魏巍，周娟娟，曹文俠，徐長(zhǎng)林

(1.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院草業(yè)科學(xué)研究所，西藏 拉薩 590000；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

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東祁連山灌-草群落交錯(cuò)帶土壤呼吸動(dòng)態(tài)及影響因子分析

魏巍1,2，周娟娟1,2，曹文俠2*，徐長(zhǎng)林2

(1.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院草業(yè)科學(xué)研究所，西藏 拉薩 590000；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

為探究高寒灌-草交錯(cuò)帶土壤呼吸動(dòng)態(tài)及影響因素，應(yīng)用LI-8100A土壤呼吸自動(dòng)測(cè)定系統(tǒng)，對(duì)東祁連山典型灌叢-草地交錯(cuò)帶土壤呼吸動(dòng)態(tài)及土壤因子進(jìn)行測(cè)定，分析呼吸速率與土壤因子的相互關(guān)系。結(jié)果表明，整個(gè)交錯(cuò)帶內(nèi)土壤呼吸速率的均值介于2.3～7.2 μmol/(m2·s)，各樣地間土壤呼吸速率大小順序?yàn)橹檠哭げ莸橹行?S1)>草甸-金露梅灌叢交錯(cuò)區(qū)(MSC1)>金露梅灌叢中心(S2)>金露梅-杜鵑灌叢交錯(cuò)區(qū)(MSC2)>杜鵑灌叢中心(S3)，S1和MSC1樣地的土壤呼吸日變化呈單峰型，峰值出現(xiàn)在14:00，S2、MSC2、S3樣地峰型不明顯，且日變幅較小，僅為0.3～1.1 μmol/(m2·s)；交錯(cuò)帶內(nèi)土壤物理性質(zhì)和養(yǎng)分儲(chǔ)量呈明顯的垂直分異規(guī)律，土壤呼吸速率與土壤溫度、全磷儲(chǔ)量呈極顯著的正相關(guān)(P<0.01)，與土壤含水量極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與0～20 cm土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；擬合分析顯示，土壤溫度、含水量和全磷儲(chǔ)量是土壤呼吸速率的主要限制因子，土壤呼吸與土壤溫度擬合系數(shù)最高，可解釋土壤呼吸空間變異的79.9%。

高寒草地；群落交錯(cuò)區(qū)；碳通量；土壤呼吸

土壤呼吸作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳的主要輸出途徑，直接影響著陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)和全球氣候變化[1]，全球每年經(jīng)土壤呼吸向大氣排放的碳為68～100 Pg，而因化石燃料釋放到大氣的碳僅為土壤呼吸的1/10左右[2-3]。陳書(shū)濤等[4]通過(guò)氣溫、降水和土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的統(tǒng)計(jì)模型對(duì)中國(guó)1970-2009年土壤呼吸進(jìn)行估算，年平均碳排放為4.83 Pg。因此，土壤呼吸的微小改變會(huì)對(duì)大氣CO2濃度產(chǎn)生很大影響，研究土壤呼吸的變化規(guī)律及決定因素，已成為全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的核心問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)土壤呼吸及影響因子的研究頗多[5-6]。文獻(xiàn)梳理顯示，大多涉及農(nóng)田[7]、森林[8]、草原[9]等對(duì)象，研究的主要結(jié)論是土壤溫度、水分是影響土壤呼吸關(guān)鍵因子。然而土壤呼吸是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物學(xué)過(guò)程，受多種生物及非生物因素的影響。李洪建等[10]觀察到黃刺玫(Rosaxanthina)、荊條(Vitexnegundo)灌叢土壤呼吸受土壤溫度和水分的影響，最大值出現(xiàn)在土壤溫度、水分均較高的月份。Lin等[11]對(duì)亞高山草甸研究表明，土壤呼吸的年季變化受控于降雨量，生長(zhǎng)季土壤呼吸與土壤溫度變化相關(guān)。也有研究發(fā)現(xiàn)植被變異、覆蓋度、土壤特性等對(duì)土壤呼吸速率也有顯著作用[12]。

