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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 17 期摇 摇 2012 年 9 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
基于生物生态因子分析的长序榆保护策略 高建国,章摇 艺,吴玉环,等 (5287)…………………………………
闽江口芦苇沼泽湿地土壤产甲烷菌群落结构的垂直分布 佘晨兴,仝摇 川 (5299)………………………………
涡度相关观测的能量闭合状况及其对农田蒸散测定的影响 刘摇 渡,李摇 俊,于摇 强,等 (5309)………………
地下滴灌下土壤水势对毛白杨纸浆林生长及生理特性的影响 席本野,王摇 烨,邸摇 楠,等 (5318)……………
绿盲蝽危害对枣树叶片生化指标的影响 高摇 勇,门兴元,于摇 毅,等 (5330)……………………………………
湿地资源保护经济学分析———以北京野鸭湖湿地为例 王昌海,崔丽娟,马牧源,等 (5337)……………………
湿地保护区周边农户生态补偿意愿比较 王昌海,崔丽娟,毛旭锋,等 (5345)……………………………………
湿地翅碱蓬生物量遥感估算模型 傅摇 新,刘高焕,黄摇 翀,等 (5355)……………………………………………
增氮对青藏高原东缘典型高寒草甸土壤有机碳组成的影响 郑娇娇,方华军,程淑兰,等 (5363)………………
大兴安岭 2001—2010 年森林火灾碳排放的计量估算 胡海清,魏书精,孙摇 龙 (5373)…………………………
基于水分控制的切花百合生长预测模型 董永义,李摇 刚,安东升,等 (5387)……………………………………
极端干旱区增雨加速泡泡刺群落土壤碳排放 刘殿君,吴摇 波,李永华,等 (5396)………………………………
黄土丘陵区土壤有机碳固存对退耕还林草的时空响应 许明祥,王摇 征,张摇 金,等 (5405)……………………
小兴安岭 5 种林型土壤呼吸时空变异 史宝库,金光泽,汪兆洋 (5416)…………………………………………
疏勒河上游土壤磷和钾的分布及其影响因素 刘文杰,陈生云,胡凤祖,等 (5429)………………………………
COI1 参与茉莉酸调控拟南芥吲哚族芥子油苷生物合成过程 石摇 璐,李梦莎,王丽华,等 (5438)……………
Gash模型在黄土区人工刺槐林冠降雨截留研究中的应用 王艳萍,王摇 力,卫三平 (5445)……………………
三峡水库消落区不同海拔高度的植物群落多样性差异 刘维暐,王摇 杰,王摇 勇,等 (5454)……………………
基于 SPEI的北京低频干旱与气候指数关系 苏宏新,李广起 (5467)……………………………………………
山地枣树茎直径对不同生态因子的响应 赵摇 英,汪有科,韩立新,等 (5476)……………………………………
幼龄柠条细根的空间分布和季节动态 张摇 帆,陈建文,王孟本 (5484)…………………………………………
山西五鹿山白皮松群落乔灌层的种间分离 王丽丽,毕润成,闫摇 明,等 (5494)…………………………………
长期施肥对玉米生育期土壤微生物量碳氮及酶活性的影响 马晓霞,王莲莲,黎青慧,等 (5502)………………
基于归一化法的小麦干物质积累动态预测模型 刘摇 娟,熊淑萍,杨摇 阳,等 (5512)……………………………
上海环城林带景观美学评价及优化策略 张凯旋,凌焕然,达良俊 (5521)………………………………………
旅游风景区旅游交通系统碳足迹评估———以南岳衡山为例 窦银娣,刘云鹏,李伯华,等 (5532)………………
一种城市生态系统现状评价方法及其应用 石惠春,刘摇 伟,何摇 剑,等 (5542)…………………………………
黄海中南部细纹狮子鱼的生物学特征及资源分布的季节变化 周志鹏,金显仕,单秀娟,等 (5550)……………
蓝藻堆积和螺类牧食对苦草生长的影响 何摇 虎,何宇虹,姬娅婵,等 (5562)……………………………………
黑龙江省黄鼬冬季毛被分层结构及保温功能 柳摇 宇,张摇 伟 (5568)……………………………………………
虎纹蛙选择体温和热耐受性在个体发育过程中的变化 樊晓丽,雷焕宗,林植华 (5574)………………………
水丝蚓对太湖沉积物有机磷组成及垂向分布的影响 白秀玲,周云凯,张摇 雷 (5581)…………………………
专论与综述
城市绿地生态评价研究进展 毛齐正,罗上华,马克明,等 (5589)…………………………………………………
全球变化背景下生态学热点问题研究———第二届“国际青年生态学者论坛冶
万摇 云,许丽丽,耿其芳,等 (5601)
…………………………………
……………………………………………………………………………
研究简报
雅鲁藏布江高寒河谷流动沙地适生植物种筛选和恢复效果 沈渭寿,李海东,林乃峰,等 (5609)………………
学术信息与动态
生态系统服务时代的来临———第五届生态系统服务伙伴年会述评 吕一河,卫摇 伟,孙然好 (5619)…………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*334*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄09
封面图说: 带雏鸟的白枕鹤一家———白枕鹤是一种体型略小于丹顶鹤的优美的鹤。 体羽蓝灰色,腹部较深,背部较浅,脸颊两
侧红色,头和颈的后部及上背为白色,雌雄相似。 其虹膜暗褐色,嘴黄绿色,脚红色。 白枕鹤常常栖息于开阔平原芦
苇沼泽和水草沼泽地带,有时亦出现于农田和海湾地区,尤其是迁徙季节。 主要以植物种子、草根、嫩叶和鱼、蛙、软
体动物、昆虫等为食。 繁殖区在我国北方和西伯利亚东南部。 我国白枕鹤多在黑龙江、吉林、内蒙古繁殖,与丹顶鹤
的繁殖区几乎重叠,为国家一级保护动物。
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 17 期
2012 年 9 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 17
Sep. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:林业公益性行业科研专项(201104077);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金重点项目(CAFYBB2007008)资助
收稿日期:2012鄄02鄄08; 摇 摇 修订日期:2012鄄07鄄02
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: Luqi@ caf. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201202080161
刘殿君,吴波,李永华,朱雅娟,卢琦.极端干旱区增雨加速泡泡刺群落土壤碳排放.生态学报,2012,32(17):5396鄄5404.
