schmidtii forested wetlands in XiaoXing忆an
Mountains, Northeast China YU Lili, MU Changcheng, GU Han, et al (5180)…………………………………………………
Wetland landscape transition pattern of Lianbo Beach along the Middle Yellow River
GUO Donggang,SHANGGUAN Tieliang,BAI Zhongke,et al (5192)
…………………………………………………
………………………………………………………………
Effect of revegetation on functional groups of soil organic carbon on the Loess Plateau
LI Ting, ZHAO Shiwei,ZHANG Yang, et al (5199)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Soil organic and inorganic carbon contents in relation to soil physicochemical properties in northeastern China
ZU Yuangang, LI Ran, WANG Wenjie, et al (5207)
………………………
………………………………………………………………………………
Characteristics of soil respiration in fallow and its influencing factors at arid鄄highland of Loess Plateau
GAO Huiyi, GUO Shengli, LIU Wenzhao (5217)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Soil microbial functional diversity between rhizosphere and non鄄 rhizosphere of typical plants in the hilly area of southern Nixia
AN Shaoshan,LI Guohui,CHEN Liding (5225)
……
……………………………………………………………………………………
Differences in the surface palynomorph assemblages on a karst mountain and rocky desertification areas: a case in Nanchuan
District,Chongqing HAO Xiudong, OUYANG Xuhong,XIE Shiyou (5235)………………………………………………………
Ash content and caloric value in the leaves of Sinocalycanthus chinensis and its accompanying species
JIN Zexin, LI Junmin, MA Jine (5246)
………………………………
……………………………………………………………………………………………
Uptake kinetic characteristics of Cu2+by Salix jiangsuensis CL J鄄172 and Salix babylonica Linn and the influence of organic acids
CHEN Caihong, LIU Zhikun, CHEN Guangcai, et al (5255)

………………………………………………………………………
Introduction of TaNHX2 gene enhanced salt tolerance of transgenic puna chicory plants
ZHANG Lijun,CHENG Linmei,DU Jianzhong,et al (5264)
………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effects of air humidity and soil water deficit on characteristics of leaf cuticular waxes in alfalfa (Medicago staiva)
GUO Yanjun, NI Yu,GUO Yunjiang, et al (5273)
…………………
…………………………………………………………………………………
Influence of water storage capacity on yield of winter wheat in dry farming area in the Loess Plateau
DENG Zhenyong, ZHANG Qiang, WANG Qiang, et al (5281)
…………………………………
……………………………………………………………………
Research of dynamic variation of moisture in apple orchard soil in the area of Xianyang in recent years
ZHAO Jingbo, ZHOU Qi, CHEN Baoqun, et al (5291)
………………………………
……………………………………………………………………………
Volatile oil contents correlate with geographical distribution patterns of the miao ethnic herb Fructus Cinnamomi
ZHANG Xiaobo,ZHOU Tao,GUO Lanping,et al (5299)
……………………
……………………………………………………………………………
Effect of environmental factors on growth of Chlorella sp. and optimization of culture conditions for high oil production
DING Yancong, GAO Qun, LIU Jiayao, et al (5307)
………………
………………………………………………………………………………
The effects of substrates on locomotor performance of two sympatric lizards, Takydromus septentrionalis and Plestiondon chinensis
LIN Zhihua, FAN Xiaoli, LEI Huanzong, et al (5316)
……
……………………………………………………………………………
Guild structure of wintering waterbird assemblages in shallow lakes along Yangtze River in Anhui Province, China
CHEN Jinyun, ZHOU Lizhi (5323)
…………………
…………………………………………………………………………………………………
Phylogenetic diversity analysis and in situ hybridization of symbiotic Oxymonad flagellates in the hindgut of Reticulitermes chinensis
Snyder CHEN Wen, SHI Yu, PENG Jianxin, et al (5332)………………………………………………………………………
An entropy weight approach on the comprehensive evaluation of the Pearl River Delta Nature Reserve
ZHANG Linying, XU Songjun (5341)
………………………………
………………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
On planning method of mesoscale and microscale ecological land RONG Bingling, LI Dong, XIE Yingxia (5351)……………………
Effects of land use change on soil organic carbon:a review CHEN Zhao,L譈 Changhe,FAN Lan,et al (5358)………………………
Marine phytoplankton and biological carbon sink SUN Jun (5372)………………………………………………………………………
Effect of permafrost degradation on methane emission in wetlands: a review
SUN Xiaoxin, SONG Changchun, WANG Xianwei, et al (5379)
……………………………………………………………
…………………………………………………………………
A review on the effects of biogenic elements and biological factors on wetland soil carbon mineralization
ZHANG Linhai, ZENG Congsheng, TONG Chuan (5387)
………………………………
…………………………………………………………………………
A review of studies using ecological network analysis LI Zhongcai, Xu Junyan, WU Changyou, et al (5396)…………………………
Scientific Note
Dynamics of age structures on Agropyron michnoi and Leymus chinensis in different communities
JIN Xiaoming, AI Lin, LIU Jidong, et al (5406)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
The impact of thematic resolution on NDVI spatial pattern HUANG Caixia, LI Xiaomei, SHA Jinming (5414)………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 18 期摇 (2011 年 9 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA

(Semimonthly,Started in 1981)

Vol郾 31摇 No郾 18摇 2011
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