中国草原土壤呼吸作用研究进展(9)

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

受到重视(Lloyd & Tailor, 1994; Hibbard et al., 2005)。这些模型大多只考虑了水热因子, 很少包含土壤因子与生物因子及其协同作用的影响(Zhou et al., 2008a)。越来越多的研究表明, 除气象因子外, 植物光合作用、净第一性生产力(NPP)、根系生物量、土壤呼吸作用底物数量与质量等均显著地影响土壤呼吸作用(Craine et al., 1999; Wan & Luo, 2003; Wang et al., 2003; Davidson et al., 2006; Daidson & Janssens, 2006; Flanagan, 2009; Martin & Bolstad, 2009; Savage et al., 2009)。土壤呼吸作用模拟不能只考虑水热因子, 不同时空尺度的土壤呼吸作用底物供应量等生物因子也应该纳入土壤呼吸作用模拟模型(Raich & Tufekcioglu, 2000; Wan & Luo, 2003; Savage et al., 2009)。Jia和Zhou (2009)将绝对生长速率耦合到土壤呼吸作用模型中, 建立了同时包括水热因子和生物因子在内的中国温带草原土壤呼吸作用模拟模型。由于目前发表的各种模型所采用的温度指标(如气温、5 cm和10 cm土壤温度等)、土壤水分取样深度(如0–10和10–20 cm等)以及土壤呼吸作用测定方法不统一, 使得模型之间缺乏可比性, 且这些模型考虑的水热因子和生物因子存在空间与时间的局限性, 只适应于特定的研究类型或地点, 难以从时间和空间尺度上推广应用到区域或全球尺度(Zhou et al., 2008a)。因此, 为了准确地评估中国草原的碳收支, 弄清楚土壤呼吸作用的时空动态及其控制因子, 必须采用统一的、高时间分辨率的土壤呼吸作用观测仪器, 开展土壤呼吸作用空间异质性及其影响因子的长期综合观测实验, 以获取长期的土壤呼吸作用、水热因子、生物因子及其土壤养分的综合观测资料, 发展和建立耦合多因子影响的土壤呼吸作用普适性评估模型(Zhou et al., 2008a; 韩广轩和周广胜, 2009)。

由于土壤呼吸作用的不同组分, 自养呼吸作用和土壤异养呼吸作用对环境变化及其控制因子的响应规律不一致(Boone et al., 1998), 如土壤异养呼吸作用的Q10 (表观温度敏感性, 温度每升高10 ℃, 土壤呼吸作用的变化率)为4.6, 自养呼吸作用的Q10为2.5 (Boone et al., 1998), 且只有土壤异养呼吸作用与土壤碳库中碳素的损失过程密切相关(Kuzyakov et al., 1999; Kuzyakov & Cheng, 2001)。因此, 将土壤呼吸作用各组分进行分离, 分别建立土壤异养呼吸作用和自养呼吸作用的模拟模型, 对

准确地评估生态系统碳收支及其对全球变化的响应将具有重要意义。

5 研究展望

近十年来, 关于草原土壤呼吸作用已经开展了大量的观测研究工作, 取得了较大进展, 但是关于中国草原土壤呼吸作用的控制机理及其过程认识尚不统一, 对于草原土壤呼吸作用的评估仍具有较大的不确定性。主要表现在以下5个方面:

1)温带荒漠草原土壤呼吸作用研究缺乏。内蒙古温带荒漠草原东起锡林郭勒盟苏尼特, 西至巴彦淖尔市乌拉特, 北面与蒙古国荒漠草原相接, 南至阴山北麓的山前地带, 总面积约11.2万km2。在气候上, 荒漠草原处于半干旱与干旱区的边缘地带, 受气候和人为干扰严重, 生态系统十分脆弱, 在中国草地碳循环研究中具有非常重要的地位(马治华等, 2007)。目前关于中国温带荒漠草原土壤呼吸的观测研究非常缺乏, 极大地制约了国家尺度草地碳收支的准确评估及碳减排增汇措施的实施。因此, 在现有资料的基础上, 大量补充温带荒漠草原土壤呼吸作用的观测数据, 有助于从整体上认识和把握中国草原土壤呼吸作用的规律, 合理地制定草原土壤呼吸作用的减排对策。

2)非生长季土壤呼吸作用研究不足。从草原碳循环来看, 土壤呼吸年排放量是准确地评估草原碳收支的最重要的资料(李凌浩和陈佐忠, 1998)。非生长季土壤呼吸主要来自微生物异养呼吸, 是地面和大气之间CO2交换过程不可忽略的一部分(方精云和王娓, 2007; 王娓等, 2007)。目前, 中国草原非生长季土壤呼吸作用及其关键生态学过程研究非常有限。因此, 未来应当对草原土壤呼吸作用及其主导因子进行长期的全年定位观测研究, 以准确地评估草原碳收支。

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