全 文 ：中国生态农业学报 2012年 12月 第 20卷 第 12期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Dec. 2012, 20(12): 1599−1605


* 国家自然科学基金项目(41005069, 40975095)、中央高校基本科研业务费专项资金(XDJK2012A005)、西南大学“211工程”三期建设项
目及西南大学大型仪器开放基金项目(201135)资助
** 通讯作者: 郝庆菊(1976—), 女, 博士, 副教授, 主要从事农田碳、氮循环研究。E-mail: haoqingju@163.com
徐志波(1987—), 男, 硕士研究生, 主要从事农田碳循环研究。E-mail: xuzhibo56@163.com
收稿日期: 2012−04−19 接受日期: 2012−08−30
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.01599
稻−油轮作农田油菜生长季土壤呼吸作用及其
影响因素分析*
徐志波1 江长胜1,2 郝庆菊1,2** 刘志祥1
(1. 西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室 西南大学资源环境学院 重庆 400715;
2. 重庆市三峡库区农业面源污染控制工程技术研究中心 重庆 400716)
摘 要 本文以西南地区稻−油轮作农田为研究对象, 于 2009年 11月—2010年 4月油菜生长期间采用静态暗
箱法进行了土壤呼吸速率的观测, 通过选择植株生长处、株间及行间 3 个样点研究土壤呼吸速率的时间变化
及空间异质性, 综合分析了土壤温度、土壤湿度、根系生物量、土壤有机碳以及 C/N对土壤呼吸作用的影响。
结果表明, 油菜季土壤呼吸速率的日变化为单峰型, 最大值出现在下午 15:00。土壤呼吸速率的季节变化显著,
呈现为先降低后升高的变化趋势, 最低值出现在 2010 年 1 月。在植株尺度上, 土壤呼吸作用存在明显的空间
异质性, 较高的土壤呼吸速率通常出现在靠近油菜植株的地方, 表现为: 植株生长处(336.71 mg·m−2·h−1)>株
间(248.48 mg·m−2·h−1)>行间(141.77 mg·m−2·h−1)。土壤呼吸作用中根呼吸作用所占比例的季节变化呈单峰型,
表现为生长初期小于生长中期和后期。在整个油菜生长季, 根呼吸对土壤呼吸的贡献为 25.78%~72.61%, 平均
为 51.03%。土壤呼吸速率受多个环境因子的影响, 与地表温度呈显著指数关系, 与根系生物量呈显著线性关
系, 与土壤微生物生物量碳、易氧化有机碳及颗粒有机碳存在显著或极显著正相关。
关键词 稻−油轮作 油菜生长季 土壤呼吸速率 时空变化 影响因素
中图分类号: S154.1 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)12-1599-07
Soil respiration and its influencing factors in rice-rape rotation fields during
rape growing season
XU Zhi-Bo1, JIANG Chang-Sheng1,2, HAO Qing-Ju1,2, LIU Zhi-Xiang1
(1. Key Laboratory of the Three Gorges Reservoir Region Eco-environment, Ministry of Education; College of Resources and En-
vironment, Southwest University, Chongqing 400715, China; 2. Chongqing Engineering Research Center for Agricultural Non-point
Source Pollution Control in the Three Gorges Reservoir Area, Chongqing 400716, China)
Abstract Soil is a major biosphere for carbon (C) reserve, containing globally twice C as much as the atmosphere and three times
as much as vegetation. After photosynthesis, soil respiration remains the second largest carbon flux in the ecosystem, accounting for
60%~90% of total ecosystem respiration. Small changes in soil respiration across large areas have been reported to produce
significant effects on CO2 atmospheric concentrations. This has led to potential positive feedbacks between increasing temperature
and enhanced soil respiration that in turn accelerate global warming. Therefore, soil respiration has become a critical research field in
global carbon cycle. Soil respiration in specific ecosystems has been characterized in terms of magnitude, and temporal and spatial
variability. Detail on soil respiration and the controlling factors have been critical for constraining ecosystem C budget and
understanding soil response to global climate change. In this paper a rice-rape rotation field in Southwest China was used to study the
spatial and temporal variations in soil respiration during rape growth season in November 2009 through April 2010. Soil respiration
rates were measured on monthly basis using the closed chamber technique and three measurement positions (on-plant, inter-plants
and inter-rows) selected. The results showed that diurnal patterns of soil respiration followed uni-humped curves. Maximum soil
respiration rates appeared at 15:00 and minimum at 7:00. Soil respiration rates showed significant seasonal changes: initially declined
and then increased during the experimental period. The order of daily average soil respiration rates was March 27, 2010 (293.25
1600 中国生态农业学报 2012 第 20卷