東祁連山灌叢與草甸鑲嵌分布，形成了帶狀或斑塊狀的群落交錯(cuò)景觀[13-14]，作為典型的植被過(guò)渡帶和邊緣效應(yīng)的表達(dá)區(qū)，其不僅具有涵養(yǎng)水源、保持水土、調(diào)節(jié)微氣候等生態(tài)功能[15]，也是研究灌-草共存機(jī)理和群落結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)對(duì)氣候響應(yīng)過(guò)程和模式的特殊樣帶，更是全球土壤碳排放不容忽視的區(qū)域。雖然學(xué)者對(duì)高寒草甸不同生境土壤呼吸的季節(jié)動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究并確定了呼吸限制因子[16-17]，但關(guān)于連續(xù)空間的灌-草交錯(cuò)帶土壤呼吸的實(shí)地?cái)?shù)據(jù)卻鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究以高寒灌-草交錯(cuò)帶為研究對(duì)象，通過(guò)野外土壤呼吸及其氣候因子數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析，闡明灌-草交錯(cuò)土壤呼吸的變化及關(guān)鍵控制因子，明晰土壤呼吸的梯度貢獻(xiàn)率，為氣候變暖條件下，高寒灌-草交錯(cuò)帶碳交換的預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)和理論參考。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)高山草原試驗(yàn)站附近(37°11′ N, 102°47′ E)，平均海拔3200 m，年均溫-0.1℃, 最冷月(1月)平均氣溫為-18.3℃，最熱月(7月)平均氣溫為12.7℃，>0℃年積溫1380℃，年降水量416 mm，多為地形雨，集中在7-9月，年蒸發(fā)量是降水量的3.8倍。無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期，每年5月下旬植物進(jìn)入返青期，10月上旬枯黃，生長(zhǎng)季長(zhǎng)達(dá)120～l40 d。草地土壤為高山灌叢草甸土，土層較薄，為40～80 cm，土壤顯微堿性。

由于地形及氣候差異，研究區(qū)內(nèi)植被垂直分異明顯，沿海拔梯度向上依次分布著珠芽蓼草甸、金露梅灌叢、杜鵑灌叢等。灌下生長(zhǎng)著以問(wèn)荊(Equisetumarvense)、嵩草(Kobresiaspp.)、珠芽蓼(Polygonumviviparum)等為優(yōu)勢(shì)種的草層植物。通過(guò)調(diào)查選取北坡海拔2950～3250 m、水平距離530 m、受人為干擾較小的典型高寒杜鵑灌叢-草地交錯(cuò)帶作為試驗(yàn)樣地，其利用方式為冬季放牧，放牧強(qiáng)度為1.67羊單位/(hm2·a)。

1.2樣點(diǎn)選擇與測(cè)定過(guò)程

在垂直交錯(cuò)帶上，以感官認(rèn)知和實(shí)際測(cè)定結(jié)合的方法，在3個(gè)不同建群植物的中心區(qū)設(shè)置面積為30 m×40 m的樣地，命名為珠芽蓼草甸、金露梅灌叢中心、杜鵑灌叢中心，簡(jiǎn)稱S1、S2、S3，同時(shí)在以上相鄰樣地之間設(shè)置面積為30 m×40 m 的過(guò)渡樣地，命名為草甸-金露梅灌叢交錯(cuò)區(qū)、金露梅-杜鵑灌叢交錯(cuò)區(qū)，簡(jiǎn)稱MSC1、MSC2，共設(shè)5個(gè)樣地，見(jiàn)表1。測(cè)定各樣地土壤物理性質(zhì)、養(yǎng)分儲(chǔ)量和呼吸值。

在灌-草交錯(cuò)帶每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)布設(shè)樣點(diǎn)。去除表層植物及枯枝落葉，用鐵鍬挖一垂直切面。采用環(huán)刀10 cm 一層，分4層取0～40 cm土樣，重復(fù)3次，0～20 cm土壤混合，20～40 cm混合，用于土壤容重、土壤含水量的測(cè)定，取土完成后填埋土坑。隨后用土鉆在每個(gè)樣地20 cm一層，分2層取0～40 cm的土樣，隨機(jī)5鉆土樣混合裝袋，重復(fù)5次，剔除明顯的根系及石頭，并記錄石頭和根系的重量，土樣帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，研磨后過(guò)0.25 mm土壤篩，采用重鉻酸鉀容量-外加熱法測(cè)定有機(jī)碳、全氮用半微量凱氏法，全磷用鉬銻抗比色法測(cè)定[18]。

