全 文 ：书不同放牧制度下短花针茅荒漠草原
土壤呼吸动态研究
徐海红１，３，侯向阳２，那日苏２
（１．中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京１０００８１；２．中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特０１００１０；
３．中国农业科学院研究生院，北京１０００８１）
摘要：采用动态密闭气室法（ＩＲＧＡ），对短花针茅荒漠草原土壤呼吸进行野外定位观测，分析了生长季不同放牧制
度土壤呼吸速率的日变化、季节变化及其与环境因子的关系。结果表明，１）不同放牧制度下短花针茅荒漠草原土
壤呼吸日、季节动态差异不大，日动态受温度影响呈单峰曲线，季节变化主要受到水分因子的影响；２）与自由放牧
土壤呼吸日均速率（０．４４９７μｍｏｌＣＯ２／ｍ
２·ｓ）相比，划区轮牧（０．５０４７μｍｏｌＣＯ２／ｍ
２·ｓ）在干旱月份较大，围栏禁
牧（０．５２９５μｍｏｌＣＯ２／ｍ
２·ｓ）除生长季初都显著增大，但纵观整个生长季，不同放牧制度下土壤呼吸均值差异不显
著；３）土壤呼吸日均速率与气温的相关性大于与土壤温度的相关性，水温复合模型较单因子模型更好地解释土壤
呼吸速率的变化；４）划区轮牧和自由放牧较围栏禁牧增大了土壤呼吸的温度敏感性（水分充足时），降低了土壤水
分对土壤呼吸的影响。研究表明，不同的放牧方式对土壤呼吸速率及其环境因子效应影响较小，围栏禁牧较自由
放牧改变了土壤呼吸日均速率及水热因子效应。
关键词：荒漠草原；放牧制度；土壤呼吸；土壤水分；温度敏感系数Ｑ１０
中图分类号：Ｓ８１２．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４５７５９（２０１１）０２０２１９０８
我国草地面积４亿ｈｍ２，约占国土面积的４１％，是我国最大的陆地生态系统［１］，其碳循环具有独特的生物地
球化学循环过程和作用［２］。研究表明，由于过度放牧等原因引起的草地退化，将导致草地净生产力、土壤有机质
的损失，减弱草地的碳汇功能［３］；而合理的放牧制度，能有效地提高草地植被、土壤有机碳的恢复能力，发挥草地
的固碳潜力［４８］。在草地碳循环中，土壤呼吸作用是极为重要的环节，是土壤向大气中释放 ＣＯ２ 的主要输出途
径［９，１０］。研究草地土壤呼吸及其影响因子，对于理解全球碳循环有着重要的意义。
内蒙古短花针茅荒漠草原（犛狋犻狆犪犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪ｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅ）作为亚洲中部特有的一种草原类型，是最干旱的
草原类型，它广泛分布于内蒙古中部、阴山山脉以北的乌兰察布高原地区，生态环境异常严酷，系统极度脆弱，稳
定性较差，在自然和人为干扰下极易退化［１１］，从而影响草地碳收支状况。近年来，草地土壤呼吸研究多集中在日
变化［１２］、季节变化［１３］以及与水热因子关系［１４，１５］等方面。放牧对土壤呼吸作用影响的研究较多，但结果不尽一
致［１６２０］。目前，针对荒漠草原群落土壤呼吸的研究很少，而放牧制度对土壤呼吸影响的研究也报道较少。因此，
本研究定位于短花针茅荒漠草原，系统地分析了不同放牧制度下，土壤呼吸作用的日变化、季节变化及其与环境
因子的关系，为进一步研究荒漠草原碳循环以及合理利用天然草地提供基础资料和依据。
１ 材料与方法
１．１ 研究区自然概况
研究区位于内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗（４２°１６′４５″Ｎ，１１２°４７′４４″Ｅ），海拔１１８４ｍ。属偏暖的半干旱气
候，年均温６．４℃，年均降水量１５４．５８ｍｍ，降水主要集中在６－９月，年均蒸发量１８３９．１７ｍｍ，年日照时数
２６１３．２ｈ，无霜期为２００ｄ，全年平均大风日数为６０ｄ左右。试验区地势略有起伏，土壤为地带性分布的淡栗钙
土，腐殖质层厚５～１０ｃｍ。试验区植被为短花针茅（犛狋犻狆犪犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪）＋无芒隐子草（犆犾犲犻狊狋狅犵犲狀犲狊狊狅狀犵狅狉犻犮犪）＋
