全 文 ：书西北植物学报!
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文章编号$
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,/001,#"""*$"!&,!"#$,"&,#"%
收稿日期$
!"#$*"#*##
&修改稿收到日期$
!"#$*"%*"%
基金项目$中国科学院战略性先导科技专项"
234"&"&"$"%
#&兰州大学中央高校基本科研业务费专项资金"
567
.
89
:
*!"#%*-
#&国家自然科
学基金项目"
%#"-"$#!
!
%#!"#+%-
#&高等学校博士学科点专项科研基金"
!"#!"!####""!
#
作者简介$沈晓坤"
#+$(
#!男!在读硕士研究生!主要从事草地生态学方面的研究
;*<=/5
$
0>?1@9##
!
567,?A7,B1
"
通信作者$李旭东!博士!讲师!主要从事草地生态学方面的研究
;*<=/5
$
5/@7AC1
D!
567,?A7,B1
铁杆蒿灌丛对黄土高原草地碳交换特征的影响
沈晓坤!李旭东"!傅
!
华
"草地农业生态系统国家重点实验室!兰州大学 草地农业科技学院!兰州
-%""!"
#
摘
!
要$用静态箱法于
!"#!
年生长季"
&
"
#"
月#对黄土高原围封草地常见半灌木铁杆蒿"
!"#$%&&(
)
%$*&+&&
#灌丛
内外土壤呼吸速率和净生态系统
EF
!
交换速率及其主要环境因子进行实地观测!并对草地土壤基本理化性质进行
分析!以揭示铁杆蒿灌丛内外碳交换变化规律及其影响因素结果显示$"
#
#铁杆蒿灌丛内的土壤呼吸和净生态系
统
EF
!
交换的日交换速率均显著高于灌丛外&灌丛内外土壤呼吸速率和净生态系统
EF
!
交换速率的峰值出现时
间一致!且灌丛内显著高于灌丛外&土壤呼吸速率的峰值出现在
+
月份!净生态系统
EF
!
交换速率的峰值出现在

月份"
!
#灌丛内外土壤呼吸速率日动态均呈(单峰型)变化趋势!生长季平均值都接近
&
月份观测值!分别为
"
&,$G",#+
#和"
!,%G","$
#
D
*
<
(!
*
A
(#
&灌丛内外净生态系统
EF
!
交换速率日动态均以(
H
)型变化趋势为主!
在水分亏缺时期表现为微弱的(双峰)型趋势"
%
#灌丛内生长季净生态系统
EF
!
交换速率平均值为"
(%,+)G
","
#
D
*
<
(!
*
A
(#
!是灌丛外草地"
(#,#G","-
#
D
*
<
(!
*
A
(#的
%,!
倍!灌丛内外均表现为碳汇研究表明!
铁杆蒿灌丛存在(肥岛)现象!有助于该区草地生态系统有机碳的积累!土壤水分和土壤温度是影响灌丛内外土壤
呼吸速率的主要因素!而灌丛内外净生态系统
EF
!
交换速率主要受土壤水分的影响
关键词$黄土高原&铁杆蒿&
EF
!
交换&土壤温度&土壤水分
中图分类号$
I$+,#
文献标志码$
4
$%%&()"%!(#)1-2-$
3
1)*-/-*+,-./0(+("12
3
$4+05
6
(+&7,0))805!"%9"&))/80(&0-
HJ;K2/=C971
!
LM27AC1
D
"
!
NOJ7=
"
HP=P?Q?
:
L=8CR=PCR
:
CSTR=005=1A4
D
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:
0P?<0
!
EC5?
D
?CSU=0PCR=54
D
R/B75P7R?HB/?1B?=1AV?B>1C5C
D:
!
L=16>C7O1/W?R0/*
P
:
!
L=16>C7-%""!"
!
E>/1=
#
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$
TR=005=1A?BC0
:
0P??X
CRP=1PP?RR?0PR/=5?BC0
:
0P?<0=1A
X
5=
:
0=BR/P/B=5RC5?/1
D
5C8=5B=R8C1B
:
B5?,JCY?W?R
!
BC<
X
=R?AY/P>CP>?R?BC0
:
0P?<0
!