Liu D J, Wu B, Li Y H, Zhu Y J, Lu Q. Rain enrichment鄄accelerated carbon emissions from soil in a Nitraria sphaerocarpa community in hyperarid region.
Acta Ecologica Sinica,2012,32(17):5396鄄5404.
极端干旱区增雨加速泡泡刺群落土壤碳排放
刘殿君,吴摇 波,李永华,朱雅娟,卢摇 琦*
(中国林业科学研究院荒漠化研究所,国家林业局林木培育重点实验室,北京摇 100091)
摘要:以极端干旱区(敦煌)泡泡刺群落为研究对象,采用动态气室法(Li鄄 8100,USA)于 2010 年 5 月至 9 月测定分析了生长季
内增雨对泡泡刺群落土壤碳排放量的影响。 结果表明:裸地和灌丛在 09:00—11:00 的碳排放量与全天碳排放量具有线性正相
关关系(裸地 R2 =0. 31—0. 76,P<0. 001;灌丛 R2 =0. 85—0. 96,P<0. 001)。 增雨 50% (4 mm)—300% (24 mm)能够加速裸地和
灌丛土壤的碳排放,每增雨 1 mm,裸地和灌丛土壤的碳排放分别增加 0. 27 和 1. 12 g / m2。 当泡泡刺群落盖度一定时,与对照相
比,每增加 1 mm降雨,泡泡刺群落土壤碳排放量增加 0. 69 g / m2。 在未来中国西北干旱地区降雨增加背景下,这一研究数据将
为进一步估算该区域群落或生态系统碳收支提供可靠的参考数据。
关键词:人工模拟增雨;极端干旱区;土壤碳排放量;泡泡刺
Rain enrichment鄄accelerated carbon emissions from soil in a Nitraria sphaerocarpa
community in hyperarid region
LIU Dianjun, WU Bo, LI Yonghua, ZHU Yajuan, LU Qi*
Institute of Desertification Studies, Chinese Academy of Forestry, Key Laboratory of Tree breading and cultivation of State Forestry Administration, Beijing
100091, China
Abstract: Our previous research showed an increasing trend of rainfall in a temperate arid region of China. In this study, to
address potential effects of additional rain on carbon emissions of an arid ecosystem, we conducted a field manipulative
experiment with five simulated rain addition treatments ( four rain addition treatments and one for comparison) . Each
treatment included four repetitive plots, each with an area of approximately 113 m2, in Dun Huang, Gansu. The design
simulated rain increases of 0% (CK), 50% , 100% , 200% and 300% of the long鄄term (1978—2008) average annual
precipitation (40 mm) at the study site. We used the Li鄄8100 automated soil CO2 flux system in a Nitraria sphaerocarpa
community during the growing season, from May to September 2010. Our results showed a linear positive correlation in soil
carbon emissions between 09:00—11:00 and 24:00 hours for vegetated and bare soil ( bare soil R2 = 0. 31—0. 76, P<
0郾 001; vegetated soil R2 =0. 85—0. 96, P<0. 001). The rain increases accelerated vegetated and bare soil respiration in
the plots. Compared with the control group, soil carbon emissions of bare soil increased by 8. 83, 11. 03, 26. 64, 31. 69
g / m2,and the emissions of vegetated soil increased by 30. 02, 45. 34, 98. 08, 133. 90 g / m2 with the 0% (CK), 50% ,
100% , 200% and 300% treatments, respectively. Soil carbon emissions of vegetated soil were three times greater than
those of bare soil during the growing season, which was statistically significant. There was a significant linear correlation
between soil carbon emissions and precipitation during the growing season, in both bare soil and vegetated soil. With a
1 mm increase in rainfall, soil carbon emissions in vegetated and bare soils increased 1. 12 g / m2 and 0. 27 g / m2,
respectively. With a given community cover, every 1 mm rainfall increase produced an additional 0. 69 g / m2 of soil carbon
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emission, relative to the control treatment.
