论文部分内容阅读
作为碳循环的重要环节,土壤呼吸是将碳从陆地生态系统释放到大气的主要途径。研究土壤呼吸及其组分对外源氮素的响应规律,有利于对未来土壤和大气碳库动态的准确估测。鉴于温度和水分是预测陆地生态系统土壤CO2释放的最好的因子,而且外源氮素极有可能会影响土壤呼吸及其组分同土壤温度和水分之间的关系,所以,相关方面的研究有利于预测未来陆地生态系统土壤碳库动态及气候变化趋势。我们选择具有广泛代表性的内蒙古温带典型草原,对其外源氮素增加情况下土壤呼吸及其组分同温度和水分的关系进行研究。 研究样地设在中国科学院植物研究所东乌珠穆沁草原生态系统管理研究站长期观测样地内。在2015年和2016年进行了为期两个生长季的原位实验。测定指标主要为施氮和对照处理下的土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸,以及10cm土壤温度和水分,并利用指数和线性模型分别进行拟合,之后对土壤呼吸及其组分同温度和水分的关系的关键参数进行比较。得到的主要结果如下: (1)土壤异养呼吸、自养呼吸、总呼吸、以及温度和水分表现出了类似的时间格局,即夏季高,其他季节低。土壤呼吸及其组分的季节动态是温度和水分季节变化共同驱动的结果,无论施氮与否,指数模型均能较好地拟合土壤呼吸及其组分同温度之间的关系,同时线性模型能较好地拟合土壤呼吸及其组分同水分之间的关系。 (2)外源氮素添加对土壤异养呼吸速率总体的影响不大,但与对照相比较,外源氮素增加使得基础呼吸速率显著增加,温度和水分敏感性都明显降低。在外源氮素增加的情况下,土壤异养呼吸的基础速率在2015年增加了161%,在2016年增加了158%;土壤异养呼吸的Q10在2015年的降低了37%,在2016年降低了23%;土壤异养呼吸与水分的线性拟合方程中,斜率在2015年的降低了42%,在2016年降低了48%。 (3)外源氮素添加降低了土壤自养呼吸速率及其温度敏感性,而基础呼吸速率和水分敏感性对外源氮素添加无明显反应。氮素添加同年际之间存在显著的交互作用。土壤自养呼吸在2015年降低了45%,在2016年降低了8%;土壤自养呼吸Q10在2015年降低了30%,在2016年降低了8%。 (4)外源氮素添加情况下,土壤总呼吸及其温度敏感性显著降低,土壤基础呼吸速率明显增加,但土壤呼吸的水分敏感性没有发生明显变化。受外源氮素添加的影响,在2015年土壤总呼吸降低了30%,Q10降低了35%,土壤基础呼吸速率增加了96%;在2016年土壤总呼吸增加10%,Q10降低了20%,土壤基础呼吸速率增加了97%。 总之,外源氮素添加降低了生长季的土壤总呼吸,这一结果主要是由自养呼吸降低造成的,而异养呼吸则没有发生显著变化。受外源氮素添加的影响,土壤总呼吸及其组分的土壤呼吸温度敏感性都有不同程度的降低,总呼吸和异养呼吸的基础呼吸速率有所提高。外源氮素添加情况下,土壤异养呼吸的水分敏感性有所降低,但土壤总呼吸以及自养呼吸的水分敏感性的变化不显著。这些结果说明,土壤呼吸或其组分同温度或水分等环境因子之间的关系会受到外源氮素的影响,因此,在氮沉降持续增加的背景下,对温带典型草原土壤CO2排放进行精确预测,必须考虑相关模型中关键参数对外源氮素增加的响应情况。