全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 7 期摇 摇 2012 年 4 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
城市生态景观研究的基础理论框架与技术构架 孙然好,许忠良,陈利顶,等 (1979)……………………………
拟南芥芥子酸酯对 UV鄄B辐射的响应 李摇 敏,王摇 垠,牟晓飞,等 (1987)………………………………………
蛋白核小球藻对 Pb(域)和 Cd(域)的生物吸附及其影响因素 姜摇 晶,李摇 亮,李海鹏,等 (1995)…………
梨枣在果实生长期对土壤水势的响应 韩立新,汪有科,张琳琳 (2004)…………………………………………
产业生态系统资源代谢分析方法 施晓清,杨建新,王如松,等 (2012)……………………………………………
基于物质流和生态足迹的可持续发展指标体系构建———以安徽省铜陵市为例
赵卉卉,王摇 远,谷学明,等 (2025)
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河北省县域农田生态系统供给功能的健康评价 白琳红,王摇 卫,张摇 玉 (2033)………………………………
温郁金内生真菌 Chaetomium globosum L18 对植物病原菌的抑菌谱及拮抗机理
王艳红,吴晓民,朱艳萍,等 (2040)
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基于稳定碳同位素技术的华北低丘山区核桃鄄小麦复合系统种间水分利用研究
何春霞,孟摇 平,张劲松,等 (2047)
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云贵高原喀斯特坡耕地土壤微生物量 C、N、P 空间分布 张利青,彭晚霞,宋同清,等 (2056)…………………
水稻根系通气组织与根系泌氧及根际硝化作用的关系 李奕林 (2066)…………………………………………
苹果绵蚜对不同苹果品种春梢生长期生理指标的影响 王西存,于摇 毅,周洪旭,等 (2075)……………………
磷高效转基因大豆对根际微生物群落的影响 金凌波,周摇 峰,姚摇 涓,等 (2082)………………………………
基于 MODIS鄄EVI数据和 Symlet11 小波识别东北地区水稻主要物候期
徐岩岩,张佳华,YANG Limin (2091)
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基于降水利用比较分析的四川省种植制度优化 王明田,曲辉辉,杨晓光,等 (2099)……………………………
气候变暖对东北玉米低温冷害分布规律的影响 高晓容,王春乙,张继权 (2110)………………………………
施肥对巢湖流域稻季氨挥发损失的影响 朱小红,马中文 ,马友华,等 (2119)…………………………………
丛枝菌根真菌对枳根净离子流及锌污染下枳苗矿质营养的影响 肖家欣,杨摇 慧,张绍铃 (2127)……………
不同 R颐FR值对菊花叶片气孔特征和气孔导度的影响 杨再强,张摇 静,江晓东,等 (2135)……………………
神农架海拔梯度上 4 种典型森林凋落物现存量及其养分循环动态 刘摇 蕾,申国珍,陈芳清,等 (2142)………
黄土高原刺槐人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献 周小刚,郭胜利,车升国,等 (2150)………………………
贵州雷公山秃杉种群生活史特征与空间分布格局 陈志阳,杨摇 宁,姚先铭,等 (2158)…………………………
LAS测算森林冠层上方温度结构参数的可行性 郑摇 宁,张劲松,孟摇 平,等 (2166)……………………………
基于 RS / GIS的重庆缙云山自然保护区植被及碳储量密度空间分布研究
徐少君,曾摇 波,苏晓磊,等 (2174)
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模拟氮沉降增加对寒温带针叶林土壤 CO2 排放的初期影响 温都如娜,方华军,于贵瑞,等 (2185)…………
桂江流域附生硅藻群落特征及影响因素 邓培雁,雷远达,刘摇 威,等 (2196)……………………………………
小浪底水库排沙对黄河鲤鱼的急性胁迫 孙麓垠,白音包力皋,牛翠娟,等 (2204)………………………………
上海池塘养殖环境成本———基于双边界二分式 CVM法的实证研究 唐克勇,杨正勇,杨怀宇,等 (2212)……
稻纵卷叶螟绒茧蜂对寄主的搜索行为 周摇 慧, 张摇 扬, 吴伟坚 (2223)………………………………………
农林复合系统中灌木篱墙对异色瓢虫种群分布的影响 严摇 飞,周在豹,王摇 朔,等 (2230)……………………
苹果脱乙酰几丁质发酵液诱导苹果叶片对斑点落叶病的早期抗性反应
王荣娟,姚允聪,戚亚平,等 (2239)
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专论与综述
气候变化影响下海岸带脆弱性评估研究进展 王摇 宁,张利权,袁摇 琳,等 (2248)………………………………
外来红树植物无瓣海桑引种及其生态影响 彭友贵,徐正春,刘敏超 (2259)……………………………………
问题讨论
城市污泥生物好氧发酵对有机污染物的降解及其影响因素 余摇 杰,郑国砥,高摇 定,等 (2271)………………
4 种绿化树种盆栽土壤微生物对柴油污染响应及对 PAHs的修复 闫文德,梁小翠,郑摇 威,等 (2279)………
研究简报
云南会泽铅锌矿废弃矿渣堆常见植物内生真菌多样性 李东伟,徐红梅,梅摇 涛,等 (2288)……………………
南方根结线虫对不同砧木嫁接番茄苗活性氧清除系统的影响 梁摇 朋, 陈振德, 罗庆熙 (2294)……………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*322*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄04
封面图说: 站立的仓鼠———仓鼠为小型啮齿类动物,栖息于荒漠、荒漠草原等地带的洞穴之中。 白天他们往往会躲在洞穴中睡
觉和休息,以避开天敌的攻击,偶尔也会出来走动,站立起来警惕地四处张望。 喜欢把食物藏在腮的两边,然后再走
到安全的地方吐出来,由此得仓鼠之名。 它们的门齿会不停的生长,所以它们的上下门齿必须不断啃食硬东西来磨
牙,一方面避免门齿长得太长,妨碍咀嚼,一方面保持门牙的锐利。 仓鼠以杂草种子、昆虫等为食。
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 7 期
2012 年 4 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 7
