全 文 ：　 Ｇｕｉｈａｉａ　 Ｆｅｂ. ２０１６ꎬ ３６(２):１４５－１５３
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ＤＯＩ: １０.１１９３１ / ｇｕｉｈａｉａ.ｇｘｚｗ２０１５０４０３２
梁国华ꎬ吴建平ꎬ熊鑫ꎬ等. 模拟酸雨对鼎湖山季风常绿阔叶林土壤呼吸的初期影响[Ｊ]. 广西植物ꎬ ２０１６ꎬ ３６(２):１４５－１５３
ＬＩＡＮＧ ＧＨꎬＷＵ ＪＰꎬＸＩＯＮＧ Ｘꎬｅｔ ａｌ. Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｃｉｄ ｒａｉｎ ｏｎ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｍｏｎｓｏｏｎ ｅｖｅｒｇｒｅｅｎ ｂｒｏａｄ￣ｌｅａｖｅｄ ｆｏｒｅｓｔ ａｔ Ｄｉｎｇｈｕｓｈａｎ Ｎａｔｕｒｅ Ｒｅ￣
ｓｅｒｖｅ[Ｊ]. Ｇｕｉｈａｉａꎬ ２０１６ꎬ ３６(２):１４５－１５３
模拟酸雨对鼎湖山季风常绿阔叶林土壤呼吸的初期影响
梁国华１ꎬ 吴建平２ꎬ３ꎬ 熊　 鑫２ꎬ３ꎬ 吴小映１ꎬ 褚国伟２ꎬ
周国逸２ꎬ 曾任森１ꎬ 张德强２∗
( １. 华南农业大学ꎬ 广州 ５１０６４２ꎻ ２. 中国科学院华南植物园ꎬ 广州 ５１０６５０ꎻ ３. 中国科学院大学ꎬ 北京 １０００３９ )
摘　 要: 通过在鼎湖山季风常绿阔叶林(季风林)进行野外模拟酸雨试验ꎬ对不同酸雨强度处理下的林地土壤
呼吸速率进行原位测定ꎬ探讨酸雨对南亚热带森林土壤呼吸的初期影响ꎮ 结果表明:在两年的测定周期内ꎬ４
个酸雨水平:ＣＫ (ｐＨ值 ４.５左右的天然湖水)、Ｔ１(ｐＨ值 ４.０)、Ｔ２ (ｐＨ值 ３.５)和 Ｔ３ (ｐＨ值 ３.０)处理下的年平
均土壤呼吸速率分别为(３.０７±０.０８)、(３.０６±０.１７)、(２.７８±０.２９)和(２.５６±０.０８)μｍｏｌ􀅰ｍ￣２􀅰ｓ￣１ꎬ其中 Ｔ３处理显
著低于 ＣＫ和 Ｔ１处理(Ｐ< ０.０５)ꎬ说明模拟酸雨抑制了季风林土壤呼吸ꎮ 这种抑制作用大体上随处理时间的
延长而逐渐显著ꎬ处理间的差异只在测定周期的第二年达到显著水平ꎬ且抑制作用的差异显著性只出现在湿
季(Ｐ< ０.０５)ꎮ 模拟酸雨对土壤呼吸的抑制作用可能与其胁迫下土壤酸化而导致土壤微生物异养呼吸及凋落
物 ＣＯ２释放量下降有关ꎮ 表现为模拟酸雨导致土壤 ｐＨ值降低ꎬ使得土壤酸化加剧ꎻ降低了土壤微生物量碳、
氮含量ꎬ抑制了微生物活性ꎻ提高了凋落物质量残留率ꎬ抑制了凋落物分解ꎮ 还与土壤呼吸结果相对应ꎬ上述
指标对模拟酸雨的响应也大体上随处理时间的延长而逐渐显著ꎮ 另外ꎬ土壤呼吸温度敏感系数 Ｑ１０值随处理
ｐＨ值降低有下降的趋势ꎬ表明酸雨处理在一定程度上降低了土壤呼吸的温度敏感性ꎮ
关键词: 模拟酸雨ꎬ 土壤呼吸ꎬ 土壤 ｐＨ值ꎬ 土壤微生物活性ꎬ 凋落物分解ꎬ 季风常绿阔叶林
中图分类号: Ｑ９４８.１１３　 　 文献标识码: Ａ　 　 文章编号: １０００￣３１４２(２０１６)０２￣０１４５￣０９
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｃｉｄ ｒａｉｎ ｏｎ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ
ｉｎ ａ ｍｏｎｓｏｏｎ ｅｖｅｒｇｒｅｅｎ ｂｒｏａｄ￣ｌｅａｖｅｄ ｆｏｒｅｓｔ
ａｔ Ｄｉｎｇｈｕｓｈａｎ Ｎａｔｕｒｅ Ｒｅｓｅｒｖｅ
ＬＩＡＮＧ Ｇｕｏ￣Ｈｕａ１ꎬ ＷＵ Ｊｉａｎ￣Ｐｉｎｇ２ꎬ３ꎬ ＸＩＯＮＧ Ｘｉｎ２ꎬ３ꎬ ＷＵ Ｘｉａｏ￣Ｙｉｎｇ１ꎬ
ＣＨＵ Ｇｕｏ￣Ｗｅｉ２ꎬ ＺＨＯＵ Ｇｕｏ￣Ｙｉ２ꎬ Ｚｅｎｇ Ｒｅｎ￣Ｓｅｎ１ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｄｅ￣Ｑｉａｎｇ２∗
( １. Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４２ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ２. Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｂｏｔａｎｉｃａｌ Ｇａｒｄｅｎꎬ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ
ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６５０ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ３. Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３９ꎬ Ｃｈｉｎａ )
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｅｄ ａｃｉｄ ｒａｉｎ ｏｎ ｆｏｒｅｓｔ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｕｓｅｆｕｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒ￣
ｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｃｙｃｌｅ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｇｌｏｂａｌ ｃｈａｎｇｅ. Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬ ａ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｃｉｄ
