（森林培育专业论文）杭州湾湿地四种湿地环境土壤呼吸特征以及土壤活性有机碳研究.pdf

独创性声明 | | 1 1 11 11 11 11 11 11 111111l y 18 8 2 8 5 2 学位论文题目：植丛渣湿丝四叠湿丝巫缝壤哩亟挂延丝区蕉 活性直扭毯硒究 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加 了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同 仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者： 栖庆j 匠 签字日期：& d 年6 月岁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名： 构走荚导师签名： 签字日期： 和f 年月多日 签字日期： o d 年g 月多日 本论文得到以下项目的资助 国家“十一五 科技支撑计划专题 ( 2 0 0 6 b a d 0 3 a 19 0 2 ) 中国林科院基本科研业务费专项 ( c a f y b b 2 0 0 8 01 8 ) 3 3 实验窒测定1 7 3 3 1 土壤p h 值，盐度，含水量及容重的测定1 7 两南大学硕士学位论文 3 3 2 土壤酶活性测定1 7 3 3 3 土壤活性有机碳测定1 7 3 4 数据处理1 7 3 4 1 数据计算。1 7 3 4 2 数据分析和作图。1 8 4 不同湿地环境土壤呼吸动态特征研究 4 1 生长季土壤呼吸速率日动态。1 9 4 2 土壤呼吸速率季节动态。2 0 4 3 湿地环境因子对土壤呼吸速率的影响2 2 4 3 1 温度对土壤呼吸速率的影响以及q 1 0 值2 2 4 3 2 含水量对土壤呼吸速率的影响2 4 4 4 ，j 、结：2 5 4 4 1 讨论2 5 4 4 2 本章结论2 6 5 不同湿地环境土壤活性有机碳的季节动态及其与土壤酶活性的关系研究。2 7 5 1 不同湿地环境土壤活性有机碳季节动态2 7 5 1 1 土壤微生物量碳含量( m b c ) 2 7 5 1 2 土壤溶解性有机碳含量( d o c ) 。2 8 5 1 3 土壤总有机碳含量( 1 o c ) 一3 0 5 2 不同湿地环境土壤酶活性季节动态。3 2 5 2 1 土壤磷酸酶活性。3 2 5 2 2 土壤脲酶3 3 5 2 3 土壤b 一葡萄糖苷酶3 4 5 2 4 蔗糖酶。3 5 5 3 土壤酶活性与土壤活性有机碳相关性3 5 5 3 1 土壤p h 值，盐度与土壤酶活性的相关性。3 5 5 3 2 土壤酶活性与土壤微生物量碳的相关性3 6 5 3 3 土壤酶活性与土壤溶解性有机碳相关性3 7 5 4 本章小结3 7 5 4 1 讨论。3 7 5 4 2 结论3 8 6 模拟全球气候变暖背景下土壤呼吸的响应4 1 6 1 芦苇群落环境因子对模拟增温的响应4 1 6 2 芦苇群落土壤呼吸速率对模拟增温的响应4 1 6 3 芦苇群落土壤呼吸速率与土壤温度、气温、空气湿度以及土壤含水率的关系4 2 6 4 芦苇群落十壤酶活性对模拟增温的响应4 4 6 5 本章小结4 4 6 5 1 讨论4 z i 6 5 2l 砉论z 1 5 7 杭州湾滨海湿地土壤c o ：年累积排放量以及土壤碳密度 4 7 7 1 杭州湾滨海湿地土壤c 0 2 年累积排放量 7 2 杭州湾滨海湿地土壤有机碳储量和密度估算。 7 3 本章小结 7 3 1 讨论 7 3 2 结论 8 结论与研究展望 8 1 主要结论 8 2 存在问题与研究展望 参考文献 图版 致谢 在学期间所发表的文章和参研课题 摘要 杭州湾湿地四种湿地环境土壤呼吸特征以及 土壤活性碳研究 森林培育专业硕士研究生杨文英 指导教师刘芸副教授吴明副研究员 摘要 湿地作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分，包括由淹水而引起的厌氧环境及由水淹 而引起的耐水淹型植物。湿地只占陆地表面积很少的部分，但却是巨大的陆地碳库，约为整 个土壤碳库的3 - 6 8 。湿地生态系统9 0 以上的碳储量储存在土壤中，是多种温室气体的 源和汇。多数湿地都是温室气体的“汇”，受到人类活动的干扰后，随着水分减少和土壤氧化性 能增强，植物残体及泥炭的分解速率将会大大提高，结果导致湿地土壤有机碳的损失，而成 为温室气体的“源”。全球气候变暖也加剧了湿地碳排放。目前由于气候变暖，湿地水温及土壤 温度升高湿地能量平衡受到影响，导致湿地地表水水位及积水面积变化，进而影响了温室气 体排放强度及湿地碳循环模式。杭州湾湿地是我国滨海湿地主要分布区之一，也是受人类活 动影响最剧烈的区域之一。改革开放以来已围垦1 3 3 万h m 2 ，分1 0 次向北推移海岸线达1 6 k i n 左右，围垦面积约占城市面积的6 0 还多。