Apr. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金资助(41071338)
收稿日期:2011鄄09鄄09; 摇 摇 修订日期:2012鄄02鄄22
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: slguo@ ms. iswc. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201109091325
周小刚, 郭胜利, 车升国, 张芳, 邹俊亮,张彦军, 南雅芳, 李泽,蒲辉.黄土高原刺槐人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献.生态学报,2012,32
(7):2150鄄2157.
Zhou X G,Guo S L, Che S G, Zhang F,Zou J L,Zhang Y J, Nan Y F, Li Z,Pu H. Aboveground litter contribution to soil respiration in a black locust
plantation in the Loess Plateau. Acta Ecologica Sinica,2012,32(7):2150鄄2157.
黄土高原刺槐人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献
周小刚1,2, 郭胜利1,4,*, 车升国3, 张摇 芳4, 邹俊亮4,张彦军4, 南雅芳4,
李摇 泽4,蒲摇 辉5
(1. 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;
2. 中国科学院研究生院,北京摇 100049;3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京摇 100081;
4. 西北农林科技大学,陕西杨凌摇 712100;5. 昆明龙慧工程设计咨询有限公水保二部,昆明摇 650000)
摘要:于黄土高原沟壑区王东沟小流域 26 年刺槐人工林(Robinia pseudoacacia)中,设置对照(CK)、去除凋落物(no litter, NL)和
倍增凋落物(double litter, DL)3 个处理,利用 Li鄄8100 系统测定各处理的土壤呼吸速率。 结果表明,添加或去除凋落物显著影
响土壤呼吸(P = 0. 091-0. 099),与对照(CK)的土壤呼吸速率(3. 23 滋mol m-2 s-1)相比,添加凋落物(DL)使土壤呼吸速率增
加 26% ,去除凋落物(NL)使土壤呼吸速率减少 22% 。 NL、CK和 DL的累积土壤呼吸分别为 631、787 和 973 g C m-2a-1。 各处
理土壤呼吸速率与土壤温度呈显著的指数关系(R2 =0. 81-0. 90,P < 0. 0001),但与土壤水分的关系不明显。 NL、CK 和 DL 的
Q10 依次为 1. 92、2. 29 和 2. 31。 地表凋落物对土壤呼吸年平均贡献量为 20% 。 相关性分析表明,各测定日地表凋落物贡献与
土壤温度( r=0. 54,P < 0. 05)或土壤水分关系显著( r=0. 68, P < 0. 05)。 刺槐人工林地表凋落物的输入量为 213 g C m-2a-1,
大于凋落物引起的呼吸量 156 g C m-2a-1。 在黄土区通过植被恢复治理水土流失过程中,随着地表凋落物的积累,林地生态系
统的碳汇功能将逐步得到加强。
关键词: 刺槐人工林;土壤呼吸;凋落物;黄土高原
Aboveground litter contribution to soil respiration in a black locust plantation in
the Loess Plateau
ZHOU Xiaogang1,2,GUO Shenli1,4,*, CHE Shengguo3, ZHANG Fang4, ZOU Junliang4,ZHANG Yanjun4, NAN
Yafang4, LI Ze4,PU Hui5
1 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on Loess Plateau, Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and
Ministry of Water Resource, Yangling, 712100, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
4 Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China
5 Kunming Longhui Endineering Design & Consultation Co. , LTD,Kunming 650000, China
Abstract: Aboveground litter is a key factor for carbon sequestration in territorial ecosystems as well as soil conservation in
erosion鄄derived, degraded areas. On the Loess Plateau, understanding aboveground litter contribution to soil respiration
(LC) enhances the investigation of soil C dynamics as a consequence of litter accumulation accompanying vegetation
restoration. Aboveground litter manipulation was carried out in a 26鄄year鄄old black locust plantation ( Robinia
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pseudoacacia) in the Wangdong catchment in the gully region of the Loess Plateau. Litter treatments consisted of no litter
(NL, aboveground litter excluded from plots), control ( CK, normal litter inputs allowed), and double litter ( DL,