第２０卷 第２期
Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
２１９－２２６
２０１１年４月
收稿日期：２０１００３１１；改回日期：２０１００５１０
基金项目：国家自然科学基金重点项目（７０９３３００４）和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（中国农业科学院草原研究所：
２００８Ｊ１）资助。
作者简介：徐海红（１９８４），男，河南沈丘人，在读硕士。Ｅｍａｉｌ：ｘｈｈ１００２＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｈｏｕｘｙ１６＠１２６．ｃｏｍ
多根葱（犃犾犾犻狌犿狆狅犾狔狉犺犻狕狌犿）群落，以短花针茅为建群种，无芒隐子草和多根葱为优势种，主要伴生种有糙隐子草
（犆犾犲犻狊狋狅犵犲狀犲狊狊狇狌犪狉狉狅狊犪）、木地肤（犓狅犮犺犻犪狆狉狅狊狋狉犪狋犪）、银灰旋花（犆狅狀狏狅犾狏狌犾狌狊犪犿犿犪狀狀犻犻）、猪毛菜（犛犪犾狊狅犾犪犮狅犾犾犻
狀犪）、寸草苔（犆犪狉犲狓犱狌狉犻狌狊犮狌犾犪）等。
１．２ 试验设计
放牧试验从１９９９年开始，每年５月１日（２００９年从６月１日）开始放牧，１１月放牧终止。放牧试验分别设划
区轮牧（ＲＧ）、自由放牧（ＣＧ）和围栏禁牧（ＣＫ）３个处理，均为天然草场。划区轮牧区草地面积３２０ｈｍ２，分为８
个等面积的轮牧小区进行轮牧，每个轮牧小区放牧７ｄ；自由放牧区草地面积３３８ｈｍ２；围栏禁牧小区面积１ｈｍ２
（１９９９年禁牧），作为不放牧对照。划区轮牧区与自由放牧区全年载畜率基本一致，分别为１．２４和１．２５只／ｈｍ２。
野外测定在２００９年生长季节进行，除７月份较干旱外（４月１日－７月９日共降水７．６０ｍｍ，７月１０日－８
月９日共降水２４．３５ｍｍ，８月１０日－９月９日共降水６９．４０ｍｍ，９月１０日－１１月１日共降水１５．４０ｍｍ），基本
属正常年份（全年降水量１２１．８０ｍｍ）。试验测定在划区轮牧固定小区（第３小区）、自由放牧区和禁牧对照区分
别设固定样地。通过在生长季按月测定土壤呼吸及其环境因子，研究不同放牧制度长期作用（１９９９－２００９年）
后，对短花针茅荒漠草原土壤呼吸作用的影响。
１．３ 测定方法
于２００９年从牧草返青期开始（５月），至生长期末结束（９月），每月１０日左右进行测定。土壤呼吸采用动态
密闭气室法，使用的仪器为ＬＩ６４００（ＬＩＣＯＲ，Ｌｉｎｃｏｌｎ，ＮＥ，ＵＳＡ）及ＬＩ６４０００９土壤呼吸室。试验样地选择植被
分布均匀、地势平坦的典型样点。在每个样地内，随机设置６个重复样点。为避免土壤扰动和根系造成的误差，
提前２４ｈ将土壤圈（高５ｃｍ，直径１１ｃｍ的ＰＶＣ塑料圈）放置到土壤中。在测量之前，剪去土壤圈内的植物，清
除地表凋落物及羊粪等杂物。日观测从当日的９：００开始，至次日９：００结束，每隔２ｈ进行定时观测，日均呼吸
速率为２４ｈ内测定值的平均值。测量土壤呼吸的同时，测定气温、地下５ｃｍ温度（用６４００系统所带温度探针）。
土壤水分在土壤圈附近取样，取样深度为０～１０ｃｍ土层，采用烘干法测定。
１．４ 数据分析
土壤呼吸速率与温度的关系采用指数模型［２１，２２］：犚狊＝犪ｅｂＴ。式中，犚狊为土壤呼吸速率，单位为μｍｏｌ／
（ｍ２·ｓ）；犜为大气或地下５ｃｍ的温度，单位为℃；犪为截距；犫为温度反应系数。
土壤呼吸速率与土壤水分的关系采用线性模型［２３］：犚狊＝犪×犠狊＋犫。式中，犚狊为土壤呼吸速率；犠狊为０～１０
ｃｍ的土壤含水量，单位为％；犪为水分反应系数，犫为截距。
土壤呼吸的温度敏感性用Ｑ１０描述，即温度每升高１０℃，土壤呼吸增加的倍数，计算方法：犙１０＝ｅ１０犫。式中，犫
为温度反应系数。
应用ＳＰＳＳ１３．０软件进行数据的统计分析，Ｅｘｃｅｌ２００３软件进行曲线绘制。应用单因素方差分析法对日均
土壤呼吸速率进行比较分析，双变量相关分析中的Ｐｅａｒｓｏｎ相关分析法对土壤呼吸速率和温度、水分关系进行相
关分析，非线性回归法对土壤呼吸速率和土壤温度、土壤水分关系进行分析。
２ 结果与分析
２．１ 土壤呼吸速率日动态
图１为２００９年生长季，划区轮牧、自由放牧和围栏禁牧样地土壤呼吸速率的日动态。其中，５月份为白天动
