科爾沁沙地農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸與碳平衡特征.pdf

1、土壤呼吸關(guān)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(jié)構(gòu)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(nóng)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(shù)與對策成為目前碳循環(huán)研究領(lǐng)域的焦點問題,農(nóng)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(nóng)牧交錯帶東端的科爾沁沙地典型玉米農(nóng)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(nóng)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(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生長季的碳平衡,以期為我國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳平衡研究提供―點‖上的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)科爾沁沙地典型玉米農(nóng)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(nóng)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(guān)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(guān)顯著程度存在差異,相關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(nóng)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(dǎo)因子。
　　(9)科爾沁沙地典型農(nóng)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