mg·m−2·h−1) > April 17, 2010 (275.22 mg·m−2·h−1) > February 28, 2010 (186.25 mg·m−2·h−1) > January 28, 2010 (164.44 mg·m−2·h−1) >
November 22, 2009 (140.25 mg·m−2·h−1) > December 20, 2009 (102.07 mg·m−2·h−1). There were significant spatial variations in soil
respiration patterns at the plant scale. Higher soil respiration rates tended to occur near rape plants during growth season. On-plant
soil respiration rates were highest (336.71 mg·m−2·h−1), followed by inter-plant (248.48 mg·m−2·h−1) and then inter-row (141.77
mg·m−2·h−1). Soil respiration was calculated as the sum of root and microbial respiration. The contribution of each group required
thorough understanding in order to evaluate the implications of environmental changes for soil carbon cycling and sequestration. In
this study, direct microbial respiration rates were observed in inter-row plots without roots. Therefore root respiration was the
difference between soil respiration rates of planted and unplanted soils. Average contribution of root respiration to soil respiration
was 51.03%, with a range of 25.78%~72.61%. Soil respiration rate was affected by several environmental factors. It was exponentially
correlated with soil temperature, linearly correlated with root biomass, and positively correlated with soil microbial biomass carbon.
Soil respiration was also readily affected by oxidized carbon and particulate organic carbon.
Key words Rice-rape rotation, Rape growing season, Soil respiration rate, Temporal and spatial heterogeneity, Influencing
factors
(Received Apr. 19, 2012; accepted Aug. 30, 2012)
土壤呼吸是陆地生态系统向大气释放 CO2的主
要过程 , 也是全球碳循环的最大通量之一 [1], 土壤
呼吸作用来源于根系的自养呼吸作用和土壤微生物
的异养呼吸作用, 土壤环境因子和生物因子及其两
