荒漠-绿洲区不同土地利用类型土壤呼吸对温湿度的响应

    杨军

    【摘? ?要】 加强确定荒漠-绿洲过渡区内的土壤呼吸和其温湿度的敏感性特点，对掌握半干旱以及干旱地区的土壤碳循环发挥着尤为重要的意义。本篇文章对荒漠-绿洲区不同土地利用类型土壤呼吸对温湿度的响应进行了分析，希望为更多的业内人士带来有价值的借鉴与参考作用。

    【关键词】 荒漠绿洲区;土壤呼吸;季节变化;土地利用;温度;土壤水分

    [Abstract] Strengthening the sensitivity characteristics of soil respiration and its temperature and humidity in the desert-oasis transition area plays a particularly important role in mastering the soil carbon cycle in semi-arid and arid areas. This paper analyzes the response of soil respiration to temperature and humidity in different land use types in desert-oasis area， hoping to bring valuable reference and reference to more people in the industry.

    [Key words] desert oasis area; soil respiration; seasonal variation; land use; temperature; soil moisture

    二氧化碳属于全球气候改变而形成的温室气体，在不同的景观条件背景下，针对土壤呼吸出现的变化特点进行详细的检测，在干旱区域与半干旱区域的绿洲化土壤碳循环方面发挥着尤为重要的作用。土壤呼吸不仅是二氧化碳形成的重要来源，还是土壤碳输出的重要途径，其检测的准确有效性在全球变化的研究中现已成为至关重要的课题。土壤呼吸并非一成不变的，而是会受到很多因素的影响，若是在一定的温度范围中，土壤的呼吸将会随着温度的变化而不断地改变。本文对荒漠-绿洲区不同土地利用类型背景下土壤呼吸的季节性改变特征和其对温湿度的响应展开了详细的分析，并着重探究了对荒漠-绿洲区土壤呼吸产生很大影响的环境因素，为半干旱以及干旱地区的绿洲化形成带来土壤碳循环尤为重要的参考依据。

    1? 土壤呼吸

    1.1? 不同土地利用类型下土壤呼吸呈现的季节性特点

    不同土地利用类型下的土壤呼吸速率呈现出季节性的改变和土壤温度的季节性改变基本一致。荒漠梭梭林地、人工杨树林以及绿洲农田中土壤呼吸速率通常是在夏季呈现出最大值，而通常是在冬季呈现出最小值。而荒漠人工杨树林、绿洲农田以及梭梭林地的土壤呼吸速率通常存在明显的差异性（P<0.01）。绿洲农田、人工杨树林、荒漠梭梭林地不同土地利用类型下生长季的土壤呼吸通常是非生长季速率的4.78倍、2.48倍、2.96倍。特别是绿洲农田土壤呼吸在生长季和非生长季的呼吸速率差异最大。

    1.2? 不同土地利用类型土壤呼吸和土壤水分存在的联系

    荒漠梭梭林地土壤的含水量通常是5厘米左右，范围则是0.24%-3.63%，占据全面平均土壤含水量的1.22%;绿洲农田的土壤含水量范围则是1.97%-23.07%，占全面土壤平均含水量的13.26%;人工杨树林地的土壤含水量范围时1.77%-32.65%，占全面土壤平均含水量的13.49%。对不同土地利用类型下土壤呼吸和土壤水分有关性进行分析，其相关系数分别为：荒漠梭梭林地0.55（P<0.01），绿洲农田0.63（P<0.01），人工杨树林地的土壤含水量小于6%时，土壤呼吸和水分将呈现出显著的正相关，有关系数为0.77（P<0.01），土壤的含水量超过6%时，两者呈现明显的负相关，有关系数为-0.32（P<0.05）。林地土壤水分低于6%时，土壤的温度应该理解为土壤呼吸的77%（P<0.0001），温度敏感系数的值为1.98;土壤的水分超过6%时，土壤的温度能够解释土壤呼吸的72%（P<0.0001），温度敏感系数的值为1.88.土壤的含水量将直接影响温度与土壤呼吸存在的联系，水分较高大于6%时，温度对土壤呼吸的理解率与温度敏感系数的值都稍微降低，若是土壤水分过高，水分将增加对土壤呼吸的影响，降低温度的主导因素。

