中国草原土壤呼吸作用研究进展(6)

716 植物生态学报Chinese Journal of Plant Ecology 2010, 34 (6): 713–726

图1 中国草原土壤呼吸作用和年平均降水量(A)、年平均气温(B)、经度(C)及纬度(D)的相关关系。

Fig. 1 Relationships of soil respiration of grassland in China with mean annual precipitation (A), mean annual temperature (B), lon-gitude (C) and latitude (D).

(Ruess & Seagle, 1994)、地表特征(Maestre & Cortina, 2003)等因素也会导致土壤呼吸作用产生空间差异。其中, 年降水量通常是预测区域尺度上土壤呼吸作用空间变异性的重要因子(Luo & Zhou, 2006; Herbst et al., 2009)。如年降水可以解释北美大平原土壤呼吸作用区域变异的56% (McCulley et al., 2005), 水分是匈牙利黄土草原土壤呼吸作用空间异质性的主导控制因子(Foti et al., 2008)。对中国温带草原土壤呼吸作用及其影响因子(包括年平均气温、年降水量、土壤有机碳和全氮含量、碳氮比)进行逐步多元线性回归分析, 结果表明, 年降水量和土壤全氮含量是中国温带草原土壤呼吸作用空间变异的主导控制因子(方程(1)) , 二者共同解释了中国温带草原土壤呼吸作用空间变异的84%, 年降水量可以单独解释72%。

Rs = 1.85MAP + 1024.54N – 578.10 (R2 = 0.84, p < 0.0001) (1) 其中, Rs为土壤呼吸作用(g C·m–2·a–1), MAP为年降水量(mm), N为土壤全氮含量(%)。

不同空间尺度上, 土壤呼吸作用异质性的主导

影响因子不同: 在0–1 m尺度上, 根系和凋落物是决定土壤呼吸作用的空间变异的主要因素; 在1–10 m尺度上, 根系生物量、土壤碳/氮含量、根系含氮量是土壤呼吸作用空间异质性的主要影响因子; 在景观尺度上, 地形通过改变土壤含水量等理化特性而间接主导土壤呼吸作用的空间变异(Martin & Bolstad, 2009)。

3 对全球变化的响应

全球变化(主要包括CO2浓度升高、全球变暖、大气氮沉降和施肥、土地利用变化等)将对草原碳循环产生重要的影响, 而土壤呼吸作用在对全球变化的响应与反馈过程中起着非常重要的作用。模拟试验表明: CO2浓度升高通常会使土壤呼吸作用增加(Pendall et al., 2003)。CO2浓度升高通常使植物的光合作用增加, 导致植物生物量和凋落物量增加, 使得向地下输入的呼吸底物增加; 同时, CO2浓度升高有利于增加土壤湿度, 促进细菌运动和呼吸底物扩散, 进而导致土壤呼吸作用增加(Pendall et al., 2003; Nelson et al., 2004; Luo & Zhou, 2006; Luo et

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