者的相互作用共同影响土壤呼吸速率[2]。研究表明,
土壤温度、土壤湿度、根系生物量以及土壤有机碳
等都是土壤呼吸作用的影响因素[2−6]。目前国内已有
大量关于土壤呼吸的研究, 但主要集中于森林和草
原生态系统, 对农田生态系统的研究还较少, 已有
的研究报道主要是针对玉米地、小麦田以及水稻田
等[2,7−8]。农田生态系统的碳库是全球碳库中最活跃
的部分, 是受人类扰动最频繁、对人类各种耕作措
施最敏感的生态系统, 因此研究农田土壤呼吸的动
态变化对农业生态系统的稳定及其持续发展具有积
极意义。
有研究表明, 土壤呼吸作用在植株尺度上存在
明显的空间异质性[2], 根系分布、植被覆盖以及土壤
特性的异质性是导致土壤呼吸作用在小尺度空间变
异的主要原因 [9]; 另外 , 测定位置也是导致土壤呼
吸作用在小尺度空间变异的一个重要原因, 因为测
定位置不同, 土壤温度、土壤湿度、根系生物量、
微生物数量或者凋落物量随着距离植株的远近而不
同[2]。理解生态系统内部土壤呼吸作用的空间异质
性对于精确估算生态系统碳收支具有重要意义。本
文利用我国西南地区稻−油轮作农田油菜生长季农
田土壤呼吸作用的观测资料, 研究土壤呼吸速率的
时间变异性及空间异质性, 探讨影响土壤呼吸作用
时空变化特征的关键因子, 以期为农田生态系统碳
循环研究提供基础数据以及理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地点
试验区设在西南大学农业部重庆紫色土生态环
境重点野外科学观测试验站内, 该站位于西南大学
试验农场, 位处 106°26′E, 30°26′N, 海拔 230 m, 年
平均温度与降雨量分别为 18.3 ℃和 1 150.4 mm。主
要降雨分布在 5—9月, 年均日照为 1 276.7 h, 年均
无霜期为 334 d。土壤为紫色砂泥岩母质上发育的中
性紫色水稻土。其基本理化性质为: pH 7.1、有机质
23.1 g·kg−1、全氮 1.7 g·kg−1、全磷 0.8 g·kg−1、全钾
22.7 g·kg−1、碱解氮 120.1 mg·kg−1、有效磷 7.5
mg·kg−1、速效钾 71.1 mg·kg−1、黏粒 144.2 g·kg−1。
供试稻田采用水旱轮作(水稻−油菜)制度, 是四
川盆地稻田传统耕作方法, 淹水平作种植水稻, 水
稻收获后 , 四边开沟排干稻田积水 , 翻耕 , 将稻茬
(2 697.0~3 532.5 kg·hm−2·a−1)翻入土中, 种油菜。油
菜生长期间, 尽可能地保持四边沟内无积水。油菜收
获后, 淹水, 翻耕将油菜残茬(768.0~987.0 kg·hm−2·a−1)
和杂草(6 217.5~8 004.0 kg·hm−2·a−1)翻入土中, 种水
稻。油菜季的施肥量为: 尿素 333.2 kg·hm−2, 过磷酸
钙 1 125.6 kg·hm−2, 氯化钾 187.1 kg·hm−2。过磷酸钙
作底肥一次施用, 尿素用量的 2/3作底肥, 1/3作追肥,
氯化钾底肥和追肥各 1/2。
1.2 研究方法
1.2.1 土壤呼吸的测定
在油菜生长季开展试验。油菜于 2009 年 11 月
10日移栽, 2010年 4月 24日收割。在油菜生长季选
择晴朗的天气, 从早上 7:00到下午 17:00每隔 2 h进
行 1 次土壤呼吸速率的测定, 观测日期分别为 2009
年的 11月 22日和 12月 20日, 2010年的 1月 28日、
2 月 28 日、3 月 27 日和 4 月 16 日。油菜行间距为
50 cm, 株间距为 30 cm。每次观测均设置 3个样点:
植株生长处(A, 在每个观测日的前一天, 选择 3 株
生长水平中等的植株, 将地上部分齐地表剪掉)、株
间(B)和行间(C), 每个样点 3个重复。观测样点的位
置参见图 1。
第 12期 徐志波等: 稻−油轮作农田油菜生长季土壤呼吸作用及其影响因素分析 1601