0P7A/?0CSB=R8C1PCB9/1
D
R=005=1A?BC0
:
0*
P?<
!
?0
X
?B/=5
:
/1P>?LC?00U5=P?=7Y?R?R?5=P/W?5
:
5?00,H>R780=R?P>?ACX
5=1P5/S?SCRU5=P?=7
!
KCRP>?R1E>/1=,Z=0?AC1P>?BC1P/17C70X
/R=P/C1=1A1?P?BC0
:
0P?<0EF
!
?@B>=1
D
?R=P?Y/P>/1=1AC7P0/A?CSP>?!"#$%&&(
)
%$*&+&&0>R78
X
=PB>/1P>?
D
R=005=1ACSLC?00U5=P?=7
8
:
70/1
D
B5C0?AB>=<8?RCA/1P>?
D
RCY/1
D
0?=0C1CS!"#!
!
P>?P?<
X
CR=5W=R/=P/C10CS0C/5R?0
X
/R=P/C1
=1A1?P?BC0
:
0P?<0EF
!
?@B>=1
D
?Y?R?0P7A/?AY/P>P>??SS?BP0CSP?<
X
?R=P7R?=1A0C/5Y=P?RBC1P?1P,V>?
R?075P0=R?=0SC5CY0
$"
#
#
V>?A/7R1=5W=R/=P/C1CS0C/5R?0
X
/R=P/C1R=P?8CP>Y/P>/1=1AC7P0/A?CSP>?0>R78
X
=PB>0>CY?A=1=0
:
<D
5?*
X
?=9
X
=PP?R1
!
Y>/5?P>=PCS1?P?BC0
:
0P?<0EF
!
?@B>=1
D
?R=P?8CP>
0>CY?A0/
D
(
PY/1
X
?=90
)
P
:X
?Y/P>P>?Y=P?RA?S/B/P,V>?
X
?=9
W=57?0CS0C/5R?0
X
/R=P/C1R=P?=
XX
?=R/147
D
70PY>/5?1?P?BC0
:
0P?<0EF
!
?@B>=1
D
?R=P?/1H?
X
P?<8?R,
"
!
#
V>?A=/5
:
=W?R=
D
?0CS0C/5R?0
X
/R=P/C1=1A1?P?BC0
:
0P?<0EF
!
?@B>=1
D
?R=P?Y/P>/1P>?0>R78
X
=PB>=R?0/
D
*
1/S/B=1P5
:
>/
D
>?RP>=1P>=PC7P0/A?,V>?=W?R=
D
?0CS0C/5R?0
X
/R=P/C1R=P?Y/P>/1=1AC7P0/A?CS0>R78
X
=PB>/1
P>?
D
RCY/1
D
0?=0C1=R?&,$=1A!,%
D
*
<
(!
*
A
(#
!
R?0
X
?BP/W?5
:
!
=1A=R?B5C0?PCP>?C80?RW?AW=57?/1
[=
:
,
"
%
#
V>?=W?R=
D
?0CS1?P?BC0
:
0P?<0EF
!
?@B>=1
D
?R=P?Y/P>/1=1AC7P0/A?CS0>R78
X
=PB>/1P>?
D
RCY*
/1
D
0?=0C1=R?(%,+)=1A(#,#
D
*
<
(!
*
A
(#
!
B5C0?PCP>=PC80?RW?A/1[=
:
=1A\75
:
!
R?0
X
?BP/W?5
:
,
(
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P/5?/05=1A
)
/0C80?RW?A71A?RP>?0>R78
!
Y>/B>B=1BC1PR/87P?PCP>?B=R8C1=BB7<75=P/C1/1P>/0R?
D
/C1,HC/5
X
?R=P7R?=R?P>?9?
:
S=BPCR0BC1PRC5/1
D
P>?W=R/=P/C1CS0C/5R?0
X
/R=P/C1R=P?
!
8CP>
Y/P>/1=1AC7P0/A?CS0>R78
X
=PB>
!
Y>/5?1?P?BC0
:
0P?<0EF
!
?@B>=1
D
?R=P?Y=0<=/15
:
BC1PRC5?A8
:
0C/5
;&
<
=",!)