We developed a multiple linear regression model for community coverage, precipitation and soil carbon emissions of a
community of Nitraria sphaerocarpa, and found that soil carbon emissions of the control group were 2. 97—6. 55 kg from
May to September. During the growing season, when community coverage was eight percent, soil carbon emissions of the
community increased by 0. 62, 2. 18, 5. 30 and 8. 42 kg with the 0% (CK), 50% , 100% , 200% and 300% treatments,
respectively. With community coverage at nineteen percent, the emissions respectively increased by 1. 56, 3. 12, 6. 24 and
9. 36 kg for those same treatments. For community coverage of thirty鄄eight percent, the respective emission increases were
2. 50, 4. 06, 7. 18 and 10. 30 kg. This study is important for estimating the ecosystem carbon budget in the arid region of
Northwest China with future rainfall increases.
Key Words: rain addition; hyperarid region; soil carbon emissions; Nitraria sphaerocarpa
未来我国干旱地区的降水有增加的趋势[1鄄6],降水的增加能够改变生态系统的结构和功能,尤其是在干
旱地区,水分作为主要限制因子,其变化对干旱区生态系统影响将更为显著[7鄄9]。 土壤碳库不仅是生态系统
重要组分,而且其动态变化更是直接影响全球气候变暖进程[10鄄11]。 研究显示,土壤呼吸是陆地生态系统向大
气排放 CO2 的最主要方式之一[12]。 据估算,全球陆地生态系统由土壤呼吸每年排放到大气的碳通量达到
64—100 PgC[13鄄14],大约为化石燃料碳排放量的 11 倍[15]。
土壤呼吸速率(或土壤碳通量)作为评价土壤碳库动态的关键因子,备受全球生态学家共同关注。 随降
雨增加,土壤呼吸具有增加趋势[16]。 然而在干旱区,研究降雨变化对土壤碳库的影响相对较少。 主要原因是
(1)土壤呼吸速率测定困难;(2)系统异质性较高;(3)无法长期动态跟踪自然降雨的变化。 虽然个别研究者
利用人工增雨的模式研究水分对土壤呼吸速率的影响[17],但其研究仅跟踪单次降雨、或在人工模拟降雨中仅
仅利用小的样方,或在室内利用盆栽实验获得结果,所以无法很好的反映干旱区土壤呼吸与降雨的共变特征。
为克服以上缺点,利用成熟的技术设备,通过跟踪测定,利用一天内典型时段(09:00—11:00)替代法,研究日
尺度上的土壤呼吸特征,通过累积法获得生长季节 CO2 的排放总量;利用大样方调查法,以减少异质性的影
响;并且采用开放式人工模拟增雨实验,选择自然植被,长期跟踪研究土壤呼吸与降水的关系。
本研究依托位于我国西北极端干旱区的野外增雨实验地,以典型植物群落的优势物种泡泡刺(Nitraria
sphaerocarpa)为研究对象。 通过对生长季节土壤呼吸速率的跟踪测定,计算了不同增雨处理下裸地和灌丛的
碳排放量,分析了碳排放量和增雨量之间的相互关系,据此建立了群落盖度、降雨量与群落土壤碳排放量的关
系模型,并通过模型来预测不同盖度样地降雨对土壤碳排放量的影响。 为今后全球变化背景下预测该区域群
落或生态系统碳收支提供重要的数据支撑。
1摇 研究地区与方法
1. 1摇 研究区概况
研究地位于河西走廊最西端的甘肃省敦煌市。 该区深居西北内陆,降水稀少,多年平均降水量仅 40 mm,
年内主要集中在夏秋季节(5—9月);而且年际变幅巨大,敦煌 1950—2010 年气象观测数据显示的年降水量
为 0—120 mm。 实验地位于敦煌市区以东 30 km处(图 1),位于山麓砾石洪积扇的边缘,土壤为石质荒漠土。
在土壤表层覆薄沙的地段,植被以泡泡刺为主,其它常见伴生种有戈壁沙拐枣(Calligonum gobicum)和骆驼刺
(Alhagi sparsifolia)。 样地植被盖度为 8%—30% 。 泡泡刺能够挡风阻沙并形成泡泡刺灌丛沙包,其直径多分
布在 0. 5—1. 5 m之间,高度在 2 m以下。 但是由于植被覆盖度低加之地表风速较大,凋落物很难存留。
1. 2摇 试验设置
2008 年,在实验区设置了 4 个增雨处理样地和 1 个对照样地,每个处理 4 次重复,共 20 个实验样地,所有
样地均采用随机区组排列(图 2)。 每个实验样地半径 6 m,面积约 113 m2,为减少样地之间的相互干扰,样地
之间的间隔不少于 5 m。 采用全光照喷雾增雨系统[18]进行人工模拟增雨,喷灌高度以刚好高过样地内最大
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植被高度为准。
图 1摇 研究地位置
Fig. 1摇 Location of study plots
图 2摇 实验样地分布示意图
Fig. 2摇 Distribution map of sample area
增雨从 2009 年开始,并持续至今,增雨量以敦煌多年平均降水量 40 mm 为基准,4 个增雨处理样地每年
分别增雨 50% 、100% 、200%和 300% 。 增雨在每年生长季节(5—9月)分 5 次完成,每次增雨在 10 号左右进
行。 为尽可能降低风和蒸腾对增雨的影响,每次增雨均在 10:00 前完成。
1. 3摇 土壤呼吸速率的测定
