草地土壤呼吸速率影响因素研究现状

段少荣 于美佳 盛基峰 李垚 韩艳英 叶彦辉

(西藏农牧学院资源与环境学院/西藏高原森林生态教育部重点实验室，西藏 林芝 860000)

一般来说，林地与草地生态系统在土壤呼吸速率方面需要结合植物生长季内的明显单峰曲线型日变化、月变化进行分析。在夏季其林地土壤呼吸速率最大值将达到2.43μmol·m-2·s-1，其中，草地土壤生态系统呼吸速率明显高于林地土壤，全天候呼出CO2，植物生长季内林地和草地土壤呼吸速率都与土壤温度变化趋势相似，且二者具有显著的正相关性关系，土壤含水量也会有所变化。

1 草地土壤呼吸速率的相关问题概述

草地土壤拥有多孔隙介质，其所储存的气体成分包括CO2、O2、N2O等，在土壤吸附大量气体分子的过程中，土壤气体成分有所变化，形成了生物化学反应，并保证土壤气体在土壤中有效扩散。在土壤陆地生态系统建设中，其有机碳总体储量达到最高2000Pg，每年通过土壤呼吸向大气中直接释放CO2约占到生物圈排放总量的20%～38%。在精确测定土壤呼吸速率过程中，需要开展不同区域、不同土壤呼吸程度的优化土壤生态系统物质循环机制，建立能量转化分析机制，满足全球陆地生态碳循环系统，结合全球气候变化潜在效应优化科学依据，建立基础数据分析机制。

在国内，各个自然保护区都具有自身完整的林分布区，建立重要生态屏障，结合原始植物生态系统建立完整垂直带谱，配合陆地生态系统对全球气候变化相应问题进行分析，建立理想实验研究区域，构建一套完整的森林生态系统主体。在对自然保护区森林生态系统研究过程中，也需要分析林分物种多样性，形成有效群落格局。在深入研究森林生态与草地生态系统过程中，应该优化系统与大气之间的相互作用，为构建陆地、大气相互作用系统奠定良好基础[1]。

2 B自然保护区草地土壤呼吸速率实验研究方法

2.1 B自然保护区研究基本概况

B自然保护区位于我国西北部，土地总面积为21.98万hm2，林区整体气候寒冷湿润，冬季漫长寒冷，年平均气温为-0.2℃，气温在0℃以下的时间长达5～7个月，土壤冻结深度达到2～3m。该区域具有特殊的自然景观与植被类型，在气候、土壤、生物分布方面具有明显垂直带谱，且完好保存了泰加林类型，林分密度达到1440株·hm-2。

2.2 B自然保护区草地土壤呼吸速率实验研究方法

B自然保护区针对草地土壤采取了呼吸率实验研究方法，结合土壤呼吸日动态测定开路式8通道土壤通量测量系统，其中，采用2个呼吸气室对林地、草地土壤呼吸速率日动态进行全天候连续自动监测分析，每日进行24时次。利用测量室内CO2浓度变化来推算室内所覆盖样地的土壤CO2释放与吸收速率。为有效保证推算结果正确，保证测量室内外浓度梯度管理到位，同时对气压、土壤温湿度数据内容进行分析，有效观测实验过程中从每年5—9月展开草地土壤呼吸速率实验研究[2]。