土壤呼吸采用LI-8100A Automated Soil CO2Flux System采集與儲(chǔ)存，在每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)布設(shè)3個(gè)測(cè)定環(huán)(內(nèi)徑20 cm，高10 cm)，安置時(shí)將基座內(nèi)的綠色植物齊地剪掉，盡可能既減少植物及其掉落物對(duì)測(cè)定的干擾，又不破壞土壤表層結(jié)構(gòu)。為了避免人為擾動(dòng)的影響，測(cè)定環(huán)安放24 h后進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)定。2012年9月16-20日(天氣晴朗、氣候條件相對(duì)穩(wěn)定)，受試驗(yàn)條件的限制，每天測(cè)定1個(gè)樣地。以S1樣地為例簡(jiǎn)述試驗(yàn)過(guò)程，8:00-18:00每隔2 h測(cè)定1次，每個(gè)樣地3個(gè)測(cè)定環(huán)，即3次重復(fù)，每次重復(fù)測(cè)定時(shí)間為4 min。其他樣地測(cè)定步驟相同。數(shù)據(jù)分析時(shí)，樣地的3組數(shù)據(jù)平均值作為2 h內(nèi)的呼吸值。

土壤溫度采用地溫計(jì)測(cè)定，數(shù)據(jù)記錄時(shí)間與土壤呼吸測(cè)定同步。0～20 cm土壤溫度取土壤深度10 cm處日均值，20～40 cm取30 cm處日均值。

表1 高寒灌-草交錯(cuò)區(qū)樣地設(shè)計(jì)與樣點(diǎn)概況Table 1 Sampling description of distribution of plants

1.3數(shù)據(jù)處理

第j層土壤碳、氮、磷養(yǎng)分儲(chǔ)量(Tj, kg/m2)采用以下公式計(jì)算：

Tj= (1-δj)×Cj×pj×dj

式中，δj(%)為>2 mm粒徑土壤的含量；Cj(g/kg)為土壤單位質(zhì)量養(yǎng)分含量；pj(g/cm3)為第j層土壤的容重；dj(m)為第j層土層的厚度(cm)[19]。

應(yīng)用SPSS 16.0對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用單因素方差分析檢驗(yàn)各樣地之間指標(biāo)的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1土壤呼吸的日動(dòng)態(tài)

灌-草交錯(cuò)帶土壤呼吸日變化動(dòng)態(tài)見(jiàn)表2。呼吸日總量0.62×105～1.90×105μmol/m2，呼吸速率的平均值在2.3～7.1 μmol/(m2·s)，不同樣地呼吸速率大小順序?yàn)镾1>MSC1>S2>MSC2>S3，即隨坡度向上呼吸速率下降，各樣地間差異顯著。日變化觀測(cè)得出，土壤日呼吸速率呈單峰曲線變化，海拔較高、灌叢蓋度較大的S3樣地呼吸速率日變化保持穩(wěn)定，變幅僅為0.32 μmol/(m2·s)，而在S1樣地日變幅可達(dá)1.77 μmol/(m2·s)。樣地S1與MSC1的峰值都出現(xiàn)在14:00，日平均呼吸速率分別為7.87和6.43 μmol/(m2·s)，樣地S2與MSC2峰值出現(xiàn)在12:00，日平均呼吸速率為5.63和4.11 μmol/(m2·s)。

表2 不同樣地土壤呼吸特征變化Table 2 The diversification of soil respiration characteristics in different sampling points

注：同列不同小寫(xiě)字母表示P<0.05水平下差異顯著，下同。

Note:Different small letters within the same column mean the significant differences atP<0.05 level, the same below.

2.2交錯(cuò)帶土壤物理性質(zhì)及其養(yǎng)分儲(chǔ)量的變化

珠芽蓼草甸中心延伸至杜鵑灌叢中心，土壤容重、土壤含水量及土壤溫度在不同土層、同一土層不同樣地有著明顯的異質(zhì)性分布(表3)。

表3 不同樣地土壤物理性質(zhì)差異Table 3 The difference of soil physical property in different sampling points

沿坡體向上分析，0～20 cm土壤容重在MSC2樣地最大，可能原因是土壤礫石的增加所致。土層含水量沿坡體向上逐漸增加，在S3樣地達(dá)最大值，顯著高于S1、MSC1、S2樣地(P<0.05)，說(shuō)明灌叢密度是降低土壤緊實(shí)度和增加水分固持的主要條件；土壤溫度受微氣候、灌木遮陰的影響，樣地之間日平均溫度變化趨勢(shì)為S1>MSC1>S2>MSC2>S3，沿坡體向上呈下降的趨勢(shì)。20～40 cm土層土壤容重、含水量和溫度變化趨勢(shì)與0～20 cm土層基本一致。同一樣地不同土層比較，20～40 cm較0～20 cm土層容重升高，含水量和溫度降低。