2010 年 5—9月份,采用土壤 CO2 通量测定系统(Li鄄 8100,LI鄄 C0R Inc. , Lincoln, NE, USA)测定土壤呼
吸。 为比较植被对土壤呼吸的影响,在每个样方内分别选择泡泡刺灌丛顶部和泡泡刺灌丛外的裸地作为土壤
呼吸观测点。 土壤呼吸测定前 1—2 d在每个观测点分别嵌入 1 个用 PVC 管制作的土壤呼吸测定基座(Soil
collar),基座内壁直径 10 cm,壁厚 0. 3 cm,高 8 cm,出露地表约 2 cm。 土壤呼吸在增雨前 1 d测定 1 次,依据
增雨后土壤呼吸的变化规律,在增雨后初期(第 1 周)、中期(第 2 周)和末期(第 3 周—第 4 周)进行观测,如
遇阴雨天等不适宜测量的天气则向后顺延。 5、6、7、8、9 月分别测定 13、11、11、11、6 次(9 月份阴天较多,影响
测定次数)。 测定在每天 9:00—11:00(北京时间)完成。
另外,为了准确计算增雨后土壤的碳排放量,分别在每月进行 3 次(9 月 2 次)全天土壤呼吸的测定,受天
气条件等因素的影响,每月测定日期稍有调整,具体日期详见表 1。 每次全天测定从当日 9:00 开始、次
日 6:00 结束,每 3h测量 1 次,每天共测量 8 次。
1. 4摇 气象数据收集
为监测样地周围小气候特征,在样地附近设置了小型自动气象观测站。 据气象观测数据显示,研究区气
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温在 5—9月呈单峰曲线变化(图 3)。 整个生长季内 7 月平均气温最高,为 27. 5 益,9 月平均气温最低,为
16. 9 益。 2010 年整个生长季内自然降雨量只有 17. 1 mm。
表 1摇 每月增雨后全天土壤呼吸测定日期
Table 1摇 Diurnal soil respiration measurement date after rain enrichment every month
增雨日期
Date of rain enrichment 5鄄12 6鄄11 7鄄12 8鄄10 9鄄10
全天土壤呼吸测量日期
Date measurement 5鄄13 5鄄17 6鄄10 6鄄12 6鄄20 7鄄5 7鄄13 7鄄23 8鄄5 8鄄11 8鄄20 9鄄4 9鄄11 9鄄18
增雨后天数
The number of days after rain enrichment 1 5 28 1 8 23 1 11 26 1 10 25 1 8
图 3摇 研究区 2010 年 5 月至 10 月气温和降雨变化
Fig. 3摇 Changing trend of air temperature and precipitation in study area form May to October, 2010
1. 5摇 数据统计与分析
运用 Li鄄8100 软件系统将土壤呼吸观测数据导出。 利用 SPSS13. 0 对 9:00—11:00 所测土壤呼吸速率瞬
时值与全天土壤呼吸碳排放量进行回归分析,对相同覆被类型不同增雨处理的碳排放量进行单因素方差分
析,对不同覆被类型不同增雨处理的碳排放量进行多重比较。 用 Sigmaplot10. 0 软件绘图。
1. 5. 1摇 全天碳排放量的计算
把一天中每 3h测定 1 次的土壤呼吸速率作为这 3h 的平均值,将 9:00、12:00、15:00、18:00、21:00、次日
00:00、3:00、6:00 测定的 8 次土壤呼吸速率利用公式(1)计算得到这一天的土壤呼吸碳排放量。
Cdaily = (SR1 + SR2 + … + SR8) 伊 12 伊 3 伊 3600 / 1000000 (1)
式中,Cdaily 是全天土壤呼吸碳排放量(g·m
-2·d-1);SR1,SR2,…,SR8 分别代表 9:00、12:00,…,翌日凌晨 6:00
测定的土壤呼吸速率(滋 mol·m-2·s-1)。
1. 5. 2摇 生长季碳排放量的计算
采用线性回归法分别对裸地和灌丛的碳排放量进行估算。 首先利用每个月的全天观测数据建立 9:00—
11:00 所测土壤呼吸速率瞬时值与全天土壤呼吸碳排放量的线性回归方程(2),求出系数 a 和 b;然后将每月
9:00—11:00 所测 10 次左右的土壤呼吸速率求平均作为该月平均每天的土壤呼吸速率,代入方程(2)计算这
个月平均每天的碳排放量,用平均每天碳排放量乘以每个月的天数求出每月的碳排放量。 将每月碳排放量求
和得到整个生长季的碳排放量。
C^daily = a 伊 SR1 + b (2)
式中,SR1 是当日 9:00—11:00 的测定的土壤呼吸速率;a和 b为系数。
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2摇 结果
图 4摇 土壤呼吸速率瞬时值与全天土壤呼吸碳排放量的回归方程
Fig. 4摇 The functions and model fit parameters between soil respiration measured in 9:00—11:00 (SR9:00, 滋 mol m-2 s-1 ) with total C
emission (Cdaily, gC·m-2) over the diurnal dynamic on bare soil and vegetated soils
2. 1摇 9:00—11:00 土壤呼吸瞬时值与全天碳排放量的相关关系
如图 4 所示,无论是裸地还是灌丛,全天碳排放量与当日 9:00—11:00 所测土壤呼吸速率瞬时值间存在
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明显的正相关关系(P<0. 001)。 在裸地上, 9:00—11:00 所测土壤呼吸速率瞬时值可解释全天土壤碳排放量
变异的 31%—76% ,R2 平均值为 60% ;在灌丛下,9:00—11:00 所测土壤呼吸速率瞬时值可以解释全天土壤
碳排放量变异的 85%—96% ,R2 平均值达 89% (图 4)。
从各月土壤呼吸速率(9:00—11:00)与全天碳排放量的一元线性回归方程来看,其回归系数有一定的变
化趋势(图 4)。 回归系数是表明变量之间数量的增减关系的,在生长季,裸地和灌丛拟合方程的回归系数都