aboveground litter doubled by adding litter removed from NL plots) . There were three plots in each treatment, and the plot
size was 1. 5 m伊1. 5 m. Three polyvinyl chloride ( PVC) collars were installed along the diagonal in each plot. Soil
respiration rates (Rs) were measured approximately once every two weeks in 2009 decreasing to once every four weeks in
2010 during the period of April to October in both years using a Li鄄8100 closed chamber system (Li鄄COR, Lincoln, NE,
USA). In total, Rs was measured on 19 occasions during the two鄄year period. Concurrent with each respiration
measurement, soil temperature at the 5鄄cm depth was measured using a Li鄄Cor thermocouple while soil moisture content at
the 5鄄cm depth was also measured using a hand鄄held frequency鄄domain reflectometer (ML2x, Delta鄄T Devices Ltd, UK) at
five locations close to the outer edge of each PVC collar. During the experimental period, the mean Rs in CK was 3. 23
滋mol m-2 s-1 . DL significantly increased Rs in CK by 26% (P = 0. 091) while NL significantly decreased Rs in CK by
22% (P=0. 099). The maximum difference between the Rs of DL ( or NL) and the Rs of CK occurred from July to
September when air temperatures were high and rainfall was sufficient. Soil temperatures showed no treatment differences
(P=0. 48) but the difference of soil moisture contents within treatments was significant (P < 0. 01). The cumulative
CO2 鄄C emissions from NL, CK and DL were 631, 787 and 973 g C m
-2 a-1, respectively. The Rs of NL, CK and DL had
significant exponential correlation (R2 =0. 81 to 0. 90; P < 0. 0001) with soil temperature but had unclear relationships
with soil moisture. The temperature sensitivity of soil respiration, Q10, in NL, CK and DL was 1. 92, 2. 29 and 2. 31,
respectively. And annual mean contribution rate of aboveground litter to soil respiration was 20% . Correlation analysis
showed that litter contribution on every measurement day had significant positive correlativity with soil temperature ( r =
0郾 54, P < 0. 05) or moisture( r=0. 68, P < 0. 05). The aboveground litterfall was 213 g C m-2 a-1,which was greater
than the release of C from respiration caused by aboveground litter (156 g C m-2 a-1). This result has strong implications
for soil C storage, indicating that aboveground litter accumulation in this young black locust plantation may be expected to
continue contributing to the carbon pool in the ecosystem undergoing vegetation restoration and soil conservation measures on
the Loess Plateau, at least in the near future.
Key Words: black locust plantation; soil respiration; litter; the Loess Plateau
地表凋落物是影响水土流失[1鄄6]、生态系统碳汇功能[7鄄8]的重要因素。 在黄土高原地区,地表凋落物在抵
抗雨滴溅蚀[1鄄2]、减少地表径流[3]、增加土壤持水[3]、改善土壤理化性状[4鄄6]等方面已有大量研究,而地表凋落
物鄄土壤呼吸二者之间的关系缺乏报道。
在林地生态系统中,除根系和微生物外,地表凋落物是土壤呼吸的重要来源[7, 9鄄10]。 已有研究结果表明,
不同地区、不同林分下,地表凋落物对土壤呼吸的贡献不同[7, 9鄄16]。 混交阔叶林和热带森林为 37% [7, 10鄄11],亚
热带森林集中在 30%—40% [12,17]。 然而,日本北部林地凋落物的贡献低于 10% [13鄄14]。 热带潮湿低地森
林[18]、地中海混交栎树林[15]、喀斯喀特山脉针叶林[9]和佛罗里达湿地人工松树林[16]的结果则介于 19%—
22% 。 上述研究主要集中在天然林[9鄄11, 15]地表凋落物对土壤呼吸贡献,而对人工林[7, 16]研究较少;其次,在热