本研究选取杭州湾南岸未围垦的四种湿地环境芦 苇、互花米草、海三棱蔗草以及光滩作为研究对象，采用u 6 4 0 0 连接土壤呼吸室进行连续 1 2 个月的土壤c 0 2 测定，同时分析土壤活性有机碳含量、土壤酶活性以及其他相关理化指标， 以揭示杭州湾典型湿地土壤呼吸特征、土壤c 0 2 年排放量以及湿地土壤碳密度分布状况。主 要研究结论如下： ( 1 ) 2 0 1 0 年1 。1 2 月利用l i - 6 4 0 0 光合仪连接0 9 土壤呼吸室对杭州湾四种湿地环境( 芦 苇、互花米草、海三棱蔗草) 以及对照( 光滩) 进行了连续1 2 个月的土壤呼吸测定。结果表 明：湿地夏季土壤呼吸速率日动态表现为昼高夜低，均呈明显的单峰曲线变化。与土壤温度 的日动态变化趋势相近，在1 3 ：0 0 1 4 ：0 0 之间达到峰值，在凌晨2 ：0 0 4 ：0 0 之间到达低谷。四 种湿地环境七壤日平均呼吸速率大小顺序为芦苇( 8 3 4 4 5 3 ) u m o f ( m z s ) 互花米草 ( 7 4 9 4 2 1 ) u m o l ( m 2 s ) 海三棱蔗草( 4 4 2 2 4 0 ) u m o l ( m 2 s ) 光滩( 2 3 3 1 5 3 ) u m o l ( m 2 s ) 。四种 湿地环境七壤呼吸季节动态变化趋势表现为单峰曲线，从整年来看，土壤呼吸速率在4 月到 1 0 月份相对较高，7 月份达到最高值。从四季来看，四种湿地环境土壤呼吸速率大小顺序为： 夏季 秋季 春季 冬季。四种湿地环境土壤呼吸速率与气温、土壤l o c m 处温度均有显著的指 数函数相关性。其中，芦苇湿地，互花米草湿地，光滩湿地土壤l o c m 处温度与呼吸速率的相 西南大学硕士学位论文 关性大于气温与土壤呼吸速率的相关性。海三棱蔗草湿地土壤温度与土壤呼吸速率的相关性 ( r 2 = 0 3 6 6 ) 小于气温与土壤呼吸速率的相关性( r e _ - 0 5 7 7 3 ) 。芦苇、互花米草、海三棱蔗草、 光滩四种湿地土壤c 0 2 年通量分别为6 4 8 3 4 0g m 2 a ，5 2 2 8 9 6g m 2 a ，2 2 9 5 4 8g m 2 a ，9 7 5 4 8 g m 2 a 。 ( 2 ) 2 0 1 0 年从1 月到1 2 月采集四种湿地环境芦苇、互花米草、海三棱蔗草以及光滩湿 地的土壤，测定四种湿地环境的土壤活性有机碳含量季节变化、四种土壤酶活性的年变化以 及土壤基本理化性质，结果表明：四种湿地环境土壤微生物量碳年平均含量为：互花米草 ( 1 4 3 7 9m g k g ) 海三棱蔗草( 1 3 8 3 9m g k g ) 芦苇( 1 3 5 5 2m g k g ) 光滩( 1 3 3 0 3m g k g ) ； 土壤溶解性碳年平均含量为：芦苇( 3 1 9 3 3m g k g ) 互花米草( 3 1 6 4 7m g k g ) 海三棱蔗草 ( 2 8 6 9 8m g k g ) 光滩( 2 7 8 2 0m g k g ) ：总有机碳年平均含量为：芦苇( 7 8 7g k g ) 光滩( 7 6 5 g k g ) 互花米草( 7 3 9g k g ) 海三棱蔗草( 6 8 1g k g ) 。四种湿地环境土壤总有机碳年变化小， 含量相对稳定，而微生物量碳( 变异系数 7 0 ) 和溶解性碳( 变异系数5 0 ) 年变异较大。 四种湿地环境土壤磷酸酶活性、脲酶活性、b 葡萄糖苷酶活性以及蔗糖酶活性年变异系数( c 都在5 0 以上，甚至超过1 0 0 。土壤微生物量碳与土壤磷酸酶、脲酶、1 3 葡萄糖苷酶以及 蔗糖酶活性呈显著性负相关，不同季节相关性有差异。土壤溶解性碳与土壤磷酸酶、脲酶、 b 葡萄糖苷酶活性在夏季呈显著的正相关关系。四种湿地0 - s c m 表层土壤碳密度大小为：芦 苇湿地( 3 7 8t h a ) 互花米草湿地0 6 2t h a ) 海三棱蔗草湿地( 3 2 9t h a ) 光滩( 2 4 9t h a ) ； 1 0 2 g e m 深度土壤碳密度为芦苇湿地( 9 2 3t h a ) 海三棱蔗草( 8 6 8t h a ) 互花米草( 8 2 3t h a ) 光滩( 7 8 2t e a a ) 。 ( 3 ) 采用开项式增温法对杭州湾湿地芦苇群落进行短期的模拟增温处理，研究土壤c 0 2 以及土壤酶活性对模拟增温的响应，结果表明：经过短期的模拟增温处理，土壤呼吸速率比 常温下提高了1 7 3 6 。土壤1 0 c m 深度温度与土壤呼吸速率的相关性比气温与土壤呼吸速率 的相关性更好；增温处理下的土壤温度敏感性指数高于常温状态；土壤磷酸酶、脲酶、b 葡萄 糖苷酶以及蔗糖酶活性在短期的模拟增温后都有不同程度的提高。 