ｒａｉｎ ( ＳＡＲ) ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｉｎ ａ ｍｏｎｓｏｏｎ ｅｖｅｒｇｒｅｅｎ ｂｒｏａｄ￣ｌｅａｖｅｄ ｆｏｒｅｓｔ ａｔ ｔｈｅ Ｄｉｎｇｈｕｓｈａｎ Ｎａｔｕｒｅ
Ｒｅｓｅｒｖｅ. ＳＡＲ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ＣＫ (ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｌａｋｅ ｗａｔｅｒꎬ ｐＨ４.５)ꎬ Ｔ１(ｐＨ４.０)ꎬ Ｔ２(ｐＨ３.５)ꎬ Ｔ３(ｐＨ３.０) ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ
收稿日期: ２０１５￣０４￣２３　 　 修回日期: ２０１５￣０８￣０７
基金项目: 广东省科技计划项目(２０１４Ａ０２０２１６０３１)ꎻ中国博士后科学基金(２０１４Ｍ５５２２０７)ꎻ国家自然科学基金(３１５００３５３ꎬ ３１４２８００１ꎬ４１４３０５２９)
[Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ( ２０１４Ａ０２０２１６０３１ )ꎻ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｐｏｓｔ Ｄｏｃｔｏｒａｔｅ Ｒｅｓｃａｒｃｈ ｏｆ Ｃｈｉｎａ
(２０１４Ｍ５５２２０７)ꎻ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ(３１５００３５３ꎬ ３１４２８００１ꎬ４１４３０５２９)]ꎮ
作者简介: 梁国华(１９８５￣)ꎬ男ꎬ广东江门人ꎬ博士ꎬ主要从事森林生态学研究ꎬ(Ｅ￣ｍａｉｌ) ｌｉａｎｇｇｈ＠ ｓｃｂｇ.ａｃ.ｃｎꎮ
∗通讯作者: 张德强ꎬ研究员ꎬ博士生导师ꎬ主要从事陆地生态系统对全球变化的响应与适应研究ꎬ(Ｅ￣ｍａｉｌ)ｚｈａｎｇｄｅｑ＠ ｓｃｉｂ.ａｃ.ｃｎꎮ
ｒｅｐｌｉｃａｔｅｓ. ＳＡＲ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｉｎｉｔｉａｔｅｄ ｉｎ Ｊｕｎｅ ２００９ ａｎｄ ｗｅｒｅ ｓｐｒａｙｅｄ ｔｗｉｃｅ ａ ｍｏｎｔｈ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｐｅｒｉｏｄ. Ｒｅ￣
ｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｔｏ ＳＡＲ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｆｒｏｍ Ａｐｒｉｌ ２０１０ ｔｏ Ｍａｒｃｈ ２０１２ ｗｉｔｈ ａ ＬＩ￣８１００ ｓｏｉｌ ＣＯ２ ｅｆｆｌｕｘ ｓｙｓｔｅｍ. Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｍｅａｎ ａｎｎｕａｌ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ＣＫꎬ Ｔ１ꎬ Ｔ２ꎬ ａｎｄ Ｔ３ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ (３.０７± ０.０８)ꎬ
(３.０６±０.１７)ꎬ (２.７８±０.２９)ꎬ (２.５６±０.０８) μｍｏｌ􀅰ｍ￣２􀅰ｓ￣１ꎬ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎬ ａｎｄ ｔｈｅ Ｔ３ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｌｏｗｅｒ
ｔｈａｎ ｔｈｅ ＣＫ ａｎｄ Ｔ１ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ (Ｐ<０.０５)ꎬ ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ ｕｎｄｅｒ ＳＡＲ. Ｔｈｅｓｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ
ｅｆｆｅｃｔｓ ｗｅｒｅ ｅｖｉｄｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｒｍ￣ｗｅｔ ｓｅａｓｏｎｓ (Ｐ<０.０５)ꎬ ｂｕｔ ｎｏｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｏｌ￣ｄｒｙ ｏｎｅｓ. Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎꎬ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ａｎ￣
ｎｕａｌ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｙｅａｒꎬ ｗｅ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｓｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｏｖｅｒ ｔｉｍｅ ｗｉｔｈ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｏｎｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｙｅａｒ. Ｔｈｅ ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｍａｙ ｂｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅ￣
ｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ＣＯ２ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｌｉｔｔｅｒ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｓｏｉｌ ａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ＳＡＲꎬ ａｓ ｗｅ ｆｏｕｎｄ
ｔｈａｔ ｓｏｉｌ ｐＨ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｆｔｅｒ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｏ ＳＡＲ ｆｏｒ ｔｗｏ
ｙｅａｒｓꎻ ａｎｄ ｌｉｔｔｅｒ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｗａｓ ａｌｓｏ ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｐｅｒｉｏｄ. Ｃｏｉｎｃｉｄｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉ￣
ｒａｔｉｏｎꎬ ｔｈｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ＳＡＲ ｏｎ ｔｈｅｓｅ ｉｎｄｅｘ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｏｖｅｒ ｔｉｍｅ ｗｉｔｈ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ａｍｏｎｇ ｔｒｅａｔ￣
ｍｅｎｔｓ ｍｏｓｔｌｙ ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｔｅｒ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｐｅｒｉｏｄ. Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅꎬ ｗｅ ｆｏｕｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＳＡＲ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａ￣
ｔｕｒｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎꎬ ｗｉｔｈ ａ ｄｅｃｌｉｎｅ ｉｎ Ｑ１０ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｐｅｒｉｏｄꎬ ｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇ ｔｈａｔ ＳＡＲ ｗｏｕｌｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ. Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙꎬ ｓｏｉｌ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｆｏｒｅｓｔｓ ｏｆ ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ Ｃｈｉ￣
ｎａ ｗｏｕｌｄ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ ａｃｉｄ ｒａｉｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｃｉｄ ｒａｉｎꎬ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎꎬ ｓｏｉｌ ｐＨ ｖａｌｕｅꎬ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓꎬ ｌｉｔｔｅｒ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎꎬ ｍｏｎｓｏｏｎ
ｅｖｅｒｇｒｅｅｎ ｂｒｏａｄ￣ｌｅａｖｅｄ ｆｏｒｅｓｔ
　 　 大气中温室气体浓度上升而导致的全球变暖是
人类目前面临的主要环境问题之一ꎬ而 ＣＯ２是最重
要的温室气体ꎬ其对全球变暖的贡献率在 ６０ 以上
(杨玉盛等ꎬ２００４)ꎮ 土壤呼吸是生态系统碳循环的
重要环节ꎬ也是全球碳循环的一个主要流通过程ꎮ
每年全球土壤由于土壤呼吸作用向大气释放的碳为
６８ Ｐｇꎬ仅次于全球总初级生产力(相当于碳量 １００~
１２０ Ｐｇ􀅰ａ￣１)ꎬ而超过全球陆地生态系统的净初级生
产力 (相当于碳量 ５０ ~ ６０ Ｐｇ 􀅰 ａ￣１ ) ( Ｒａｉｃｈ ＆
Ｓｃｈｌｅｓｉｎｇｅｒꎬ１９９２)ꎬ是化石燃料燃烧释放碳量(５. ２
Ｐｇ􀅰ａ￣１)的 １０多倍(Ｍａｒｌａｎｄ ＆ Ｒｏｔｔｙꎬ１９８４)ꎮ 所以ꎬ
土壤呼吸即使发生微小的变化ꎬ其对全球碳循环ꎬ尤
其是对大气 ＣＯ２浓度的变化将产生巨大的影响ꎮ 正
因为如此ꎬ关于土壤呼吸的研究近几十年来受到科
学界的高度关注(彭少麟等ꎬ２００２)ꎬ并成为全球碳
循环研究的重要内容之一(Ｓｃｈｉｍｅｌ ｅｔ ａｌꎬ１９９５)ꎮ 森
林土壤碳是全球碳库的重要组成部分ꎬ占全球土壤
碳(１ ４００ Ｐｇ)的 ７３ (Ｐｏｓｔ ｅｔ ａｌꎬ１９８２ꎻＪｅｎｋｉｎｓｏｎ ｅｔ