就实验研究方法而言，主要选择2个相对平坦的典型样地地块(面积为5m×5m)，专门对不被植被土壤表面设立全天连续自动监测气室。自动监测气室要设置于山地草地之上，同时选择自然植被——早熟禾等建立土壤集中分布格局。将其它气室设置于林地内，选择多种优势树种如西伯利亚落叶松、云杉、冷杉等建立优势树种森林生态系统，优化集中分布土地研究对象。为有效规避测定时基座嵌入不同，需要对其土壤扰动所造成的短期内土壤呼吸速率波动问题进行分析，保证提前2d分析土壤呼吸速率波动，优化横截面积达到400cm2以上，同时将高度控制在10cm左右，有效测定基座，保证嵌入2个观测样地，结合实施过程分析测定基座。对于减少土壤环对于土壤的镇压作用非常有效。在充分考虑到凋落物厚度与表层根系分布内容时，需要插入土壤测定基座深度约为6.0cm左右，对减少测定基座对植被根系的破坏是非常到位的。即要保持土壤环能够在整个测定期间始终保持位置不变。在完整等待48h平衡以后，需要保证土壤呼吸速率，建立土壤呼吸气室，同时安装多个测定基座。考虑到B自然保护区的土壤呼吸作用相对较弱，降水较多，为保证测量精度分析测量前分析器的全面校正过程，同时设置呼吸气室抽取气体，保证其气体抽取稳定时间控制在45～50s范围内。在整点展开轮流测定山地草地，优化林地土壤呼吸过程中，需要测定土壤呼吸过程，配合仪器自带土壤温度对含水量传感器、山地草地与林地的土层土壤(0～5cm)平均温度、含水量传感器进行分析，保证测量后抽气时间控制为30s，保证土壤呼吸2次平均值分析机制。测定土壤呼吸的同时优化仪器自带土壤温度、含水量等，进行同步测定。

在数据处理过程中，B自然保护区主要结合实验数据建立统计分析绘图，对植被土壤呼吸、土壤温度以及土壤含水量的相关回归展开分析。结合未扰动土壤中所产生的CO2代谢作用分析植物根系呼吸机制，建立非生物学过程。保证生物学角度分析建立主导环境因子，结合土壤有机质含量进行分析，了解其中的pH、温度、水分、有效养分含量变化，其对土壤呼吸作用强度方面的影响相对较大，也会对土壤呼吸作用强度变化产生一定影响，客观反映相关数据内容。在影响根系呼吸诸多因子过程中优化土壤质地、风速环境因子，改变土壤CO2排放速度[3]。

2.3 B自然保护区草地土壤呼吸速率影响因素分析

B自然保护区的草地土壤呼吸速率在某种程度上产生了诸多影响因素，具体表现为以下几点。

2.3.1 对不同植被类型土壤呼吸速率日变化的影响

在针对不同植被类型土壤呼吸速率日变化的影响进行分析时，应结合相同坡向、坡度、不同植被类型展开分析。在每年5—8月土壤呼吸速率日变化观测数据分析过程中，了解草地与林地土壤呼吸速率日变化曲线，得出变化曲线分析趋势，整体来看，其表现为单峰曲线。在植被类型土壤呼吸速率曲线波峰分析过程中，应该将分析时间段控制在每日17∶00—18∶00，而波谷时间范围则控制在09∶00—10∶00。在日变化分析过程中，需要结合区域地理位置影响分析土壤呼吸速率变化，了解林地差异问题。在土壤呼吸速率日变化过程中需要了解B自然保护区中人工林土壤表面CO2排放通量，分析昼夜变化呈单峰状态，将其土壤表面CO2排放通量最大值时间控制在每日19∶00—22∶00，能够对不同林型土壤呼吸时空变异情况与研究结果进行分析。

就B自然保护区5—8月不同月份土壤的呼吸速率日平均值来看，其草地土壤呼吸速率从大到小依次为7月>8月>5月>6月，林地从大到小依次为7月>8月>6月>5月。整个观测时间林地土壤呼吸速率日平均值最小值大于草地土壤呼吸速率日平均最大值，保证配对样本T检验到位，发现观测值中所存在的明显差异，显示P<0.01。考虑到林地内存在长期落叶使得林地土壤有机质含量明显高于草地，所以林地土壤呼吸速率也明显高于草地土壤，林地土壤呼吸速率值显著提升。总体来看，B自然保护区7月的气温明显高于其它3个月，这就造成了上述影响结果[4]。

