明确土壤基础呼吸的季节和年际变化及其影响因素,对了解土壤有机碳的变化机理具有重要的意义。在长武农田生态系统国家野外科学观测研究站,依托其长期(始于1984年)的裸地处理,于2009—2011年,利用Li-8100系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测了土壤呼吸、土壤水分和土壤温度,研究田间条件下土壤基础呼吸的年际和季节间变化及其与环境变量之间的关系。裸地土壤呼吸具有显著地季节和年际变异特性。2009年土壤呼吸速率波动于0.62—1.83μmol·m-2·s-1,平均为1.16μmol·m-2·s-1;2010年土壤呼吸的变化范围为0.30—1.46μmol·m-2·s-1,均值为0.92μmol·m-2·s-1;2011年则为0.06—1.68μmol·m-2·s-1和0.88μmol·m-2·s-1。2009到2011的3a期间裸地土壤呼吸的年累积量依次为282、234和230 g C/m2。裸地土壤呼吸与土壤温度呈显著指数关系,而与土壤水分呈显著一元二次方程关系。土壤温度和土壤水分共同控制土壤呼吸的变化。试验期间,土壤呼吸累积量与试验期间降水总量相反,但与年均气温无关。在裸地处理上,因土壤呼吸年流失有机碳达到2.5Mg C/hm2。
青海省地处高寒区,近几十年来针对这一区域农田生态系统中土壤有机碳(SOC)库变化及其影响因素的研究较少。研究利用第二次土壤普查数据(1982年),结合近期(2011年)重复采集的田间土壤样品,以土壤类型为单元,对县域尺度(青海乐都县)农田表层(0~20 cm)SOC库的时空变化特征进行分析。结果表明:1乐都县1982年表层有机碳密度(SOCD)为3.8kg·m-2,2011年降低至2.8 kg·m-2,30 a间降幅达26%,且呈东北部和南部降低、西北地区增加的趋势;2乐都县1982年表层SOC储量1.8×106t,2011年1.4×106t,30 a间降幅达24%;3土壤类型中,草甸土、栗钙土和黑钙土表现为丢碳,速率分别为-137.3、-35.0、-91.0 g C·m-2·a-1,潮土和灰钙土表现为固碳,速率分别为9.7、7.3 g C·m-2·a-1,且30 a来各土类SOCD变化率与1982年SOCD呈负线性相关(y=0.35-0.13x)。
于黄土高原沟壑区王东沟小流域26年刺槐人工林(Robinia pseudoacacia)中,设置对照(CK)、去除凋落物(no litter,NL)和倍增凋落物(double litter,DL)3个处理,利用Li-8100系统测定各处理的土壤呼吸速率。结果表明,添加或去除凋落物显著影响土壤呼吸(P=0.091-0.099),与对照(CK)的土壤呼吸速率(3.23μmol m-2s-1)相比,添加凋落物(DL)使土壤呼吸速率增加26%,去除凋落物(NL)使土壤呼吸速率减少22%。NL、CK和DL的累积土壤呼吸分别为631、787和973 g C m-2a-1。各处理土壤呼吸速率与土壤温度呈显著的指数关系(R2=0.81-0.90,P<0.0001),但与土壤水分的关系不明显。NL、CK和DL的Q10依次为1.92、2.29和2.31。地表凋落物对土壤呼吸年平均贡献量为20%。相关性分析表明,各测定日地表凋落物贡献与土壤温度(r=0.54,P<0.05)或土壤水分关系显著(r=0.68,P<0.05)。刺槐人工林地表凋落物的输入量为213 g C m-2a-1,大于凋落物引起的呼吸量156 g C m-2a-1。在黄土区通过植被恢复治理水土流失过程中,随着地表凋落物的积累,林地生态系统的碳汇功能将逐步得到加强。