ａｌꎬ１９９１)ꎬ是森林植被碳库的 ２ 倍多(Ｄｉｘｏｎ ｅｔ ａｌꎬ
１９９４)ꎬ在全球碳循环方面发挥重要作用ꎮ 由于全
球森林过度采伐和土地利用变化而导致土壤 ＣＯ２的
释放ꎬ大约占过去两个世纪以来因人类活动释放的
ＣＯ２总量的一半(Ｐｏｓｔ ｅｔ ａｌꎬ１９８２ꎻ杨玉盛等ꎬ２００４)ꎮ
故探索森林土壤呼吸的动态变化及其调控机理ꎬ对
了解全球变化背景下森林土壤作为碳源还是碳汇的
问题具有现实的指导意义ꎮ
自 ２０世纪以来ꎬ酸雨已成为当今世界上最严重
的环境问题之一ꎬ其主要来源是人类活动如工业生
产和汽车尾气等所排放的大气污染物二氧化硫
(ＳＯ２)和氮氧化物(ＮＯｘ)(Ｌａｒｓｓｅｎ ｅｔ ａｌꎬ２０００ꎻＺｈａｎｇ
ｅｔ ａｌꎬ２００７)ꎮ 尽管欧美发达国家的酸性气体排放量
有所下降ꎬ但发展中国家的排放量却在增加ꎬ中国南
方已成为继欧美之后的第三大酸雨区(王文兴和许
鹏举ꎬ２００９)ꎮ 森林作为陆地生态系统的主体ꎬ也是
酸雨的主要受体ꎮ 日益严重的酸雨问题必然会影响
森林生态系统的结构和功能ꎬ其导致森林土壤酸化
所带来的直接或间接的影响已有很多报道(刘菊秀
等ꎬ２００３ａꎻＬａｖｅｒｍａｎ ｅｔ ａｌꎬ２００１)ꎻ而土壤呼吸作为全
球碳循环流通的关键环节之一ꎬ其对酸雨增加的响
应亦受到国内外学者的关注 (刘源月等ꎬ ２０１０ꎻ
Ｖａｎｈａｌａ ｅｔ ａｌꎬ１９９６)ꎮ 然而ꎬ不同的研究者关于酸雨
对土壤呼吸影响的报道结果往往不一致(Ｖａｎｈａｌａꎬ
２００２)ꎮ 目前酸雨对森林土壤呼吸影响的研究多见
于北美和欧洲这些经济发达的温带区域(Ｌａｖｅｒｍａｎ
ｅｔ ａｌꎬ２００１)ꎮ Ｓａｌｏｎｉｕｓ(１９９０)在 ２０ 世纪 ８０ 年代研
究了云杉林土壤有机层呼吸速率对模拟酸雨的响
应ꎬ发现只有在重度酸雨(ｐＨ２.６)下才抑制了微生
物呼吸ꎮ Ｖａｎｈａｌａ ｅｔ ａｌ(１９９６)在芬兰亚寒带森林进
行了长期(８ ａ)的模拟酸雨对土壤呼吸及土壤微生
物影响的研究ꎬ发现微生物多样性未受到酸雨的显
６４１ 广　 西　 植　 物　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ３６卷
著影响ꎬ但强酸雨却使土壤呼吸降低了 ２０ ꎮ 与北
美和欧洲这些温带区域相比ꎬ酸雨对中国热带和亚
热带森林土壤呼吸影响的研究起步较晚、报道较少
(张勇等ꎬ２０１１ꎻＣｈｅｎ ｅｔ ａｌꎬ２０１２)ꎬ且受野外实验条
件的限制ꎬ研究方法大多以室内盆栽培养模拟实验
为主(谢小赞等ꎬ２００９)ꎬ其研究结果能否适用于野
外自然状况还难以定论ꎮ 故在酸雨日益严重的中国
南亚热带地区ꎬ开展野外人工模拟酸雨实验并深入
研究酸雨对森林土壤呼吸的影响显得非常紧迫ꎮ 为
此ꎬ我们在鼎湖山以南亚热带具有典型代表性的季
风常绿阔叶林为研究对象ꎬ通过在自然林里开展人
工模拟酸雨控制试验ꎬ对土壤呼吸速率及其相关环
境因子进行观测ꎬ主要探讨季风常绿阔叶林土壤呼
吸在酸雨胁迫下的响应规律如何? 响应规律的机理
是什么? 研究结果将为正确评估森林生态系统中的
碳平衡及其对全球气候变化的响应提供基础数据ꎮ
１　 材料与方法
１.１ 研究区与样地概况
研究地设在广东省中部、珠江三角洲西南的肇
庆市鼎湖山国家级自然保护区(１１２°３０′~１１２°３３′Ｅꎬ
２３°０９′~ ２３°１１′Ｎ) 内ꎬ距广州 ８６ ｋｍꎬ面积为 １ １１３
ｈｍ２ꎮ 该地区属南亚热带季风气候ꎬ年均气温 ２０.９
℃ꎬ最冷月(１ 月)和最热月(７ 月)的平均温度分别
为 １２.６ ℃和 ２８.０ ℃ꎬ年均相对湿度为 ８０ ꎬ年均降
雨量和蒸发量分别为 １ ９２９ ｍｍ和 １ １１５ ｍｍꎬ４－９月
为湿季ꎬ １０ 月至次年 ３ 月为旱季 (刘菊秀等ꎬ
２００３ｂ)ꎮ 保护区内有着群落演替进程处于不同阶
段的 ３种森林(马尾松针叶林、马尾松针阔混交林
和季风常绿阔叶林)ꎬ本实验样地所在的季风常绿
阔叶林海拔 ２５０ ~ ４００ ｍꎬ是有着近 ４００ ａ 保护历史
的南亚热带地带性植被类型ꎬ整个群落处于由阳性
植物占优势的森林向中生性和耐阴性植物占优势的
演替顶极群落类型演变的最后阶段ꎮ 群落终年常
绿ꎬ垂直结构复杂ꎬ群落优势树种主要有锥栗、荷木、
厚壳桂(Ｃｒｙｐｔｏｃａｒｙａ ｃｈｉｎｅｓｉｓ)、黄果厚壳桂(Ｃ. ｃｏｎ￣
ｃｉｎｎａ)和鼎湖钓樟 ( Ｌｉｎｄｅｒａ ｃｈｕｎｎｉ)等 (任海等ꎬ
１９９６)ꎮ
１.２ 试验样地设计
２００９年初在季风林分别设置 １２ 个 １０ ｍ×１０ ｍ
的样方用于模拟酸雨实验ꎮ 每个样方四周用水泥板
材围起ꎬ水泥板材插入地表下 ２０ ｃｍꎬ地上部分高出
地表 ５ ｃｍꎬ每个样方之间预留 ３ ｍ宽的缓冲带ꎮ 根
据鼎湖地区近年酸雨的酸度和主要成分比例以及其
变化趋势ꎬ以 Ｈ２ＳＯ４ ∶ ＨＮＯ３ ＝ １ ∶ １的溶液用作为模
拟酸雨实验材料ꎬ以 ｐＨ值为衡量单位ꎬ设计 ４ 个酸
雨强度处理ꎬ分别为 ＣＫ (ｐＨ４.５ 左右的天然湖水)、
Ｔ１ (ｐＨ４.０)、Ｔ２ (ｐＨ３.５)和 Ｔ３ (ｐＨ３.０)ꎬ每处理设 ３
个重复ꎮ ２００９年 ６月开始进行模拟酸雨处理ꎬ每月
月初和月中将配置好的 ４０ Ｌ模拟酸雨ꎬ人工均匀喷
洒在林地上ꎮ 在模拟酸雨喷淋期间ꎬＴ１、Ｔ２ 和 Ｔ３ 接
受的 Ｈ＋输入量为 ９.６、３２、９６ ｍｏｌ􀅰ｈｍ￣２ꎬ分别约相当
于自然穿透雨 Ｈ＋输入量的 ０.３、１.０ 和 ３.０ 倍ꎮ 在上
述的每个样方随机设置 ２ 个直径 ２０ ｃｍ 的 ＰＶＣ 环
用作土壤呼吸实验ꎬ将 ＰＶＣ环插入土壤 ５ ｃｍ左右ꎬ
砸实 ＰＶＣ环防止漏气ꎬ并保持环在整个试验期间位
置不变ꎮ
１.３ 土壤呼吸速率的测定
经上述处理 １０ 个月后(土壤呼吸实验进行期
间继续同样的处理)ꎬ于 ２０１０ 年 ４ 月至 ２０１２ 年 ３
月ꎬ利用 ＬＩ￣８１００ 开路式土壤碳通量测量系统测定
模拟酸雨胁迫下季风林的土壤呼吸速率ꎬ每月月初
