几种水田和旱地土壤呼吸特征及温度敏感性研究

土壤呼吸所排放的CO2是大气中CO2的重要来源之一,土壤巨大的碳库使得土壤呼吸的微小变化就会对大气中CO2浓度和气候变化产生重要影响。土壤呼吸对温度等环境因子的变化响应敏感,并决定着土壤CO2的排放。不同土壤其呼吸排放的CO2与温度变化之间有很好地相关关系。随着全球气候变暖的加剧,全球气候变化与碳循环之间的关系越来越受到关注。为此,在全球气候变暖的背景下,探讨水田和旱地土壤呼吸对温度变化的响应,对于了解未来气候变化的趋势有着非常重要的意义。 本研究在室外对不同温度处理(鼓风机加热的时间长短不同)种植粳稻(V1)和种植籼稻(V5)小区的植株行间土壤呼吸进行了研究；在实验室内对几种水田和旱地土壤及其不同土层深度(0～15cm和15～30cm)在不同温度、水分处理下的CO2排放特征进行了研究。研究结果如下： (1)种植粳稻(V1)和种植籼稻(V5)的土壤呼吸速率间无显著差异,但前者CO2累积排放量显著高于后者。土壤CO2排放速率随水稻生长呈现波动变化,但不同温度处理的土壤CO2排放速率与大气温度和5cm土壤温度之间相关性不显著。土壤呼吸速率与可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)呈显著负相关关系。种植粳稻(V1)的土壤Q10值显著高于种植籼稻(V5)的土壤,表明前者土壤呼吸温度敏感性更高。 (2)在90天的培养实验中,水田土壤的CO2排放速率和累积排放量显著高于旱地土壤。25℃、35℃处理的土壤CO2排放速率显著高于15℃处理。60%WHC(田间持水量)、90%WHC处理的土壤呼吸速率显著高于30%WHC处理。同一水分条件下,3个温度处理的水田土壤CO2排放速率均显著高于旱地土壤。0～15cm土壤的CO2排放速率与累积排放量显著高于15～30cm土壤。不同土壤Q10值随水分含量增加而有所增加。15～30cm土壤Q10值高于0～15cm土壤,但差异性不显著。不同温度下土壤CO2累积排放量均与土壤总有机碳、有机碳组分F1(易氧化)、腐殖酸碳、胡敏酸碳、富里酸碳显著相关。仅25℃处理的土壤CO2累积排放与有机碳组分F1、F2、F3(易氧化程度依次降低)显著相关。Q10值与总有机碳、有机碳组分F1、F2、F3、腐殖酸碳、胡敏酸碳、富里酸碳呈负相关。 (3)在15天的培养实验中,不同土壤均表现出前7天CO2排放速率较快,其后变缓。水田土壤的CO2排放速率和累积排放量显著高于旱地土壤。由于旱地土壤间有机碳含量不同,CO2排放亦有显著差异,有机碳含量高的土壤CO2排放速率和累积排放量显著高于有机碳含量较低的土壤。不同土壤CO2平均排放速率和累积排放量均随温度升高显著增加。土壤CO2平均排放速率及累积排放量与土壤有机碳、腐殖酸碳、富里酸碳均有显著相关关系。Q10值在不同土壤间有不显著差异,Q10值与全土及不同粒级团聚体土壤总有机碳、腐殖酸碳、胡敏酸碳、富里酸碳正相关,不同粒级团聚体的相关系数不同。 一定温度范围内,土壤呼吸随温度升高而增强,且低温下土壤呼吸对温度变暖的响应更为显著。水分含量低时,微生物呼吸较弱,水分含量增加后微生物呼吸增强,土壤CO2排放速率加快。温度和水分共同作用于土壤CO2排放比温度单一因素作用要复杂。水田土壤CO2排放显著高于旱地土壤,是土壤有机碳含量及组成、土壤微生物数量、土壤酶活性等共同作用的结果,这也是土壤呼吸温度敏感性差异的原因。不同有机碳组分对土壤呼吸温度敏感性的影响比较复杂。