呈先增大后减小的抛物线型变化;裸地 6、7、8 月份回归系数较大,表明在这 3 个月当中裸地 9:00—11:00 的
土壤呼吸速率对全天碳排放量的影响程度较大;灌丛上拟合方程的回归系数在 5—9月都较大。 因此,裸地在
生长季旺期,9:00—11:00 土壤呼吸速率对全天碳排放量的代表性更高,而灌丛在整个生长季都有很高的代
表性。
与回归系数相同,线性回归方程的判断系数 R2 在生长季也呈先增大后减小的抛物线型变化,同样说明在
生长季旺期,9:00—11:00 土壤呼吸速率对全天碳排放量的代表性更高。
图 5摇 生长季各增雨处理碳排放总量
摇 Fig. 5摇 Carbon emission of different rain enrichment in growing
season摇
图中 CK代表 0%处理即对照,相同字母代表 P<0. 05 水平差异不
显著;不同字母代表 P<0. 05 水平差异显著
2. 2摇 生长季裸地和灌丛碳排放量
单因素方差分析的结果表明,增雨处理显著影响灌
丛和裸地的土壤碳排放量(P<0. 05)。 在整个生长季,
对照样地裸地和灌丛的碳排放量分别为 ( 40. 62 依
1郾 45)、(70. 13依7. 30)g / m2;增雨 120 mm(300% )时,裸
地和灌丛的碳排放量最大,分别达(72. 31 依4. 84)和
(204郾 03依21. 99) g / m2。 在各增雨处理,灌丛的碳排放
量均显著大于裸地(P<0. 01)且灌丛的碳排放量是裸地
的 1郾 73—2. 82 倍(图 5)。
随着人工降雨的增加,裸地和灌丛的碳排放量都呈
逐渐增加的趋势。 增雨 50% 、100% 、200%和 300%分
别使裸地碳排放量较对照增加 8. 83、11. 03、26. 64、
31郾 69 g / m2,分别使灌丛碳排放量较对照增加 30. 02、
45郾 34、98. 08 g / m2 和 133. 90 g / m2。 多重比较结果表明,在裸地和灌丛上,50% 、100%增雨处理样地的碳排放
量与对照差异不显著(P>0. 05),而 200% 、300%增雨处理样地的碳排放量与对照有显著差异(P<0. 01)。 表
明增雨达到当地年均降水量的 200%时,土壤碳排放量才对增雨产生响应,即增雨 80mm 使泡泡刺群落的碳
排放量在生长季产生了显著增加(图 5)。
无论是裸地还是灌丛,随着生长季内降雨总量的增加, 土壤呼吸碳排放量均呈明显的线性增加趋势(P<
0. 01)(图 6)。 通过回归方程的斜率比较可知,灌丛碳排放量对增雨的响应较裸地更为敏感;而且每增雨
1mm,裸地和灌丛碳排放量分别增加 0. 27 g / m2 和 1. 12 g / m2。
2. 3摇 生长季泡泡刺群落土壤碳排放总量
在给定不同群落盖度的情形下,以每个增雨样地的面积为基准计算了生长季泡泡刺群落土壤的碳排放
量。 如图 7 所示,随着群落盖度和降雨量的增加,泡泡刺群落的碳排放量呈现出幅度越来越大的的增加趋势。
由于碳排放量与降雨量和群落盖度都呈显著的线性关系,所以使用多元线性回归模型来表示三者之间的
数量关系,泡泡刺群落土壤碳排放量模型如下:
泡泡刺群落土壤碳排放量(kg)= 0. 959+8. 513伊群落盖度+0. 078伊降雨量(mm),(R2 =0. 92;P<0. 001)
本研究实验样地的群落盖度范围为 8%—30% ,由以上方程可以得出整个生长季对照样地土壤的碳排放
量为 2. 97—6. 55 kg。 生长季内,增雨 20、40、80、120 mm 分别使盖度为 8%的泡泡刺群落土壤碳排放量增加
0. 62、2. 18、5. 30 kg 和 8. 42 kg;分别使盖度为 19%的泡泡刺群落土壤碳排放量增加 1. 56、3. 12、6. 24 kg 和
9郾 36 kg;分别使盖度为 30%的泡泡刺群落土壤碳排放量增加 2. 50、4. 06、7. 18 kg 和 10. 30kg。 在盖度一定的
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图 6摇 生长季碳排放量与总降雨量的相关关系
Fig. 6摇 The correlation between carbon emission and precipitation
情况下,每增雨 1 mm,泡泡刺群落土壤碳排放量较对照
增加 0. 078 kg。
3摇 讨论
水分与土壤 CO2 通量关系密切。 研究表明,自然
状况下,土壤水分的增加会提高克氏针茅草原生态系统
的呼吸作用[19],而水分有效性的降低能够抑制土壤的
呼吸作用[20];人工控制实验环境下的实验结果同样表
明,增雨不仅能够明显加速干旱环境下的土壤呼吸、甚
至在较为湿润环境下的土壤呼吸也有增加趋势[21鄄22];
另外,在土壤水分极低的境况下,增雨能够刺激土壤碳
排放的激增,在地中海稀树(橡树)草原的研究表明,干
图 7摇 不同盖度、不同降雨量的泡泡刺群落土壤碳排放量
摇 Fig. 7摇 Soil carbon emission of Nitraria sphaerocarpa community
in different coverage and different precipitation
旱之后的降雨极大加强了土壤呼吸进程,使土壤呼吸增
加到夜间生态系统 CO2 净交换的 95% [23]。
短期内,土壤 CO2 通量随水分变化的原因除物理
过程外,主要来源于土壤内部根系及其它生物(尤其是
微生物)活性的变化。 研究表明,水分增加能够促进植
物浅层细根的快速生长[24鄄25],伴随这一过程,根系呼吸
将不断增加,从而提高土壤内部 CO2 的浓度,加速土壤
CO2 的排放;另一方面,低水分环境往往抑制土壤内生
物(尤其是微生物)的活性及繁殖能力,当土壤水分环
境条件改善,土壤微生物种群迅速做出响应,分解土壤
中的有机质,快速大量释放 CO2 [26鄄27]。
长期来看,降雨也可以引发植物的萌发与生长[28],
由于土壤呼吸和植物的光合作用关系密切[29鄄30],随着
人工降雨量的增加,植物根部可能会被供应更多的光合
作用产物,进而刺激根呼吸。 所以,从碳平衡的角度来
看,这一过程可以补偿一些由于降雨增多所导致的土壤呼吸碳损失[31]。 董明伟等人[32]的模拟研究也显示,
降水增加使草原群落净初级生产力(NPP)增加,对干旱地区的研究也有相同的结果,但相对于草地生态系统