和月中进行 ２次测定ꎬ测定时间为 ９:００－１２:００ꎬ测
定时将 ＬＩ￣８１００ 的短期测量室置于 ＰＶＣ 环之上ꎬ并
用其携带的温、湿度探针同步测定地表下 ５ ｃｍ处土
壤温度及 ５ ｃｍ处土壤含水量ꎮ
１.４ 土壤 ｐＨ值、土壤微生物量碳、氮的测定
于 ２０１０年 ６ 月和 ２０１１ 年 ６ 月(分别为模拟酸
雨 １ ａ和 ２ ａ后)ꎬ在上述样地进行土壤样品采集ꎬ每
个样方随机选取 ４ 个点ꎬ去除表土上覆盖的枯枝落
叶ꎬ用内径 ２.５ ｃｍ的土钻取 ０ ~ １０ ｃｍ 层次土壤ꎬ每
个点取 ４钻ꎬ混合后装入布袋并用标签做好标记带
回实验室ꎬ去除样品中可见的根系和石块等ꎬ过 ２
ｍｍ筛ꎮ 土壤微生物量碳、氮含量测定采用新鲜土ꎬ
用氯仿熏蒸提取法ꎬ其中转化系数为 ０.４５ꎻ土壤 ｐＨ
值采用自然风干土ꎬ以 １ ｍｏｌ􀅰Ｌ￣１氯化钾浸提(水土
比为２.５ ∶ １)后用 ｐＨ计测定ꎮ
１.５ 凋落物分解速率的测定
收集季风林优势种锥栗的新鲜凋落叶ꎬ风干ꎬ充
分混匀ꎬ一次性分装在尼龙网缝制的分解袋中ꎬ每个
分解袋装 １２ ｇꎬ装袋时另取部分凋落叶测定含水量ꎮ
分解袋规格为 １５ ｃｍ×２０ ｃｍꎬ尼龙网孔径大小为上
表面 ２ ｍｍꎬ下表面 ０.５ ｍｍꎮ ２００９年 １０月布置分解
袋ꎬ在每个样方中放入 １４个分解袋ꎮ 放置凋落物分
解袋时ꎬ先清除地表凋落物层ꎬ再将分解袋紧贴地面
７４１２期　 　 　 　 　 　 　 　 梁国华等: 模拟酸雨对鼎湖山季风常绿阔叶林土壤呼吸的初期影响
放置ꎬ表面简单覆盖一层凋落物ꎮ 此后每隔 ３ 个月
取 １ 次样ꎬ每样方每次取 ２ 袋ꎬ试验期间共收集 ７
次ꎮ 收集的分解袋拿回实验室ꎬ小心清除凋落物表
面的泥土ꎬ６５ ℃烘干称重ꎮ
１.６ 数据的分析
用统计软件 ＳＡＳ８.０ 进行数据处理分析ꎬ用 Ｒｅ￣
ｐｅａｔｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ ＡＮＯＶＡ检验土壤呼吸、土壤温度、
土壤湿度和凋落物质量残留率在处理间的差异显著
性ꎬ利用 Ｏｎｅ￣Ｗａｙ ＡＮＯＶＡ检验年均土壤呼吸速率、
土壤 ｐＨ值、土壤微生物量碳、氮含量和凋落物质量
残留率的差异显著性ꎬ用回归分析方法建立土壤温
度、土壤湿度与土壤呼吸之间的统计关系ꎮ 土壤呼
吸与温度之间关系采用指数模型:ｙ ＝ ａｅｂＴꎮ 式中ꎬｙ
为土壤呼吸速率ꎻＴ为土壤温度ꎻａ 是温度为 ０ ℃时
的土壤呼吸(Ｌｕｏ ｅｔ ａｌꎬ２００１)ꎻｂ 为温度反应系数ꎮ
Ｑ１０值通过下式确定(Ｘｕ ＆ Ｑｉꎬ２００１):Ｑ１０ ＝ ｅ１０ ｂꎮ 式
中ꎬｂ同上式ꎮ 凋落物的分解速率采用负指数衰减
模型计算:ｙ＝ａｅ￣ｋｔꎮ 式中ꎬｙ为质量残留率( )ꎬｔ为
时间ꎬ通常以年或月表示ꎬａ为拟合参数ꎬｋ即为年分
解速率常数(ｇ􀅰ｇ￣１􀅰ａ￣１)ꎮ 某一时刻凋落物残留率
＝(某一时间凋落物干质量 /初始时间干质量) ×
１００ ꎮ 用 ＳｉｇｍａＰｌｏｔ １０.０软件作图ꎮ
２　 结果与分析
２.１ 模拟酸雨对土壤温度与土壤湿度的影响
季风林土壤温度和土壤湿度在不同处理下都具
有明显的季节动态ꎬ湿季(４－９月)较高ꎬ旱季(１０ 月
至翌年 ３月)较低(Ｐ< ０.０５)ꎬ对照样方的年均土壤
温度和年均土壤湿度分别为 (２０. ００ ± ０. ０４)℃和
(２７.６８±０.７０) ꎮ 两年的测定周期内ꎬ不同处理间
的土壤温度和土壤湿度在湿季、旱季和全年均无显
著差异(Ｐ> ０.０５)ꎬ说明模拟酸雨对土壤温度和土
壤湿度无影响(图 １:ＡꎬＢ)ꎮ
２.２ 模拟酸雨对土壤呼吸速率的影响
由图 １:Ｃ及表 １ 可知ꎬ不同处理下的土壤呼吸
速率均具有明显的季节动态ꎬ湿季的土壤呼吸速率
显著高于旱季(Ｐ< ０.０５)ꎻ对两年观测周期内的数
据进行重复测量方差分析显示ꎬ不同处理间的土壤
呼吸差异显著(Ｐ< ０.０５)ꎮ ＣＫ、Ｔ１、Ｔ２ 和 Ｔ３ 处理下
的年均土壤呼吸速率分别为(３.０７±０.０８)、(３.０６±
０.１７)、(２.７８±０.２９)和(２.５６±０.０８)μｍｏｌ􀅰ｍ￣２􀅰ｓ￣１ꎬ
其中 Ｔ３处理显著低于 ＣＫ和 Ｔ１处理(Ｐ< ０.０５)ꎬ这
表明模拟酸雨抑制了季风林的土壤呼吸ꎮ 这种抑制
作用大体上随处理时间的延长而逐渐显著ꎬ表现为
在测定周期的第一年ꎬ与 ＣＫ 相比ꎬＴ１、Ｔ２ 和 Ｔ３ 处
理下的年均土壤呼吸速率分别降低 ２.０ 、７.８ 和
１３.６ ꎬ各处理间差异不显著ꎻ而在第二年ꎬ下降幅
度明显增大ꎬ分别为￣０.９ꎬ １０.９ 和 １９.３ ꎬ各处理
间差异显著(Ｐ< ０.０５)ꎮ 但模拟酸雨对土壤呼吸的
抑制作用具有季节差异性ꎬ处理间的差异性只出现
在湿季ꎬ如在第二年的湿季ꎬ与 ＣＫ 相比ꎬＴ３ 的下降
幅度达 ２２.９６ (Ｐ< ０.０５)ꎻ各处理间的土壤呼吸速
率在旱季无显著差异ꎮ
２.３ 模拟酸雨对土壤 ｐＨ 值、土壤微生物量碳、氮含
量的影响
实验期间的两次测定中ꎬ土壤 ｐＨ 值、土壤微生
物量碳、氮含量的平均值在对照样方分别为(３.８９±
０.０３)、(５７０.２５±５７.０６)和(９８.３３±１６.９４) ｍｇ􀅰ｋｇ￣１
(图 ２ꎬ图 ３)ꎮ 方差分析表明ꎬ模拟酸雨对 ２０１０ 年 ６
月测定(模拟酸雨 １ ａ 后)的土壤 ｐＨ 值、土壤微生
物量碳、氮含量均无显著影响(Ｐ> ０.０５)ꎬ但模拟酸
雨却均显著地降低了 ２０１１年 ６ 月测定(模拟酸雨 ２
ａ后)的这三个指标(Ｐ< ０.０５)ꎮ 在后一次的测定
中ꎬ与 ＣＫ相比ꎬ土壤 ｐＨ值在 Ｔ１、Ｔ２和 Ｔ３处理分别
下降了 ０.０５、０.１４和 ０.１６ꎬ其中 Ｔ２和 Ｔ３处理显著低
于 ＣＫꎻ土壤微生物量碳含量分别下降了 ６. ４ 、
１３.６ 和 １５.６ ꎬ其中 Ｔ２ 和 Ｔ３ 处理显著低于 ＣＫꎻ
土壤微生物量氮含量则分别下降了 １２.５ 、２０.０