带[11,18]、亚热带[7,12,17]或寒温带[13鄄14]研究报道较多。 在半干旱地区,人工林中地表凋落物变化及其对土壤呼
吸的影响研究尚不多见。
地表凋落物除直接影响土壤呼吸变化外[7, 9鄄10],还可通过影响土壤温度、水分及其它理化、生物性状[19鄄21]
间接影响土壤呼吸。 因此,研究不同凋落物条件下土壤呼吸变化及其与土壤温度、水分的关系有助于深入理
解地表凋落物对土壤呼吸的贡献及其影响。
1摇 材料与方法
1. 1 摇 试验地概况
摇 摇 试验地位于黄土高原南部高原沟壑区陕西省长武县洪家镇王东沟小流域,为中国科学院长武黄土高原农
1512摇 7 期 摇 摇 摇 周小刚摇 等:黄土高原刺槐人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献 摇
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业生态试验站(长武站)所在地。 塬面、塬坡和沟谷大约各占小流域的三分之一。 试验地刺槐人工林位于流
域的塬坡上(107毅40忆E,35毅13忆N,西向坡,海拔 1095 m,坡度< 15毅),林地面积 0. 68 hm2,刺槐树龄 26a(1985 年
种植),郁闭度为 80% , 树高(6. 8依1. 6) m,株行距 1. 5 m 伊 1. 5 m,胸径 (6. 4依2. 6) cm。 林下有小灌丛,主要
为茅莓(Rubus parvifolius L. ),其郁闭度 55% ,株高(62. 8依11. 8) cm,密度 2—3株 / m2;草本植物主要为白羊
草(Bothriochloa ischaemum (L. ) Keng),其盖度 75% ,高(42. 5依11. 9) cm。 其它伴生植物有:甘青针茅(Stipa
przewalskyi Roshev. )、赖草 ( Aneurolepidium dasystachys ( Trin. ) Nevski)、野牯草 ( Arundinella hirta ( Thbg. )
Tanke. var. ciliata Koidz. )、兴安胡枝子(Lespedeza davurica (Laxm. ) Schindl. )等。 凋落物层为 1570 g / m2,地
表凋落物的年平均输入量 474 g / m2。 土壤为黄绵土,0—20 cm土层土壤容重、pH、阳离子交换量、有机碳和全
氮分别为 1. 20 g / cm3、8. 3、20. 4 cmol / kg、6. 80 g / kg和 0. 66 g / kg[22]。
长武站多年平均降水 584 mm,7—9月份降水占年总量的 55% ,年平均气温 9. 4 益。 2009 和 2010 年年平
均气温分别为 10. 3 益和 12. 2 益,稍高于多年平均值;2009 年降水(481. 2 mm)低于多年平均值,而 2010 年降
水(582. 7 mm)与多年平均一致。
1. 2摇 试验设计
2009 年 3 月,选择刺槐人工林典型部位(地表凋落物层、树体长势、大小等相对均匀)设置凋落物控制试
验:去除凋落物(NL)、对照(CK)和倍增凋落物(DL)3 个处理。 设置前清除地上的灌丛和草本等植物。 每个
处理 3 个小区,小区大小为 1. 5 m 伊 1. 5 m。 每个小区中沿对角线依次安装 3 个 PVC 管,以降低地表凋落物
层不均匀造成的空间变异。 管外径 20 cm、高 11. 4 cm,出露地面 2 cm。 NL第一次处理时,移走小区内的地表
凋落物,安装 PVC管后,在管上部设置 1. 5 m 伊 1. 5 m、网格 1 mm 伊 1 mm的尼龙网,阻止凋落物落入。 CK允
许凋落物正常进入。 DL 的第一次处理是在安装 PVC 管后,将收集的 NL 凋落物均匀添加至 DL 的各小区范
围内;以后有凋落物时,定期将 NL尼龙网上的凋落物均匀散在 DL各小区。 2009 年初,在林地未干扰的地块
选取 5 个样方,设置 1 m 伊 1 m尼龙网,定期收集网中的凋落物。 所有凋落物样品在 65 益下烘烤 48 h。 直到
质量不发生改变时称重,以此估算地表凋落物的年平均输入量。
1. 3摇 土壤呼吸、温度和水分测定
在 2009 和 2010 年的 4 月—10 月,利用 Li鄄8100 系统(Li鄄COR, Lincoln, NE, USA)于测定日 8:00—12:00
测定不同凋落物处理下的土壤呼吸速率。 2009 年为初始观测年,大约每隔 2 周测定 1 次,到了 2010 年,每隔
4 周测定 1 次。 2a共测定 19 次。 Li鄄8100 系统由主机、短期测量室等组成。 第 1 次测定在 PVC管安置的 24 h
后进行。 为了保证各凋落物处理土壤微环境一致,每次测定前一天,在不扰动 PVC 管的前提下,从根部剪除
其中的小草,并用手去除表层昆虫等活体生物。 测定时,将短期测量室置于事先设置好的 PVC 管上。 短期测
量室与 PVC管接口处有一泡沫垫圈以保证系统的密闭性。 当短期测量室与 PVC 管相连时,尽量不要扰动管
内表面土壤与管本身。 主机内的红外气体分析仪通过检测短期测量室中 CO2 浓度和 H2O 的变化,推算测量
室外土壤 CO2 扩散到空气中的速率。 结果自动记录至储存卡。 5 cm 土壤温度和 5 cm 土壤水分的测定与土
壤呼吸测定同步进行,测定时应尽量靠近 PCV管外壁,各取 5 次重复。 5 cm土壤温度使用 Li鄄 8100 系统的温
度探针测定,而 5 cm土壤水分则采用 FDR(ML 2x, Delta鄄T Devices Ltd, UK)测定。
1. 4摇 数据分析
(1)数据统计分析
利用 SAS软件包中的 PROC GLM(SAS 9. 1,SAS Institute)过程对测定日和观测期内土壤呼吸速率进行显
著性分析,以比较不同凋落物处理之间的差异。 同样地,不同凋落物处理条件下土壤温度和水分变化的显著
性分析同样采用 SAS软件包(PROC GLM)进行。 地表凋落物贡献与土壤温度和土壤水分之间的相关性使用
PROC CORR过程进行分析。 土壤温度和土壤水分是影响土壤呼吸的重要环境因素,利用回归分析(PROC
REG,SAS 9. 1,SAS Institute)评价了土壤温度和土壤水分对土壤呼吸的作用,水分、水分温度交互作用参数的
t值结果显示温度是影响土壤呼吸变异的主导因素。 基于此,利用指数方程(1)来描述土壤呼吸速率 Rs 与土
2512 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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壤温度 t之间的关系。
Rs = 茁0e茁1t (1)
其中, 茁0、 茁1 为模型系数。
土壤呼吸的温度敏感性指数 Q10 依据公式(2)计算。
Q10 = e10茁1 (2)
(2)累积土壤呼吸的估算
