干旱区不同生育期白刺灌丛沙堆土壤呼吸空间异质性

孙 涛， 韩福贵， 郭树江,， 段晓峰， 张裕年

(1.甘肃省治沙研究所 甘肃省荒漠化与风沙灾害防治国家重点实验室培育基地，甘肃 兰州 730070； 2.甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站， 甘肃 民勤 733300)

干旱区不同生育期白刺灌丛沙堆土壤呼吸空间异质性

孙 涛1， 韩福贵1， 郭树江1,2， 段晓峰2， 张裕年1

(1.甘肃省治沙研究所 甘肃省荒漠化与风沙灾害防治国家重点实验室培育基地，甘肃 兰州 730070； 2.甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站， 甘肃 民勤 733300)

[目的] 对干旱区白刺灌丛沙堆不同生育期土壤呼吸空间异质性进行研究，为今后估算绿洲荒漠区土壤CO2排放量以及区域碳收支状况提供科学依据。 [方法] 利用Li-8100土壤呼吸测定系统，于2014年在巴丹吉林沙漠南缘绿洲—荒漠过渡带对白刺灌丛沙堆不同部位的土壤呼吸速率进行野外观测，分析沙堆上不同位点土壤呼吸日动态变化、不同生长时期的季节变化特征。 [结果] (1) 白刺灌丛沙堆在不同生长时期各部位土壤呼吸日动态变化曲线不同，生长初期和生长休眠期各部位日变化呈“单峰”曲线变化，在生长旺盛期各部位变化既有“单峰”曲线又有“双峰”曲线；同时，日变化峰值出现的时间不一致：生长初期各位点的峰值出现在上午11:00左右，旺盛期上午出现在10:00前后，下午出现在17:00左右，休眠期出现在下午14:00前后。 (2) 沙堆上不同部位土壤呼吸速率具有时空异质性，生长初期和休眠期各部位土壤呼吸速率异质性不显著(p>0.05)，旺盛期各部位空间差异显著(p<0.01)，异质性增强；沙堆各时期平均土壤呼吸速率差异显著(p<0.01)，大小排序为：旺盛期>生长初期>生长休眠期。 [结论] 白刺灌丛沙堆上不同部位的土壤呼吸速率日动态变化在不同的生长时期表现不同，具有明显的时空异质性，主要是沙堆不同部位近地表层大气水分条件、土壤20 cm深处的温度和水分含量的差异共同作用导致了各个位点土壤呼吸通量具有明显的差异性。

白刺; 灌丛沙堆; 土壤呼吸; 空间异质性; 日动态

当前，全球气候变暖、荒漠化面积进一步扩大等生态问题严重威胁着人类生存和社会经济的发展，大气中CO2作为主要的温室气体而备受关注[1]。土壤呼吸速率相对微小的变化都会显著改变大气中CO2的浓度和土壤碳的累积速率[2]，从而引起全球气候的剧烈变化[3]。因此研究不同陆地生态系统土壤呼吸通量及调控机制、准确评估全球碳源/汇的时空分布并遏止温室气体浓度的持续升高已经成为当前碳循环和全球气候变化研究中的核心任务和热点问题[4]。灌丛沙堆是我国干旱、半干旱地区特有的一种生物风积地貌类型，尤其在荒漠过渡带、绿洲边缘地带分布广泛。这些灌丛沙堆在防风固沙、生物多样性保护及维持该区域生态平衡、减少土壤碳释放等方面起着十分重要的作用[5]。民勤沙区天然年均降水量110 mm，属于典型的极端干旱区，白刺(Nitrariatangutorun)灌丛是民勤沙区目前存活面积最大的天然植被类型，以灌丛沙堆的形式出现，属于旱生或超旱生灌木或小灌木，对阻止土地退化和恢复以及固阻流沙保护绿洲有着极其重要的意义。当前，对干旱、半干旱区不同类型的植被群落土壤呼吸与环境因子的相关性等方面已有相关研究[6-7]。对白刺灌丛土壤呼吸的研究当前已经展开，例如在不同盖度条件下的白刺灌丛土壤呼吸随着盖度的增加成正相关[8]；模拟人工增雨过程中白刺土壤呼吸特征的变化过程等[9-10]，以及在极端干旱区白刺灌丛土壤呼吸对天然降雨的影响以及驱动因子的研究[11]等，但是针对荒漠—绿洲过渡带白刺灌丛沙堆土壤呼吸的时空变异性和动态变化特征方面却鲜有报道。而植物生长过程中根部积沙会形成隆起的沙包，随着沙堆发育逐年增加，沙包体积也会发生变化，稳定阶段的白刺沙包会形成半椭球体形状，这种小尺度的地貌形态特征是否对土壤呼吸速率产生变异特性，灌丛沙堆不同部位的土壤呼吸速率日动态、季节动态变化如何等等问题都需要去探究。为此，本试验以民勤绿洲荒漠过渡带白刺灌丛沙堆为研究对象，研究灌丛沙堆上不同位点之间土壤呼吸速率的空间变异性，不同时间段土壤呼吸的动态变化特征，从而对白刺灌丛沙堆土壤呼吸的变化特征和空间异质性有更深入的认识，为今后估算绿洲荒漠区土壤CO2排放量以及区域碳收支状况提供准确的科学依据。

