大气co2体积分数升高环境温度与土壤水分对农田土壤呼吸的影响

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1、寇太记等：大气CO2体积分数升高环境温度与土壤水分对农田土壤呼吸的影响955大气CO2体积分数升高环境温度与土壤水分对农田土壤呼吸的影响寇太记1,2,朱建国2*,谢祖彬2,刘钢2,曾青21.河南科技大学农学院，河南洛阳471003；2.中国科学院南京土壤研究所，江苏南京210008摘要：植物-土壤生态系统土壤呼吸与温度、水分环境因子的关系对评价目前大气CO2浓度持续升高背景下陆地生态系统土壤碳库的变化趋势具有重要意义。依托FACE（freeaircarbondioxideenrichment）技术平台，利用阻断根法，采用LI-6400红外气体分析仪(I

2、RGA)-田间原位测定的方法，研究了大气CO2体积分数升高对稻(OryzasativaL.)/麦(TriticumaestivumL.)轮作制中麦田的土壤呼吸、基础土壤呼吸和呼吸主要影响因子，分析了大气CO2体积分数升高后温度与水分对土壤呼吸的影响。结果表明，在整个测定期间，土壤呼吸与基础土壤呼吸速率呈明显的季节变化，与气温和土壤温度季节变化趋势基本一致，呼吸速率与温度具有显著的相关性，是影响土壤呼吸的控制性因素；呼吸速率与土壤含水量无显著的相关性，土壤水分是研究区麦田土壤CO2排放的非限制性因素，且温度与土壤含水量间的交互效应对土壤呼吸的影响不显著。

3、基础土壤呼吸比作物下的土壤呼吸更易受温度影响，土壤温度比气温能更好地解释土壤CO2排放的季节性变化。而CO2体积分数增加降低了温度与呼吸速率间的相关系数和Q10，表明温度对土壤CO2排放的影响程度下降。但高CO2体积分数环境中植物-土壤生态系统的土壤呼吸对温度增加敏感性的降低，有利于减缓土壤碳分解损失的速度。结果有助于评价未来高CO2体积分数气候变暖背景下植物-土壤系统下的农田生态系统土壤碳的固定潜力。关键词：CO2浓度升高；土壤呼吸；基础土壤呼吸；温度；土壤水分；农田中图分类号：S161；X171文献标识码：A文章编号：1672-2175（2008）

4、03-0950-07寇太记等：大气CO2体积分数升高环境温度与土壤水分对农田土壤呼吸的影响955目前大气中CO2等温室气体浓度持续增加对陆地生态系统的影响令社会各界关注[1]。土壤呼吸作为表征土壤中异养微生物和植物根系进行生命活动的标志[2]，既是全球碳循环的一个重要组成部分[3]，也是土壤碳库的主要输出途径和大气CO2重要的源[4]。尽管国内外已开展了开放式环境中CO2体积分数升高对农田生态系统土壤呼吸的研究[5-9],但在植物-土壤系统中，土壤呼吸受植物类型、植物生长状况、植物生长阶段控制[10]，土壤呼吸直接或间接地受两大环境因子--温度和水分的

5、控制[11]。目前水热因子对于不同时间尺度土壤呼吸影响的机理及其模型研究较少，是限制当前准确评估碳收支的重要因素之一。随着大气CO2体积分数升高，水热等环境因子对土壤呼吸控制程度的研究偏少，尤其农田生态系统几乎没有报道。估测土壤中CO2的释放量，确定其与环境因子和人类活动的关系，既对估算生物学过程在生态系统碳收支中的作用非常关键[2]，又对评测陆地生态系统在全球碳循环中的功能和地位也有着极其重要的意义。农田生态系统是受人为影响最大的陆地生态系统，稻(OryzasativaL.)-麦(TriticumaestivumL.)轮作是我国重要的水旱轮作农田生态

6、系统，研究高CO2体积分数下稻-麦农田的土壤呼吸及主要影响因素，对于了解未来气候条件下环境因子对中国农田系统土壤呼吸的影响和确定农田系统的源、汇功能有重要意义。本研究依托中国FACE(Free-AirCO2Enrichment)稻-麦轮作平台，连续两季在冬小麦作物全生育期对比研究了不同CO2体积分数环境下的土壤呼吸和水热因子，探讨高CO2体积分数下水热条件对土壤呼吸的控制程度变化，为进一步探讨不同时间尺度环境因子对土壤呼吸作用的效应和建立更完善的土壤呼吸作用模型，为预测未来大气环境条件下，农田土壤呼吸在农田生态系统碳收支中的作用提供参数，为碳循环的可能

7、变化提供科学依据。1材料与方法1.1研究区概况中国FACE试验平台位于江苏省江都市马凌良种场(119o42'0"E,32o35'5")。平台运行系统已有详述[12]。年均降水量980mm左右，年均蒸发量>1100mm，年平均温度14.9℃，年日照时间>2100h，寇太记等：大气CO2体积分数升高环境温度与土壤水分对农田土壤呼吸的影响955年无霜期220d。土壤类型为下位砂姜土(中国土壤分类)；耕作方式为水稻-冬小麦轮作。供试土壤理化性质为：含有机碳18.4g·kg-1，全N1.45g·kg-1，全P0.63g·kg-1，全K14.0g·kg-1，速效P

8、10.1mg·kg-1，速效K70.5mg·kg-1，砂粒(2~0.02mm)578.4g·k