来说,干旱生态系统植被覆盖度低,由降雨增加引起的大面积裸地的碳排放量的增加是不容忽视的。 需要指
出的是,降雨增加也会引起植被覆盖度的变化[33],本研究中给定的群落盖度是一个静态值,并没有考虑增雨
对灌丛盖度以及群落植被盖度的影响,研究表明,植被盖度也直接影响着土壤 CO2 通量的大小[34鄄37]。 研究也
发现,100%增雨处理下,盖度为 20%的灌丛土壤呼吸速率的季节平均值((0. 66依0. 06) 滋 mol·m-2·s-1)显著
大于裸地的土壤呼吸速率季节平均值((0. 40依0. 03) 滋mol·m-2·s-1)(P<0. 01),且盖度越大,土壤呼吸速率越
大,盖度为 40%的灌丛土壤呼吸速率达(1. 40依0. 16)滋 mol·m-2·s-1。 本实验样地在 2009 年开始增雨,2010 年
对样地的植被调查发现,在生长季出现了少量 1 年生植物猪毛菜(Salsola collina )和白茎盐生草(Halogeton
arachnoideus),而在对照样地并没有此类植物的出现,但少量的 1 年生植物对群落盖度的影响微乎其微。 不
过,从近 20a西北气象观测数据看,干旱区降水具有持续增加的趋势[38],长期降水增加会提高干旱区植被的
生产力,促进 1 年生草本植物或多年生草本植物的生长,还可能改变植被的物种组成[33],因此,仍然需要关注
增雨多年后,植被对气候变化的适应和反馈作用对群落植被覆盖度的季节变化以及物种组成产生的影响,是
否会明显影响土壤的碳排放量。
4摇 结论
在极端干旱区,9:00—11:00 的土壤呼吸速率与全天碳排放量具有显著的线性正相关关系(P<0. 001),
2045 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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相对于裸地(R2 =0. 60)来说,灌丛(R2 =0. 89)的可信度更高。 在生长季节内增雨,促使裸地和灌丛两种覆被
类型的土壤碳排放量出现不同程度的增加,增雨 20、40、80 和 120 mm 分别使裸地碳排放量增加 21郾 74% 、
21郾 76% 、65. 56%和 77. 99% ,分别使灌丛碳排放量增加 42. 82% 、64. 65% 、139. 86%和 190. 93% ,灌丛的碳排
放量是裸地的 1. 73—2. 82 倍。 在盖度不变的情况下,每增雨 1 mm,泡泡刺群落土壤碳排放量增加 0. 69
g / m2。
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4045 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 17 September,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Conservation strategies for Ulmus elongata based on the analysis of biological and ecological factors
GAO Jianguo, ZHANG Yi, WU Yuhuan, et al (5287)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Vertical distribution of methanogen community structures in Phragmites australis marsh soil in the Min River estuary
SHE Chenxing, TONG Chuan (5299)
…………………
………………………………………………………………………………………………
Energy balance closure and its effects on evapotranspiration measurements with the eddy covariance technique in a cropland
LIU Du, LI Jun, YU Qiang, TONG Xiaojuan, et al (5309)
…………
………………………………………………………………………
Effects of soil water potential on the growth and physiological characteristics of Populus tomentosa pulpwood plantation under
subsurface drip irrigation XI Benye, WANG Ye, DI Nan, et al (5318)…………………………………………………………
Physiological indices of leaves of jujube (Zizyphus jujuba) damaged by Apolygus lucorum
GAO Yong, MEN Xingyuan, YU Yi, et al (5330)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
Economic analysis of wetland resource protection: a case study of Beijing Wild Duck Lake
WANG Changhai, CUI Lijuan, MA Muyuan, et al (5337)
……………………………………………
…………………………………………………………………………
Comparative studies on the farmers忆 willingness to accept eco鄄compensation in wetlands nature reserve
WANG Changhai,CUI Lijuan,MAO Xufeng, et al (5345)
………………………………
…………………………………………………………………………
Remote sensing estimation models of Suaeda salsa biomass in the coastal wetland