综上所述，本研究对杭州湾湿地土壤c 0 2 排放情况以及土壤活性有机碳储存规律进行了 研究，得出了滨海湿地土壤c 0 2 的年排放规律以及活性有机碳储存的年变化规律，同时明确 了该区域湿地固碳潜力。研究结果将有助于区内湿地保护与利用的科学布局，同时也为实施 湿地碳增汇减排工程提供了理论指导和基础数据支撑，对湿地管理具有重要的实践意义。 关键词：杭州湾土壤呼吸土壤酶活性碳密度模拟增温 i i a b s t r a c t a b s t r a c t a st h ei m p o r t a n tp a r to ft h ee c o s y s t e m sc a r b o nc y c l e ，w e t l a n de c o s y s t e mi n c l u d ew a t e r r e s i s t a n tf l o o d e dp l a n ta n di t se m v i r o n m e n t 1 n h ea r e ao fw e t l a n di saf e wp a r to fo ft h el a n d s u r f a c e ，a n di t ss o i lc a r b o nl i b r a r yi sh u g e ，a b o u tt h ew h o l es o i lc a r b o nl i b r a r y3 一6 8 t h e r ea r e m o r et h a n9 0p e r c e n to ft h ew e t l a n de c o s y s t e mc a r b o ns t o r a g es t o r ei ns o i l ，a n dt h ew e t l a n d e c o s y s t e mi st h es o u r c ea n dr e m i to fav a r i e t yo fg r e e n h o u s eg a s o w i n gt ot h ei n t e r f e r e n c i n g ，t h e m o i s t u r er e d u c e ，t h es o i lo x i d a t i o np l a n tr e s i d u e ss t r e n t h e n ，t h ed e c o m p o s i t o nr a t eo fp l a n tr e s i d u e s a n dp e a ti m p r o v e ，a n ds o i lo r g a n i cc a r b o nw a s t a g e ，t h e nm o r eg r e e n h o u s eg a sc o m ef r o mt h ew e t l a n d g l o b a lw a r m i n gh a si n c r e a s e dw e t l a n dc a r b o ne m i s s i o n s a tp r e s e n td u et oc l i m a t ew a r m i n g , w e t l a n d s o i lt e m p e r a t u r ea n dt e m p e r a t u r eo fw e t l a n de n e r g yb a l a n c ea f f e c t e d ，s u r f a c ew a t e ra n dw a t e ra r e ao f w e t l a n dc h a n g e s ，w h i c hh a sa f f e c t e dt h eg r e e n h o u s eg a se m i s s i o n si n t e n s i t ya n dw e t l a n dc a r b o n c y c l em o d e h a n g z h o ub a yw e t l a n di so n eo ft h em a i nc o a s t a lw e t l a n d ，a n di sa l s oo n eo ft h ea r e a s a f f e c t e db yh u m a n s i n c et h er e f o r ma n do p e n i n g ，t h e r ea r eh m 21 3 3m i l l i o nw e t l a n dr e c l a m a t i o n n ec o s t l i n eh a sr e m o v et on o r t ha b o u t1 0t i m e s1 6 k m