1 研究区概况

石羊河下游的民勤绿洲荒漠过渡带地处巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠交汇处，是我国干旱区具有独特自然地理特征的典型过渡地带。民勤绿洲外围形成了大量灌丛沙包与丘间地相间分布的景观格局，对维护民勤绿洲生态环境减少风沙危害，遏制流沙前移、稳定绿洲环境起到了重要的生态作用。本研究选择位于巴丹吉林沙漠东南缘民勤西沙窝的民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站3号塔(38°34′N,102°58′E)附近的荒漠—绿洲过渡带开展野外观测研究，属典型大陆性气候。据观测站2014年气象观测资料统计表明：2014年年均气温8.5 ℃，极端最高气温37.7 ℃(2014年6月17日)，极端最低气温-20.5 ℃(2014年1月9日)；光热充足，全年日照时数达2 534 h，年总降水量127 mm，主要集中于6—9月，占年总降水量的75.12%，年蒸发量1 559.7 mm，干燥度5.15，最高达18.7，相对湿度54%；沙尘暴日数10.0 d，浮尘日数11.0 d，年度平均风速1.0/m·s。土壤以碱性风沙土为主，沙层深厚，肥力很差，表层0—20 cm土层含盐量0.146%，有机质为0.197 5%，全氮0.007 9%，全磷0.116%，pH7.35～8.57，潜水埋深16 m以下，土层中的沙粒占总粒径组成的72.3%～90.5%[12]

2 研究方法

2.1 样地设置及基本特征

本研究选择在民勤治沙站3号塔附近的荒漠—绿洲过渡带为研究地点，此过渡带上广泛分布有发育良好的白刺灌丛沙堆。首先通过野外调查设置样地，样地大小50 m×50 m。在样地中根据白刺灌丛沙堆的外部形态特征，植被生长状况和植被覆盖度等基本情况，选择处于稳定生长阶段，生长状态相似的沙堆3个进行土壤呼吸的观测研究。对沙堆长轴、短轴、植被覆盖度等基本特征指标进行调查测量。灌丛沙堆基本特征详见表1。

表1 白刺灌丛沙堆基本形态特征

2.2 土壤呼吸速率测定

2.2.1 土壤呼吸观测位点的确定 采用基于红外气体分析法原理的土壤呼吸测定系统Li-8100(美国Li-Cor 公司)，对白刺灌丛沙堆进行土壤呼吸日动态测定。沿主风方向依次在沙包迎风坡下部(YX)、中部(YZ)、顶部(YD)，背风坡中部(BZ)、下部(BX)，沙堆正侧面中部(ZC)、背侧面中部(BC)，共7个部位设置观测位点。2014年5月份在观测前两天在各观测位点设置土壤呼吸Collar环。土环由PVC材料制成，圆柱状，直径10 cm，高10 cm，插入土层约8 cm，上边缘离地表2 cm。在每次观测时选择晴朗、无风的典型天气进行沙堆土壤呼吸观测，每次观测持续2～3 d。

2.2.1 观测时间 选择白刺在一年当中不同的生长发育期进行沙堆各位点的土壤呼吸观测。2014年5月，此时正值春季，土壤解冻，气温回暖，是白刺灌丛当年生长发育的初期；2014年8月，正值研究区夏季，水热同期，是白刺灌丛生长旺盛、生物量积累最多的时期[13]；2014年11月，此时已进入冬季，白刺灌丛生长停滞处于休眠时期。在每次观测前一天去除底座内的植物和枯落物，日动态变化测定时间为6:00—20:00，每隔2 h测定1次。依次从第1个位点开始观测，每次观测3次重复，系统默认观测时间约3 min，观测完1个位点后即刻移至第2个位点观测，依次类推，进行沙堆不同位点空间变化的观测。