态（９：００－１９：００），其余月份均为２４ｈ昼夜动态。可以看出，除５月份外（５月份自由放牧区受到降水影响，土壤
呼吸明显偏大），其他月份基本上为单峰曲线。高峰值一般出现在１１：００－１５：００，低峰值出现在夜间１：００－
５：００。由于受到７月份干旱的影响，７、８两个月份土壤呼吸呈不规则曲线，最高值一般出现在７：００－１１：００。６、９
两个月份为正常月份，呈较好的单峰曲线特征。生长季初期，围栏禁牧区土壤呼吸速率日变化较平缓，划区轮牧
和自由放牧区土壤呼吸速率在其释放最大时刻出现波动；生长季中期，在温度较高的时间，自由放牧区土壤呼吸
速率有明显下降趋势。生长季末期，围栏禁牧土壤呼吸日变化比围栏禁牧和自由放牧平缓。整个生长季，土壤呼
吸速率具有较明显的日动态变化特征，但不同放牧制度间曲线差异不大。
０２２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２
图１ 不同月份土壤呼吸日动态
犉犻犵．１ 犇犻狌狉狀犪犾犱狔狀犪犿犻犮狊狅犳狊狅犻犾狉犲狊狆犻狉犪狋犻狅狀
犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犿狅狀狋犺狊
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ分别为５月１２日，６月１０日，７月１３日，８月
１２日，９月１２日的土壤呼吸日动态 Ｄｉｕｒｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌ
ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎｒａｔｅｏｎＭａｙ１２（ａ），Ｊｕｎｅ１０（ｂ），Ｊｕｌｙ１３（ｃ），
Ａｕｇｕｓｔ１２（ｄ），Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ１２（ｅ）
２．２ 土壤呼吸速率季节动态
图２ 不同放牧制度土壤呼吸季节动态
犉犻犵．２ 犛犲犪狊狅狀犪犾犱狔狀犪犿犻犮狊狅犳狊狅犻犾狉犲狊狆犻狉犪狋犻狅狀狌狀犱犲狉
犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉犪狕犻狀犵狊狔狊狋犲犿狊
相同日期不同字母表示差异显著（犘＜０．０５）Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓ
ｉｎｓａｍｅｄａｔｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｔ犘＜０．０５
考虑到５月份测定的特殊性，土壤呼吸速率季节
动态分析６－９月份的测定值（图２）。在整个试验期
间，不同放牧制度下，短花针茅荒漠草原土壤呼吸速
率具有明显的季节变化，划区轮牧区、自由放牧区与
围栏禁牧区的季节变化曲线基本一致。受到７月份
干旱的影响，土壤呼吸速率呈现夏季明显降低的趋
势，高峰值出现在６月份，低峰值出现在７、８月份。
放牧初期，不同放牧制度下的土壤呼吸速率差别不
大。放牧中期，自由放牧区土壤呼吸速率较小，并呈
现升高幅度小于划区轮牧区和自由放牧区的趋势。
放牧末期，土壤呼吸速率在围栏禁牧区显著高于划区
轮牧区和自由放牧区，２种放牧方式间差异不显著。
除放牧初期，土壤呼吸速率在自由放牧区显著低于划
１２２第２０卷第２期 草业学报２０１１年
区轮牧区；除放牧末期，划区轮牧区的土壤呼吸速率与围栏禁牧区无显著差异。综合整个生长季，土壤呼吸速率
均值在自由放牧区略低（分别比划区轮牧区和围栏禁牧区降低１１％和１５％），但３种放牧制度间差异不显著。
２．３ 土壤呼吸速率与环境因子的关系
２．３．１ 土壤呼吸速率日变化与温度的关系 土壤呼吸速率与气温、土壤温度的相关关系，以及不同月份、不同放
牧制度土壤呼吸速率日变化与土壤温度变化回归关系结果表明（表１），除８月份自由放牧区土壤呼吸速率与土
壤温度相关不显著外，其余月份，不同放牧制度下土壤呼吸速率日变化与气温、土壤温度的相关程度都达到了极
显著水平，土壤呼吸速率与气温的相关性大于与土壤温度的相关性。通过回归分析，得出土壤呼吸与土壤温度日