$
LC?00U5=P?=7
&
!"#$%&&(
)
%$*&+&&0>R78
X
=PB>
&
EF
!
?@B>=1
D
?
&
0C/5P?<
X
?R=P7R?
&
0C/5!!
陆地生态系统
*
大气间
EF
!
通量主要包括植被
光合固定碳"即生态系统总初级生产力!
TRC00
X
R/*
<=R
:X
RCA7BP/W/P
:
!
TUU
#与生态系统呼吸释放碳
"
VCP=5?BC0
:
0P?X
/R=P/C1
!
V;]
!包括自养呼吸
和异养呼吸#两个过程+#,通过对陆地生态系统碳
通量各个环节及其与环境因子之间的关系进行研
究!可以确定系统的碳源汇性质!并预测在全球变化
背景下生态系统各个碳库的响应对全球碳平衡中
各主要碳汇和碳源的估计结果表明$已知的碳汇不
能平衡已知的碳源!有碳失汇的存在+!*%,碳失汇问
题提出后!寻找陆地碳汇成为研究的焦点+$,!与此密
切相关的陆地生态系统碳通量的变化则备受广泛关
注+&*-,草地是世界最广布的植被类型之一!参与了
包括陆地生态系统在内的全球碳循环过程!是陆地
生态系统的重要组成部分+,!在全球生态系统碳循
环以及在对全球气候变化的响应中具有十分重要的
意义但是与森林和农田等+*#%,其它陆地生态系统
相比!有关草地生态系统特别是黄土高原草地生态
系统碳循环的研究则鲜有报道+#$*#&,
灌丛是黄土高原广泛分布的植被类型+#),其
中蒿属植物是黄土高原草地比较常见的灌木!铁杆
蒿"
!"#$%&&(
)
%$*&+&&
#群落是黄土高原一种较为
稳定的地带性植被+#-,!研究灌丛的碳交换特征及其
对黄土高原地区草地碳收支的影响!对深入研究黄
土高原地区生态系统碳循环具有重要意义然而在
该区以往的草地生态系统相关方面的研究中灌丛却
常被忽视+#+,!这在一定程度上会影响该区碳收支的
定量估算从而限制碳增汇减源措施在该区的制定和
实施本研究通过对黄土高原围封草地铁杆蒿灌丛
内外生态系统
EF
!
交换速率进行实地观测研究!试
图揭示铁杆蒿灌丛内外碳交换变化规律及其影响因
素!以期为进一步研究黄土高原草地生态系统碳循
环机制和量化灌木对黄土高原草地系统碳收支的影
响提供依据
#
!
材料和方法
>,>
!
研究区概况
兰州大学半干旱气候与环境观测站"
H4EFL
#
位于黄土高原的半干旱地区"
%&^&-_K
!
#"$^"+_;
#!
海拔
#)#<
!气候类型属于温带半干旱大陆性季
风气候&年平均气温为
),-`
!平均年降雨量
%+#,+
<<
!年平均蒸发量
#&!+,&<<
!相对湿度
)%a
&全
年盛行东南风和西北风!年平均风速约
#<
%
0
&土壤
类型为第四纪风蚀黄土-灰钙土!下垫面属于典型的
黄土高原地貌!植被为典型草原&该区域塬面原为传
统的耕作农田!
!"
世纪
+"
年代中期弃耕!于
!""&
年
#"
月设置围栏+#*!",!研究样地面积为
+><
!
!样
地各主要物种及其重要值见表
#

>,3
!
研究方法
>?3?>
!
净生态系统
12
3
交换速率和土壤呼吸速率
的测定
!
以气候站周围的围封草地作为研究样地!
在围封样地中设置
&
个
$"的重复样地
每个重复样地中随机选取
!
个生长状况良好且冠幅
面积相近"约
",!&<
!
#的铁杆蒿灌丛和
!
个灌丛边
缘
#,&<
以外"避免灌丛对土壤的影响可能超出灌
表
>
!
试验地群落的物种组成及其重要值
V=85?#
!
H
X
?B/?0BC<
X
C0/P/C1=1AP>?/<
X
CRP=1B?W=57?0
物种
H
X
?B/?0
相对高度
]?5=P/W?