各处理测定的 5 cm土壤温度 T0 与试验站的连续观测的 5 cm土壤温度 Ti 有显著的线性相关性(Ti = aT0
+b,NL: R2 = 0. 96, P < 0. 0001; CK: R2 = 0. 93, P < 0. 0001; DL: R2 = 0. 96, P < 0. 0001)。 将非观测日试
验站连续土壤温度 Ti代入方程(1)可得非观测日的土壤呼吸速率 Rsi;观测日土壤呼吸速率 Rsi 为对应处理
平均值。 每日土壤呼吸(CO2 鄄C排放量)的计算公式为:
Di = Rsi 伊 3600 伊 24 伊 12 伊 10
-6 (3)
式中, Di 为每日土壤呼吸(g C / m2), Rsi 为每日土壤呼吸速率(滋mol m
-2 s-1)。 12 为 CO2 鄄C 的摩尔质量(g /
mol),3600、24 和 10-6 均为换算系数。 最后,每日土壤呼吸累加得年累积土壤呼吸。
(3)地表凋落物对土壤呼吸贡献的估算
假设对照与去除凋落物处理土壤微环境一致,利用两种方法计算了地表凋落物对土壤呼吸的贡献。
方法 1摇 对照与去除凋落物处理日土壤呼吸速率观测值的差异及其与对照比值作为地表凋落物的贡献,
用于评价地表凋落物贡献的季节变异性:
LCD =
CKD-NLD
CKD
伊100% (4)
式中,LCD 代表各个测定日地表凋落物的贡献;CKD 和 NLD 分别为测定日当天测定的对照和去除凋落物处理
的土壤呼吸速率平均值(滋mol m-2 s-1)。
方法 2摇 利用对照与去除凋落物处理年累积土壤呼吸的差异与对照比值作为评价地表凋落物的贡献。
计算公式如(5)所示:
LCY =
CKY-NLY
CKY
伊100% (5)
式中,LCY 代表地表凋落物对土壤呼吸的年平均贡献,CKY 和 NLY 分别为对照和去除凋落物处理的年累积土
壤呼吸(g C m-2)。
2摇 结果与分析
2. 1摇 凋落物对土壤温度、水分的影响
试验期间,各处理土壤温度随时间逐渐升高,在 7 月初或 8 月初达到最高值,随后逐渐降低(图 1)。 各处
理土壤温度最高值,2009 年出现在 8 月 2 日,2010 年出现在 7 月 6 日。 试验期间各处理平均土壤温度高低趋
势为 DL > NL > CK,但差异不显著(P = 0. 48)(图 1)。 与土壤温度变化相似,试验期间各处理土壤水分随时
间逐渐升高,在 8 月份中旬达到最高,随后逐渐降低(图 2)。 各处理土壤水分平均值差异显著(P < 0. 01),
2009 年 NL、CK和 DL处理依次为 17. 98% 、19. 19%和 20. 61% ;2010 年依次为 22. 99% 、22. 91%和 24. 01% 。
土壤水分最高值出现的时间滞后于土壤温度最高值的时间。
2. 2摇 凋落物对土壤呼吸的影响
各处理土壤呼吸的变化趋势与土壤温度基本一致(图 1,图 3)。 土壤呼吸随时间升高,于 2009 年 8 月 2
日和 2010 年 7 月 6 日达到最高值,随后逐渐降低。 倍增或去除凋落物显著影响土壤呼吸变化(P = 0. 090-
0郾 099)。 2009 年,DL、CK和 NL各处理平均值高低依次为(4. 04依1. 73)、(3. 18依1. 19)和(2. 41依0. 69) 滋mol
m-2 s-1,DL比 CK 提高 27% ,NL 比 CK 减少 24% ;2010 年,DL、CK 和 NL 各处理平均值高低依次为(4. 10依
2郾 13)、(3. 27依1. 63)和(2. 65依1. 15) 滋mol m-2 s-1,DL 比 CK 提高 25% ,NL 比 CK 减少 19% 。 2a 观测期内,
3512摇 7 期 摇 摇 摇 周小刚摇 等:黄土高原刺槐人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献 摇
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t
图 1摇 2009—2010 年不同凋落物处理下土壤温度动态变化
Fig. 1摇 Dynamics of soil temperature at different litter treatments in 2009—2010
m
图 2摇 2009—2010 年不同凋落物处理土壤水分动态变化
Fig. 2摇 Dynamics of soil moisture at different litter treatments in 2009—2010
与对照(3. 23 滋mol m-2 s-1)相比,倍增凋落物使土壤呼吸提高 26% ,去除凋落物使土壤呼吸减少 22% 。 在高
温多雨,植物生长旺盛的 7—9月份,倍增或去除处理土壤呼吸与对照的差异最大(图 3)。
NL、CK和 DL土壤呼吸与土壤温度呈显著的指数关系(R2 = 0. 81-0. 90,P < 0. 0001,图 4),但 NL、CK和
DL的 Q10 依次为 1. 92、2. 29 和 2. 31。 这一结果表明,凋落物不同处理方式影响土壤呼吸对温度的敏感性。
与对照处理(CK)相比,去除凋落物处理(NL)Q10(1. 92)降低而倍增凋落物处理(DL)略有升高。 然而,NL、
CK和 DL土壤呼吸与水分的关系不明显(图 4)。
2. 3摇 凋落物对土壤呼吸的贡献
地表凋落物对土壤呼吸的贡献具有明显的季节性(图 5)。 地表凋落物对土壤呼吸的贡献,2009 年在低
温少雨的春季(2009 年 4 月 28 日)达到最低值(6依10)% ,随后逐渐上升,在高温多雨的夏季(2009 年 8 月 2
日)达到最高值(35依2)% ,然后逐渐降低;2010 年与 2009 年变化类似,在低温少雨的春季(2010 年 4 月 25
日)达到最低值(4依5)% ,随后逐渐上升,在高温多雨的夏季达(2010 年 7 月 6 日)到最高值(33依6)% ,然后逐
渐降。
从年累积土壤呼吸来看,2009 年 DL、CK 和 NL 处理分别为 972、787、630 g C m-2a-1,DL 比 CK 提高了
24% ,NL比 CK减少了 20% ;2010 年依次为 973、788 和 632 g C m-2a-1,DL比 CK提高了 23% ,NL比 CK减少
4512 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 3摇 2009—2010 年不同凋落物处理下土壤呼吸速率的动态变化
Fig. 3摇 Dynamics of soil respiration rates at different treatments in 2009—2010
*** 表示 DL与 CK差异达到显著水平(P < 0. 05);* 表示 NL与 CK差异达到显著水平(P < 0. 05);NS则代表 DL与 CK或者 NL与 CK
之间的差异未达到显著水平(P < 0. 05)
