章 憲，劉小飛，陳仕東，熊德成，林偉盛，林廷武，林成芳

(福建省濕潤亞熱帶山地生態(tài)重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地，福州350007)

章憲，劉小飛，陳仕東，等．土壤增溫對不同深度土壤溫度的影響［J］．亞熱帶資源與環(huán)境學報，2014，9(1):89-91．

Zhang Xian，Liu Xiao-fei，Chen Shi-dong，et al．Effects of soil warming on the temperature of soil in different depths ［J］．Journal of Subtropical Resources and Environment，2014，9(1):89-91．

過去的70年 (1948—2010年)中陸地表面平均氣溫每10年增加0.17℃［1］，據(jù)IPCC(2007)預計到21世紀末，全球平均溫度將增加1.1～6.4℃［2］。近20年來，全球相繼開展了大量的增溫控制實驗，研究各類生態(tài)系統(tǒng)對全球變暖的響應。據(jù)已發(fā)表的文獻統(tǒng)計分析表明，目前野外增溫控制實驗主要集中于中高緯度地區(qū)的草原、農(nóng)田、凍原和森林生態(tài)系統(tǒng)［3-6］，在30°N以南的熱帶和亞熱帶地區(qū)野外增溫實驗鮮有報道［7-8］。

土壤有機C庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的C儲存庫，其儲量高達1 500～2 000 Pg，其中深層土壤 (20 cm或30 cm以下)占1 m土層土壤C儲量的比例超過50%，因此深層土壤C釋放的微小變化能顯著地改變大氣中CO2濃度［9］。土壤溫度是影響土壤C礦化的重要因子，土壤溫度增加將加速土壤C礦化。目前土壤增溫研究主要集中土壤表層溫度變化對生態(tài)系統(tǒng)C、N循環(huán)過程的影響，而對深層土壤溫度變化研究報道較少。因此，本研究采用埋設加熱電纜法探討土壤增溫對不同深度土壤溫度的影響，對探討深層土壤有機C對全球變暖的響應具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于福建省三明市金絲灣森林公園陳大林業(yè)國有林場內(nèi) (26°19'N，117°36'E)，屬于中亞熱帶季風氣候，年均溫20.1℃，年降水量1 670 mm，降水多集中于3—8月份。

1.2 試驗方法

增溫小區(qū)面積2 m×2 m，設增溫、不增溫2種處理，每個處理5個重復。于2013年10月安裝加熱電纜 (增溫和不增溫小區(qū)都布設相同電纜)，加熱電纜功率是40 w/m，平行布設，深度為10 cm，間距20 cm，并在最外圍環(huán)繞一圈，保證樣地增溫的均勻性。對照樣地和增溫樣地的溫度探頭布設在2條加熱電纜之間，分別在土壤5 cm、10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm和70 cm埋入溫度探頭(德國JUMO)。電纜安裝完5個月后 (2014年3月)開始通電增溫。本文采用數(shù)據(jù)時間為2014年3月15—19日。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 17.0的One-Way ANOVA檢驗不同處理間不同深度的顯著性差異，采用Excel 2013作圖。

2 結果與分析

2.1 不同深度土壤溫度變化

在觀測期間 (圖1)，對照樣地不同深度土壤溫度隨深度增加而降低，變化范圍為17.15～21.49℃，最大值出現(xiàn)在5 cm處，在70 cm以下，土壤溫度基本不變。增溫樣地，土壤溫度變化范圍為18.72～25.10℃，由于增溫電纜布設在10 cm處，土壤溫度最大值出現(xiàn)在10 cm處，其次為5 cm溫度最高，在10 cm以下，土壤溫度隨深度增加而降低。