由表4可知，該區(qū)土壤碳、氮、磷儲(chǔ)量介于24.90～27.12 kg/m2，1.96～2.35 kg/m2，0.18～0.31 kg/m2。沿坡體向上，土壤有機(jī)碳、氮、磷儲(chǔ)量有顯著差異。有機(jī)碳、氮儲(chǔ)量變化規(guī)律不明顯，全磷儲(chǔ)量沿坡體向上呈下降的趨勢(shì)，各樣地之間差異顯著(P<0.05)。相同樣地不同土層顯示，20～40 cm土層的有機(jī)碳、全氮、全磷儲(chǔ)量都顯著低于0～20 cm土層。相關(guān)分析表明，碳、氮呈顯著相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.636。

表4 不同樣地土壤碳、氮、磷儲(chǔ)量Table 4 The density of carbon, nitrogen and phosphorus in different sampling points kg/m2

2.3土壤呼吸與環(huán)境因子的相關(guān)性

通過(guò)對(duì)土壤呼吸與不同土層土壤溫度、含水量、容重、有機(jī)碳、全氮、全磷進(jìn)行相關(guān)分析表明(表5)，土壤呼吸速率與土壤溫度、含水量、有機(jī)碳和全磷有顯著的相關(guān)關(guān)系，其中0～20 cm土層土壤呼吸與土壤溫度、全磷儲(chǔ)量極顯著正相關(guān)，與土壤含水量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.866，0.798，-0.792，與土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)為-0.427；20～40 cm土層呼吸速率與土壤溫度、含水量、全磷儲(chǔ)量也存在極顯著相關(guān)性。

2.4土壤呼吸與環(huán)境因子的模型關(guān)系

研究對(duì)整個(gè)交錯(cuò)帶上土壤呼吸速率與土壤溫度、含水量、全磷和有機(jī)碳儲(chǔ)量進(jìn)行擬合，以期為交錯(cuò)帶植被變遷對(duì)土壤呼吸的影響提供相應(yīng)數(shù)據(jù)參考，結(jié)果如表6。在整個(gè)交錯(cuò)帶內(nèi)土壤呼吸速率與0～20 cm土層土壤溫度指數(shù)擬合較好，擬合方程為RS=2.641e0.186T，決定系數(shù)R2=0.799； 與土壤含水量二次擬合較好，擬合方程為RS=1.944W2-0.026W-28.957，決定系數(shù)R2=0.629；與全磷線性擬合較好，決定系數(shù)R2=0.612。土壤呼吸與土壤有機(jī)碳擬合回歸較差，20～40 cm土層土壤呼吸與土壤溫度、含水量及全磷儲(chǔ)量回歸擬合方程也均達(dá)到顯著水平，對(duì)土壤呼吸變異的解釋程度達(dá)45%以上。

表5 土壤呼吸與環(huán)境因子的相關(guān)性Table 5 Correlation between soil respiration and environmental factors

*:P<0.05;**:P<0.01.

表6 土壤呼吸與土壤溫度、含水量、全磷和有機(jī)碳儲(chǔ)量回歸分析Table 6 Regression analysis among soil respiration (RS) and soil temperature (T)，soil water content (W)， total phosphorus(X1)，organic carbon (X2)

3 討論與結(jié)論

3.1高寒群落交錯(cuò)帶土壤呼吸日動(dòng)態(tài)

許多學(xué)者在對(duì)土壤呼吸日變化的研究中發(fā)現(xiàn)，在不同的氣候條件、植被類型、土壤斷面，其變化規(guī)律都呈單峰曲線[20-22]，變化趨勢(shì)基本與溫度一致。分析原因是溫度升高導(dǎo)致土壤微生物活性增強(qiáng)、根系呼吸加劇，進(jìn)而使土壤單位時(shí)間內(nèi)有更多的CO2排出。本研究中，珠芽蓼草甸和草甸-金露梅灌叢交錯(cuò)區(qū)樣地的土壤呼吸呈單峰變化，并與表土溫度同時(shí)到達(dá)峰值。金露梅灌叢中心、杜鵑灌叢中心及金露梅-杜鵑灌叢交錯(cuò)區(qū)樣地的峰型都不明顯，主要原因是受灌叢遮蔽的影響，土壤溫度變幅較小所致。Raich和Tufekcioglu[23]綜合全球?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)指出，不同植被群落的土壤呼吸存在顯著差異，草原的土壤呼吸速率高于相鄰的森林[24]，可能原因是草本植物分配到地下的光合產(chǎn)物多于木本植物。在對(duì)高寒灌-草交錯(cuò)帶的研究結(jié)果是，沿坡度向上灌叢蓋度增加，土壤呼吸呈降低的趨勢(shì)，其值由(7.11±0.55) μmol/(m2·s)下降到(2.25±0.10) μmol/(m2·s)。這與常宗強(qiáng)等[25]在祁連山高山灌叢研究中沿海拔升高土壤呼吸速率下降是一致的。土壤呼吸在整個(gè)交錯(cuò)帶上存在很大的差異，這種變異很大程度取決于交錯(cuò)帶的水熱條件，物質(zhì)、能量運(yùn)動(dòng)劇烈[26]，灌-草界面相互作用復(fù)雜，產(chǎn)生了更強(qiáng)的邊緣效應(yīng)。