FU Xin,LIU Gaohuan, HUANG Chong,LIU Qingsheng (5355)
……………………………………………………
……………………………………………………………………
Effects of N addition on soil organic carbon components in an alpine meadow on the eastern Qinghai鄄Tibetan Plateau
ZHENG Jiaojiao, FANG Huajun, CHENG Shulan, et al (5363)
………………
……………………………………………………………………
Estimating carbon emissions from forest fires during 2001 to 2010 in Daxing忆anling Mountain
HU Haiqing, WEI Shujing, SUN Long (5373)
…………………………………………
………………………………………………………………………………………
Predicting the effects of soil water potential on the growth of cut lily DONG Yongyi, LI Gang, AN Dongsheng, et al (5387)………
Rain enrichment鄄accelerated carbon emissions from soil in a Nitraria sphaerocarpa community in hyperarid region
LIU Dianjun, WU Bo, LI Yonghua, et al (5396)
……………………
…………………………………………………………………………………
Response of soil organic carbon sequestration to the “Grain for Green Project冶 in the hilly Loess Plateau region
XU Mingxiang, WANG Zheng, ZHANG Jin, et al (5405)
……………………
…………………………………………………………………………
Temporal and spatial variability in soil respiration in five temperate forests in Xiaoxing忆an Mountains, China
SHI Baoku,JIN Guangze,WANG Zhaoyang (5416)
…………………………
…………………………………………………………………………………
Distributions pattern of phosphorus, potassium and influencing factors in the upstream of Shule river basin
LIU Wenjie, CHEN Shengyun, HU Fengzu, et al (5429)
…………………………
…………………………………………………………………………
COI1 is involved in jasmonate鄄induced indolic glucosinolate biosynthesis in Arabidopsis thaliana
SHI Lu, LI Mengsha, WANG Lihua, et al (5438)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Modeling canopy rainfall interception of a replanted Robinia pseudoacacia forest in the Loess Plateau
WANG Yanping,WANG Li,WEI Sanping (5445)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
The differences of plant community diversity among the different altitudes in the Water鄄Level鄄Fluctuating Zone of the Three
Gorges Reservoir LIU Weiwei, WANG Jie, WANG Yong, et al (5454)…………………………………………………………
Low鄄frequency drought variability based on SPEI in association with climate indices in Beijing SU Hongxin, LI Guangqi (5467)……
Response of upland jujube tree trunk diameter to different ecological factors
ZHAO Ying, WANG Youke, HAN Lixin,et al (5476)
……………………………………………………………
……………………………………………………………………………
The spatial distribution and seasonal dynamics of fine roots in a young Caragana korshinskii plantation
ZHANG Fan, CHEN Jianwen, WANG Mengben (5484)
………………………………
……………………………………………………………………………
Interspecific segregation of species in tree and shrub layers of the Pinus bungeana Zucc. ex Endl. community in the Wulu
Mountains, Shanxi Province, China WANG Lili, BI Runcheng, YAN Ming, et al (5494)………………………………………