2.3 环境因子测定

土壤呼吸测定系统在测定的同时即时监测近地表层(0—20 cm)大气湿度、大气水分含量等相关的气象因子；土壤温度采用仪器自带的温度探头，可观测土层20—30 cm深度土壤温度。土壤水分采用烘干法测定，为了不破坏沙堆的地貌状况，使用沙土钻，在每个土环附近分层采集鲜土样，土层厚度分别为0—5 cm，5—10 cm，10—20 cm，20—40 cm，用铝盒装好后带回实验室烘干称重。野外观测样地离治沙站3号沙尘塔直线距离约200 m，地势平坦，因此观测当日的大气温度、湿度变化均采用该塔距地表2 m处的观测数据代表该试验样地的气象资料。白刺灌丛当年不同生长时期观测当日的大气温湿度日变化如图1所示。由图1可以看出，发育期正值春季，气温4～26 ℃，土壤解冻，植被开始生长；旺盛期正值盛夏，水热同期，气温18～33 ℃，均温达到22 ℃，由于连续干热，大气湿度早晚高，白天较低，约6%；休眠期已进入冬季，植被停止生长，早晚温度降为零点以下，中午时分温度最高，为9 ℃左右。

图1 研究区不同生长期大气温湿度日变化

2.4 数据处理

以Excel 2000软件进行土壤呼吸各时间段数据的整理计算，并绘制各个日动态图。利用SAS 9.2进行数据统计分析，调用ANOVA程序对不同生育时期各位点土壤呼吸速率进行差异性分析(显著水平p<0.5，极显著水平为p<0.01)；调用PROC CORR程序对土壤呼吸与气象因子、近地表层大气温湿度、土壤水分、温度等环境因子进行回归分析，最后采用逐步回归分析法逐步选入对土壤呼吸速率影响最大且达到显著水平的相关因子，建立最优回归模型。

3 结果与分析

3.1 白刺沙堆生长时期不同位点土壤呼吸日动态

白刺沙堆上不同位点之间土壤呼吸日动态变化趋势不尽相同。

5月份白刺处于生长发育初期。各位点土壤呼吸变化以单峰曲线为主(图2)，整体变化范围在0.03～0.56 μmol/(m2·s)间波动，各位点峰值基本出现在11:00前后，其峰值大小为0.26～0.56 μmol/(m2·s)，但是个别位点如YZ，YD土壤呼吸日动态呈双峰曲线，第1次峰值出现在12:00前后，第2次峰值出现在下午18:00左右，其值均低于第1次峰值，均呈逐渐下降趋势。生长旺盛期(8月)白刺沙堆各位点土壤呼吸整体波动性大，(如图2所示)，其值均增大，土壤呼吸通量在0.1～1.23 μmol/(m2·s)间波动，各位点日动态变化较为复杂，有单峰型和双峰型2种曲线混合变化，其中YD，BZ，BX，ZC日动态变化呈双峰曲线，但是峰值变化不明显，早晨在9:00前后，下午峰值波动在18:00左右。此时段正午时刻大气温度高，湿度低，微生物活性低，导致最热的时刻土壤呼吸值呈下降趋势。但是，各位点土壤碳释放量均较高，呼吸速率峰值变化在0.42～1.23 μmol/(m2·s)间波动。

生长休眠期(11月)各位点土壤呼吸日动态变化均呈单峰曲线变化如图2所示。

由图2可见，土壤呼吸率的变化范围为-0.05～0.39 μmol/(m2·s)，相比生长初期和生长旺盛期此时段各位点土壤呼吸日动态变化曲线较为简单，土壤呼吸释放量早晚低，个别位点在早晚出现微小的负值波动，主要是因为此时温度过低造成(图2)，随着气温升高，土壤呼吸量逐渐升高，各位点峰值集中出现在13:00前后，在0.22～0.5 μmol/(m2·s)间波动，之后呈下降趋势。

注：时段1表示7:00-9:00时段；2表示10:00-12:00时段；3表示13:00-15:00时段；4表示16:00-18:00时段;5表示19:00-20:00时段。图2 白刺灌丛沙堆不同生育期各个位点土壤呼吸日动态

