不同管理和扰动方式下坝上地区草地土壤呼吸特征研究

摘要

草地土壤呼吸是草地生态系统碳循环的关键指标，对陆地生态系统碳循环乃至全球性碳平衡具有重要意义，同时也是评价生态系统的重要指标。2015年4~10月，我们在位于河北坝上地区的国家草原生态系统野外观测站（塞北）进行野外原位观测，通过鼢鼠丘扰动、短期围栏封育和长期围栏封育的对比试验和氮磷添加试验，来研究草地土壤呼吸对不同扰动和管理方式的响应及其主要影响因素。
　　本研究主要内容包括：⑴坝上高原天然草地的土壤呼吸存在明显的日动态变化。土壤呼吸日变化呈单峰型，土壤呼吸速率均值出现在9:00左右，因此坝上地区草地土壤呼吸点测量在中午8~10点测量较为准确；土壤呼吸的日动态变化主要受温度影响，夏季、秋季土壤温度与土壤呼吸速率均呈指数关系，Q10值分别为2.05、2.14，即坝上地区草地土壤呼吸夏季比秋季热敏感性低。⑵在整个生长季，土壤呼吸存在明显的季节动态。鼢鼠丘以及围封生境下土壤呼吸季节动态主要受水热条件的交互作用影响。3种生境下，土壤温度均是土壤呼吸主要影响因素。短期围栏封育草地的土壤呼吸速率与土壤温度间有较好二次函数关系，而鼢鼠丘样方土壤呼吸速率与土壤湿度之间呈较二次函数关系。在干燥环境（土壤湿度<9.0％）时，土壤呼吸主要受土壤湿度调控。长期围封样地的土壤呼吸与土壤湿度之间有较好的二次函数关系，短期围栏封育样区的土壤呼吸与土壤湿度的关系可用指数方程表示。在氮磷添加试验中，氮磷添加处理下，环境因子对土壤呼吸的调控作用较弱，影响土壤呼吸季节变化的主要因素为土壤有机质，二者间呈三次方函数关系。⑶11年围栏封育显著增强了土壤呼吸作用，有利于形成微环境小气候，能明显恢复退化草地生态系统的结构和功能；鼢鼠丘扰动显著降低了土壤湿度，一定程度上抑制了土壤呼吸；氮添加促进了土壤呼吸，从整个生长季来看，并未造成显著影响，但氮添加存在显著的短期促进效应；磷添加一定程度上抑制了土壤呼吸，而影响并不显著。⑷坝上地区草地的非生长季土壤呼吸不容忽视，天然草地的土壤呼吸年通量估值为130.39gC·m-2·a-1。