>?/
D
>P
相对盖度
]?5=P/W?
BCW?R=
D
?
重要值
M<
X
CRP=1B?
W=57?
铁杆蒿
!"#$%&&(
)
%$*&+&& ",%$ "," ",!#
长芒草
-#&
.
(/0+
)
$(+( ",#& ",)$ ",%
茵陈蒿
!"#$%&&(1(
.
&**("& ",#! ",#% ",#%
二裂萎陵菜
23#$+#&**(/&
4
0"1( ","$ ","# ","%
赖草
5$
6
%0$1(*&+0 ",!$ ","% ",#%
阿尔泰狗娃花
7$#$"3
.
(
..
0(*#(&10 ",## ",#" ",##
!!
注$重要值
c
"相对高度
d
相对盖度#%
!
+
!#
,

KCP?
$
M<
X
CRP=1B?W=57?c
"
R?5=P/W?>?/
D
>PdR?5=P/W?BCW?R=
D
?
#%
!,
"$"#
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
%$
卷
木覆盖区#的草本样方+!!*!%,&每次测定时提前
#A
安
装下
",&的基座!底座高
+B<
!插入地下
&B<
其中
#
个铁杆蒿灌丛和
#
个草本样方基座内
植物地上部分齐地面剪去!同时手工清除基座内的
枯落物用于土壤呼吸速率的测定测定时!先将装
有小风扇的
&"B同化箱放在底座
上!将四个角的密封扣扣好后打开同化箱风扇!利用
LMEF]*+$"
"
LMEF]
!
M1B,
!
L/1BC51K;
!
OH4
#进行
测定所有测定于
!"#!
年
&
"
#"
月进行!每月中旬
测定
#
次日动态!每次测定均选择晴朗天气日动
态测定频度为
)
$
""
"
次日
%
$
""
每隔
%>
测
#
次
EF
!
交换速率
NB
的计算采用以下公式$
8
1
c
92
(:
"
#"""(;
(:
#
<-
"
=
(:
d!-%,#&
#
b
>1
>#
式中!
9
为箱体的体积+同化箱长
b
宽
b
"箱体高度
d
底座露出地上部的高度#,&
2
(:
为测量期间箱体内
的平均大气压强"
9U=
#&
;
(:
是测量期间箱体内的水
汽分压"
<*
(#
#&
<
是大气常数"
+,%#$*
(#
*
Q
(#
#&
-
是同化箱的面积&
=
(:
是测量期间
箱体内的平均温度&
>1
%
>#
为
"0
测定时间内
EF
!
浓度"
#
*
(#
#变化速率
利用日动态各个时间点测定得出的
EF
!
交换
速率代表其所在时间段的
EF
!
交换速率!以此估算
当天的
EF
!
交换速率!进而估算各月的
EF
!
交换
速率+#+,
>,3,3
!
土壤温度与水分的测定
!
在每次测定
EF
!
交换速率的同时!用
)%#"
针式温度计测定基座外沿
&B<
深度的土壤温度由于土壤水分在全天中无
明显波动+!$,!在全天测定结束后!用土壤水分探测
仪"
VR/X
RC8?
!
M[QF
!
;PP5/1
D
?1
!
T?R<=1
:
#
原位测定基座内
#"B<
深度的土壤体积含水量
>,3,@
!
生物量测定
!
于
+
月
#-
日进行生物量测定
和样方调查将碳通量日变化测定结束后的基座内
植物齐地面剪下!收集地面凋落物!分别标记装入信
封袋用根钻"
>c,%B<
#收集
"
"
&"B<
土层根
样!每个样方内取
!
钻!同一样方同一土层混合!干
筛"
,&<<
#获得根样!带回室内用清水洗净各植
物样品均于
)&`
下烘干
$+>
后称重
>,3,A
!
土壤样品采集
!
于
!"#!
年
+
月中旬用土钻
法采集土壤样品灌丛内土样于灌丛中心处采集&
灌丛外土样取自距离冠缘约
#,&<
的空地!同时确
保该采样点距离其他灌丛冠缘
#
#,&<
+
!%
,
&选择冠
幅面积接近
EF
!
