干旱區(qū)白刺荒漠生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸對增雨的響應.pdf

1、氣候模型預測，干旱區(qū)荒漠生態(tài)系統(tǒng)極端降水事件有增加的趨勢，并且荒漠生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程對降水格局（量、時間、頻率）的改變高度敏感。為了研究荒漠生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸與降雨的關系，本研究選擇在我國內(nèi)蒙古白刺荒漠生態(tài)系統(tǒng)中進行人工模擬增雨實驗。增雨實驗共設置4個增雨處理即分別增加年降水量的25％、50%、75%和100%，1個對照，對照和每個處理各4個重復，共20個實驗樣地，采用隨機區(qū)組排列。增雨實驗從2008年至2010年連續(xù)進行，每年5月至9月

2、進行平均增雨。2010年在每個月人工增雨之前1天和增雨之后第1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21天每天測定一次白刺灌叢下和裸地土壤呼吸，同時在每月人工增雨后進行3次全天土壤呼吸的測定。在測量土壤呼吸速率時同步測量土壤水分含量和土壤溫度。主要結(jié)論如下：
　?。?）絕大多數(shù)情況下，裸地和灌叢下一樣，無論是天然還是人工降雨，都可以使土壤呼吸速率增加，說明土壤水分含量決定荒漠生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡。在灌叢下，主要生長季（5月-

3、9月）增雨處理樣地（+25%到+100%）土壤呼吸碳釋放量比對照樣地大約增加了33%~105%；在裸地，大約增加了3%~56%。研究發(fā)現(xiàn)，隨著人工降雨量的增加，植物地上生物量呈逐漸增大的趨勢，這意味著白刺根部可能會被供應更多的光合產(chǎn)物，進而刺激白刺根呼吸。所以，從碳平衡的角度來看，這一過程可以補償由于降雨增多所導致的土壤呼吸碳損失。
　　（2）在生長季內(nèi)（5月-9月），裸地上，對照樣地以及各增雨處理的土壤呼吸速率均未表現(xiàn)為單峰曲線

4、。無論土壤水分含量如何變化，裸地土壤呼吸速率與土壤溫度的相關程度不高。裸地土壤呼吸主要與降雨的波動密切相關：降雨之后，裸地土壤呼吸會有較為明顯的增加，之后迅速下降。土壤呼吸增加的幅度與土壤水分變化的幅度成明顯的正相關關系。從整個生長季來看，灌叢下土壤呼吸速率在6月達到峰值。這一方面可能與白刺生長的季節(jié)性節(jié)律有關，即白刺在一年中這段時間屬于生長旺季，根呼吸活躍；另一方面也與這段時間水熱配合同步有關。
　?。?）土壤呼吸速率對增雨的響

5、應幅度和持續(xù)時間不僅和降雨量大小有關，還與覆蓋類型和降雨時間密切相關。具體來說，裸地土壤呼吸速率在生長季早期（6月）對降雨響應最為敏感，而在生長季中期（8月）和末期（9月）對降雨響應的敏感度下降；灌叢下土壤呼吸速率對生長季早期和晚期的降雨反應最為敏感，而在生長季中期對降雨的敏感度下降（增雨100%處理除外）。不同植被覆蓋對降雨響應的差異可歸結(jié)為白刺根呼吸的作用。降雨時間對土壤呼吸速率的影響主要和降雨之前的土壤水分狀況和白刺的生理活動密切

6、相關。因此，在干旱區(qū)荒漠生態(tài)系統(tǒng)中，土壤呼吸對未來降雨格局的響應會受到植被覆蓋狀況和降水時間的共同調(diào)控。
　?。?）無論是裸地還是灌叢下，增雨處理均提高了其土壤呼吸溫度敏感性。灌叢下土壤呼吸的溫度敏感性對土壤水分的變化更敏感，這可能與白刺冠層的光合作用有關。盡管裸地和灌叢下Q10之間無顯著差異，但裸地Q10的季節(jié)波動更大，而灌叢下Q10的季節(jié)波動較小。隨著土壤水分條件的改善，灌叢下和裸地土壤呼吸“遲滯效應”更加明顯，并且灌叢下的增