3.2 白刺灌丛沙堆不同位点空间异质特性

白刺灌丛沙堆不同位点的土壤呼吸速率值变化不一，对各位点土壤呼吸日均通量值方差分析表明各位点间具有差异性，随着时间的不同各位点的空间异质性也发生了变化(表2)。生长初期，背风坡中部(BZ)、下部(BX)和沙堆背侧面(BC)之间差异显著，其余位点之间差异不显著；生长旺盛期沙堆上各部位之间土壤呼吸量分异明显，沙堆顶部(YD)与迎风坡中部(YZ)、背风坡底部(BD)以及侧面(ZC，BC)均差异显著，土壤呼吸分异明显，沙堆两侧面(ZC，BC)相互间差异不显著，但是与迎风坡和背风坡中部有差异，沙堆不同位点之间空间异质性增强(p<0.01)；白刺生长休眠期沙堆各个位点土壤呼吸量均较低，各位点间差异性不显著(p>0.05)，异质性不强。对不同时期沙堆的土壤呼吸速率方差分析表明，沙堆在不同生长时期土壤呼吸也存在差异性，旺盛期相比生长初期和休眠期差异显著(p<0.01)，而生长初期和休眠期之间不显著(p>0.05)，土壤呼吸速率均值大小排序为：旺盛期>发育初期>休眠期，其值分别是0.53，0.24，0.18 μmol/(m2·s)。由此表明白刺灌丛沙堆不同空间位置其土壤呼吸释放具有空间异质性，并且随着时间的不同空间差异发生了相应的变化。

表2 不同生长期各位点土壤呼吸差异性比较

注：同行内进行差异性分析，相同字母表示土壤呼吸速率差异不显著(p>0.05),不同字母表示差异显著(p<0.05)。

3.3 沙堆各位点土壤呼吸速率与水分的关系

在干旱区水分是关键因子也是限制性因素。白刺灌丛沙堆不同位点的平均土壤含水量在不同的生长时期含量不同。生长初期土壤水分含量最小，各位点土壤水分含量在0.1%～0.5%之间，平均含水量为0.3%；生长旺盛期土壤含水量最高，各位点在1.7%～3.1%之间，平均含水量为2.6%；生长休眠期土壤含水量居中，在1.5%～2.3%之间，平均含水量为2.0%。

对不同土层的土壤水分含量与土壤呼吸间的相关性分析表明：土壤5—10，10—20 cm土层与呼吸速率显著相关(p<0.05)，而表层土壤0—5 cm和40 cm深的土层水分含量相关性不明显(p>0.05)，表明各位点土壤呼吸速率变化与土层5—20 cm深土壤含水量关系紧密(表3)，而这一深度的土壤也是微生物含量最多和植被根系生长最为旺盛的土层。

表3 土壤呼吸速率与各层土壤水分含量相关性

注：Flux为土壤呼吸速率； Soil5 cm为土层5 cm深处土壤水分含量； Soil10 cm为土层10 cm深处土壤水分含量。依次类推。

对各位点土壤呼吸速率与土层5—20 cm土壤含水量进行拟合发现，白刺灌丛在不同的生长发育时期各位点土壤呼吸速率与土壤含水量间的拟合曲线各不相同。

拟合结果表明，在发育初期土壤呼吸与各位点土壤含水量呈指数变化趋势(R2=0.53)，在生长旺盛期土壤呼吸与水分含量间的线性关系不明显(p>0.05)；在生长休眠期各位点土壤呼吸速率与水分含量之间呈幂函数分布(R2=0.28)。表明白刺灌丛在低水分环境中，土壤呼吸对水分变化的响应趋势显著，敏感性强，而随着水分含量的增大，各位点土壤呼吸变化差异性增大。

3.4 沙堆土壤呼吸速率与环境因子相关性

白刺灌丛在不同的生长发育季节环境因子也在变化。对沙堆各位点土壤呼吸速率与相关的环境因子如大气温湿度、近地表饱和水分含量、土壤温度等进行相关性分析发现，白刺在不同的生长发育期对土壤呼吸起到主要作用的环境因子不同。

相关性分析表明，在白刺生长发育期土壤呼吸速率与土层20 cm深的地温具有明显的负相关性(R2=-0.97)，且二者间的相关系数达到了显著水平(p<0.01)，其原因是此时正值初春，气温升高，土壤解冻，由于没有有效水分补充，土壤水分散失严重，沙堆土壤水分含量很低，平均含水量仅为0.3%。因此，土壤水分成为制约生长初期土壤呼吸速率的主要因素，地温升高使土壤水分进一步减少，导致土壤呼吸速率降低。

在生长旺盛期，土壤呼吸速率与近地表层大气相对湿度呈显著的负相关(R2=-0.90，p<0.05)，与土壤温度的相关性降低，与大气温湿度的相关性均增加。从土壤呼吸日动态变化和大气温湿度变化的趋势上看，其关系密切，可能与此时段沙丘表层水分含量有关，沙丘含水量较好，影响了近地表层大气温湿度的变化，进而对土壤呼吸速率产生了影响。