了 20% 。 2009 年 DL、CK和 NL处理的累积土壤呼吸与 2010 年一致。 2a平均,NL、CK和 DL累积土壤呼吸分
别为 631、787 和 973 g C m-2a-1。 地表凋落物对土壤呼吸的贡献为 20% 。
土壤温度 Soil temperature at 5cm/?C
图 4摇 土壤呼吸速率与 5 cm土壤温度、5 cm土壤水分的关系
Fig. 4摇 The relationships between soil respiration rates and soil temperature or soil moisture at 5 cm
3摇 讨论
3. 1摇 半干旱地区凋落物对土壤呼吸贡献变异性与土壤水热变化的关系
研究表明,凋落物对土壤呼吸的贡献的季节变异性与水热的季节变化有关[15, 17]。 在地中海混交栎树林
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图 5摇 2009—2010 年各观测日地表凋落物对土壤呼吸的贡献
Fig. 5摇 Aboveground litter contribution to soil respiration during the experimental period in 2009—2010
中,受夏季干旱影响,凋落物对土壤呼吸的贡献仅为 15% ,低于降水充裕的秋季(29% ) [15]。 在亚热带森林
中,凋落物对土壤呼吸贡献的高峰期出现在雨季,占全年贡献量的 60%以上,显著高于旱季[17]。 本研究也发
现,凋落物贡献在低温少雨的春季最低(2009,(6依10)% ;2010,(4依5)% ),而在高温多雨的夏季达到最高值
(2009,(35依2)% ;2010,(33依6)% )。 相关性分析则表明,本研究中,各测定日凋落物贡献与土壤温度( r =
0郾 54, P<0郾 05)或土壤水分( r=0. 68, P < 0. 05)的相关性达到显著;而在亚热带森林中[17],凋落物贡献与土
壤水分的相关系数较高,而与温度相关性不明显。 这可能是因为不同地区,凋落物分解的控制因素不同。 在
亚热带,水分是影响凋落物分解的限制性因素,因而凋落物贡献对水分较敏感;而在半干旱地区,水分缺乏,温
度和水分共同影响凋落物分解。
相应地,凋落物贡献的空间变异性与水热空间分布差异有关。 在成熟林中,从寒温带、温带到热带,森林
凋落物的贡献逐渐升高,并且与年平均气温和降水呈正相关[23]。 在热带、亚热带地区[11鄄12, 17]水热条件较好,
凋落物分解速率高,因而凋落物对土壤呼吸的贡献高(30%—40% )。 温带地区水热条件稍差,凋落物对土壤
呼吸的贡献在 20%左右[9, 15]。 寒温带地区[13鄄14],土壤温度偏低,致使微生物分解速率下降,这可能是导致凋
落物贡献低于 10%的主要原因。 本研究区地处温带大陆性季风气候区,研究结果与温带地区的报道一致。
3. 2摇 凋落物变化对黄土区刺槐林地生态系统碳汇功能的影响
随着植被恢复和生态环境建设的实施,黄土高原地区林地生产力和地表凋落物量逐渐增加[6, 24鄄26]。 本研
究中,地表凋落物的碳输入量 213 g C m-2a-1(凋落物年平均输入量为 474 g m-2a-1,以含碳量 0. 45 计算),大
于凋落物引起的呼吸量 156 g C m-2a-1(CK与 NL的年平均累计土壤呼吸之差)。 这一结果表明,本研究刺槐
人工林中地表碳因凋落物输入仍处于持续增加的过程。 其次,与 NL 相比,DL 土壤呼吸的增加量是 CK 增加
量的两倍,即随着凋落物量增加一倍,凋落物引起的呼吸量也相应增加 1 倍,提高凋落物积累量并不显著导致
额外土壤呼吸的提高,即正激发效应不显著。 因此,在其它条件不变前提下,随着凋落物积累,黄土区刺槐人
工林中地表碳持续增加。 因此,在植被恢复过程中,随着地表凋落物的积累,黄土区不仅水土流失得到有效降
低[1鄄2],而且林地生态系统的碳汇功能将逐步得到加强。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 7 April,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Theoretical framework and key techniques of urban ecological landscape research SUN Ranhao,XU Zhongliang, CHEN Liding,et al (1979)………
Response of sinapate esters in Arabidopsis thaliana to UV鄄B radiation LI Min, WANG Yin, MU Xiaofei, et al (1987)………………
Biosorption of lead (域) and cadmium (域) from aqueous solution by Chlorella pyrenoidsa and its influential factors
JIANG Jing, LI Liang, LI Haipeng,et al (1995)
………………
……………………………………………………………………………………
Response of pear jujube trees on fruit development period to different soil water potential levels
HAN Lixin,WANG Youke,ZHANG Linlin (2004)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
An approach for analyzing resources metabolism of industrial ecosystems
SHI Xiaoqing, YANG Jianxin, WANG Rusong,et al (2012)
………………………………………………………………
………………………………………………………………………
Establishment of environmental sustainability assessment indicators based on material flow and ecological footprint model in
Tongling City of Anhui Province ZHAO Huihui, WANG Yuan, GU Xueming, et al (2025)……………………………………
Health status evaluation of the farmland supply function at county level in Hebei Province
BAI Linhong,WANG Wei,ZHANG Yu (2033)
……………………………………………
