不同茎级下同种灌溉模式枣树土壤呼吸动态变化

刘 楠 武胜利 王 霄 孙雨婷

（新疆师范大学地理科学与旅游学院 新疆 乌鲁木齐 830054）

不同茎级下同种灌溉模式枣树土壤呼吸动态变化

刘 楠 武胜利 王 霄 孙雨婷

（新疆师范大学地理科学与旅游学院 新疆 乌鲁木齐 830054）

在阿克苏地区温宿县佳木试验站利用Li-8100开路式土壤碳通量测量系统观测同种灌水模式下不同茎级枣树土壤呼吸速率。结果表明,空白地和3cm枣树土壤呼吸速率一般在02∶00-04∶00升到一天中的峰值，9cm枣树土壤呼吸速率在08∶00-10∶00,上升到一天中的峰值，18cm枣树土壤呼吸速率在16∶00-18∶00上升到一天中的峰值。在相同灌水条件下，3cm枣树、9cm枣树以及18cm呈现出径级越小土壤呼吸速率越强的规律。由土壤呼吸Q10值得出，土壤呼吸速率对温度的敏感程度也随着枣树径级的递增呈现出递减的趋势。

枣树；灌水模式；峰值；土壤呼吸速率；温度；土壤湿度

0 引言

土壤呼吸是指土壤释放CO2的过程，主要是微生物生命活动和根系呼吸协同产生，另有极少部分是由土壤动物和化学释放。作为生态系统功能的一个重要过程，土壤呼吸往往被是为土壤生物活性和土壤肥力及透气性的指标而受到重视[1-3]。因此土壤呼吸一直是全球碳循环研究的重点。

土壤呼吸作为一个复杂的生物学过程，受到多种因素的影响。这使得土壤呼吸一方面具有某种规律性，另一方面有表现出不规则的变化。土壤呼吸不仅受到温度[4]、湿度[5]、土壤pH值[6]、和风速[7]等环境条件的影响，而且在同一气候—土壤环境条件下还受不同生态系统及有关生物过程如植被状况、土壤动物[8,9]等以及人为因素，如土地利用[10]、森林砍伐[11]、和环境污染[12]等的影响。国内外有关土壤呼吸的研究主要集中在森林、草地和农田生态系统，研究内容涉及土壤呼吸在不同时间尺度上的变化、土壤呼吸与环境因素的关系、土壤呼吸对CO2浓度升高及氮沉降的响应等[13-18]。而对于农田作物不同水分情况下土壤呼吸及其影响因素的研究相对很少。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于阿克苏地区温宿县佳木试验站。本区属大陆性干旱荒漠气候，其特征是降水量稀少，四季分配不均；昼夜温差大，春季较短，多大风降温天气，时常有倒春寒现象发生。夏季炎热而干燥；降雨量年际变化大，平原年均降雨量63.4毫米，年蒸发量956.3毫米。年均气温10.1℃，极端低温-27.4℃，年均日照时数2747.7小时，≥10℃积温2916.8℃-3198.6℃，无霜期185天，研究区内土壤发育主要受中温带大陆性干旱气候和山地地形及其植被的影响。土壤质地适中，主要为沙壤。天然植被主要有云杉、桦树、落叶松、白榆、白腊、杨树、胡杨、刺槐、臭椿等10多种。试验站内灌溉样地用水为台兰河下游水源，水资源充足，能满足试验地生产生活需要。

1.2 实验设计与数据获取

不同树龄的枣树根系处在的生长阶段不同，导致主要根系分布区距离树干距离的不同，因此实验人员根据不同茎级枣树根系纵剖面密集程度分布状况的差异，来设置4块样地土壤检测点的区间。根据实验需要在空白地随机布设2个土壤监测点，间隔约为40cm；距离3cm枣树根系60cm处布设两个土壤监测点，间隔约为40cm；距离9cm枣树根系1.2m处布设两个土壤监测点，间隔约40cm；距离18cm枣树根系1.8m处布设两个土壤检测点，间隔约40cm。土壤呼吸速率测定用LI-8100(LI-COR,Lincoln,NE,USA)。为避免人为干扰，在监测点埋入一个10cm左右的PVC管，上端露出地面2-3cm，以尽量不破坏原有土壤物理结构和生物生活状态为原则，经过24-48小时平衡后再测定土壤呼吸。于2011年6月19日，枣树生长旺季按照每亩80方进行换算成样地面积，对4块样地进行观测，空白地长宽5m×5m，3cm枣树样地6.5m×7m，9cm枣树样地5 m×8m，18cm枣树样地8m×9m灌水，选取晴朗无风日，对各地土壤呼吸进行循环监测，监测频率为2h，每一监测点同一时段重复3次，分析时采用平均值。