和 ２９.６ ꎬ其中 Ｔ３处理显著低于 ＣＫꎮ 可见ꎬ模拟酸
雨降低了森林土壤的 ｐＨ 值ꎬ使得土壤酸化加剧ꎻ同
时ꎬ降低了土壤微生物量碳、氮含量ꎬ抑制了土壤微
生物活性ꎮ 与土壤呼吸结果对应ꎬ模拟酸雨对土壤
的酸化效应和对微生物活性的抑制效应会随着模拟
酸雨处理时间的延长而逐渐显著ꎮ
２.４ 模拟酸雨对凋落物质量残留率的影响
图 ４是季风林优势树种锥栗叶凋落叶在不同酸
雨处理下的质量残留率变化情况ꎬ在整个观测阶段ꎬ
质量残留率(经历相同分解时间相比较)在酸处理
样方均大于 ＣＫꎬ可见模拟酸雨处理对凋落物分解有
不同程度的抑制作用ꎮ 经过 ２１ 个月的分解ꎬＣＫ、
Ｔ１、Ｔ２ 和 Ｔ３ 处理的质量残留率分别为 １３. ９２ 、
１５.３１ 、１６.５８ 和 ２１.２２ ꎬ为 ＣＫ<Ｔ１<Ｔ２<Ｔ３ꎮ 模
拟酸雨对质量残留率的影响与酸雨处理时间有关ꎮ
分解实验开始后的第 ３ 个月ꎬＴ１、Ｔ２ 和 Ｔ３ 的质量
残留率与ＣＫ的差值在整个分解阶段为最小ꎬ随着模
８４１ 广　 西　 植　 物　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ３６卷
图 １　 不同处理间土壤温度(Ａ)、土壤湿度(Ｂ)和土壤呼吸速率(Ｃ)的季节动态(２０１０年 ４月－２０１２年 ３月)
Ｆｉｇ. １　 Ｓｅａｓｏｎａｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ (Ａ)ꎬ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅｓ (Ｂ)ꎬ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ (Ｃ) ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔ￣
ｍｅｎｔｓ (ｆｒｏｍ Ａｐｒｉｌ ２０１０ ｔｏ Ｍａｒｃｈ ２０１２)
表 １　 土壤呼吸速率在不同处理间的差异性 (平均值±标准偏差)
Ｔａｂｌｅ １　 Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ (ｍｅａｎ±ＳＤꎬ μｍｏｌ􀅰ｍ￣２􀅰ｓ￣１)
年份
Ｙｅａｒ
季节
Ｓｅａｓｏｎ ＣＫ Ｔ１ Ｔ２ Ｔ３
第一年
Ｔｈｅ １ｓｔ ｙｅａｒ
湿季 Ｗｅｔ ｓｅａｓｏｎ ３.８２±０.１９ａ∗ ３.７７±０.３９ａ∗ ￣１.２ ３.５４±０.２９ａ∗ ￣７.２ ３.３２±０.０８ａ∗ ￣１３.１
旱季 Ｄｒｙ ｓｅａｓｏｎ ２.５５±０.０５ａ∗ ２.４７±０.１０ａ∗ ￣３.２ ２.３３±０.３１ａ∗ ￣８.７ ２.１９±０.２８ａ∗ ￣１４.３
年平均 Ａｎｎｕａｌ Ｍｅａｎ ３.１８±０.１２ａ ３.１２±０.２２ａ ￣２.０ ２.９４±０.１９ａ ￣７.８ ２.７５±０.１４ａ ￣１３.６
第二年
Ｔｈｅ ２ｎｄ ｙｅａｒ
湿季 Ｗｅｔ ｓｅａｓｏｎ ３.６４±０.２４ａ∗ ３.５４±０.１９ａ∗ ￣２.８ ３.１１±０.５２ａｂ∗ ￣１４.８ ２.８１±０.１１ｂ∗ ￣２３.０
旱季 Ｄｒｙ ｓｅａｓｏｎ ２.３４±０.０９ａ∗ ２.５０±０.０９ａ∗ ＋６.８ ２.２３±０.２７ａ∗ ￣４.８ ２.０３±０.１７ａ∗ ￣１３.５
年平均 Ａｎｎｕａｌ Ｍｅａｎ ２.９９±０.１４ａ ３.０２±０.１３ａ ＋０.９ ２.６７±０.３８ａｂ ￣１０.９ ２.４２±０.１１ｂ ￣１９.３
　 注: (相对与对照变化)＝ (ＣＫ的含量－每个处理的含量) / ＣＫ的含量)×１００ (同一时间段)ꎻ“＋”表示相对于对照增加ꎻ“－”表示相对于对照减少ꎮ 同一行中
不同小写字母表示差异达显著水平(Ｐ< ０.０５)ꎮ 同一列中用∗标记者表示其旱湿季之间差异达显著水平(Ｐ< ０.０５)ꎮ 下同ꎮ
　 Ｎｏｔｅ: (ｃｈａｎｇｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ＣＫ)＝ (ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＫ－ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ) / ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＫ)×１００ (ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐｅｒｉｏｄ)ꎬ “＋” ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｎｄ “－”
ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ＣＫ. Ｖａｌｕｅｓ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｒｏｗ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｗｅｒｃａｓｅ ｌｅｔｔｅｒｓ ｓｈｏｗ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｔ Ｐ<０.０５. Ｖａｌｕｅｓ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ
ｂｙ ｔｈｅ ａｓｔｅｒｉｓｋ ｓｈｏｗ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗｅｔ ｓｅａｓｏｎ ａｎｄ ｄｒｙ ｓｅａｓｏｎ ａｔ Ｐ<０.０５ ｌｅｖｅｌ. Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ.