变化具有极显著的回归关系，根据回归得出的温度反应系数，进而算出生长季各个月份的土壤呼吸温度敏感系数
（Ｑ１０）。Ｑ１０在生长季中呈现季节变化，划区轮牧与自由放牧下，Ｑ１０变化趋势基本相同，在６、９月份较高，７、８月
份较低，这与土壤呼吸速率季节变化趋势一致（图２）。而围栏禁牧下，Ｑ１０季节变化不显著，趋势较平缓。７、８两
个月份，Ｑ１０在不同放牧制度间差别不大。６、９月份，Ｑ１０在划区轮牧区和自由放牧区大于围栏禁牧区，放牧增加
了土壤呼吸的温度敏感性。
表１ 不同月份土壤呼吸日变化与温度因子相关性
犜犪犫犾犲１ 犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀狅犳狊狅犻犾狉犲狊狆犻狉犪狋犻狅狀犱犻狌狉狀犪犾狏犪狉犻犪狋犻狅狀狑犻狋犺狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犳犪犮狋狅狉狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犿狅狀狋犺狊
样地
Ｐｌｏｔｓ
月份
Ｍｏｎｔｈｓ
气温
Ａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃）
土壤温度
Ｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃）
回归方程
Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎ
犚２ 犘值
犘ｖａｌｕｅ
Ｑ１０
ＲＧ ６月Ｊｕｎｅ ０．７７６ ０．７２４ 犚狊＝０．１７４ｅ０．０８２犜狊 ０．５３８ ０．０００１ ２．２７
７月Ｊｕｌｙ ０．７０９ ０．５９７ 犚狊＝０．０４７ｅ０．０４６犜狊 ０．４３０ ０．０００１ １．５８
８月Ａｕｇｕｓｔ ０．７２１ ０．５７２ 犚狊＝０．０５４ｅ０．０４０犜狊 ０．４２５ ０．０００１ １．４９
９月Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ０．８６４ ０．８４１ 犚狊＝０．１６６ｅ０．０７７犜狊 ０．７０９ ０．０００１ ２．１６
ＣＧ ６月Ｊｕｎｅ ０．８５３ ０．８０４ 犚狊＝０．０９３ｅ０．０９２犜狊 ０．６８５ ０．０００１ ２．５１
７月Ｊｕｌｙ ０．６１０ ０．４８３ 犚狊＝０．０２３ｅ０．０５７犜狊 ０．３０８ ０．０００１ １．７７
８月Ａｕｇｕｓｔ ０．３３９ －０．０６３ ０．８１５０
９月Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ０．８９１ ０．７７３ 犚狊＝０．１２７ｅ０．０８７犜狊 ０．５９７ ０．０００１ ２．３９
ＣＫ ６月Ｊｕｎｅ ０．５５２ ０．７２０ 犚狊＝０．４０３ｅ０．０２９犜狊 ０．５１９ ０．０００１ １．３４
７月Ｊｕｌｙ ０．６０７ ０．５１１ 犚狊＝０．０４０ｅ０．０５０犜狊 ０．３５５ ０．０００１ １．６５
８月Ａｕｇｕｓｔ ０．６９７ ０．５０９ 犚狊＝０．０２３ｅ０．０６８犜狊 ０．３４１ ０．０００１ １．９７
９月Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ０．８０４ ０．７２３ 犚狊＝０．２７４ｅ０．０５８犜狊 ０．４７３ ０．０００１ １．７９
犘＜０．０５；犘＜０．０１；Ｒｓ：土壤呼吸速率Ｓｏｉｌｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎｒａｔｅ；Ｔｓ：地下５ｃｍ土壤温度Ｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ５ｃｍｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ；Ｑ１０：土壤
呼吸温度敏感系数 Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；下同 Ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