图 1 观测样点的田间布设位置和代码
Fig. 1 Positions and codes of observation spots in the
experimental plots
A: 植株生长处 The position of the plant; B: 株间 Inter-plants;
C: 行间 Inter-rows; 下同 The same below.

采用密封箱法进行土壤呼吸速率的测定, 详见
参考文献[10]。采样箱为一不锈钢圆筒, 两端开口,
直径 20 cm, 高 25 cm。底座也是由不锈钢制成, 直
径 20 cm, 高 6 cm, 上端有深 3 cm、宽 2 cm的密封
水槽, 在每个观测日的前一天, 将底座提前插入土
中 3 cm。试验时, 将采样箱放置在底座上, 并往密
封水槽里浇水以防止采样箱和底座的接触处漏气 ,
然后在采样箱顶端盖上盖子(白色的, 材料为丙烯酸
塑料), 并用夹子加紧, 盖子上留有两个口, 一个用
来进行气体样品的采集, 另一个连接样品袋以平衡
采样箱内外的气压。扣上盖子后, 立即用注射器采
集第 1 次样品, 之后每间隔 10 min 采样 1 次, 罩箱
时间为 30 min, 一共采集 4 个气体样品。样品采集
后迅速带回实验室, 用气相色谱仪(岛津 GC-2014)
测定, 具体分析方法详见参考文献[11]。标准气体由
国家标准物质研究中心提供。根据 4 个气样浓度随
时间的变化速率 , 参照参考文献[10]计算土壤呼吸
速率。
以每个观测日 7:00—17:00间 6次土壤呼吸速率
的平均值作为该日的平均呼吸速率。
1.2.2 环境因子的测定
在土壤呼吸测定的同时, 采用便携式数字温度
计同步观测大气温度、地表温度以及地下 5 cm土壤
温度。在每个观测日土壤呼吸速率的日变化测定完
毕后, 将底座内的土壤(直径 20 cm、深度 30 cm)采
集回实验室, 挑选出油菜根系, 并去除土壤动物及
凋落物后充分混匀, 部分新鲜土样保存于 4 ℃冰箱,
用于测定土壤微生物量碳(SMBC)和可溶性有机碳
(DOC); 其余土样自然风干后磨细过筛 , 用于土壤
总有机碳(SOC)、颗粒态有机碳(POC)、易氧化有机
碳(ROC)以及轻组有机碳(LFOC)等的测定。
SOC 的测定采用重铬酸钾−外加热法[12], ROC
采用高锰酸钾氧化−比色法[13]测定, SMBC采用氯仿
熏蒸−K2SO4 浸提法 [12]测定。POC 采用 0.5%的
(NaPO3)6 分离过筛 , 重铬酸钾−外加热法测定 [14];
DOC 采用土∶水=1∶2 混合、震荡、离心, 上清液
抽滤过 0.45 μm滤膜后 Multi N/C 2100分析仪(耶拿,
德国) [15]测定; LFOC采用 NaI(密度 1.8 g·cm−3)分离,
重铬酸钾−外加热法[16]测定。土壤含水量采用铝盒烘
干法测定[12], 植物根系生物量采用烘干法[12]测定。
1.3 统计分析
土壤呼吸作用在植株生长处(A)、株间(B)和行
间(C)3 个位置的差异性采用单因素方差(One-way
ANOVA, LSD 检验)分析; 运用 Pearson 相关分析方
法分析各影响因子与土壤呼吸作用的关系; 采用回
归分析方法拟合土壤呼吸速率与根系生物量以及土
壤温度之间的关系。以上数据分析基于统计分析软
件 SPSS 18.0完成, 采用 Excel 2010作图。
2 结果与讨论
2.1 油菜生长季土壤呼吸速率的日变化
图 2 为油菜生长季土壤呼吸速率的日变化曲
线。土壤呼吸速率在白天(7:00—17:00)的变化具有
明显波动, 不同时期的土壤呼吸速率均表现为单峰
型曲线; 其中土壤呼吸速率的最大值出现在 15:00,
最小值出现时间为 7:00, 这与韩广轩等[17]的研究结
果相同。造成这种单峰型曲线的原因是: 凌晨 7:00
时, 土壤温度最低, 土壤微生物和植物根系的呼吸
作用最弱, 由此导致土壤呼吸速率在此时最低, 随
着温度逐渐上升, 土壤呼吸速率也随之增大 [18]; 在
15:00 时, 地面温度达到最高, 土壤微生物和植物根
系呼吸作用强烈, 于是此时出现土壤呼吸速率日变
化的最高值。
2.2 油菜生长季土壤呼吸速率的季节变化
图 3 为油菜生长季土壤呼吸作用的季节变化。
植株生长处样点 A与株间样点 B的土壤呼吸速率季
节变化趋势相同, 均呈先降低后迅速升高再有所降
低的变化趋势; 行间样点 C 的土壤呼吸速率表现为
先降低后缓慢升高的变化趋势。样点 A、B 季节变
化的原因是: 油菜苗期, 土壤呼吸主要来源于土壤
微生物的异养呼吸作用, 而此时低温抑制土壤微生
物的呼吸作用; 随着油菜根系的增大, 自养呼吸逐
渐加强, 土壤呼吸速率急剧上升, 并在 3 月份达到
最大值。样点 C 在初期同样由于受温度影响, 土壤
呼吸速率逐渐下降, 但 2 月份后, 随着气温逐渐回
升, 土壤呼吸速率也开始逐渐增加。由于 C 点缺失
了根系的自养呼吸过程, 所以导致土壤呼吸没有出
现类似 A、B样点的明显升高阶段。
1602 中国生态农业学报 2012 第 20卷




图 2 油菜生长季土壤呼吸速率的日变化
Fig. 2 Daily variations of soil respiration rate during the rape growing season



图 3 油菜生长季土壤呼吸速率的季节变化
Fig. 3 Seasonal changes of soil respiration rate during the rape
growing season
*、**和***分别表示在 P < 0.05、P < 0.01和 P < 0.001水平差
异显著。*, ** and *** stand for significant difference at P < 0.05, P <
0.01 and P < 0. 001 levels, respectively.