测定土壤呼吸速率日变化的同时，每一监测点挖1m土壤剖面，使用WMY-01C同步测定气温和0、5、10、20、30、50、80、100cm的土壤温度。由于干旱区一天内土壤含水量、盐分、养分等特征变化较小，分析方法为常规方法。

采用Spass13.0软件对数据进行统计和分析，采用Excle2003绘图。

2 结果与分析

2.1 土壤呼吸速率的日变化特征

根据不同灌水模式下枣树径级的不同土壤呼吸日变化进行分析,观测期间空白地枣树平均土壤呼吸速率为7.28μmol，3cm枣树平均土壤呼吸速率为6.85μmol，9cm枣树平均土壤呼吸速率为 6.59μmol，18cm枣树平均土壤呼吸速率为6.35μmol，空白地土壤呼吸速率明显比3cm、9cm、18cm枣树土壤呼吸速率高。而在相同灌水条件下，3cm枣树平均土壤呼吸速率＞9cm枣树平均土壤呼吸速率＞18cm枣树平均土壤呼吸速率，即枣树径级越小土壤呼吸速率越强的规律。

在同土地利用方式下（由图1、2、3、4可见）,土壤呼吸速率日变化趋势均一致。土壤呼吸速率与近地面气温日动态均呈单峰曲线。空白地土壤呼吸速率一般在02：00-04：00升到一天中的最高值,3cm枣树土壤呼吸速率在08：00-10：00以及02：00-04：00上升到一天中的最高值，9cm枣树土壤呼吸速率在08：00-10：00,上升到一天中的最高值，18cm枣树土壤呼吸速率在,16：00-18：00上升到一天中的最高值，样地近地面气温在16：00达到一天中的峰值；土壤呼吸速率峰值较近地面气温峰值提前,推测近地面气温的继续升高反而抑制土壤中微生物和动物活动。4种灌溉模式下土壤温度均随时间的变化呈上升趋势,但总体变化不大。

2.2 土壤呼吸速率与温度变化的关系

国内外很多研究表明,土壤呼吸速率与土壤温度和空气温度有很好的相关性,对土壤温度而言,主要研究集中在0、5和10cm,许多研究发现,距地表5cm土壤温度与土壤呼吸速率的相关性最好。以2011年6月份土壤呼吸速率与温度的变化为例,6月四种不同灌水模式下土壤呼吸速率都为单峰型(图1、2、3、4)。四种不同灌水模式土壤呼吸速率与距地表5cm土壤温度和地面温度的日变化趋势基本一致,但地面温度与土壤呼吸速率的位相变化有很好的同步性,而5cm土壤温度的变化则略滞后于土壤呼吸速率的变化。

土壤呼吸Q10值通常用来表征土壤呼吸速率对温度的敏感程度,即温度每升高10℃土壤呼吸速率增加的倍数,模型Q10=e10b可以直观反映土壤呼吸对温度敏感性的强弱,式中,b为土壤呼吸与温度指数模型y=aeby(y为呼吸速率,a为基础呼吸速率,b为温度反应系数)中的温度反应系数[16]。为分析土壤呼吸速率对温度变化的敏感性以及便于不同灌水模式下土壤呼吸量的比较,分别对空白地以及不同径级下土壤呼吸速率与地面温度做Q10计算,空白地的Q10=2.08,3cm枣树的Q10= 1.82,9cm枣树的Q10=1.73，18cm枣树的Q10=1.68。除空白地作为参照对比性试验以外，土壤呼吸速率对温度的敏感程度也随着枣树径级的递增呈现出递减的趋势。