3.2交錯(cuò)帶土壤性質(zhì)對(duì)土壤呼吸的影響

交錯(cuò)界面是物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)頻發(fā)的兩個(gè)或兩個(gè)以上生態(tài)系統(tǒng)之間的連接區(qū)[27]。交錯(cuò)帶內(nèi)植被類型的不同導(dǎo)致土壤微生物、根系及凋落物差異[28]，決定著土壤養(yǎng)分分配格局。不同土壤養(yǎng)分含量會(huì)對(duì)土壤呼吸的大小有著相異的影響。一些研究指出，土壤呼吸速率與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)[29]，而本研究中土壤呼吸與有機(jī)碳儲(chǔ)量呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；究其原因是隨灌叢蓋度的增加土壤溫度降低、含水量升高，土壤根系活動(dòng)、微生物的活性都相對(duì)緩慢，土壤呼吸速率較低，有機(jī)質(zhì)的積累較多，因此，二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；土壤全氮儲(chǔ)量與土壤呼吸不呈相關(guān)性，與趙吉霞等[30]研究結(jié)果一致；土壤磷的來(lái)源相異于土壤碳、氮，主要來(lái)源于巖石的分化及植物表聚作用，表層土壤磷的直接來(lái)源是通過(guò)根系及掉落物的分解[31]。本研究樣帶由草地延伸至灌叢，土壤微生物活性降低、根系活動(dòng)減弱，土壤磷儲(chǔ)量呈下降的趨勢(shì)，進(jìn)而使土壤呼吸速率隨之降低。結(jié)論顯示，土壤全磷儲(chǔ)量與土壤呼吸呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。線性回歸擬合較好，可解釋土壤變異的50%以上。

3.3土壤溫度、含水量對(duì)土壤呼吸速率影響

有關(guān)土壤呼吸的變異原由，研究者得出的結(jié)論不盡相同，然而普遍認(rèn)為，溫度和水分是影響土壤呼吸的主要因素[32-33]。溫度通過(guò)影響根系生長(zhǎng)呼吸、微生物代謝和枯落物的分解來(lái)調(diào)控著土壤呼吸速率，而土壤水分通過(guò)改變土壤通透性、激活微生物活動(dòng)來(lái)改變土壤呼吸大小。張紅星等[34]指出土壤溫度與含水量協(xié)同作用決定著土壤呼吸變化，當(dāng)土壤水分虧缺時(shí)，水分是土壤呼吸速率變化的限制因子，溫度對(duì)土壤呼吸速率的影響處于相對(duì)次要的位置；在水分充裕時(shí)，溫度成為影響土壤CO2通量的主要限制因子，水分的繼續(xù)增加會(huì)抑制土壤呼吸速率，但其對(duì)土壤呼吸速率變化的貢獻(xiàn)相對(duì)較弱。本研究中各樣地內(nèi)土壤溫度日變幅較小，變幅保持在1.6～3.7℃的變化范圍內(nèi)，土壤含水量的變化更是微小。如采用某一樣地的溫度、含水量來(lái)研究土壤呼吸的變異，很難得出相應(yīng)結(jié)論，并且在物質(zhì)流動(dòng)、能量循環(huán)劇烈的整個(gè)交錯(cuò)區(qū)域內(nèi)有失代表性。本研究以交錯(cuò)帶內(nèi)的土壤溫度、含水量與土壤呼吸進(jìn)行模型擬合，為揭示交錯(cuò)帶內(nèi)土壤呼吸的影響機(jī)制。目前有關(guān)土壤呼吸與溫度的關(guān)系，指數(shù)模型的應(yīng)用最為廣泛[35]。本研究擬合方程顯示，當(dāng)溫度作為獨(dú)立的控制因子，土壤呼吸與溫度的指數(shù)擬合方程的R2值均在0.65以上。0～20 cm土層較20～40 cm土層的擬合方程系數(shù)高，可解釋土壤呼吸變異的79.9%。說(shuō)明，0～20 cm土壤與大氣直接相連，受氣候變化影響較大，對(duì)土壤呼吸的貢獻(xiàn)要大于下層土壤。這與王超等[22]研究結(jié)果相類似。