２．３．２ 土壤呼吸速率季节变化与温度、土壤水分关系 土壤呼吸日均速率与土壤水分回归分析结果表明（表
２），土壤呼吸速率与土壤水分的相关程度达到了极显著水平。土壤呼吸速率与气温、土壤温度相关虽然达到极显
著水平，但呈负相关的结果。研究表明，短花针茅荒漠草原在水分胁迫的影响下，温度因子对土壤呼吸速率影响
降低。对土壤呼吸日均速率和土壤水分进行回归分析，得出土壤呼吸日均速率和土壤水分具有极显著的回归关
系。对比不同放牧制度的影响，围栏禁牧下土壤呼吸速率与土壤水分回归关系较好，这一模型可以解释其土壤呼
吸８７．０％的变化情况，明显高于划区轮牧和自由放牧下的５７．８％和５４．４％。土壤呼吸速率与土壤水分相关性
在围栏禁牧区高于划区轮牧区和自由放牧区，而划区轮牧区与自由放牧区之间差别不大。
２．３．３ 土壤呼吸与温度、土壤水分的复合关系模型 土壤呼吸受到土壤温度、土壤水分及生物量等几个复杂生
态系统过程共同作用的影响［２４］。由于土壤环境的复杂性，当前模拟环境因子对土壤呼吸速率的模型多为经验模
型。土壤呼吸速率与温度、水分复合模型回归分析结果表明（表３），不同放牧制度下，土壤呼吸速率和土壤温度、气
温及土壤水分回归结果极显著。与单因子模型相比，决定系数犚２ 均有不同程度的提高，回归拟合结果较好。通过
复合模型可以看出，土壤呼吸速率与温度、水分相关性都为正值，其中土壤水分的作用大于温度的作用（表３，图３）。
２２２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２
表２ 土壤呼吸日均速率与温度、土壤水分相关性
犜犪犫犾犲２ 犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀狅犳犱犪犻犾狔犿犲犪狀狊狅犻犾狉犲狊狆犻狉犪狋犻狅狀狉犪狋犲狑犻狋犺狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犪狀犱狊狅犻犾狑犪狋犲狉犮狅狀狋犲狀狋
样地
Ｐｌｏｔｓ
气温
Ａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃）
土壤温度
Ｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃）
土壤水分
Ｓｏｉｌｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ（％）
回归方程
Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎ
犚２ 犘值
犘ｖａｌｕｅ
ＲＧ －０．６６３ －０．７６６ ０．７６０ 犚狊＝０．１２８犠狊－０．０２１ ０．５７８ ０．０００１
ＣＧ －０．８４０ －０．７７８ ０．７３８ 犚狊＝０．１４１犠狊－０．０４９ ０．５４４ ０．０００１
ＣＫ －０．８０５ －０．８１６ ０．９３３ 犚狊＝０．１４２犠狊－０．１００ ０．８７０ ０．０００１
Ｗｓ：０～１０ｃｍ土壤含水量０～１０ｃｍｗａｔｅｒｓｏｉｌｃｏｎｔｅｎｔ；下同 Ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
３ 讨论
土壤呼吸速率主要受到土壤温度、土壤湿度、根系
生物量、凋落物、微生物种群、根系氮含量和土壤质地
等因素的影响。这些环境因子和生物因子的时间变异
性共同驱动着土壤呼吸速率的日变化、季节变化和年
际变化，其变化格局强烈地影响着陆地生态系统碳汇
强度和大气ＣＯ２ 浓度［１５，２５］。对我国温性草原、高寒草
甸的研究表明，土壤呼吸速率呈现较大的日变化和季
节变化［２０，２６２８］。日变化呈现单峰性，最高值出现在温
度较高的时间，季节变化受到水、热等因子共同作用，
出现单峰或多峰曲线，最高值出现在水热搭配较好的
时期，放牧对日动态、季节动态变化特征影响不大［１６，１９］。
表３ 土壤呼吸速率与温度、土壤水分回归复合模型
犜犪犫犾犲３ 犜犺犲犮狅犿狆狅狊犻狋犲犿狅犱犲犾狅犳狊狅犻犾狉犲狊狆犻狉犪狋犻狅狀狉犪狋犲
狑犻狋犺狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犪狀犱狊狅犻犾狑犪狋犲狉犮狅狀狋犲狀狋
样地
Ｐｌｏｔｓ
回归方程
Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎ
犚２ 犘值
犘ｖａｌｕｅ
ＲＧ 犚狊＝－５．８４３４ｅ－０．１００３犜犪＋０．２９２０犠狊 ０．７４１ ０．０００１
犚狊＝－７．６３９５ｅ－０．０８９９犜狊＋０．３８７６犠狊 ０．６８１ ０．０００１
ＣＧ 犚狊＝－３．８９００ｅ－０．０８２９犜犪＋０．３１２５犠狊 ０．７９７ ０．０００１
犚狊＝－４．４０２６ｅ－０．０７５３犜狊＋０．３５８２犠狊 ０．８１６ ０．０００１
ＣＫ 犚狊＝－４．０６４５ｅ－０．１０４６犜犪＋０．１９４８犠狊 ０．９０１ ０．０００１
犚狊＝－３．２０８４ｅ－０．０８５２犜狊＋０．２１０４犠狊 ０．９０９ ０．０００１
Ｔａ：气温 Ａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．
本研究中，不同放牧制度对短花针茅荒漠草原土壤呼吸速率日变化影响较小，土壤呼吸速率日动态基本呈单峰曲
线，日变化主要受到温度因子的影响；划区轮牧、自由放牧及围栏禁牧方式下土壤呼吸速率季节变化曲线差别不
明显，季节变化主要受到水分因子的影响。
放牧制度的中心假设是，放牧的休息和延缓能维持较大叶面积，并能促进植被恢复［２９］。一般认为，连续的放
牧会降低植物叶面积，减弱光合作用向地下的能量输入，导致地下根的现存量和生产力降低［３０，３１］，减少根系分泌
物，从而降低土壤根系呼吸和微生物呼吸［１６，３２，３３］。合适的放牧强度和放牧制度有利于植被恢复，改变土壤含水
量、土壤容重、土壤有机质含量及土壤微生物活性［３４，３５］，这些因素的改变都将导致土壤呼吸速率产生变化，减弱
放牧对土壤呼吸的影响［２０，３６］。本研究发现，划区轮牧较自由放牧在干旱季节表现出较大的土壤呼吸速率，而在
其他季节无差别；自由放牧较围栏禁牧降低了土壤呼吸速率，基本与马涛等［１６］、贾丙瑞等［１９］报道的研究结果相
似。由于土壤水文特征变化最主要的驱动力是放牧率，而放牧方式只有在较高植被覆盖的情况下，才会减少地表
水分漫流，影响土壤渗透率，改变土壤理化性质［３７，３８］。因此，在荒漠草原的低盖度下，划区轮牧和自由放牧对土
壤影响的差别不会很大，导致对土壤呼吸的影响较小。土壤呼吸速率在不同放牧制度下的差异，可能是土壤水分
及地下生物量不同月份差异所造成的。同时发现，土壤呼吸速率和地上生物量季节变化曲线相一致，主要受到土
壤水分的影响（图３）。研究结果表明，在干旱的月份，划区轮牧通过对草场的休闲，有利于草场地下部分生产力
的恢复，增大土壤呼吸速率；正常月份，划区轮牧与自由放牧间无明显差别。
影响土壤呼吸的因素众多，但最主要的影响因子仍是温度和水分。日尺度下，土壤呼吸速率主要受到温度因
子的影响［３９］，而土壤呼吸速率与土壤温度、气温的相关性有一定差异。陈全胜等［４０］在锡林河流域典型草原退化
群落研究中发现，土壤呼吸速率与气温有较好的相关性，贾丙瑞等［１９］研究认为，在围栏与放牧影响下，呈现不同
的结果，围栏样地土壤呼吸速率日动态与地表温度相关性最好，而放牧样地与地下５ｃｍ温度相关性最好。本试
验研究结果为，短花针茅荒漠草原，土壤呼吸速率与气温的相关性大于与土壤温度的相关性，放牧制度对其关系
变化影响不大。除８月份外，不同放牧制度下土壤呼吸速率日变化与气温、土壤温度的相关程度都达到了极显著
３２２第２０卷第２期 草业学报２０１１年
图３ 不同放牧制度土壤呼吸速率及生物环境因子季节动态
犉犻犵．３ 犛犲犪狊狅狀犪犾犱狔狀犪犿犻犮狊狅犳狊狅犻犾狉犲狊狆犻狉犪狋犻狅狀狉犪狋犲，犫犻狅犾狅犵犻犮犪犾犪狀犱犲狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犳犪犮狋狅狉狊狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉犪狕犻狀犵狊狔狊狋犲犿狊
水平。８月份，自由放牧区土壤呼吸速率与土壤温度相关不显著，可能是由于７月份干旱胁迫的影响，土壤含水
量过低，导致土壤根系和土壤微生物活性不强，温度对土壤呼吸的影响降低。
在草地生态系统中，干旱和半干旱环境变化的不确定性，特别是降水的稀少及其高变异性，使得水分可利用