单因素方差分析表明, 在整个油菜季, A、B和 C
样点土壤呼吸速率均表现出极显著季节变化
(P<0.01)。A、B 样点的土壤呼吸速率范围分别为
214.84~445.17 mg·m−2·h−1和 143.22~342.65 mg·m−2·h−1,
均为 2010 年 3 月份最高, 1 月份最低。单因素方差
分析表明, A、B样点土壤呼吸速率均为 3月份与 11、
4 月份差异不显著, 与 12、1 和 2 月份差异极显著,
12、1和 2月份间差异不显著。C样点的土壤呼吸速
率范围是 79.81~281.84 mg·m−2·h−1, 11月份与 12、1、
2、3、4月份差异性均达显著水平, 1、2、3和 4月
份间差异不显著。
2.3 油菜生长季土壤呼吸作用的空间异质性
在植株尺度上, 土壤呼吸存在着显著的空间异
质性。由图 3 可以看出, 油菜生长季中植株生长处
样点平均土壤呼吸速率最高, 不同样点具体表现为:
A(336.71 mg·m−2·h−1)>B(248.48 mg·m−2·h−1)>C(141.77
mg·m−2·h−1)。单因素方差分析表明, 不同样点间土壤
呼吸速率差异显著(图 3)。从图 3中可以发现, 不同
样点间土壤呼吸速率的差异性是随时间变化的, 即
在试验前期的差异性小, 后期的差异显著。其原因
为: 试验前期 , 油菜根系生物量小 , 各样点土壤呼
吸均主要来源于土壤微生物呼吸; 而试验后期, 油
菜根系发育成熟, 土壤呼吸在 A 和 B 样点的来源除
了土壤微生物呼吸外, 还包括来源于植物根系的自
养呼吸, 而样点 C 由于缺乏植物根系, 土壤呼吸仍
主要为土壤微生物呼吸, 不同样点间的差异增大。
对其他生态系统的研究中 , 土壤呼吸作用小
尺度上的空间异质性已被证明 [19−21]。韩广轩等 [2]
发现, 玉米农田生态系统中, 测定位置是影响土壤
呼吸作用空间分布格局的关键因素, 与本文研究结
果一致。
2.4 油菜生长季根呼吸对土壤呼吸的贡献
土壤呼吸主要来源于根呼吸和微生物呼吸, 而
区分根呼吸及微生物呼吸对土壤呼吸的贡献对于估
算植被碳收支和土壤有机质分解速率非常重要。本
研究中, 由于行间没有植物根系分布, 因此行间的
无根土壤呼吸速率可被看作为土壤微生物呼吸, 将植
株生长处与株间测定的土壤呼吸速率的平均值作为有
根土壤呼吸(即土壤总呼吸), 二者的差为根呼吸[7]。油
菜生长季根呼吸对土壤呼吸的贡献如表 1所示。
由表 1 可知, 油菜生长季根呼吸占土壤呼吸的
比例呈单峰型, 油菜生长初期, 根呼吸占土壤呼吸
第 12期 徐志波等: 稻−油轮作农田油菜生长季土壤呼吸作用及其影响因素分析 1603



表 1 油菜生长季中根呼吸对土壤呼吸的贡献
Table 1 Contribution of root respiration to soil respiration during the rape growing season
日期(年-月-日)
Date (year-month-day)
土壤总呼吸
Soil respiration
(mg·m−2·h−1)
微生物呼吸
Microbial respiration
(mg·m−2·h−1)
根呼吸
Root respiration
(mg·m−2·h−1)
根呼吸的贡献
Contribution rate of root respiration to soil
respiration (%)
2009-11-28 151.89 112.73 39.15 25.78
2009-12-22 121.40 87.54 33.86 27.89
2010-01-28 157.98 79.81 78.17 49.48
2010-02-28 238.67 83.28 155.39 65.11
2010-03-27 376.86 103.22 273.64 72.61
2010-04-16 367.66 127.41 240.24 65.34