當(dāng)土壤含水量作為獨(dú)立的控制因子，土壤呼吸與含水量二次擬合方程擬合系數(shù)較高，不同土層R2值高于0.48，溫軍等[17]在對(duì)三江源區(qū)不同退化高寒草原土壤呼吸影響因子分析也得出相同結(jié)論，0～20 cm土壤線性擬合可解釋呼吸變異的62.9%。20～40 cm土壤線性擬合可解釋呼吸變異的48.6%。證實(shí)土壤含水量也是影響土壤呼吸重要因子。值得注意的是本研究土壤含水量與土壤呼吸呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明該區(qū)水分充裕，水分增加導(dǎo)致土壤CO2和O2交換困難，從而使得監(jiān)測(cè)到的土壤呼吸降低。

綜上所述，高寒灌-草交錯(cuò)帶上土壤呼吸變異較大，其變異是眾多環(huán)境因子協(xié)同作用的結(jié)果，土壤溫度、含水量及土壤全磷是土壤呼吸速率的主要決定因子，相比之下土壤溫度對(duì)土壤呼吸的影響更大。

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Soil respiration dynamics and impact factor analysis of a shrubland-grassland ecotone in the Eastern Qilian Mountains

WEI Wei1,2, ZHOU Juan-Juan1,2, CAO Wen-Xia2*, XU Chang-Lin2

1.InstituteofPrataculturalScience,TibetAcademyofAgricultureandAnimalHusbandryScience,Lhasa590000,China; 2.GrasslandScienceCollegeofGansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China

This research explored the factors influencing soil respiration dynamics of an alpine Shrubland-Grassland ecotone.The soil respiration dynamics were measured using a LI-8100A automated soil CO2flux system, and relationship between soil respiration and soil factors was analysed for an eastern Qilian Mountain typical Shrubland-Grassland ecotone.The mean soil respiration rate was 2.3-7.2 μmol CO2/(m2·s).The rankings of soil respiration rate at different sampling points were:Polygonumviviparummeadow center (S1)>Polygonumviviparummeadow-Potentillafruticosashrub ecotone (MSC1)>Potentillafruticosashrub center (S2)>Potentillafruticosa-Rhododendronshrub ecotone (MSC2)>Rhododendronshrub center (S3).The diurnal variation of soil respiration of S1and MSC1had a unimodal pattern, with the peak at 14:00.For S2, MSC2and S3respiration rates were only 0.3-1.1 μmol CO2/(m2·s) and the peak was not obvious.Soil physical properties showed a significant vertical gradation within ecotones.Soil respiration rate was significantly and positively correlated with soil temperature and total phosphorus (P<0.01), significantly negatively correlated with soil moisture (P<0.01), and significantly positively correlated with soil organic carbon in the 0-20 cm soil layer (P<0.05).Analysis of the relationship between soil respiration and soil temperature, soil moisture, total phosphorus, and organic carbon showed that soil temperature, soil moisture and total phosphorus were the main limiting factors for soil respiration rate.The highest fitted coefficient was soil temperature, which explained 79.9% of the spatial variability in soil respiration.

alpine meadow; ecotone; CO2flux; soil respiration

10.11686/cyxb2015019

http://cyxb.lzu.edu.cn

2015-01-13；改回日期：2015-04-08

國(guó)家自然科學(xué)基金(31360569)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-35)資助。

魏巍(1986-)，男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，助研。E-mail：weiweicc01@126.com*通信作者Corresponding author.E-mail:caowx@gsau.edu.cn

魏巍, 周娟娟, 曹文俠, 徐長(zhǎng)林.東祁連山灌-草群落交錯(cuò)帶土壤呼吸動(dòng)態(tài)及影響因子分析.草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(12):1-9.

WEI Wei, ZHOU Juan-Juan, CAO Wen-Xia, XU Chang-Lin.Soil respiration dynamics and impact factor analysis of a shrubland-grassland ecotone in the Eastern Qilian Mountains.Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(12):1-9.