长江中游滩地不同土地利用方式土壤呼吸特征研究

土壤呼吸是全球碳循环中的一个重要环节，其对全球碳平衡的影响是近年来人们关注的焦点之一。环境因子与土壤呼吸之间的关系可以用于将土壤呼吸从“chamber”水平的测量放大到整个生态系统或更大尺度。而温度、水分、植被状况等都是土壤呼吸重要的影响因子。滩地是陆地生态系统的主要类型之一，目前非常缺乏有关土壤呼吸的研究资料。因此，我们于2005～2006年在湖南岳阳长江滩地选择杨树林、芦苇地、苔草地及农田用地，采用红外气体分析仪（IRGA）进行为期一年的土壤呼吸测定，以说明本地区土壤呼吸的特征。主要研究结果如下： （1）长江中游滩地不同土地利用方式土壤呼吸速率日变化表现为单峰型曲线。最高峰在11：00～13：00，凌晨5：00左右最小。日变化幅度以春、冬两季较大，夏、秋两季较小。长江滩地日均土壤呼吸速率为2.6939±0.5335μmol m-2s-1（P＜0.05，n=32）。四种土地利用方式日均土壤呼吸速率大小排列：芦苇(4.245μmol m-2s-1＞苔草(2.898μmol m-2 s-1＞杨树林(2.774μmol m-2 s-1＞农田(0.858μmol m-2s-1)。同时，土壤呼吸速率的季节变化也比较明显。杨树林、苔草及农田三种土地利用方式各季节土壤呼吸速率大小表现为：夏季＞春季＞秋季＞冬季。芦苇土壤呼吸速率按季节排列的大小顺序为：春季＞夏季＞秋季＞冬季。 （2）杨树林下植被类型不同，土壤呼吸作用强弱不同。各植被类型土壤呼吸速率表现为：狗牙根+牛鞭草（Cynodon dactylon+Hemarthria）＞益母草（Leonurus artemisia）＞水芹（Oenanthe javanica）＞狗牙根+野胡萝卜（Cynodon dactylon+Daucus carota）＞牛鞭草（Hemarthria）。各植被类型土壤呼吸速率变异系数54.4％，表明不同植被类型土壤呼吸动态存在很大的差异性。 （3）滩地杨树林土壤呼吸速率具有明显的年内变化规律。变化动态与温度、土壤含水量（5cm）的相关性较好。相比之下，土壤含水量（5cm）更能说明土壤呼吸速率的年内变化规律，而温度与土壤呼吸速率的变化节律有所不同，表现为时间上的滞后性。 （4）在芦苇、苔草、农田三种土地利用方式中，土壤呼吸速率与地表温度的相关性均比与土壤温度（5cm）的相关性高。杨树林土壤呼吸速率与地表温度的相关性（R2=0.6225）和与土壤温度（5cm）的相关性（R2=0.644）相当。以不同土层温度为依据得到的Q10值不同。长江滩地土壤呼吸速率平均Q10值为2.275±0.576（P＜0.05，n=8）。杨树林、芦苇、苔草土壤呼吸速率与土壤含水量（5cm）之间的相关性较显著，R2分别为0.8062、0.8612、0.8202。农田土壤呼吸速率与土壤含水量（5cm）之间相关性较差。 以地表温度和土壤含水量（5cm）建立的拟合模型可以说明杨树林85.5％、芦苇58.7％、苔草65.5％、农田74.9％的土壤呼吸变化情况。不同土地利用方式土壤呼吸年排放通量：芦苇(6.475 thm-2a-1＞苔草(3.427 thm-2a-1＞杨树林(3.407 thm-2a-1＞农田(1.037 thm-2a-1)。 （5）土壤养分对土壤呼吸产生重要影响。四种土地利用方式有机质含量的大小顺序为芦苇＞苔草＞杨树林＞农田，与土壤呼吸速率在各土地利用方式下的大小顺序一致。从季节变化看，土壤有机质的变化动态为夏季＞秋季＞冬季＞春季，与土壤呼吸速率的变化动态存在差异，原因是由土壤水热状况等因子的影响产生。土壤含氮量的多少主要与作物的生长和产量之间存在一定的相关性，因此其值的大小并不是影响土壤呼吸速率的决定性因子。但从总体上看，用土壤氮含量解释土壤呼吸速率的变化动态是具有一定说服力的。 （6）不同土地利用方式土壤微生物数量随时间的变化不断发生演替。不论细菌、真菌还是放线菌，其数量的季节变化动态均为夏季＞春季＞秋季＞冬季。与土壤呼吸速率季节变化特征一致。各土地利用方式微生物总数为：杨树（66.73×10～4个／g）、芦苇（102.45×10～4个／g）、苔草（130.95×10～4个／g）、农田（74.65×10～4个／g）。芦苇地微生物数量没有苔草地多，但土壤呼吸速率比苔草地大，主要原因在于芦苇根系复杂程度较小，没有苔草根系那样盘根错节，另外芦苇的微环境气候及土壤状况均优于苔草地。农田受人类活动影响，虽微生物数量大，但土壤结构及水热条件均没有其它各地类好，因此土壤呼吸速率低。 （7）不同土地利用方式植被生物量的大小顺序为：芦苇＞苔草＞杨树林＞农田，与各土地利用方式土壤呼吸速率大小顺序一致。同时，生物量的季节变化可以较准确的解释土壤呼吸速率的季节变化。 （8）土壤剖面不同层次土壤呼吸速率呈现明显的变化规律，其相关影响因子也表现出一定的规律性。土壤呼吸速率的变化特征与土壤含水量（5cm）的相关性比与土壤温度的关系更密切。植物根系及土壤养分含量亦是土壤呼吸速率较为关键的影响因子，这些因子的共同作用对土壤呼吸速率的大小及变化特征起着决定性的作用。