科爾沁沙地農田生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸與碳平衡特征.pdf

1、土壤呼吸關系到全球氣候變化、陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳平衡、陸地生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能,土壤呼吸作用的微小變動將對全球碳循環(huán)產(chǎn)生顯著影響。農田生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,是人類活動最活躍的生態(tài)系統(tǒng),其碳源/匯強度、碳儲量及減源增匯技術與對策成為目前碳循環(huán)研究領域的焦點問題,農田生態(tài)系統(tǒng)對碳的固定能力將可能對全球因人類經(jīng)濟活動產(chǎn)生的碳排放具有巨大的補償潛力。因此,本研究以處于我國北方農牧交錯帶東端的科爾沁沙地典型玉米農田生態(tài)系統(tǒng)為研

2、究對象,于2012年和2013年兩個生長季(5月~9月),通過測定玉米農田不同組分土壤呼吸速率(總呼吸、異養(yǎng)呼吸、自養(yǎng)呼吸)及壟上和壟間土壤呼吸速率,分析土壤呼吸速率的日動態(tài)和季節(jié)動態(tài)特征及其影響因子,并估算了玉米農田生態(tài)系統(tǒng)生長季的碳平衡,以期為我國農田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳平衡研究提供―點‖上的基礎數(shù)據(jù)。主要研究結果如下:
　　(1)科爾沁沙地典型玉米農田土壤呼吸速率日動態(tài)呈單峰曲線,具有明顯的晝夜變化特征,最大值一般出現(xiàn)在14:

3、00~18:00,最小值一般出現(xiàn)在2:00~6:00;土壤呼吸速率的日平均變化范圍為1.49~12.69μmolCO2·m-2·s-1,生長季均值為5.08μmolCO2·m-2·s-1。
　　(2)科爾沁沙地典型玉米農田土壤呼吸速率季節(jié)動態(tài)在兩個生長季表現(xiàn)出差異性。2012年由于6月中旬的強降雨表現(xiàn)為雙峰曲線,2013年表現(xiàn)為單峰曲線。最大值均出現(xiàn)在玉米生長旺盛期7月,最小值均出現(xiàn)在玉米幼苗期5月。
　　(3)土壤呼吸速率

4、的日動態(tài)和季節(jié)動態(tài)變化與大氣溫度和土壤溫度變化的一致性較高。2012年土壤呼吸速率的季節(jié)動態(tài)與相關溫度可以用指數(shù)模型很好的描述。但土壤呼吸速率與不同溫度之間的相關顯著程度存在差異,相關系數(shù)R2的大小順序依次為:近地表氣溫>10 cm土壤溫度>大氣溫度>15 cm土壤溫度>5 cm土壤溫度,土壤呼吸速率與近地表氣溫的相關性最強。Q10值大小順序依次為:15 cm土壤溫度(4.44)>10 cm土壤溫度(3.74)>大氣溫度(3.42)>5

5、 cm土壤溫度(3.39)>近地表空氣溫度(3.10),土壤呼吸速率對15 cm土壤溫度的變化最為敏感。2013年土壤呼吸速率日動態(tài)與相關溫度之間可用指數(shù)、二次、三次和線性等多種模型擬合,但季節(jié)動態(tài)上未與溫度呈顯著擬合關系。
　　(4)生物因子對土壤呼吸的季節(jié)變化起著重要作用,地下根系生物量(M)與土壤呼吸速率(RS)可用三次方程擬合:RS=5.454(E-6)M3-0.002M2-0.23 M-0.354(R2=0.880,P<

6、0.05)。
　　(5)日動態(tài)和季節(jié)動態(tài)中壟上土壤呼吸速率均大于壟間土壤呼吸速率,兩者之間存在顯著的線性關系( P<0.05),均可用一次、二次和三次方程擬合(P<0.05)。2012年和2013年壟上土壤呼吸速率最大可分別解釋壟間土壤呼吸速率99.8％和98.6%的變異。
　　(6)2013年土壤異養(yǎng)和自養(yǎng)呼吸速率與溫度的擬合均未表現(xiàn)出顯著曲線擬合性。2012年土壤總呼吸、異養(yǎng)和自養(yǎng)呼吸速率基于近地表空氣溫度的溫度敏感性指

7、數(shù)Q10分別為3.10、2.08和4.35,即:RA> RS> RH。2012年RS和RH之間存在顯著差異(P<0.05),而 RS與 RA之間不存在顯著差異(P>0.05),RH和RA之間也不存在顯著差異(P>0.05)。2013年RS、RH和RA之間均不存在顯著差異(P>0.05)。
　　(7)2012年和2013年兩個生長季土壤異養(yǎng)和自養(yǎng)呼吸速率占土壤總呼吸速率的比例有較大差異,兩個生長季RA占RS的季節(jié)變化范圍分別為28%

8、~72%和1%~66%,最大值均出現(xiàn)在玉米生長旺盛期。生長季 RH占 RS的均值分別為44.4%和59.0%。兩個生長季RA占RS平均百分比為47.6%。
　　(8)土壤呼吸影響因子主成分分析表明科爾沁沙地玉米農田生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸速率是由多種因子共同作用決定的,而溫度和水分是影響土壤呼吸速率的主導因子。
　　(9)科爾沁沙地典型農田生態(tài)系統(tǒng)在生長季屬于碳匯,2012年和2013年碳的凈固存量分別為996.4和961.9 g