t h ea r e ao fr e c l a m a t i o na c c o u n t sf o ra b o u t 6 0 o ft h ec i t ya r e a t h er e s e a r c ho b j e c ta r ep h r a g m i t e sc o m m u n i s ( l w ) ，s p a r t i n aa l t e m i f l o r a ( m c ) ， s c i r p u s ma r i q u e t e r ( b c ) a n dt h eb e a c h ( g t ) i ns o u t ho fh a n g z h o ub a y w em e a s u r e dt h es o i l r e s p i r a t i o nb yl i - 6 4 0 0c o n n e c t e dw i t ht h es o i lr e s p i r a t i o nc h a m b e r , a n dd e t e r m i na t et h es o i lo r g a n i c c a r b o na n dt h ea c t i v i t yo ft h es o i le n z y m e ，t or e v e a lt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft y p i c a lw e t l a n ds o i l r e s p i r a t i o n ，s o i le m i s s i o n so fc 0 2i nv o l u m ea n dt y p i c a lw e t l a n ds o i lc a r b o nd e n s i t yd i s t r i b u t i o n t b em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h es o i lc 0 2w a sd e t e r m i n a t e db yl i - 6 4 0 0p h o t o s y n t h e s i ss y s t e mc o n n e c t i n g0 9o fs o i l r e s p i r a t i o nc h a m b e rf r o mj a n u a r y2 0 1 0t od e c e m b e ro nl w , m c ，b c ，g tw e t l a n d t h er e s u l t ss h o w e d t h a t ：t h ed a l yd y n a m i cp e r f o r m a n c ei nd a ym o r et h a nn i n g ti ns u m m e r , s h o w e dac l e a rs i n g l ep e a k c u r v e t h ed a i l ys o f tt e m p e r a t u r et r e n d sa r es i m i l a r , t h ep e a l 【b e t w e e n1 3 ：0 0a n d1 4 ：0 0 ，2 ：0 0t o4 ：0 0 i nt h et r o u g hb e t w e e nt h ea r r i v a l t h eo r d e ro ff o u rk i n d so f w e t l a n d ss o i lr e s p i r a t i o nr a t e ：l w ( 8 3 4 4 5 3 ) u m o l ( m 2 s ) m c ( 7 4 9 4 2 1 ) u m o l ( m 2 s ) b c ( 4 4 2 2 4 0 ) u m o l ( m 2 s ) g t ( 2 3 3 1 5 3 ) u m o l ( m 2 s ) s e a s o n a ld ) m a i i l i c st r e n do ff o u rk i n d so fs o i lr e s p i r a t i o ns h o w e das i n g l ep e a k c u r v e ，f r o mt h ep o i n to fv i e wt h r o u g h o u tt h ey e 碣s o i lr e s p i r a t i o nr a t ei nt h ea p r i lt oo c t o b e ri s r e l a t i v e l yh i g h ，t h eh i