四种不同植被下土壤呼吸速率变化研究

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1、sensitivityoftemperature1文献综述碳循环是全球生物地球化学循环的重要组成部分，是维持人类生存的物质基础。自从工业革命以来，人类经济活动加剧，大量化石燃料燃烧。砍伐热带森林和开垦农业土地，损害了地球生物圈调节和维持大气成分的服务功能，造成了C02等温室气体在大气中的积累∽碳循环是地球系统的中心环节，与气候、水分循环、养分循环以及陆地、海洋的光合生产息息相关。正确理解全球碳循环，是了解地球的环境历史及人类的生存环境，以及预测它所操纵的未来的中心构成。为了区分系统内自然与人类之间错综复杂的关系，我们就必须努力确定大气．陆地．海洋之问的碳分配

2、与碳储量。陆地生物圈的碳库主要包括生物量、凋落物、土壤碳和泥炭，其中，土壤碳的储量占整个陆地生物圈碳储量的主要部分t1川。其次是陆地生物量。大气与陆地植被间的C02交换，是全球碳循环中最主要的途径之一。植物通过光合作用将大气中的C02吸收到陆地生态中；陆地生态系统中的C02又通过土壤呼吸作用进入大气。土壤呼吸作用是陆地生态系统中碳素回到大气的主要途径，其微小的变化都会引起大气C02浓度的较大变化，所以增加土壤中的碳储量，可以抵消由于人类活动释放到大气中的aD2。反之，土壤有机碳的释放也可以显著的增加大气中的C02浓度，从而加剧全球变化的迸程。所以了解土壤呼吸

3、，有助于了解土壤碳变化的速率和趋势，以及全球碳循环的过程，对减缓全球变化十分重要【”。(见图1)秀善一蓑星田’碳循环示意圈Diagraln，DiagrutofcarboncycIo1．1土壤呼吸在土壤的新陈代谢功能过程中，由于产生大量的二氧化碳，并向大气释放二氧化碳的过程称之土壤呼吸。它包括微生物呼吸、根呼吸和动物呼吸三个生物过程，以及一个非生物过程：即在高温条件下的化学氧化过程【5】。土壤呼吸是表征土壤质量和肥力的重要生物学指标，它反映了土壤生物活性和土壤物质代谢的强度。在生态演替过程中，植被的变化通过吸收养分和归还有机物等，以影响土壤的物理、化学和生物学

4、性状，土壤呼吸亦随之变化，指示着生态系统演替的过程与方向。此外，从小气候学角度看，土壤释放的C02改变了近地面的微气象条件，为植物下部冠层提供了更丰富的碳源【粥l。影响土壤呼吸的因素，主要是温度和水分等气象因子，其次还有土壤的养分状况、有机质含量、植被类型与地表覆盖、风速及人为活动造成的土地利用方式改变的影响等。目前大多研究成果表明土壤呼吸速率与温度成正相关关系，土壤呼吸对温度变化响应的敏感程度称之为温度敏感性，在全球升温的背景下量化温度和土壤呼吸的关系，以及温度敏感性随环境因子变化情况具有重大的意义【ll’最终把多种因子综合起来，建立一个综合多种因子的土壤

5、呼吸的模型。近20年来，科学工作者对全球气候变化的响应作了大量的研究，但是主要集中在森林生态系统和草地生态系统，到目前为止，对全球农田生态系统碳循环的研究还属于薄弱环节，有许多方面有待于进一步的研究。农耕是世界上最大规模的人类活动，人们在大约占全球10％的土地上从事这种活动【¨。这样一个巨大的干扰提高了一个减少人类向大气碳排放的潜在机制。研究农田碳循环有助于了解农田生态系统缓解全球C02浓度上升的潜在可能性。目前，全球植被总面积为87．6×108hm2，其中耕地面积占17％。显然全球农田生态系统面积在全球陆地生态系统碳循环中占有重要地位。农田生态系统中的碳库

6、是全球碳库中最活跃的部分，IPCC第二次评估报告中估计(IPCC，1996)，在未来的50～100年中农田土壤可以固定40～80PgC。目前全球碳源和碳汇的估算表明由于土地利用的变化主要是森林和草甸的开垦为农田导致的碳排放量为1．1PgC

7、11。而农田生态系统的潜在碳汇为40～80PgC4“，按照这一估算结果，农业土壤就可以截留足够的碳来补偿未来12～24年中因化石燃料燃烧等向大气排放的C02。尽管这些计算仍然是粗略的，不能作为确定性的结果，但由此表明目前农田土壤和农业产品的碳固定对于全球人类经济活动产生的碳排放具有巨大的补偿力。因此，研究农田碳循环有助于了

8、解农田生态系统环节全球C02浓度上升的潜在可能性及其对全球变化的贡献I”J。1．2影响土壤呼吸的主要因子土壤呼吸产生生态系统有机碳的输出，在平衡状态下，土壤异养呼吸量应等于植被净初级生产力。通常在样地上所观溺到的土壤呼吸是土壤异养呼吸与植物根系呼吸之和。影响土壤呼吸的直接因素是土壤环境，包括土壤质地、酸度、有机碳和水热条件等。气候条件决定了植被类型的分布和生长，并影响土壤的水热2条件，植物的生长为土壤呼吸提供碳源(根系分泌物、调落物等)；人为活动影响了植物的生长和土壤环境，进而影响土壤呼吸。土壤呼吸释放的C02主要是微生物和植物根系呼吸等生物过程产生的，有机

9、碳的投入和土壤碳储量决定了呼吸底物的多寡，土壤环境(