2.3.2 对不同植被类型土壤温度日变化的影响

针对不同植被类型对土壤温度日变化影响内容进行分析，通过温度调节控制生态学过程中的诸多关键因素，结合影响土壤呼吸的决定性因子内容。在定点测量过程中，B自然保护区的温度条件在一定程度上影响了总土壤呼吸速率，形成诸多主要影响因子，但这些因子并非唯一控制因子，主要通过对土壤微生物的有效代谢，保证植物根系生长影响过程有效调控土壤呼吸作用。在研究过程中，需要结合土壤中CO2释放过程来分析日变化趋势与土壤温度变化趋势，了解二者之间相互一致性。结合同一坡度、坡向分析草地与林地在5—8月0～5cm土层土壤中平均温度，分析昼夜变化曲线形成总体单峰曲线线型。一般来说，其波峰呈现出18∶00左右的波谷分析机制，优化调整草地、林地在0～5cm土层平均温度背景下土壤的呼吸速率变化，确保变化曲线相互接近，了解二者之间所存在的显著正相关关系(P<0.05)。在R2值分析过程中要调整到最大值，这就综合说明了土壤CO2在释放的昼夜变化趋势背景下其土壤温度变化趋势也具有较高一致性。在发现土壤温度较好解释农田和草地生态系统过程中，要了解二者之间的土壤呼吸差异，分析B自然保护区土壤呼吸速率的影响，了解其动态峰值控制在7月，结合耕作措施有效改变土壤温度，对旱作农田中的CO2排放影响作用进行分析，了解其中所存在的矛盾问题。就草地0～5cm土层土壤温度分析来看，其土壤呼吸速率日呈现出巨大变化趋势，结合日后随土壤温度快速上升问题来分析土壤温度变化，结合最大值同一时段问题进行分析。在分析B自然保护区土壤温度与植被类型土壤温度变化过程中，应该了解到其二者指标之间是呈现显著指数相关关系的，需要结合研究结果一致性展开分析，结合二者指数模型与分析林地土壤呼吸速率日动态变化机制，了解在0～5cm表层中土壤温度的昼夜波动趋势变化，并分析相应吻合机制。在分析二者显著正相关关系(P<0.01)过程中，需要对B自然保护区的林地下垫面0～5cm表层土壤温度进行调温效果分析，了解线性和指数模型，建立二者之间有效相关关系。

2.3.3 对不同植被类型土壤含水量日变化的影响

在分析土壤水分过程中，需要了解植被生长、根系分布、微生物活性内容，建立土壤呼吸密切相关生物因子分析机制，优化其控制作用。在基于不同生态系统土壤水分与呼吸之间分析正相关关系过程中，应该确保呼吸间存在正相关与负相关甚至是不相关关系。同时土壤湿度对土壤呼吸解释率较土壤温度高，分析B自然保护区土壤呼吸作用与土壤湿度相关性不大，了解降雨量过大所造成的土壤孔隙度变小情况，如此也能影响土壤呼吸作用活跃度。要结合林地土壤平均含水量展开分析并排序，含水量从大到小依次为5月>6月>8月>7月，其与草地土壤表面5月上旬积雪全部融化有关。草地、林地土壤含水量与呼吸速率也存在相关性不明显问题[5]。

3 结语

综上所述，在深入分析自然保护区林地草地土壤呼吸速率差异性变化，了解其影响因素过程中需要结合具体案例展开具体分析。基于不同植被类型对土壤相同植被生长季进行分析，结合土壤呼吸速率之间所存在差异进行分析，深入研究林地土壤呼吸速率，将其最大值控制在2.45μmol·m-2·s-1，结合林地土壤呼吸速率分析其显著高于草地土壤呼吸速率的最大值。应结合B自然保护区草地与林地2种植被土壤CO2释放过程分析日变化趋势，形成0～5cm土壤土层平均温度变化，了解温度变化趋势，了解二者之间的显著相关性关系，形成单峰抛物线型，保证其峰值控制在18∶00—22∶00范围内，其月动态峰值大约控制在6—7月。在研究B自然保护区草地与林地土壤温度与土壤含水量变化过程中需要结合土壤含水量变化趋势展开分析，结合植被生长季变化趋势大体与土壤温度相似值进行分析，对土壤含水量类似趋势进行分析。结合相关分析机制发现，还需要对草地、林地土壤的含水量与土壤呼吸速率进行分析，研究2大指标间的相关性，结果为2大指标间的相关性并不明显。