性成为系统动态的主要驱动因素［４１］，当水分成为胁迫因子时，可能取代温度成为土壤呼吸的主要控制因子［４２］。
土壤水分不仅影响土壤日均速率大小，同时影响土壤呼吸的温度敏感性［４０，４３］。本研究中，受到７月份干旱的影
响，７、８月份土壤含水量（１．６５％～２．５６％）较低，６、９两个月份土壤含水量（２．８４％～７．２３％）较高（图３）。划区
轮牧区与自由放牧区Ｑ１０的季节变化趋势一致，主要受到土壤水分的影响，而围栏禁牧下季节变化趋势较平缓。
本研究显示，干旱条件下，不同放牧制度间土壤呼吸温度敏感性差别不大；水分充足时，放牧增大了土壤呼吸的温
度敏感性，而划区轮牧区与自由放牧区间差别不明显。纵观整个生长季，放牧降低了土壤水分对土壤呼吸速率的
影响。这可能是放牧样地由于牲畜的采食和踩踏，地上生物量和凋落物等减少，导致土壤表层温度易升高，土壤
水分降低，土壤呼吸速率对温度的敏感性增大，与土壤水分的相关性降低。
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ＸＵＨａｉｈｏｎｇ１，３，ＨＯＵＸｉａｎｇｙａｎｇ２，ＮＡＲｉｓｕ２
（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＲｅｇｉｏｎａｌＰｌａｎｎｉｎｇ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，
Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｒａｓｓｌａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｏｈｈｏｔ０１００１０，Ｃｈｉｎａ；３．ＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆ
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犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｕｓｉｎｇａｄｙｎａｍｉｃｅｎｃｌｏｓｅｄｃｈａｍｂｅｒ（ＩＲＧＡ），ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇｒａｚｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｏｎｄｉｕｒｎａｌａｎｄｓｅａｓｏｎａｌ
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ｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｇｒａｚｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｉｎｄｉｕｒｎａｌｏｒｉｎｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｄｉｕｒｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎｃｏｕｌｄ
ｂｅｅｘｐｒｅｓｓｅｄａｓａｓｉｎｇｌｅｐｅａｋｃｕｒｖｅ，ａｎｄｔｈｅｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｗａｓｍａｉｎｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅ．２）Ｔｈｅ
ｄａｉｌｙｍｅａｎｓｏｉｌｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎｒａｔｅｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｏｗｅｒｉｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｇｒａｚｅｄｐｌｏｔｓ（０．４４９７μｍｏｌＣＯ２／ｍ
２·ｓ）
ｔｈａｎｔｈａｔｉｎｒｏｔａｔｉｏｎａｌｙｇｒａｚｅｄ（０．５０４７μｍｏｌＣＯ２／ｍ
２·ｓ，ｉｎｄｒｙｍｏｎｔｈｓ），ｏｒｉｎｎｏｎｇｒａｚｅｄｐｌｏｔｓ（０．５２９５