９４１２期　 　 　 　 　 　 　 　 梁国华等: 模拟酸雨对鼎湖山季风常绿阔叶林土壤呼吸的初期影响
图 ２　 不同处理间的土壤 ｐＨ值
Ｆｉｇ. ２　 Ｓｏｉｌ ｐＨ ｖａｌｕｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
图 ３　 不同处理间的土壤微生物量碳(Ａ)
和土壤微生物量氮(Ｂ)
Ｆｉｇ. ３　 Ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｃａｒｂｏｎ (ＳＭＢＣ) (Ａ)
ａｎｄ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｉｏｍａｓｓ ｎｉｔｒｏｇｅｎ (ＳＭＢＮ) (Ｂ)
ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
拟酸雨的进行ꎬ酸雨处理对凋落物分解的影响逐渐
明显ꎬ在分解实验的第 １５、第 １８ 和第 ２１ 个月ꎬ质量
残留率在各处理间出现显著差异ꎮ
２.５ 土壤呼吸速率与土壤温湿度的关系
各个处理的土壤呼吸速率与地下 ５ ｃｍ 温度之
间均呈显著指数回归关系(Ｐ< ０.００１)ꎬ对应的方程
可决系数为 ０.５５ ~ ０.７１ꎬ而各个处理与地下 ５ ｃｍ 湿
度之间均呈显著直线回归关系(Ｐ< ０.００１)ꎬ对应的
图 ４　 不同处理间优势树种锥栗(Ｃａｓｔａｎｏｐｓｉｓ
ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ)凋落叶分解质量残留率( )动态
Ｆｉｇ. ４　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｍａｓｓ ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ( ) ｏｆ ｌｅａｆ ｌｉｔｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ
ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｐｉｃｅｓ Ｃａｓｔａｎｏｐｓｉｓ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
方程可决系数为 ０.１７ ~ ０.１９ (图 ５)ꎮ 利用 ＣＫ、Ｔ１、
Ｔ２ 和 Ｔ３处理土壤呼吸速率与土壤温度之间的指数
回归关系可得其对应的土壤呼吸温度敏感系数 Ｑ１０
值(即土壤温度每升高 １０ ℃ꎬ土壤呼吸速率变为未
增温前呼吸速率的倍数)分别为 １.９９、１.８８、１.７６ 和
１.７１(图 ４)ꎬＱ１０呈随酸处理 ｐＨ 值降低有下降的趋
势ꎬ表明酸雨处理降低了土壤呼吸的温度敏感性ꎮ
３　 讨论与结论
亚热带常绿阔叶林区域占全国森林总面积的
４５.５６ ꎬ其土壤层碳库 Ｃ 为 ４.１２ Ｐｇꎬ占全国森林总
土壤碳库的 ３９.２４ (方精云等ꎬ２００２)ꎮ 因此ꎬ在该
区域进行森林土壤呼吸及其对环境变化的响应研
究ꎬ对认识我国森林生态系统碳收支具有重要意义ꎮ
本研究所在地鼎湖山季风常绿阔叶林是南亚热带地
带性植被类型ꎬ鉴于此林型在该区域的典型代表性ꎬ
近年来已有不少研究者陆续在此开展土壤呼吸相关
的研究ꎮ 如 Ｔａｎｇ ｅｔ ａｌ(２００６)对该林型土壤呼吸的
年际和日变化规律进行了研究ꎻ另外ꎬ环境变化如氮
沉降(Ｍｏ ｅｔ ａｌꎬ２００８)和降水改变(Ｄｅｎｇ ｅｔ ａｌꎬ２０１２)
对土壤呼吸的影响也有研究报道ꎮ 近年来ꎬ我国南
亚热带森林酸雨和森林土壤酸化问题尤其严重ꎬ如
本研究所在林型的酸雨频率由 ２００３ 年的 ６３ 增至
２００９年的 ９６ ꎬ大气降雨年均 ｐＨ 值则由 ２００３ 年
４.９０降至 ２００７ 年的 ４.１０(刘菊秀等ꎬ２００３ｂ)ꎬ并且
整个森林土壤剖面 ｐＨ值都低小于 ４.５ꎬ土壤自然酸
化非常严重(刘菊秀等ꎬ２００３ａ)ꎮ 但酸雨加剧对该
林型土壤呼吸影响的研究却鲜有报道ꎮ
０５１ 广　 西　 植　 物　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ３６卷
图 ５　 不同处理下土壤呼吸与土壤温度(Ａ)和土壤湿度(Ｂ)的相关关系
Ｆｉｇ. ５　 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｗｉｔｈ ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ (Ａ) ｏｒ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ (Ｂ) ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
　 　 由于各研究区域的气候条件ꎬ土壤营养状况以
及植被类型等不同ꎬ酸雨对森林土壤呼吸影响的研
究结果往往存在差异ꎮ 如 Ｗｉｌｌ ｅｔ ａｌ(１９８６)报道模
拟酸雨并未影响土壤呼吸ꎻ刘源月等(２０１０)研究表
明ꎬ模拟酸雨在短期内就能抑制土壤呼吸ꎬ而且重度
酸雨( ｐＨ２. ５)使土壤呼吸持续减弱ꎻ欧阳学军等