Effects of long鄄term fertilization on soil microbial biomass carbon and nitrogen and enzyme activities during maize growing season
MA Xiaoxia, WANG Lianlian, LI Qinghui, et al (5502)
…
…………………………………………………………………………
A model to predict dry matter accumulation dynamics in wheat based on the normalized method
LIU Juan, XIONG Shuping, YANG Yang, et al (5512)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Optimization strategies and an aesthetic evaluation of typical plant communities in the Shanghai Green Belt
ZHANG Kaixuan, LING Huanran, DA Liangjun (5521)
…………………………
……………………………………………………………………………
Carbon footprint evaluation research on the tourism transportation system at tourist attractions: a case study in Hengshan
DOU Yindi, LIU Yunpeng, LI Bohua, et al (5532)
……………
………………………………………………………………………………
An urban ecosystem assessment method and its application SHI Huichun, LIU Wei, HE Jian, et al (5542)…………………………
Seasonal variations in distribution and biological characteristics of snailfish Liparis tanakae in the central and southern Yellow Sea
ZHOU Zhipeng, JIN Xianshi, SHAN Xiujuan,et al (5550)
…
…………………………………………………………………………
Effects of cyanobacterial accumulation and snail grazing on the growth of vallisneria natans
HE Hu, HE Yuhong,JI Yachan,et al (5562)
……………………………………………
………………………………………………………………………………………
The structure and thermal insulation capability of Mustela sibirica manchurica winter pelage in Heilongjiang Province
LIU Yu,ZHANG Wei (5568)
………………
………………………………………………………………………………………………………
Ontogenetic shifts in selected body temperature and thermal tolerance of the tiger frog, Hoplobatrachus chinensis
FAN Xiaoli, LEI Huanzong, LIN Zhihua (5574)
……………………
……………………………………………………………………………………
The influence of tubificid worms bioturbation on organic phosphorus components and their vertical distribution in sediment of
Lake Taihu BAI Xiuling, ZHOU Yunkai, ZHANG Lei (5581)……………………………………………………………………
Review and Monograph
Research advances in ecological assessment of urban greenspace MAO Qizheng, LUO Shanghua, MA Keming, et al (5589)………
Ecological hot topics in global change on the 2nd International Young Ecologist Forum
WAN Yun, XU Lili, GENG Qifang,et al (5601)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Scientific Note
Screening trial for the suitable plant species growing on sand dunes in the alpine valley and its recovery status in the Yarlung
Zangbo River basin of Tibet, China SHEN Weishou, LI Haidong, LIN Naifeng, et al (5609)…………………………………
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、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 17 期摇 (2012 年 9 月)
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Vol郾 32摇 No郾 17 (September, 2012)
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