μｍｏｌＣＯ２／ｍ
２·ｓ，ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅｇｒｏｗｉｎｇｓｅａｓｏｎ，ｅｘｃｅｐｔｔｈｅｆｉｒｓｔｍｏｎｔｈ），ｂｕｔｔｈｅｒｅｗａｓｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒ
ｅｎｃｅａｍｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒａｚｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｉｎｓｅａｓｏｎａｌｍｅａｎｓｏｉｌｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎｒａｔｅ．３）Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎｄｉ
ｕｒｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｗｉｔｈａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｗｉｔｈｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄａｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍ
ｐｏｓｉｔｅｍｏｄｅｌｗａｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎａｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｍｏｄｅｌｔｏｅｘｐｌａｉｎｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｉｎｓｏｉｌｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎｒａｔｅ．４）Ｃｏｍｐａｒｅｄ
ｗｉｔｈｎｏｎｇｒａｚｉｎｇ，ｒｏｔａｔｉｏｎａｌｇｒａｚｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｇｒａｚｉｎｇｅｌｅｖａｔｅｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｓｏｉｌｒｅｓｐｉｒａ
ｔｉｏｎ（ａｄｅｑｕａｔｅｍｏｉｓｔｕｒｅ），ｗｈｉｌｅｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｏｎｓｏｉｌｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ．Ｉｔｗａｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔ
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ｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｅｆｆｅｃｔｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓｉｎ犛．犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪ｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅ；ｇｒａｚｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ；ｓｏｉｌｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ；ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
６２２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２