g h e s tv a l u ei nj u l y a n dt h eo r d e ro ft h es e a s o nv a r i a t i o ni s ：s u m m e r a u t u m n s p r i n g w i n t e r t h e r ei s as i g n i f i c a n tc o r r l a t i o no ns o i lr e s p i r a t i o nw i t ha i rt e m p e r a t u r e ，s o i l t e m p e r a t u r ea t1 0c l nd e p t h t h ec o r r l a t i o no fs o i lr e s p i r a t o nw i t hs o i lt e m p e r a t u r ei sb i g g e rt h a n w i t ht h ea i rt e m p e r a t u r ea tl w , m c ，g tw e t l a n d ，a n ds m a l l e ra tb cw e t l a n d ( r 2 = 0 5 7 7 3 ) t h es o i l c 0 2 a tl w , m c ，b c ，g ti nay e a rw a s6 4 8 3 4 0g m 2 a ，5 2 2 8 9 6g m 2 a ，2 2 9 5 4 8g m 2 a ，9 7 5 4 8g m 2 i i i 两南大学硕+ 学位论文 ( 2 ) t h es o i lw a sa c q u i s i t e da tl w , m c ，b c ，g tw e t l a n df r o mj a n u a r y2 0 1 0t od e c e m b e r , a n d d e t e r m i n a t et h es o i lo r g a n i cc a r b o n ，t h es o i le n z y m ea c t i v i t ya n dt h es o i lp h y s i c a la n dc h e m i c a l p r o p e r t i e s ，t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h es o i lm i c r o b i a lb i o m a s sc a r b o nc o n t e n to ft h ea n n u a la v e r a g e ： m c ( 1 4 3 7 9m g k g ) b c ( 1 3 8 3 9m g k g ) l w ( 1 3 5 5 2m g k g ) o t ( 1 3 3 0 3m g k g ) ；t h ea v e r a g ec a r b o n c o n t e n to fs o f td i s s o l v e da s l w ( 3 1 9 3 3m g k g ) m c ( 3 1 6 4 7m g k g ) b c ( 2 8 6 9 8m g k g ) g t ( 2 7 8 2 0n a g k g ) ；t h ea v e r a g et o t a lo r g a n i cc a r b o nc o n t e n t ：l w ( 7 8 7g k g ) g t ( 7 6 5g k g ) m c ( 7 3 9g k g ) b c ( 6 8 1g k g ) t h ec h a n g e si ns o i lo r g a n i cc a r b o ni nt h ef o u rw e t l a n dt y p e si ss m a l l ， a n dr e l a t i v e l ys t a b l e ，w h i l em i c r o b i a lb i o m a s sca n dd i s s o l v e dc a r b o no fv a r i a b l e t h ec vo fs o i l p h o s p h a t a s ea c t i v i t y , u r e a s e ，b - g h c o s i d a s ea c t i v i t ya n di n v e r t a s ea c t i v i t ya b o v e5 0 ，e v e nm o r e t h a n1 0 0 t h e r ei sas i g n i f i c a n tn e g a t i v e l yc o r r e l a t i