交换速率测定的灌丛!按
"*#"*!"*
%"*$"*&"B<
的土层顺序取土!灌丛内外各土层取
&
个重复
>,3,B
!
样品处理与分析
!
样品带回室内自然风干
后过
!<<
筛!先用毛巾摩擦塑料直尺静电吸取植
物细根!土样用于土壤
X
J
测定"无
EF
!
的蒸馏水
作浸提剂!水土比为
!,&e#
!电位法测定+!",#&部分
土样过
",&<<
筛!用于土壤有机碳和土壤全氮的测
定&土壤有机碳含量采用重铬酸钾
*
硫酸外加热氧化
法&植物各组分样品碳含量采用元素分析仪"
N5=0>*
;4*###!
!
V>?R?RHB/?1P/S/B
!
f=5P>=<
!
[4
!
OH4
#测定&土壤全氮采用开氏方法消化+浓硫酸加
硫酸钾
e
硫酸铜"
#"e#
#催化剂消化后!用
NM40P=R
&"""
流动注射分析仪"
NFHH,HY?A?1
#,分析
>,3,C
!
数据处理
!
用
HUHH#-,"SCRf/1ACY0
统
计分析软件进行灌丛内外相关指标的差异性分析和
EF
!
交换速率与土壤温度及土壤水分的相关分析!
动态曲线采用
[/BRC0CSP;@B?5!""%
绘制
!
!
结果与分析
3,>
!
铁杆蒿灌丛内外生物量比较
灌丛内各组分生物量均显著高于灌丛外"图
#
#根据各组分碳含量可得$灌丛内地上活体
!
地
下根系及凋落物的碳贮量分别为"
#$!,!G#",!
#
D
%
<
!
-"
$),G%",+
#
D
%
<
! 和"
!!,&G%,#
#
D
%
<
!
&灌
丛外分别为"
-%,-G#,%
#
D
%
<
!
-"
-+,"G%,!
#
D
%
<
!
和"
#!,#G#,)
#
D
%
<
!
!各组分碳贮量均表现为灌丛内
显著高于灌丛外!灌丛内外根冠比分别为
$,"
和
#,%

3,3
!
铁杆蒿灌丛对土壤性质的影响
灌丛内外
"
"
&"B<
各土层土壤有机碳和土壤
全 氮含量均随着土层深度增加而降低"表
!
#!且灌
图
#
!
灌丛内外各组分生物量
图中同一组分标不同小写字母表示灌丛内外差异显著"
2
$
","#
#
N/
D
,#
!
Z/C<=00BC<
X
C1?1P0Y/P>/1=1AC7P0/A?CS0>R78
X
=PB>
V>?A/SS?R?1P5CY?RB=0?5?PP?R0/1A/B=P?0/
D
1/S/B=1P
A/SS?R?1B?8?PY??1Y/P>/1=1AC7P0/A?0>R78
"
2
$
","#
#
#$"#
&
期
!!!!!!!!!!!!
沈晓坤!等$铁杆蒿灌丛对黄土高原草地碳交换特征的影响
表
3
!
研究样地不同土层土壤性质
V=85?!
!
HC/5
X
RC
X
?RP/?0/1A/SS?R?1P0C/55=
:
?R0/1P>?0P7A
:
0/P?0
土层
HC/55=
:
?R
处理
VR?=P土壤有机碳
HC/5CR
D
=1/BB=R8C1
%"
D
*
9
D
(#
#
土壤全氮
VCP=50C/51/PRC
D
?1
%"
D
*
9
D
(#
#
土壤
X
J
值
HC/5
X
J
"
"
#"B<
灌丛内
f/P>/1 #),$"G",%)
""
#,&-G","%
""
+,%G","!
""
灌丛外
F7P0/A? +,)G","+ ",-&G","! +,$&G","#
#"
"
!"B<
灌丛内
f/P>/1 ,"!G",#$
""
","G","&
""
+,&!G","!
灌丛外
F7P0/A? -,$!G"," ",)G","! +,$G","#
!"
"
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灌丛内
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"
",--G","&
"
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"
灌丛外
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"
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灌丛内
f/P>/1 -,&)G",##
"
",-#G","-
""
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"
灌丛外
F7P0/A? &,%G",") ",$+G",") +,%+G","!