图1 空白地每亩80方水

图2 3cm枣树每亩80方水

图3 9cm枣树每亩80方水

图4 18cm枣树每亩80方水

3 结论

枣树是阿克苏地区人工生态系统的主要土地利用方式之一,不同的土地管理措施可影响土壤温度、水分,从而影响土壤呼吸。在本研究中,枣树近地面气温和土壤温度35.24℃和32.56℃(P＜0.01)。这就为我们对不同土地利用方式下土壤呼吸的影响因素进行比较分析提供了良好的条件。

在同土地利用方式下,土壤呼吸速率日变化趋势均一致。土壤呼吸速率与近地面气温日动态均呈单峰曲线。空白地土壤呼吸速率一般在02：00-04：00升到一天中的最高值,3cm枣树土壤呼吸速率在08：00-10：00以及02：00-04：00上升到一天中的最高值，9cm枣树土壤呼吸速率在08：00-10：00,上升到一天中的最高值，18cm枣树土壤呼吸速率在,16：00-18：00上升到一天中的最高值，样地近地面气温在16：00达到一天中的峰值。

由图分析得知，在相同灌水条件下，3cm枣树平均土壤呼吸速率＞9cm枣树平均土壤呼吸速率＞18cm枣树平均土壤呼吸速率，即枣树径级越小土壤呼吸速率越强的规律。

由土壤呼吸Q10值得出除空白地作为参照对比性试验以外，土壤呼吸速率对温度的敏感程度也随着枣树径级的递增呈现出递减的趋势。

温度是控制土壤二氧化碳排放量最重要的因素。土壤温度通过影响土壤中植物根系和微生物的新陈代谢影响土壤呼吸。样地位于北半球中纬度,气温年、日较差大,因此该区域土壤CO2释放速率与温度相关性较大。通过单变量分析得出,相同灌溉模式下不同生长年龄枣树,土壤温度对土壤呼吸的影响都显著(P＜0.05)。

土壤湿度是干旱半干旱地区土壤呼吸最主要的影响因子。土壤含水量影响土壤呼吸表现为较高的含水量能为土壤微生物提供更好的环境,从而增加氧的消耗,增加土壤CO2释放量。农地方面,土壤含水量受灌溉影响,其值在整个生长季节均较高,在测定期间由于灌水条件一致,土壤的透气性不受影响,它对微生物和植物根系活动的限制作用较弱,此时土壤水分的影响很可能被其他因子的影响所掩盖。在大多数情况下,土壤呼吸受温度和土壤水分的综合影响。对土壤呼吸与温湿度间的逐步回归分析表明,土壤年呼吸量的总变异中,至少有60%以上是由温湿度的协同效应引起的。

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Different Level Below The Same Kind of Irrigation Mode Stem-the Dynamic Changes of Soil Bresathing

LIU Nan WU Sheng-liWANG XiaoSUN Yu－ting
(Geography Department of Xinjiang Normal University,Urumqi Xinjiang,830054)

In WenSuXian aksu jiamu experiment stations use Li-8100 open type soil carbon flux measurement system observation for the same water mode different soil respiration rate stems village level.The results show that,blank and 3 cm soil respiration rate in general-02：00-04：00 ascend to the peak day,9 cm soil respiration rate-08：00-at 10：00,rising to a peak of the day,18 cm soil respiration rate village in writing of the day to rise to 18：00 peak.In the same water conditions,3 cm a date tree,9 cm a date tree and the 18 cm presents the smaller diameter level soil respiration rate of the law of the stronger.From the soil breathing Q10is worth out,and the soil respiration rate of temperature sensitive degree with diameter of the village level increases present a descending trend.

Jujube tree;Irrigation mode;Peak;Soil breathing rate;Temperature;Soilhumidity

刘楠（1986—），男，河南商丘人，在读硕士，主要从事干旱区环境演变研究。

武胜利（1977—），男，河南西平人，博士，教授，主要从事干旱区环境演变与风沙地貌方面研究。

林业部林业公益性行业专项项目201004085（三种果树林地水分丢失规律的研究）资助。

江广霞］