………………………………………………………………………………………
Inhibition effects and mechanisms of the endophytic fungus Chaetomium globosum L18 from Curcuma wenyujin
WANG Yanhong, WU Xiaomin, ZHU Yanping, et al (2040)
………………………
………………………………………………………………………
Water use of walnut鄄wheat intercropping system based on stable carbon isotope technique in the low hilly area of North China
HE Chunxia, MENG Ping, ZHANG Jinsong, et al (2047)
………
…………………………………………………………………………
Spatial heterogeneity of soil microbial biomass carbon, nitrogen, and phosphorus in sloping farmland in a karst region on the
Yunnan鄄Guizhou Plateau ZHANG Liqing, PENG Wanxia, SONG Tongqing, et al (2056)………………………………………
Relationship among rice root aerechyma, root radial oxygen loss and rhizosphere nitrification LI Yilin (2066)………………………
Effects of Eriosoma lanigerum (Hausmann) on physiological indices of different apple cultivars
WANG Xicun, YU Yi, ZHOU Hongxu, et al (2075)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of P鄄efficient transgenic soybean on rhizosphere microbial community JIN Lingbo, ZHOU Feng, YAO Juan,et al (2082)……
Detecting major phenological stages of rice using MODIS鄄EVI data and Symlet11 wavelet in Northeast China
XU Yanyan, ZHANG Jiahua, YANG Limin (2091)
…………………………
…………………………………………………………………………………
Cropping system optimization based on the comparative analysis of precipitation utilization in Sichuan Province
WANG Mingtian, QU Huihui,YANG Xiaoguang, et al (2099)
………………………
……………………………………………………………………
The impacts of global climatic change on chilling damage distributions of maize in Northeast China
GAO Xiaorong, WANG Chunyi, ZHANG Jiquan (2110)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of fertilization on ammonia volatilization from paddy fields in Chao Lake Basin ZHU Xiaohong,MA Zhongwen,MA Youhua, et al (2119)……
Effects of arbuscular mycorrhizal fungus on net ion fluxes in the roots of trifoliate orange(Poncirus trifoliata) and mineral
nutrition in seedlings under zinc contamination XIAO Jiaxin, YANG Hui, ZHANG Shaoling (2127)……………………………
The effect of red 颐far red ratio on the stomata characters and stomata conductance of Chrysanthemum leaves
YANG Zaiqiang, ZHANG Jing, JIANG Xiaodong, et al (2135)
…………………………
……………………………………………………………………
Dynamic characteristics of litterfall and nutrient return of four typical forests along the altitudinal gradients in Mt. Shennongjia,
China LIU Lei, SHEN Guozhen,CHEN Fangqing, et al (2142)…………………………………………………………………
Aboveground litter contribution to soil respiration in a black locust plantation in the Loess Plateau
ZHOU Xiaogang,GUO Shenli, CHE Shengguo, et al (2150)
……………………………………
………………………………………………………………………
Life history and spatial distribution of a Taiwania flousiana population in Leigong Mountain, Guizhou Province, China
CHEN Zhiyang, YANG Ning,YAO Xianming, et al (2158)
………………
………………………………………………………………………
The feasibility of using LAS measurements of the turbulence structure parameters of temperature above a forest canopy