$"
"
&"B<
灌丛内
f/P>/1 ),"$G",#!
"
",)#G","%
""
+,!G","#
""
灌丛外
F7P0/A? $,#$G","$ ",$-G",") +,$$G","$
!!
注$
"
和
""
分别表示同一土层灌丛内外在
","&
和
","#
水平上差异显著
KCP?
$
"
=1A
""
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D
1/S/B=1PA/SS?R?1B?8?PY??1A/SS?R?1PPR?=P?0=:
?R=P","&=1A","#5?W?5
!
R?0
X
?BP/W?5
:
,
图
!
!
不同季节灌丛内"
f
#和灌丛外"
F
#净生态系统
EF
!
交换"
K;;
#和土壤呼吸"
H]
#速率的日变化
N/
D
,!
!
3/7R1=5W=R/=P/C10/11?P?BC0
:
0P?!
?@B>=1
D
?
"
K;;
#
=1A0C/5R?0
X
/R=P/C1
"
H]
#
R=P?Y/P>/1
"
f
#
=1AC7P0/A?
"
F
#
CS0>R78
X
=PB>/1
D
RCY/1
D
0?=0C1
!$"#
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
%$
卷
丛内显著高于灌丛外!其中
"
"
#"B<
土层灌丛内土
壤有机碳和全氮含量分别是灌丛外的
#,+
和
!,#
倍&灌丛内外土壤
X
J
变化范围为
+,!
"
+,&!
!且
最高值均在
#"
"
!"B<
土层&除
#"
"
!"B<
土层无
显著差异外!其它各土层灌丛内土壤
X
J
均显著低
于灌丛外
3?@
!
生长季灌丛内外
12
3
交换速率日动态特征
灌丛内外生长季不同季节土壤呼吸速率日变化
趋势均呈现(单峰型)曲线"图
!
#!表现为白天高-夜
间低!最高值均出现在
#!
$
""
"
#&
$
""
!且多数时间
段灌丛内显著高于灌丛外"
2
$
","#
#灌丛内外净
生态系统
EF
!
交换速率日变化除了
)
月份"土壤水
分亏缺#呈微弱的(双峰型)曲线外!其它月份日变化
趋势基本均呈现(
H
)型曲线!即昼间的净生态系统
EF
!
交换速率为负值"碳汇#!在

$
""
"
#!
$
""
前后
达到
EF
!
净吸收峰值!且灌丛内净吸收量显著高于
灌丛外"
2
$
","#
#!进入夜间前净生态系统
EF
!
交
换由碳吸收转变为碳排放!呈现正值"碳源#!在
#+
$
""
"
!#
$
""
达到
EF
!
排放峰值!且灌丛内显著高
于灌丛外"
2
$
","#
#
3?A
!
灌丛内外
12
3
交换速率季节动态特征及其影
响因素
3?A?>
!
灌丛内外
12
3
交换速率的季节变化特征
!
根据全天各个时间段
EF
!
交换量求平均值估算日
通量!最后以日交换量估算每月
EF
!
交换量结果
如图
%
所示$灌丛内外土壤呼吸速率最高值均出现
在
+
月份!分别为"
+,-&G",!-
#和"
$,$!G",#&
#
D
*
<
(!
*
A
(#
&生长季平均值均接近
&
月份观测值!分
别为"
&,$G",#+
#和"
!,%G","$
#
D
*
<
(!
*
A
(#
&
最高值和平均值均表现为灌丛内显著高于灌丛外
"
2
$
","#
#灌丛内外生长季净生态系统
EF
!
交换
速率峰值均出现在

月份!分别为"
(,!!G",%%
#
和"
(%,!+G",!)
#
D
*
<
(!
*
A
(#
&平均值分别为
"
(%,+)G","
#和"
(#,#G","-
#
D
*
<
(!
*
A
(#
!
灌丛内平均值接近
&
月份观测值!灌丛外则接近
-
月份观测值&最高值和平均值均表现为灌丛内显著
高于灌丛外"
2
$
","#
#&从
&
"

月!灌丛内外均表
现为碳汇!而
#"
月"生长季末期#灌丛外表现为微弱
图
%
!