o no nm i c r o b i a lb i o m a s sc a r b o nw i t hs o i l p h o s p h a t a s e ，u r e a s e ，8 - # u c o s i d a s ea n dt h ea c t i v i t yo fi n v e r t a s ea c t i v i t y , a n dt h e r ei sas i g n i f i c a n t p o s i t i v ec o r r e l a t i o no ns o i ls o l u b l ec a r b o nw i t hs o f tp h o s p h a t a s e ，u r e a s e ，b - g h c o s i d a s ea c t i v i t yi n s u m m e r t h es o i lc a r b o nd e n s i t yb e t w e e n 0 - 5 c md e p t h ：l w ( 3 7 8t h a ) m c ( 3 6 2t h a ) b c ( 3 2 9 t h a ) g t ( 2 4 9t h a ) ；1 0 - 2 0 c md e p t ho fs o i lc a r b o nd e n s i t y ：l w ( 9 2 3t h a ) b c ( 8 6 8t h a ) m c ( 8 2 3 t h a ) g t ( 7 8 2t h a ) ( 3 ) t or e s e a r c ht h er e s p o n s eo ft h es o i lc 0 2a n ds o i le n z y m ea c t i v i t yt ot h et e m p e r a t u r e ，w ew a l l n a r t i f i c i a lt ot h el w b yo p e nt o pc o n t a i n e ra th a n g z h o ub a yw e t l a n d t h er e s u l t ss h o wt h a t ：a f t e rt h e s h o r t - t e r ms i m u l a t e dw a r m i n gt r e a t m e n t ，s o i lr e s p i r a t i o nr a t et h a ni n c r e a s e d1 7 3 6 t h e r ei sag o o d c o r r e l a t i o no fs o i lr e s p i r a t i o nw i t hs o i lt e m p e r a t u r ea t1 0a 皿d e p t h t h eq 1 0o fw a r m i n gi sb i g g e r t h a nn o r m a ls t a t e t h ep h o s p h a t a s e ，u r e a s e ，b - g h c o s i d a s ea n di n v e r t a s ea c t i v i t ya f t e rs i m u l a t e d w a r m i n gi nt h es h o r tt e r mh a sad i f f e r e n td e g r e e i ns u m m a r y , s o i lc 0 2e m i s s i o n sa n ds o i la c t i v eo r g a n i cc a r b o ns t o r a g ew e r es t u d i e da t h a n g z h o ub a yw e t l a n d w eh a r v e s tt h e c o a s t a lw e t l a n d so fc 0 2e m i s s i o no fs o i la c t i v eo r g a n i c c a r b o ns t o c k sa n da n n u a lv a d a t i o n ，a n dc a r b o ns e q u e s t r a t i o np o t e n t i a lo fw e t l a n d s t h e s er e s u l t s h e l pu st oc o n t r i b u t et ot h ea d j u s t m e n to ft h er e g i o n ，a n dp r o v i d et h eb a s i cd a t af o rc