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土壤呼吸在调控区域及全球尺度的碳循环过程中起着十分关键的作用,而土地荒漠化对干旱、半干旱区土壤呼吸及碳固持的影响巨大。本研究选取毛乌素沙地固定沙地本氏针茅(Stipa bungeana)群落(FS)、固定沙地油蒿(Artemisiaordosica)群落(FA)、半固定沙地油蒿群落(SFA)、流动沙地一年生植物群落(AL)等4个代表毛乌素沙地荒漠化主要阶段的植物群落作为研究对象,采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定土壤呼吸速率的日动态和月动态,并结合植物群落生产力的野外观察,分析了荒漠化对土壤呼吸速率及生产力的影响,并进一步探讨荒漠化对生态系统碳固持的影响。结果表明:
(1)5月到9月主要生长季内,FS、FA、SFA、AL的平均土壤呼吸速率分别为2.48、2.12、1.16、0.37μmol·m-2·s-1；土壤呼吸速率与土壤温度(T10)存在显著的指数相关关系,Q10值依次为5.87、5.05、4.02、0.64,随着荒漠化程度的加重,Q10值逐渐降低,表明荒漠化程度的增加使得土壤呼吸速率对土壤温度季节变化的敏感性逐渐降低。
(2)影响各植物群落土壤呼吸日动态的主要因子为土壤温度；而土壤呼吸的月变化是受到包括土壤温度和土壤湿度等多个因子的综合作用,在荒漠化的不同阶段,影响土壤呼吸速率的主要因子不同:土壤湿度是影响固定沙地植物群落土壤呼吸月变化的主要因子,而半固定沙地和流动沙地植物群落土壤呼吸与根系生物量的关系更为密切；
(3)5月到9月主要生长季内,FS、FA、SFA、AL地上部分的净生产力分别为88.66g/m2、162.72g/m2、65.39/m2、10.37 g/m2,地下细根净生产力依次为314.33g/m2、82.27g/m2、18.00g/m2、0.30g/m2；对不同群落类型的地上生物量进行简单方差分析表明,随荒漠化程度的加重,地上生物量显著降低,FA＞FS,SFA＞AL；对四个群落的地下细根生物量进行简单方差分析表明,随荒漠化程度的加重,地下细根生物量显著降低,由大到小依次为:FS、FA、SFA、AL。
(4)5月到9月主要生长季内,固定沙地的生态系统净生产力为正(NEP分别为33.22 C g/m2,10.96 C g/m2),半固定沙地和流动沙地的生态系统净生产力为负(NEP分别为-22.15 C g/m2,-9.76 C g/m2),随着荒漠化程度的加重,生态系统的碳固持能力逐渐降低,毛乌素沙地在碳平衡中的地位由碳汇逐渐转为碳源。
因此,采取合理措施使荒漠化土地向以油蒿或本氏针茅为主的固定沙地演替,是提高毛乌素沙地生态系统碳固持能力的主要途径。