2.2 土壤增溫對不同深度土壤溫度的影響

在觀測期間，增溫樣地10 cm土壤溫度變化范圍為20.41～31.89℃，對照樣地變化范圍為15.31～26.81℃，平均增溫幅度為4.83℃，與預設的5℃增溫相差0.17℃，達預期的增溫效果 (圖2B)，其中夜間 (18:00—06:00)土壤平均增溫幅度為4.90℃，白天 (06:00—18:00)平均增溫幅度為4.62℃，夜間增溫幅度大于白天。在土壤5 cm溫度受外界環(huán)境影響較大，晝夜波動明顯，對照樣地溫度變化范圍為13.94～33.53℃，平均溫度為21.49℃;增溫樣地土壤平均溫度24.42℃，顯著高于對照樣地 (P＜0.05)，變化范圍為17.69～34.84℃ (圖2A)。對照樣地土壤20 cm和30 cm溫度波動范圍較小，其平均值分別為19.29℃和18.89℃，增溫樣地20 cm和30 cm土壤溫度分別增加3.76℃和3.19℃，顯著高于對照樣地 (圖2C、D)。增溫樣地40 cm和50 cm土壤平均溫度20.77℃和20.21℃，兩土層溫度無顯著變化，但分別比對照樣地高2.32℃和2.06℃ (圖2E、F)。在60 cm和70 cm處，對照樣地平均土壤溫度基本接近，分別為17.16℃和17.15℃，但增溫樣地，60 cm平均溫度(19.58℃)仍比70 cm高0.86℃。因此，采用埋設加熱電纜進行土壤增溫其增溫效果可以延續(xù)至70 cm以下。

圖1 土壤溫度隨土層深度變化Figure1 Soil temperature changes with soil depth

圖2 土壤增溫對不同土層深度土壤溫度的影響Figure2 Effects of soil warming on soil temperature in different depths

3 小結

采用埋設加熱電纜進行增溫對0～70 cm土層溫度均有不同程度的影響。除增溫層外 (10 cm)，對30 cm和40 cm影響最大，比對照樣地高3.19～3.76℃;其次為5 cm、40 cm、50 cm和60 cm，分別比對照樣地高2.93℃、2.32℃、2.06℃和2.42℃;增溫樣地70 cm土壤溫度仍比對照高1.57℃;底層土壤溫度 (20 cm以下)的升高可能導致底層土壤有機C大量釋放，使全球變暖進一步加劇。因此，未來開展土壤增溫研究中需考慮增溫對底層土層溫度的影響，并需進一步開展增溫對深層土壤有機C影響的研究。

［1］Xia J Y，Chen J Q，Piao S L，et al．Terrestrial carbon cycle affected by non-uniform climate warming［J］．Nature Geoscience，2014，DOI:10．1038/NGEO2093．

［2］IPCC．Climate change:The physical science basis．Contribution of working group I to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change［R］．Cambridge:Cambridge University Press，2007．

［3］Aronson E L，McNulty S G．Appropriate experimental ecosystem warming methods by ecosystem，objective，and practicality［J］．Agricultural and Forest Meteorology，2009，149(11):1791-1799．

［4］Melillo J M，Steudler P，Aber J，et al．Soil warming and carbon-cycle feedbacks to the climate system ［J］．Science，2002，298(5601):2173-2176．

［5］Schindlbacher A，Zechmeister-boltenstern S，Jandl R．Carbon losses due to soil warming:Do autotrophic and heterotrophic soil respiration respond equally?［J］．Global Change Biology，2009，15(4):901-913．

［6］Li D J，Zhou X H，Wu L，et al．Contrasting responses of heterotrophic and autotrophic respiration to experimental warming in a winter annual-dominated prairie ［J］．Global Change Biology，2013，19(11):3553-3564．

［7］Wood T E，Cavaleri M A，Reed S C．Tropical forest carbon balance in a warmer world:a critical review spanning microbial to ecosystem-scale processes ［J］．Biological Reviews，2012，87(4):912-927．

［8］Zhou X H，F(xiàn)u Y，Zhou L，et al．An imperative need for global change research in tropical forests［J］．Tree Physiology，2013，33(9):903-912．

［9］Jobbagy E G，Jackson R B．The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetation ［J］．Ecological Application，2000，10(2):423-436．