a r b o ns i n k sa n d e m i s s i o nr e d u c t i o nm e a s u r e s i ti si m p o r t a n tf o rp r a c t i c e k e yw o r d s ：h a n g z h o ub a y s o i le n z y m ea c t i v i t ys o i lr e s p i r a t i o ns i m u l a t e d w a r m i n i v 文献综述 1 文献综述 1 1 研究概况 湿地是地球上主要的碳汇，储藏在不同类型湿地中的碳约占地球陆地碳总量的1 5 t 。同 时，湿地也是温室气体排放的一个重要潜在源【2 】o 全球变化研究引起了人们对生态系统中碳储 量及分布的日益关注，湿地土壤有机碳是气候变化的一种敏感指示物，能用来指示对全球气 候变化的响应 3 1 。土壤有机碳的分布及其转化研究成为全球有机碳研究的热点。 土壤呼吸( s o i lr e s p i r a t i o n ) 是指土壤释放c 0 2 的过程，严格意义上来讲是指未扰动土壤中 产生c 0 2 的所有代谢作用，包括三个生物学过程( 即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼 吸) 和一个非生物学过程 4 1 ，即含碳矿物质的化学氧化作用等几个生物学和非生物过程。 研究土壤呼吸主要有以下几个方面的意义：土壤呼吸是全球碳循环中重要的流通途径， 它的变化将显著影响大气c 0 2 的浓度，控制土壤呼吸将能有效缓和大气c 0 2 的升高和温室效应； 土壤呼吸是表征土壤质量和土壤肥力的重要生物学指标，作为生物活性指标，在一定程度 上反映了土壤氧化和转化能力，是预测生态系统生产力对气候变化相应的参数之一，尤其是 基础土壤呼吸部分，反应了土壤的生物学特性和土壤物质的代谢强度；土壤呼吸是反应生 态系统对环境胁迫相应指标之一，其呼吸速率变化与否以及变化的方向反应了生态系统对胁 迫的敏感程度和生态系统对污染承受力的一个依据；土壤呼吸是土壤内的c 0 2 在浓度梯度的 驱动下向土表扩散的过程，可以用来测定土壤的通气性；在有一定冠层的植物群落中，土 壤呼吸释放的c 0 2 改变了冠层的c 0 2 浓度梯度，使下层植被得到更多的碳源，提供更多的光合 作用原料，改变植物的光合作用进程，从而影响植物的产量；干旱半干旱地区的土地面积 约占全球陆地面积的3 4 4 ，生态系统复杂多样，森林、草地、沙漠戈壁、荒漠绿洲等不同类 型的生态系统，但到目前为止，研究较少，缺乏系统性，许多机理性研究尚有待深入。因此， 研究土壤呼吸对植物群落的根系呼吸、土壤微生物呼吸和土壤动物活性状况，土壤中碳素的 周转速度，以及全球气候变化等都有极其重要的意义( 5 1 。 国外对于土壤呼吸的研究起始于8 0 多年前，大多基于表层c 0 2 的释放，而且研究地区大多 集中在北美，尤其对温带草原、温带森林、亚热带森林和印度热带草原的研究较多。植被类 型不同的生态系统其土壤呼吸速率存在很大的差异。目前对于土壤呼吸的研究主要集中在影 响土壤呼吸的自然因素( 湿度、温度、土壤肥力条件、植被类型等) 1 6 1 、经营措施( 采伐、灌 溉、放牧等) r l 、大气c 0 2 浓度升高、氮沉降等。土壤异养呼吸构成了生态系统有机碳的净输 出量。研究表明各气候带土壤异氧呼吸占土壤呼吸的比例相差较大，在热带和温带生态系统 中比例较高( 3 0 一8 3 ) ，在寒温带则较低( 7 一5 0 ) ，这与不同地带土壤微生物活动不 同有关。 国内对土壤呼吸的研究起步较晚，早期有对农田排放c 0 2 的测定，近年来的工作主要集中 在草原森林生态系统，大多集中在土壤呼吸速率与环境因子的关系，全年土壤呼吸量的估算， 1 两南大学硕士学位论文 土地利用对土壤呼吸的影响以及土壤呼吸对全球变化的响应等方面【8 l 。对草原生态系统的研究 多集中在东北羊草草原和内蒙古草尉9 1 以及西藏高寒草原、高寒草甸草原e x o , n l ，沙地【1 2 ，1 引，干旱 荒漠区【5 , 1 4 1 等；对森林土壤呼吸多集中在山地温带森林【1 5 】、温带典型森林【1 6 1 、暖温带落叶阔叶 林【1 7 1 、亚热带森林【1 s - 2 0 l 、热带山地雨林【2 1 倒，寒温带兴安落叶松林【列以及西南高山针叶林。 近来我国对湿地土壤呼吸的研究也在开始发展，但研究的范围还很局限，对其影响因素 更缺乏细致的分析。目前国内的湿地土壤碳通量研究主要包括湖北省石首市长江中下游天鹅 洲湿地陋】、江苏省苏州市太湖湖滨湿地【2 6 1 、辽宁沈阳盘锦芦苇湿地吲、黑龙江省东北部的三 江平原各种类型的沼泽湿地 2 s - 3 2 1 。