灌丛内"
f
#和灌丛外"
F
#净生态系统
EF
!
交换"
K;;
#速率-土壤呼吸"
H]
#速率-
&B<
土壤温度"
V&
#以及
"
"
#"B<
土壤水分"
gfH,
土壤体积含水量#的季节变化
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D
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"
K;;
#
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!
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X
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#
=1AC7P0/A?
"
F
#
CS0>R78
X
=PB>
表
@
!
12
3
交换速率与土壤温度和土壤水分的相关系数
V=85?%
!
ECRR?5=P/C1BC?SS/B/?1P08?PY??1EF
!
?@B>=1
D
?R=P?=1A0C/5P?<
X
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1c%"
#
环境因子
;1W/RC1S=BPCR
灌丛内
f/P>/10>R78
净生态系统
EF
!
交换速率
K?P?BC0
:
0P?!
?@B>=1
D
?R=P?
土壤呼吸速率
HC/5R?0
X
/R=P/C1R=P?
灌丛外
F7P0/A?0>R78
净生态系统
EF
!
交换速率
K?P?BC0
:
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?R=P?
土壤呼吸速率
HC/5R?0
X
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土壤温度
HC/5P?<
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""
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土壤水分
HC/5=P#"B<
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""
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""
(",&+-
""
",-
""
!!
注$
""
表示在
","#
水平"双侧#上显著相关
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$
""
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"
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#
,
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&
期
!!!!!!!!!!!!
沈晓坤!等$铁杆蒿灌丛对黄土高原草地碳交换特征的影响
的碳源!灌丛内则表现为微弱的碳汇
3?A?3
!
灌丛内外
12
3
交换速率与环境因素的关系
!
土壤温度的季节变化呈现单峰型趋势"图
%
#!除
)
月份与土壤呼吸速率变化不一致外!其它月份均表
现出相似的变化趋势
)
月份土壤水分含量较低!
使得灌丛内外土壤呼吸速率和净生态系统
EF
!
交
换速率的日交换量均出现下降趋势&将每次测定的
各重复日平均
EF
!
交换速率与其对应的
&B<
土壤
日平均温度和
#"B<
土壤水分含量作相关分析!结
果显示土壤温度和土壤水分均与灌丛内外土壤呼吸
速率呈显著正相关"
2
$
","#
!表
%
#&土壤温度与灌
丛内外净生态系统
EF
!
交换速率的相关性不显著
"
2
#
","&
#!而土壤水分则与灌丛内外净生态系统
EF
!
交换速率呈显著线性相关"
2
$
","#
#
%
!
结论与讨论
@?>
!
植被和土壤养分对生态系统
12
3
交换速率的
影响
植被是影响生态系统碳收支的重要因子!其生
物量和凋落物积累反映了生态系统的初级生产力水
平和生态系统对大气中
EF
!
的固定+!&*!-,本研究
结果显示!铁杆蒿群落的重要值仅次于该区优势草
本植物长芒草群落!而其灌丛内生物量和凋落物积
累量分别是灌丛外的
$,!
倍和
#,
倍!灌丛内植被
和凋落物碳贮量也显著高于灌丛外"
2
$
","#
#!说
明铁杆蒿灌丛在该区草地生态系统碳循环过程中具
有不可忽视的作用
本研究中!铁杆蒿灌丛下土壤有机碳和全氮含
量均高于其灌丛间草地凋落物是土壤有机质最主
要的来源!灌丛能够降低风速
!
截获凋落物和风蚀
物!使更多的有机物质和养分积累在灌丛下!形成
(灌丛肥岛)效应!从而使灌丛周围土壤肥力和植被
得以改善+!+*%",土壤有机质是土壤呼吸的重要基
质+%#,!有研究表明!土壤有机质含量与土壤呼吸速
率呈正相关&也有研究者用土壤有机质含量来预测
土壤呼吸速率+%!*%%,本研究中生长季灌丛内土壤呼
吸速率显著高于灌丛外"
2
$
","&
#!灌丛内较高的
土壤有机质含量可能是其中最主要原因植物的光
合作用与土壤有机质矿化作用是影响碳素循环的两
个主要因素+%$,!灌丛内土壤呼吸速率增强引起土壤
有机质消耗的同时!可加速有机质矿化释放无机养
分被根系吸收+%&,!并输送到地上部分供应植物光合
作用+%),!本研究结果表明!铁杆蒿灌丛白天净生态
系统
EF
!