    2? 荒漠-绿洲区土壤呼吸

    2.1? 荒漠-绿洲区土壤呼吸速率特点

    1970年以后，我国的荒漠绿洲面积不停地扩展，土地的利用类型对土壤存储有机碳数量存在直接影响。据相关研究表明，荒漠梭梭林地、绿洲农田以及人工杨树林地中的土壤呼吸速率之间存在明显差异，后两者比荒漠梭梭林地分别高出303%与451%，这种情况通常和土壤的有机碳含量存在密切关系，造成人工杨树林地、荒漠林地与绿洲农田土壤的呼吸速率非常显著的高于荒漠梭梭林地。我国绿洲地区的持续扩张导致沙漠林区逐渐由农田以及人工防护林地日益拓展形成，使沙漠绿洲地区的土壤有机碳含量形成显著的改变，严重影响了土壤的呼吸，并且推动了整个土壤的呼吸。土壤的呼吸通常包含土壤微生物的异氧呼吸与植物根系自养呼吸与土壤中有机物土壤有机物氧化产生二氧化碳，而植物根系的自养呼吸和土壤的微生物异氧呼吸是其中最重要的。为此，大量的研究数据表明，绿洲农田生长季土壤呼吸速率明显高出非生长季作物呼吸速率最重要的因素就是生长季作物根系的自养呼吸。

    2.2? 土壤呼吸中Q10（温度敏感系数）值的不明确性

    土壤呼吸温度的准确性存有众多不明确性。通过相关研究表明，土壤呼吸的溫度在相应范围内能够随着土壤水分的提高而提升，我国不同地区生态系统的平均温度敏感系数值的范围通常在1.9-3.06，通过对荒漠梭梭林地、人工防护林地以及绿洲农田不同土地利用类型下整年温度敏感系数的值在1.89-2.63，从而在很大程度上造成荒漠绿洲区不同土壤呼吸的底物出现供应不够与土壤有机质过低。土壤在呼吸时通常会出现二氧化碳，通常是土壤呼吸对底物的分解，底物供应会对土壤的呼吸和其温度存在的敏感性带来明显影响，若是底物发生供应不够，土壤的呼吸将会发生变化。通过相关研究表明，林地作为人工防护林的存在，树龄大约在30年的，土壤中存在较少的有机质，在很大程度上会造成较小Q10。在未来需要对绿洲条件下不同树龄的人工防护林土壤呼吸及其对温度和水的响应需要展开深入的探究。

    2.3? 土壤呼吸对土壤水分的响应

    土壤呼吸和含水量之间具有非常复杂的关联。对土壤呼吸产生影响的重要因素就是水，并且在半干旱以及干旱地区的生态系统中至关重要。经过有关研究得知，可采用指数模型进行温度和土壤呼吸之间的关联，此模型能够解释80%左右的土壤呼吸，所以，我们可以发现土壤呼吸通常会随着土壤水势的减少而减低。如果土壤含水量过大，土壤温度会受到水分的影响。这两个因素对土壤呼吸的影响尚不清楚。水分对土壤呼吸的影响有一个阈值，相关人工杨树林地的土壤呼吸在土壤的水分低于9.6%时，土壤呼吸随着水分的提高而增加，然后土壤的呼吸随着土壤的水分提高而减少。在相关研究中表明，荒漠梭梭林地、绿洲农田的土壤呼吸和土壤水分呈现正相关（P<0.01），而人工杨树林地的土壤含水量小于6%时，土壤的呼吸速率和土壤的含水量呈现正相关，土壤的含水量超过6%时，水分和土壤呼吸速率呈现出明显的负相关。为此，因为不同土地的利用类型下土壤水分对干旱地区的土壤呼吸出现异质性。在不同类型的生态环境中，植物类型和其涵盖情况、土壤的含水量以及微生物种类的组成与降水对土壤呼吸造成的影响。

    3? 结束语

    基于对荒漠-绿洲区中荒漠梭梭林地、人工杨树林地以及绿洲农田三种不同的土地利用类型下的土壤呼吸展开的探究，相关研究显示：这三个土地利用类型的土壤呼吸速率季节性改变都和指数模型存在良好的契合，土壤的温度是对土壤呼吸产生影响的最重要原因。绿洲农田以及荒漠梭梭林地的土壤呼吸与土壤水分呈现出正相关，人工杨树林地的土壤含水量小于6%时，土壤的呼吸速率和土壤的含水量呈现出正相关，土壤的含水量超过6%时，水分和土壤的呼吸影響呈现出明显的负相关。从而表明人工杨树林地、绿洲农田以及荒漠梭梭林地不同土地利用类型下，生长季的土壤呼吸温度系数低于非生长季。

    参考文献：

    [1] 吴健利.黄土台塬土地利用方式对土壤呼吸及有机碳矿化的影响[D].西北农林科技大学，2016.

    [2] 孙文浩.退耕小流域土壤呼吸特征及对水热因子的响应[D].? 西北农林科技大学，2016.

    [3] 孔雨光.苏北海岸防护林地土壤呼吸及微生物量碳研究[D].? 南京林业大学，2017.

    [4] 王 莹.围湖造田不同土地利用方式对土壤有机碳库的影响[D].南京林业大学，2017.

    （编辑：李晓琳）