比例较小, 但随油菜生长及根系生物量增加, 其所
占比例逐渐增大, 于 2010 年 3 月下旬达到最大, 为
72.61%, 然后随油菜成熟和根系衰老, 其所占比例
缓慢下降。整个油菜生长季, 根呼吸对土壤呼吸的
平均贡献为 51.03%, 表现为生长初期小于中期和后
期。Hanson等[22]综述非森林生态系统全年或生长季
根呼吸对土壤呼吸的贡献平均为 60.4%; 韩广轩等[2]
发现东北玉米生长季根呼吸占土壤呼吸的比例平均
为 54.5%; 张雪松等 [7]发现华北平原冬小麦根呼吸
对土壤呼吸的平均贡献为 44.6%, 均与本研究结果
相似。
2.5 油菜生长季土壤呼吸作用的影响因素
2.5.1 地表温度对土壤呼吸的影响
目前, 研究者建立了多种用于描述土壤呼吸速
率与土壤温度关系的方程, 主要包括线性方程[23]、
指数方程[24]、幂函数方程[25]等, 其中指数函数被广
泛应用于生态系统模型[26]。本研究中, 土壤呼吸速
率与地表温度的相关分析表明, 在油菜生长季的大
部分时间地表温度与土壤呼吸作用显著或极显著相
关, 并呈指数相关模式(表 2)。2010年 1月 28日及 4
月 16 日土壤呼吸速率与温度的相关关系不显著(表
2), 可能是因为 1 月 28 日全天的气温较低且温度变
化幅度较窄; 而 4 月 16 日相关性较差的原因, 一是
可能此时油菜根系已进入了衰老期, 对温度变化不
敏感; 二是 Luo 等[27]的研究指出土壤升温一段时间
后, 其呼吸速率将不再增加, 土壤生态系统对温度
升高产生了某种适应性。
2.5.2 根系生物量对土壤呼吸作用的影响
回归分析表明, 除 2009 年 11 月 28 日和 2010
年 4月 16日外, 其余采样日期的土壤呼吸速率与根
系生物量呈显著或极显著线性正相关(表 3), 越靠近
植株 , 根系生物量越大 , 土壤呼吸速率就越高; 而
距离植株越远, 根系生物量就越小, 土壤呼吸速率
也就越低, 表明根系生物量的分布是影响土壤呼吸
作用空间分布格局的重要因素 , 与韩广轩等 [ 2 ]、
Stoyan 等[28]的研究结果一致。数据分析表明, 2009
表 2 油菜生长季土壤呼吸速率与地表温度的关系
Table 2 Relationship between soil respiration rate and soil
temperature during the rape growing season
日期(年-月-日)
Date (year-month-day)
拟合曲线方程
Fitting curve equation
R2 P
2009-11-28 y=119.92e0.077 3x 0.65 0.000
2009-12-22 y=77.23e0.109 5x 0.28 0.031
2010-01-28 y=86.35e0.057 6x 0.13 0.108
2010-02-28 y=31.68e0.109 4x 0.22 0.021
2010-03-27 y=11.92e0.192 2x 0.32 0.008
2010-04-16 y=30.98e0.134 2x 0.19 0.064

表 3 油菜生长季土壤呼吸速率与根系生物量的线性关系
Table 3 Linear relationships between soil respiration rate and
root biomass of rape during the growth season
日期(年-月-日)
Date (year-month-day)
线性关系方程
Fitting linear equation
R2 P
2009-11-28 y=3.90x+301.04 0.53 0.102
2009-12-22 y=1.51x+141.34 0.94 0.001
2010-01-28 y=0.50x+89.31 0.74 0.027
2010-02-28 y=0.35x+103.14 0.69 0.040
2010-03-27 y=0.41x+183.77 0.92 0.003
2010-04-16 y=0.30x+219.27 0.39 0.185

年 11 月 28 日以及 2010 年 4 月 16 日二者之间的线
性关系并不明显, 其原因可能是植物根系分别处于
生长初期和末期, 生长初期根系生物量小, 而生长
末期根系的活动能力减弱, 从而导致这两个时期的
根系呼吸速率较小, 作用不明显。
2.5.3 土壤碳组分及 C/N对土壤呼吸作用的影响
土壤呼吸是根系呼吸与土壤微生物呼吸综合作
用的结果, 而土壤呼吸的这 2 个组分与土壤有机碳
水平均息息相关。长期外源氮的输入会改变土壤碳
氮比, 影响土壤微生物的群落结构以及土壤微生物
的活性, 进而影响土壤呼吸[29]。因此, 土壤有机碳组
分与 C/N可能是调控土壤呼吸的重要因素。
相关分析表明土壤呼吸与 SMBC、ROC、POC 3
种有机碳组分相关关系显著, 与 SOC、DOC、LFOC
相关关系不显著(表 4)。刘合明等[30]指出, 栗钙土呼
吸强度与 SOC 相关关系不明显, 与本研究结果相
1604 中国生态农业学报 2012 第 20卷