交换量显著高于灌丛外"
2
$
","#
#!虽然
灌丛内夜间净生态系统
EF
!
交换过程中碳排放量
也显著高于灌丛外!但其全天
EF
!
净吸收量仍然要
显著高于灌丛外!(灌丛肥岛)效应和灌丛内较高的
地上及地下生物量等因素间的相互促进是其中的重
要原因
由此可见!研究区的植被-土壤养分和生态系统
碳交换速率三者之间可相互促进!即铁杆蒿灌丛内
的(肥岛效应)在一定程度上能促进土壤呼吸!土壤
有机质因土壤呼吸速率的增强又会加快矿化促进根
系吸收充足的矿质养分供地上部分光合作用并促进
植株生长!使得灌丛内生长季净生态系统
EF
!
交换
速率保持较高水平!而植株的生长又会反过来增加
凋落物和有机质向土壤的输入!从而形成一个有利
于碳积累的循环机制!使铁杆蒿灌丛在生长季中具
有比灌丛外草地更强的固碳能力
@?3
!
环境因子对生态系统
12
3
交换的影响
温度是影响土壤呼吸速率!生态系统光合作用
和呼吸作用的重要因子之一+!)!%-,有研究表明!土
壤温度能够影响土壤有机质分解速率以及土壤微生
物和根系的活性+%+*$",!因此土壤温度可通过影响根
系活动进而影响生态系统地上部分的代谢过程本
研究中土壤温度与灌丛内外土壤呼吸速率具有显著
的相关性!土壤呼吸速率与土壤温度日变化呈现相
近的(单峰型)趋势!两者表现出显著相关性!这与研
究区其它的研究结果相近+$#,然而!温度对净生态
系统
EF
!
交换速率并没有产生显著的影响!如本研
究中生长季土壤温度最高值出现在
)
月份!而灌丛
内外净生态系统
EF
!
交换速率最大值则出现在

月份!且当中午气温过高时植被还会出现(光合午
休)现象+$!,!这可能是由于净生态系统
EF
!
交换速
率是植物光合-植物呼吸以及土壤呼吸等诸多碳交
换过程的综合结果!而温度仅是影响各个过程的众
多因素之一!导致净生态系统
EF
!
交换速率对温度
不具有特定的响应
水分是黄土高原半干旱地区植物生长的主要限
制因子!且植被类型不同!需水量和土壤水分利用能
力高低存在差异+$%,本研究中铁杆蒿灌丛内各月
的土壤含水量与灌丛外土壤存在一定程度的差异!
且有的月份灌丛内显著高于灌丛外"
2
$
","&
#一
方面!灌丛下土壤较高的有机质含量有利于保
水+%+,!另外!灌丛内地上部分较大生物量和盖度降
低了土壤水分的蒸发损失水分也是影响生态系统
碳收支的重要因素之一+!),!本研究中!
)
月份由于土
壤水分处于生长季最低值!限制了土壤微生物的活
$$"#
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
%$
卷
性以及植物的生长!可能是导致灌丛内外土壤呼吸
速率和净生态系统
EF
!
交换速率均出现下降趋势
的主要原因该结果也表明土壤水分是生长季灌丛
内外土壤呼吸速率和净生态系统
EF
!
交换速率的
主要限制因子
由于在非生长季植被进入休眠期!净生态系统
EF
!
交换通量接近于土壤呼吸通量!此时的低温+$#,
不但可降低生态系统
EF
!
排放量!而且能够缩小灌
丛内外
EF
!
交换量的差异!使得灌丛内在生长季比
灌丛外多积累的碳不会在非生长季被过多消耗!进
而利于生态系统有机碳的积累
参考文献!
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"陈世苹#!
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黄土高原草地与农田系统土壤呼吸及碳平衡+
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