这些研究比较了不同类型的湿地土壤呼吸的时空差异并分 析各种影响因子，主要包括不同湿地、不同对照处理的湿地土壤呼吸的空间变异、季节和日 动态，以及土壤剖面不同深度的c 0 2 浓度等。 1 2 土壤呼吸测定方法 1 2 1 碱液吸收法测定土壤呼吸 碱液吸收法是采用碱液如n a o h 或k o h 溶液吸收c 0 2 ，然后用中和滴定法计算剩余的碱液 量，最后根据相关公式算出一定时间内土壤c 0 2 排放量，继而计算出c 0 2 的排放速率。另外， 还可采用碱石灰吸收c 0 2 重量增加，通过重量的改变可计算c 0 2 的吸收量。 1 2 2 密闭气室法测定土壤呼吸 密闭气室法一般包括红外分析法和气相色谱法【3 3 1 。主要是通过管状的容器插入土壤中， 经过一段时间的稳定后加盖密封。并用一个针状的连接器在单位时间内抽取气体样品进入真 空的容器中，采用气相浓度进行计算。 1 2 3 红外c 0 ：分析法测定土壤呼吸 红# b c 0 2 分析法测定土壤呼吸主要是用一定量已知浓度的c 0 2 的空气以一定的速率通过密 闭容器覆盖的土壤样品的表面，再用红外气体分析仪( i r g a ) 来测量气体中的c 0 2 含量。用 进出容器的c 0 2 浓度差异和空气的流动速率进行土壤呼吸速率的计算。 1 2 4 涡度相关法测定土壤呼吸 涡度相关法测定土壤呼吸主要是根据了维气象学原理来测定地表气体的排放通量的【4 1 。此 方法优点在于可以测定大尺度、大范围内的土壤c 0 2 排放情况，其中植物系统与环境中的水气、 c 0 2 、能量的测量范围都超过了l k m ，而且该方法不会对土壤生态系统造成干扰。 1 2 5 间接推测法测定土壤呼吸 间接的测定土壤呼吸的方法主要是通过测定其他相关的指标如通过一些环境参数或模拟 2 文献综述 i i 计算以获取土壤释放c 0 2 的量，这需要确立所测指标与土壤呼吸间的定量关系，而这种关系一 般来说只适合于特定的群落或者生态系统，所以这类方法测量具有较大的时间和空间局限性， 所得的结果难以与其它方法测量的结果进行比较。 ( 1 ) n p p 估算法一也即总净第一生产力，它减去由地上食草动物消耗的能量而得到土 壤新陈代谢量删。 ( 2 ) a t p 估算法也即土壤中的三磷酸腺苷，其质量分数可以用来估算土壤呼吸，认 为1 9 土壤呼吸速率与1 9 a 仰质量分数有较明显的线性关系p 3 1 ； ( 3 ) 温度，水分估算法一通过研究温度和水分对土壤呼吸的影响，建立回归方程计算 得出土壤呼吸的大小融】； 1 2 6 土壤呼吸方法的比较选用 静态碱液吸收法的优点在于野外操作比较简单，方便，成本低，不使用电，不需要复杂 的仪器设备。不足点在于这种方法的精度不是很高，受到多种因素如呼吸箱形状与剖面特征， 吸收剂的总量和强度，吸收剂容器的开口面积和吸收剂的厚度，吸收面离地面的高度，环境 温度与湿度等，在土壤呼吸速率高的情况下测定的结果比真实值要低，反之，测定的结果就 毕真实值高【3 3 】。 密闭气室法测定的优点在于设备相对简单，同时可以连续监测数据，不足之处在于取样 的间隔不能太短，而且需要补充相同体积的空气。仪器设备成本比较高。因为是非稳态测量， 不能长期连续工作：虽然气体流速不大，而且还安有气压平衡管，但箱内外可能的压差带来 的影响仍不清楚。 涡度相关法测定的优点在于植物冠层高度范围内，此法测定c 0 2 不受生态系统类型的限 制，适合测定大尺度内c 0 2 的排放，其次对土壤系统几乎不造成干扰；但其要求土壤表面的 异质性和地形条件要相对简单，其测定土壤c 0 2 排放的准确度很大程度上受到大气、土壤表 面和仪器设备的影响。主要适用于收货后的农田。 动态气室法优点在于能够比较准确测定c 0 2 的真实值，因此它能使用于测定瞬时和整段 时间c 0 2 的排放速率；不足点在于空气流通速率和气室内外的压力差对测定造成负面的影响， 设备比较昂贵，同时由于必须有电力供应，使它在野外使用受到一定的限制。 1 3 土壤呼吸的组成及分离方法 1 3 1 土壤呼吸的组成 ( 1 ) 自养呼吸 土壤呼吸的自养呼吸主要是指植被的根系呼吸。根系呼吸与地上部分的光合作用所能提 供的同化物质密切相关【引。根据前人对森林土壤呼吸的研究结果来看，全球林木根系呼吸对土 壤呼吸的贡献占到了1 0 - 9 0 ，同时与森林类型、测定季节和测定方法有关的；北方寒冷的 3 两南大学硕士学位论文 森林生态系统中根系呼吸占土壤呼吸的比例比较高( 5 0 一9 3 ) ，温带和热带森林生态系统 则稍低i s 。目前测定根系呼吸方法主要有排除根法、离体根法、p v c 管气室法和同位素法等。 ( 2 ) 异养呼吸 土壤呼吸的异养呼吸部分包括根系的微生物呼吸、土壤动物的呼吸、无根土壤呼吸和枯 枝落叶层的呼吸。而异养呼吸占土壤呼吸的比例在温带和热带生态系统中较高，在寒冷地带 则较低。s u s f a l k 等研究得出林木根际呼吸占