土壤呼吸组分区分及其测定方法_1

第37卷第1期2009年1月东 北 林 业 大 学 学 报

JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITYVo.l37No.1

Jan.2009

土壤呼吸组分区分及其测定方法

陈宝玉 王洪君 杨 建 刘世荣

1)

葛剑平

(中国农业科技东北创新中心农业环境与资源研究中心,长春,130124) (中国林业科学研究院) (北京师范大学)

摘 要 简要叙述了土壤呼吸在国内外的研究现状,综述了土壤呼吸测定方法,并对土壤呼吸组分区分方法做了详细介绍和评述,最后提出土壤呼吸研究中存在的问题和建议。

关键词 土壤呼吸;测定方法;呼吸组分;问题;建议分类号 S714.2

SeparationofSoilRespirationComponentsandMethodforMeasuringSoilRespiration/ChenBaoyu,WangHongjun,YangJian(AgriculturalEnvironmentandResourcesResearchCentre,NortheastAgriculturalResearchCentreofChina,Chang-chun130124,P.R.China);LiuShirong(InstituteofForestEcology,EnvironmentandProtection,ChineseAcademyofFores-try);GeJianping(BeijingNormalUniversity)//JournalofNortheastForestryUniversity.-2009,37(1).-96~99

Inthispaper,researchprogressandmeasuringmethodsforsoilrespirationaresummarized,andapproachestosepa-raterespirationcomponentsfromsoilrespirationarediscussedindetai.lIntheend,theproblemsexistingintheresearchandsuggestionsareputforward.Itissuggestedthatmorestudiesarenecessaryinthefuturework.

Keywords Soilrespiration;Measuringmethods;Componentsofsoilrespiration;Problems;Suggestions 在过去100多年来,人类正以前所未有的速度和强度在

全球尺度上对地球系统产生着巨大影响,其中气候变化及其影响是当前人类面临的一个最大的环境问题,与之密切相关的碳循环问题是其研究中的热点和关键[1-2]。土壤碳库作为陆地生态系统最大的碳库,直接影响着大气CO2的体积分数。从1850年到1998年,大气中CO2体积分数大约增加了80@10-6,达到了366@10-6[3]。由于陆地生态系统的多样性和人为影响,目前对陆地生态系统碳循环的认识还存在很大的不确定性,如-碳汇.的强度和具体位置。森林土壤碳库是陆地生态系统碳库中贮量最大的部分,其地上部分含3.60@1017~4.80@1017gC(占地上部分的80%左右),地下部分含7.90@1017~9.30@1017gC(占地下部分的40%左右)[4]。森林土壤呼吸亦是陆地生态系统土壤呼吸的重要组成部分,其动态变化将对全球碳平衡产生深远影响。

土壤呼吸是植物固定碳后,又以CO2形式返回大气的主要途径[5-6],即未扰动土壤中产生CO2的所有代谢过程[7],包括3个生物学过程(土壤微生物呼吸、土壤动物呼吸和土

[8]

壤根呼吸)和一个化学氧化过程。化学氧化过程对土壤呼吸的作用较小,可以忽略不计。植物光合作用所固定碳量的55%以CO2形式从土壤和植物中释放到大气中[9-10]。据研究,全球每年由土壤释放的CO2量为6.8@1017gC,远远高于由燃料燃烧而释放的CO2量(5.2@1017gC)[11]。因此,鉴于土壤呼吸对全球碳循环和气候变化的重要性,开展土壤呼吸及其对全球变化的响应的研究具有重要意义。

基于表土层CO2的释放[12-13],而且研究地区大多集中在北美,尤其对温带草原、温带森林、亚热带森林和印度热带草原的研究较多。植被类型不同的生态系统其土壤呼吸速率存在很大的差异,一般地,在土壤温度和含水量基本一致的条件下,土壤碳排放速率表现为森林土壤>农田土壤>草甸土壤,森林土壤的呼吸速率为713.72~2102.56mg#m-2#h-1,明显高于草甸土壤呼吸速率215.87~329.68mg#m-2#h-1,是后者的2~10倍[14]。在森林和草地生态系统土壤呼吸组分研究中,多数研究者认为根呼吸占土壤呼吸的大部分。Wiant、Edward和Thieeron等分别对不同森林的土壤呼吸进行了测定,得出根呼吸分别占土壤呼吸的45%~60%、54%~

[15-17]

78%和90%以上的结论。土壤呼吸在一年中的最高值出现在6)8月份[18-20]。S nchez等在西班牙的利昂地区对农田(种植谷类)的土壤呼吸进行了为期2a的研究,发现该地区的土壤呼吸速率在3月)10月间较高,11月)2月的土壤呼吸速率较低,且较为稳定,约为年平均值的一半[21],这与该地区的土壤生物群和根系在冬季均不活跃相一致。

我国对土壤呼吸问题的研究起步较晚,仅在最近十几年针对北方森林[22-24]、亚热带森林[25]、热带季雨林[26]、北方草[27][14]原和西藏高寒草原开展了一些研究工作。研究表明,各种植被类型土壤呼吸都有明显的日动态、季节动态[21,28]和年动态变化规律[29]:日动态土壤呼吸的最大值多出现在12:00)

[30]

14:00,个别植被类型有提前或者顺延的现象;季节动态中土壤呼吸最高值出现在6)8月份[27];关于土壤呼吸年际动态的文献较少,其变化还没有确定的依据,总体趋势是随温室效应的加剧,土壤呼吸速率增加[31]。

研究者普遍认为:对土壤呼吸速率影响最大的因子是温度和土壤水分[32-34],此外还有森林结构[35]、土壤肥力及人为

[36]

活动等。土壤温度和土壤呼吸速率呈显著的相关关[37-38]系,呼吸速率随温度呈指数上升[39]。土壤呼吸与土壤5cm或10cm温度相关性最显著[18,40-41]。Q10是反映土壤呼吸速率对全球升温敏感性的一个重要指标,在全球的不同地区,Q10随温度的变化差别很大。在温带地区,Q10值大约为2.4[42],在北极地区Q10值为2.0~8.8[43],而Mikan等在北极苔原冻

1 国内外土壤呼吸研究现状

国际上早期的土壤呼吸测定开始于80多年前,基本上是

1)国家自然科学基金杰出青年基金项目(30125036);国家重点

基础研究发展规划项目(G2002CB111504);国家科技攻关项目(2001BA510B06);国家自然科学基金重大项目(39990490)。

第一作者简介:陈宝玉,男,1976年3月生,中国农业科技东北创新中心农业环境与资源研究中心,助理研究员。

通信作者:刘世荣。

收稿日期:2008年3月6日。责任编辑:李金荣。

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