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在全球气候变暖背景下,降雨格局发生了明显变化。降雨对土壤呼吸CO2有重要影响,研究降雨对土壤呼吸的影响,对估计和预测陆地生态系统土壤呼吸变化有着重要的意义。在我国西南地区分布着广泛的喀斯特生态系统类型,其是一个典型的生态系统类型,目前关于该生态系统类型下土壤呼吸CO2对降雨变化响应的研究还没有开展。本论文选取茂兰喀斯特原生林生态系统和贵阳绿地生态系统作为研究对象,对模拟降雨和自然降雨后土壤呼吸CO2速率、土壤湿度和土壤温度24h内变化进行了监测,分析了不同强度降雨后土壤呼吸CO2速率的变化规律,剖析了水热因子对土壤呼吸CO2作用的影响,为估算降水格局改变背景下岩溶地区土壤呼吸CO2通量提供了坚实可靠的数据。同时,结合降雨对土壤呼吸影响机理的研究成果,以碳稳定同位素技术为手段,初步探讨了岩溶地区降雨对土壤呼吸影响的机理。主要结论如下:
(1)茂兰喀斯特原生林生态系统,土壤呼吸有着明显的日变化规律:白天土壤呼吸速率明显高于晚上(最高值出现在13:00～15:00),雨季与旱季的土壤呼吸日变化规律存在明显差异；其土壤呼吸速率变化范围为140.3～920.6mg·m-2·h-1,表现出明显的时间变化特征,即雨季,各月的土壤呼吸速率明显高于旱季各月的土壤呼吸速率,年通量与南亚热带阔叶林无明显差异。此外,茂兰喀斯特原生林仅在旱季土壤呼吸的日变化与气温有着显著的指数相关关系(R=0.91,P<0.001),而在雨季,土壤呼吸的月变化和日变化与土壤温度、湿度均无相关性。
(2)茂兰喀斯特原生林生态系统中,土壤呼吸的δ13CCO2值表现出明显的日变化规律。而且不同的季节之间,土壤呼吸CO2的δ13C值也存在很大的差异性；即使在同一季节,不同时期土壤呼吸CO2的δ13C值也有明显的差异。
(3)利用碳同位素自然丰度法计算出,2008年11月13日根系呼吸对土壤呼吸贡献为41.7％～79.2％,微生物呼吸对土壤呼吸贡献为21.8％～51.3％；2009年4月29日根系呼吸对土壤呼吸贡献为21.4％～60.7％,微生物呼吸对土壤呼吸贡献为39.3％～78.6％；2009年7月15日根系呼吸对土壤呼吸贡献为30.7％～53.7％,微生物呼吸对土壤呼吸贡献为46.3％～69.3％；但2009年3月21日采用该方法没有计算出根呼吸、微生物呼吸对土壤呼吸的相对贡献,可能原因该采样目前20多天一直未下雨,大气对土壤呼吸CO2有很大的贡献。
(4)茂兰喀斯特原生林生态系统中,模拟降水对土壤呼吸有明显的刺激效应,其对土壤呼吸产生作用的程度和降水量有一定关系。自然降雨条件下,短时间内的强降雨对土壤呼吸也表现出明显的激发效应,但连绵不断的降雨则抑制了土壤呼吸。降雨后土壤温度和湿度对土壤呼吸的影响也表现出与其他地区不同的规律,即温度和湿度与土壤呼吸速率之间相关性多不明显,造成这样的结果可能的原因是:一喀斯特地区特殊的土壤结构,二喀斯特地区独特的气候,尤其降雨后土壤温度日变化较小。
(5)贵阳城市绿地生态系统下,不同强度降雨事件后,土壤呼吸速率具有明显的差异,造成这种差异的原因主要是较小的降雨事件后微生物呼吸速率较快,而较大的降雨后土壤微生物呼吸受到了抑制:根系呼速率的变化则与降雨量有着正反馈作用；温度和微生物呼吸呈显著负相关,而湿度和微生物呼吸相关性不明显；而根系呼吸和湿度呈显著正相关,与土壤温度相关性不明显。
(6)结合其他生态系统类型下已有的研究结果,对比分析了茂兰原始森林生态系统下,降雨前后土壤呼吸CO2的δ13C值变化,以及对贵阳城市绿地生态类型下挖壕沟法计算出来CO2的δ13C值的与Keeling plot推算出的土壤呼吸CO2的δ13C值比较,得出该区降雨对土壤呼吸影响的可能机理有:1)在降雨后的一段时间内,土壤孔隙被大气中的CO2所填充,发生了物理替代作用；2)较大的降雨下,可能通过限制微生物活动影响土壤呼吸；3)在适宜的降水条件下,促进了含碳化合物的矿化,激发了土壤微生物活性以及增加了微生物微生物量,增强了微生物的新陈代谢活动；4)在酸雨多发的岩溶地区,由降雨引起无机碳分解产生的CO2对土壤呼吸也可能有较大贡献。