施肥对荒漠草原土壤呼吸的影响

张群　红梅　马彦东

摘要 本论文采用开路式土壤碳通量测量系统，测定希拉穆仁荒漠草原试验区不同施肥处理下土壤呼吸速率的季节变化。试验设置了CK、N10、N5、N2.5、P、K、NP、PK、NK和NPK十个处理，分析了施肥对生长季平均土壤呼吸速率的影响。结果表明：（1）施肥对荒漠草原植物土壤呼吸速率变化影响与对照区规律基本保持一致，说明施肥没有改变荒漠草原土壤呼吸的特征。（2）P肥和PK配施显著提高了生长季平均土壤呼吸速率；N10显著提高了生长季土壤平均呼吸速率，三者大小关系是N10﹥N2.5﹥N5。

关键词：土壤呼吸；施肥；荒漠草原

1 引言

在陆地生态系统碳循环中，土壤呼吸作用是的重要组成部分。土壤碳素周转速率会因为土壤呼吸速率的变化而改变[1]。由于土壤碳库和它的碳排放量十分巨大，导致呼吸速率的些微的改变也会使得大气中二氧化碳的浓度发生相应的剧烈改变，甚至有可能使得全球气候变暖现象的发生变化。

内蒙古中西部地区是我国荒漠草原的主要分布区，这里是草原向荒漠过渡地带，属于生态交错区，被气候与人为严重干扰，生态系统很脆弱。我国的荒漠草原是旱生性最强的、亚洲中部特有的草原类型，也是我国重要的畜牧业基地。

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】。本文以短花针茅荒漠草原为对象，通过 NPK 肥单施和的配施处理，测定试验地土壤呼吸的日动态以及季节变化，并且与土壤表层水热条件對照比较分析得到该试验区土壤呼吸的特性，为计算实验地区CO2的年释放量提供基础的数据。

2 研究材料与方法

2.1 研究区概况

试验研究区位于内蒙古自治区包头市达茂旗希拉穆仁草原（N ：41°18′7.9″ E：111°13′28.2″），中温带半干旱大陆性季风气候。年均日照时数 3100-3300小时，年均气温 2. 5 ℃ ，年有效积温 1985-2800℃；年平均降水量285 mm，蒸发量2307 mm，降水主要集中在 7月、8月以及9 月份。土壤为淡栗钙土，轻质地土壤。试验区冬春季土壤风蚀更严重，在季风小气候的影响下，研究试验区内土壤有风蚀和水蚀的痕迹[3]。希拉穆仁荒漠草原植被属于地带性植被，建群植物种为短花针茅。试验地草地植物的群落类型为短花针茅+冷蒿+无芒隐子草，种类组成较贫乏，植被比较稀疏。试验地植物种类主要由20多种，除建群种—短花针茅，还有优势种—冷蒿和无芒隐子草，其它伴生种有羊草、狭叶锦鸡儿、阿尔泰狗娃花、木地肤。

2.2 研究方法

2.2.1试验方法的设计

N、P、K的配施中质量比例约为1：1：1，肥料用量分别为：尿素：214.27Kg ·hm-2，重过磷酸钙：406.87Kg ·hm-2，硫酸钾：222.89Kg ·hm-2。将表二中年施肥量平均分为4份，分别在每年5月、6月、7月和8月初（5月1日、6月1日、7月1日和8月1日左右），把化肥溶于水后均匀地撒在地表。实验从2011年开始施肥，至2014年终已施16次，施肥量见表二。

研究试验区共设置10个处理，每个处理设置五个重复。再将每个试验单元再划分为四个区（如图1）：A为观察区；B为预留实验区；C为生物量测定区，D为土壤采样区。根据随机原则，将区组随机排列。在区组间设2m过道。实验地总面积2428 m2，小区面积为6 × 6 m2。

2.2.2 试验数据的测定

试验设置10个处理测定土壤呼吸测定方法：采用开路式土壤碳通量测量系统测定土壤呼吸速率。2014年试验测定仪器型号：L1-8100（L1-COR，Lincoln， NE，USA）。L1-8100是利用测量室内二氧化碳浓度的增加速率推算测量室外土壤二氧化碳扩散到空气中的速度。实验前的准备：每个处理小区中间放置1个PVC管做的底座（圆形），高度5cm，直径20cm， 插入土中的PVC环套需要达到2-3cm。需要注意：每个样地的PVC套环露出地上部分的内环高度一律为3.5 cm。在测量前，拣出PVC管底座里的动植物方可安装土壤呼吸室测量。在测定时，土壤呼吸室应该处于密闭状态，所以放置时要与PVC管底座密封。土壤呼吸率测定时间一般在上午九点开始，每年4 -10月份、每月2次选择晴朗天气测定土壤呼吸速率的季节变化。利用连接在LI-8100—201上的温度探头自动测定温度；测定时间与土壤呼吸同时测定；测定位置在土壤呼吸环附近0-10cm 土壤层。

含水量测定：工具——直径为35mm的土钻。方法——每个处理区取两个土层0-10cm和10-20cm的土样，装于铝盒中。在实验室利用天平、烘箱测定土壤含水量。

2.2.3 试验数据的处理

在电脑中导出实验仪器测得的试验数据。利用电脑程序计算箱体内二氧化碳浓度随着季节变化而发生改变的曲线。统计分析利用SPSS Statistics软件进行单因素方差分析和显著性检验，作图使用WPS Office软件。将土壤呼吸的数据录入WPS表格中，依据各个处理计算平均值，并计算标准差，得到土壤呼吸速率随着各个月份不同日期变化的折线图和十个处理间柱状图。将各个处理含水量的测定值输入WPS表格，计算得到不同处理随着各个月份不同日期变化的折线图。

3 试验结果讨论与分析

图2—d中，N、P、K肥的混施不同处理，三月中旬到四月份，施肥处理前期，土壤3.2 不同施肥处理对生长季平均土壤呼吸速率的影响

从图3的能够看出N10、P和PK处理的生长季平均土壤呼吸速率最高，NP处理的最小，低于CK。CK、K、NK和NPK处理之间的平均呼吸速率相差不大，N2.5、N5、N10呈现出明显的阶梯型，且N10>N2.5>N5。

土壤呼吸速率相比CK有显著性差异，而其他各处理并没有显著性差异。施N肥的其他两个处理的平均土壤呼吸速率虽然高于CK处理但并不显著。K、NK处理的平均土壤呼吸速率虽然也高于CK，但同样没有显著差异性。NP低于CK，同样差异性不显著。

4 结论

（1）P肥和PK配施肥显著提高了生长季土壤平均呼吸速率；N2.5、N5和N10三个不同氮肥水平处理，N10能显著提高生长季平均土壤呼吸速率，三者大小关系表现为N10﹥N2.5﹥N5。

参 考 文 献

[1]许乃政，刘红樱，魏峰.土壤碳库及其变化研究进展[J].江苏农业科学， 2011， 39（2）：1-5.

[2]鲍芳，周广胜.中国草原土壤呼吸作用研究进展，植物生态学报， 2010， 34 （6）： 713–726

[3]方精云，唐艳鸿，小泉博等.高纬度冬季下垫面释放CO的证据.中国科学D（辑），1998，

作者简介：张群，（1993.06—），女，汉，吉林省通化市通化县，学历：本科