表 4 土壤呼吸速率与有机碳各组分的相关关系
Table 4 Correlation coefficients of soil respiration rate and organic carbon fractions
项目
Item
土壤有机碳
(SOC)
Soil organic
carbon
可溶性有机碳
(DOC)
Dissolved organic
carbon
微生物生物量碳
(SMBC)
Soil microbial biomass
carbon
易氧化有机碳
(ROC)
Readily oxidized or-
ganic carbon
颗粒态有机碳
(POC)
Particulate organic
carbon
轻组有机碳
(LFOC)
Light fraction organic
carbon
r 0.200 0.211 0.545 0.400 0.341 0.231
P 0.147 0.125 0.000 0.003 0.012 0.357

同。Reichstein等[31]认为, 土壤呼吸与有机碳组分的
相关性取决于土壤中易分解与难分解组分的比例。
易氧化有机碳占总有机碳含量的比例为土壤有机碳
稳定系数 , 通常作为衡量土壤有机碳稳定性的指
标。相关性分析表明, 土壤有机碳稳定系数与土壤
呼吸相关性显著(P=0.01)。高会议等[32]在黄土旱塬区
研究指出, SMBC 生育期平均值含量与土壤呼吸速
率生育期平均值之间存在极显著(P<0.01)相关关系;
胡诚等[33]在华北地区研究结果也说明, 土壤呼吸与
SMBC之间呈极显著正相关(P<0.01)。此外, 旸陈 等[34]
的研究结果表明, SMBC 与土壤呼吸强度呈正相关,
但相关性不显著(P>0.05)。不同研究者的研究结果存
在差异可能是由于土壤类型的不同所致, 而且在不
同的研究中所观测的土壤呼吸组分也不一样。
碳氮比(C/N)可以用来表征有机物的腐殖化程
度, 碳氮比值越高表明有机物的腐解程度越低, 反
之亦然。本研究中土壤 C/N 范围为 8.27~16.29, 土
壤呼吸速率与 C/N 相关性不显著(P>0.05), 与韩广
轩等[2]对玉米生长季土壤呼吸的研究结果一致。而
耿远波等[35]在我国温带草原温室气体通量的研究中
表明, 土壤呼吸与土壤 C/N 呈显著正相关; 王国兵
等[36]的研究则发现, 土壤呼吸与土壤 C/N 之间具有
显著线性负相关关系。不同学者的研究结果不一致,
可能是因为研究区域不同, 土壤 C/N 存在差异从而
使得土壤有机质分解程度不同, 因而导致与土壤呼
吸的关系也不同。
2.5.4 土壤湿度对土壤呼吸的影响
土壤呼吸以根系呼吸和微生物呼吸为主, 土壤
动物呼吸和含碳矿物质的氧化释放所占的比例很小[37]。
而植物根系和土壤微生物的生命活动都直接受土壤
水分的控制, 因此土壤水分主要通过影响根系呼吸
和微生物呼吸来影响土壤呼吸。当然, 土壤水分也
可以通过影响土壤物理特性等其他环境因子间接影
响土壤呼吸速率。因此土壤呼吸速率对土壤水分的
响应机制较为复杂。
通过相关分析, 所有采样日期的土壤呼吸与土
壤含水量之间相关性不显著(P=0.432)。土壤湿度对
土壤呼吸的影响较为复杂[38]: 当土壤含水量在田间
持水量以下时, 土壤呼吸速率随土壤含水量增加而
增加; 土壤湿度胁迫同样影响土壤呼吸, 即当土壤
水分超过某一阈值(萎蔫系数)时, 随土壤水分的增
加土壤呼吸速率减低; 土壤含水量在一定范围(田间
持水量与萎蔫系数之间)内时, 对土壤呼吸没有显著影
响。本文发现土壤湿度对土壤呼吸作用的影响不显著,
可能是因为试验期间土壤湿度比较适中, 对土壤微
生物以及植物根系等没有造成明显的胁迫作用。
3 结论
本研究表明, 在油菜生长季, 土壤呼吸表现出
明显的日变化和季节变化。其中, 土壤呼吸日变化
呈单峰型曲线, 土壤呼吸速率在每个测量日的 15:00
达到最大; 季节变化呈先降低后升高的变化趋势。
油菜生长季, 土壤呼吸作用在小尺度上呈现空间异
质性, 表现为植株生长处>株间>行间。在油菜生长
季, 根呼吸占土壤呼吸的平均比例为 51.03%, 表现
为生长初期小于生长中期和后期。在整个观测期 ,
土壤呼吸速率与土壤温度、根系生物量、SMBC、
ROC和 POC均呈显著或极显著正相关。
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