ZHENG Ning, ZHANG Jinsong, MENG Ping, et al (2166)
………………
………………………………………………………………………
Spatial distribution of vegetation and carbon density in Jinyun Mountain Nature Reserve based on RS / GIS
XU Shaojun, ZENG Bo,SU Xiaolei,et al (2174)
……………………………
……………………………………………………………………………………
Early nitrogen deposition effects on CO2 efflux from a cold鄄temperate coniferous forest soil
WENDU Runa, FANG Huajun, YU Guirui,et al (2185)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Epilithic diatom assemblages distribution in Gui River basin, in relation to chemical and physiographical factors
DENG Peiyan, LEI Yuanda, LIU Wei, et al (2196)
……………………
………………………………………………………………………………
Acute stress caused by sand discharging on Yellow River Carp (Cyprinus carpio) in Xiaolangdi Reservoir
SUN Luyin, Baiyinbaoligao, NIU Cuijuan,et al (2204)
……………………………
……………………………………………………………………………
Environmental cost of pond aquiculture in Shanghai: an empirical analysis based on double鄄bounded dichotomous CVM method
TANG Keyong, YANG Zhengyong, YANG Huaiyu,et al (2212)
……
……………………………………………………………………
Host searching behaviour of Apanteles cypris Nixon (Hymenoptera: Braconidae) ZHOU Hui, ZHANG Yang, WU Weijian (2223)…
The effect of hedgerows on the distribution of Harmonia axyridis Pallas in agroforestry systems
YAN Fei, ZHOU Zaibao,WANG Shuo, et al (2230)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Induction of early resistance response to Alternaira alternate f. sp. mali in apple leaves with apple and chitosan fermentation broth
WANG Rongjuan,YAO Yuncong,QI Yapinget al (2239)
…
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
Research into vulnerability assessment for coastal zones in the context of climate change
WANG Ning, ZHANG Liquan, YUAN Lin, et al (2248)
………………………………………………
…………………………………………………………………………
Introduction and ecological effects of an exotic mangrove species Sonneratia apetala
PENG Yougui, XU Zhengchun, LIU Minchao (2259)
……………………………………………………
………………………………………………………………………………
Discussion
Degradation of organic contaminants with biological aerobic fermentation in sewage sludge dewatering and its influencing factors
YU Jie,ZHENG Guodi,GAO Dinget al (2271)
……
………………………………………………………………………………………
Remediation of soils contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) using four greening tree species
YAN Wende, LIANG Xiaocui, ZHENG Wei,et al (2279)
…………………
…………………………………………………………………………
Scientific Note
Diversity of endophytic fungi from six dominant plant species in a Pb鄄Zn mine wasteland in China
LI Dongwei, XU Hongmei, MEI Tao, et al (2288)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of Meloidogyne incognita on scavenging system of reactive oxygen species in tomato seedlings grafted with different rootstocks
LIANG Peng,CHEN Zhende, LUO Qingxi (2294)
…
…………………………………………………………………………………
《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。
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第 32 卷摇 第 7 期摇 (2012 年 4 月)
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