(２００５)的结果表明ꎬ一定的酸化累积促进 ＣＯ２排放ꎬ
当累积到某值时又抑制 ＣＯ２的排放ꎮ 本研究中ꎬ模
拟酸雨抑制了季风林的土壤呼吸ꎬ抑制效应随着处
理时间的延长而逐渐显著ꎬ且只有高强度模拟酸雨
Ｔ３处理在湿季显著的抑制了土壤呼吸ꎮ
模拟酸雨对土壤呼吸的抑制作用可能与其胁迫
下土壤酸化从而导致土壤微生物活性和凋落物分解
速率下降有关ꎮ 本研究样地 ＣＫ样方的土壤为强酸
性土壤(ｐＨ值小于 ４)ꎬ而经过 ２５ 个月的模拟酸雨
处理ꎬ土壤 ｐＨ值显著降低ꎬ这表明原本酸化严重的
土壤酸化加剧ꎬ这与刘源月等(２０１０)热带和亚热带
森林的模拟酸雨结果类似ꎮ 一方面ꎬ土壤呼吸与土
壤有机物的转化与循环密切相关ꎬ有赖于专性微生
物活化才能完成ꎬ酸化的土壤由于 Ｈ＋的毒害作用ꎬ
从而改变了土壤分解者微生物的种类ꎬ结构以及生
物活性(Ｆａｌａｐｐｉ ｅｔ ａｌꎬ１９９４)ꎮ 高志红等(２００４)指出
各种微生物都有最适宜的 ｐＨ 范围ꎬｐＨ 过低会对微
生物活性产生抑制作用ꎮ 本研究中模拟酸雨降低了
１５１２期　 　 　 　 　 　 　 　 梁国华等: 模拟酸雨对鼎湖山季风常绿阔叶林土壤呼吸的初期影响
土壤微生物量碳、氮含量ꎬ这表明土壤微生物活性受
到抑制ꎬ从而抑制了微生物异氧呼吸ꎮ 另一方面ꎬ凋
落物分解过程是土壤呼吸的一个重要途径ꎬ土壤微
生物活性的降低会导致凋落物分解速率的降低ꎬ因
此导致凋落物分解产生的 ＣＯ２减少(Ｗｏｌｔｅｒｓꎬ１９９１)ꎮ
Ｒａｉｃｈ ＆ Ｓｃｈｌｅｓｉｎｇｅｒ(１９９２)估算的全球土壤呼吸通
量约为 ６８ Ｐｇ Ｃ􀅰ａ￣１ꎬ其中 ５０ Ｐｇ Ｃ􀅰ａ￣１来自于凋落
物和土壤有机质分解ꎬ因此凋落物数量及其分解速
率在很大程度上影响着土壤 ＣＯ２通量(Ｗａｎ ｅｔ ａｌꎬ
２００７)ꎮ 邓琦等(２００７)的研究结果表明ꎬ松林、混交
林和季风林的凋落物对土壤呼吸年平均贡献率分别
为 ３６.３５ 、３３.２９ 和 ２７.８２ ꎬ这证明了凋落物的
碳输入是鼎湖山森林土壤呼吸的一个重要的影响因
素ꎮ 本研究中ꎬ模拟酸雨减缓了季风林优势树种锥
栗叶凋落物的分解速率ꎬ从而抑制凋落物 ＣＯ２的释
放ꎬ这与马元丹等(２０１０)在亚热带和温度森林的研
究结果相一致ꎮ
土壤温度和土壤湿度是影响土壤呼吸的两个最
主要环境因子ꎮ 在热带和亚热带的森林ꎬ土壤呼吸
与土壤温度和土壤湿度的关系一般分别用指数回归
方程和直线回归方程来描述 ( Ｓｏｔｔａ ｅｔ ａｌꎬ ２００４ꎻ
Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ ＆ Ｔｏｗｎｓｅｎｄꎬ２００６)ꎮ 本研究不同处理下
的土壤呼吸速率均与土壤温度呈显著的指数回归关
系ꎬ与土壤湿度呈显著的直线回归关系ꎬ这种土壤温
度和土壤湿度对土壤呼吸共同控制的关系与本区域
雨热同期的季风气候有关(Ｋｏｎｇ ｅｔ ａｌꎬ１９９７)ꎮ 模拟
酸雨对土壤呼吸的抑制效应主要出现在湿季ꎬ这是
由于本区域湿季水热充沛ꎬ植物光合作用较强ꎬ根系
生长较旱季旺盛ꎬ微生物活性较高ꎬ因此酸雨在湿季
对它们的抑制作用会更明显(Ｙａｎｇ ｅｔ ａｌꎬ２００４ꎻ张勇
等ꎬ２０１１)ꎮ 另外ꎬ我们发现模拟酸雨影响了土壤呼
吸对温度的响应ꎬ表现为 Ｑ１０值在酸处理下有下降
的趋势ꎬ表明模拟酸雨减低了土壤呼吸的温度敏感
性ꎬ这与北亚热带天然次生林的模拟酸雨结果一致
(Ｙａｎｇ ｅｔ ａｌꎬ２００４)ꎬ推测原因可能是由于土壤 ｐＨ值
的改变引起根系呼吸强度、土壤酶活性的改变而导
致(谢小赞等ꎬ２００９)ꎮ
由于土壤在短期内对酸雨具有一定的缓冲能
力ꎬ所以在实验的初期模拟酸雨没有显著降低土壤
ｐＨ值ꎬ而随着模拟酸雨处理的时间延长这种下降效
应才变得显著ꎬ这与刘菊秀等(２００３ａ)的研究结果
相应ꎬ表明模拟酸雨下森林的土壤酸化是个逐渐累
积的过程ꎮ 同时ꎬ土壤呼吸影响因子ꎬ包括土壤微生
物活性和凋落物分解速率对模拟酸雨的响应也随着
酸处理时间的延长而逐渐显著ꎬ因此ꎬ森林土壤呼吸
对模拟酸雨的响应也呈现相同的规律ꎮ 此外ꎬ土壤
微生物活性和凋落物分解速率大体上是在强酸雨
Ｔ３处理下才达到处理效应的显著水平ꎬ相应地ꎬ只
有 Ｔ３处理显著地抑制了土壤呼吸速率ꎮ
根据本研究结果ꎬ在酸雨日益严重的南亚热带
地区ꎬ森林土壤呼吸速率的降低将有利于土壤有机
碳的积累ꎬ这可能是成熟森林可持续积累有机碳的
机理之一(Ｚｈｏｕ ｅｔ ａｌꎬ２００６)ꎮ 但酸雨对土壤生态系
统的影响是个长期累积的过程ꎬ本试验两年多的模
拟酸雨喷淋可能仍比较短ꎬ而且对土壤微生物量碳、
氮含量和凋落物分解速率的测定也比较初步ꎬ未来
在继续探讨酸雨对土壤呼吸的长期效应同时ꎬ应该
对土壤理化性质发生的变化进行长期和连续的监测
分析ꎬ以使研究结果能够更好地说明酸雨对土壤呼
吸产生的综合影响ꎮ
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２５１ 广　 西　 植　 物　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ３６卷
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３５１２期　 　 　 　 　 　 　 　 梁国华等: 模拟酸雨对鼎湖山季风常绿阔叶林土壤呼吸的初期影响