在生长休眠期，土壤呼吸与大气温度存在正相关关系，而与湿度之间存在着负相关关系，且彼此间的相关系数均达到了显著水平(p<0.01)(表4)。

3.5 白刺灌丛沙堆土壤呼吸最优回归模型

土壤温度、土壤水分条件以及其它环境因子对土壤呼吸异质性所起的作用随着白刺不同的生长发育时期而发生了变化(表3—4)。采用逐步回归分析方法(Stepwise)挑选出对土壤呼吸影响最大且达到显著水平的自变量因子，然后逐步选入其它因子中对土壤呼吸量影响最大且达到显著水平的变量，并建立土壤呼吸速率与相关因子的最优回归方程，探讨白刺灌丛沙堆在整个生长期间影响土壤呼吸变化的重要因子，分析结果如表5所示。

表4 不同生长期土壤呼吸速率与环境因子相关系数矩阵

注： (1) *表示p<0.05的显著水平; **表示p<0.01的显著水平。 (2) Temp20 cm为土壤20 cm处地温； SfH2O为近地表层大气水分含量； SfRH为近地表层大气相对湿度； Airtemp为大气温度； AirRH为大气湿度。

表5 土壤呼吸与相关因子逐步回归模型

注：所有保留在模型中的变量都达到了0.05的显著水平，没有其它变量达到进入模型的0.05的显著水平。

以上结果是经逐步回归保留到方程中的4个变量，分别是近地表大气饱和含水量(SfH2O)、近地表相对湿度(SfRH)、20 cm深土壤温度(Temp20 cm)和土壤20—40 cm土层水分含量(Soil40 cm)，可以建立最优回归方程：

Y(Flux)=1.093 7+0.271 1X1-0.054 0X2-

0.050 9X3-0.046 1X4

方程中，首先保留的是近地表层大气饱和水分含量和相对湿度，表明灌丛沙堆土壤呼吸作用与近地表大气水分状况非常密切，其次是20 cm深土层温度和20—40 cm深土壤水分含量，表明近地表层大气水分条件、土层20 cm处的水分和温度共同作用对沙堆不同位点的土壤呼吸速率起作用。模型中参数的估计值都达到了显著水平(p<0.01或p<0.05)，模型决定系数R2=0.889，回归模型方程达到显著水平(p<0.05)，表明土壤呼吸速率与上述4个因子具有显著的线性回归关系，而与其它的因子无显著的回归关系，所建立的回归方程具有较高的可靠性。由此可以运用此模型对白刺灌丛沙堆土壤呼吸速率在不同的日变化尺度和不同的空间位置上产生的时空异质性做出88%以上的原因解释。

4 讨 论

土壤呼吸是一个十分复杂的土壤生态学过程，主要包括土壤微生物、土壤动物呼吸和植物根系的呼吸3大部分。影响土壤呼吸的主导因子有时候不尽相同，如气象因子、植物群落的类型和不同发育阶段、土壤理化性状等。温度条件在一定程度上是影响总土壤呼吸速率的主要因子，但是在干旱、半干旱地区这种情况有所不同，温度在半干旱地区并不始终是影响灌丛植物土壤呼吸变化的主要因素：通过对油蒿灌丛[14]、胡杨群落、梭梭林等[6,15]的土壤呼吸速率与土壤温度等关系的研究也表明二者之间并未有固定的相关关系，说明不同荒漠群落土壤呼吸速率与土壤温度并没有固定的相关关系。在本研究中白刺灌丛沙堆土壤呼吸速率与地下20 cm的温度相关性并不显著，但是与近地表层大气水分含量和地下20 cm的土壤水分含量呈显著正相关关系，说明在水分条件为关键因子的干旱区，水分对白刺灌丛沙堆土壤呼吸速率的作用要比温度更具有影响作用，这一结果同沙漠区人工植被群落和荒漠灌木林地土壤呼吸的影响因素相同[16-17]。

白刺灌丛沙堆在形成、发展和演变的动态过程中与周边环境因素密不可分，因此，白刺灌丛沙堆自身在小尺度上的空间差异使得其生物学和生态学过程也产生了异质性[18]。白刺灌丛沙堆土壤呼吸的空间异质性随着发育时间的不同而发生变化(图2，表2)，具有时空变异特性。春季生长初期，沙堆土壤温度和水分波动大，各部位的异质性开始显现，在生长旺盛期凸显，各位点之间的土壤呼吸速率差异显著，而随着气温的降低，地表温度也逐渐降低，在休眠期这种位点间的空间差异性又逐渐的降低减弱。由此表明，处于稳定阶段的白刺灌丛沙堆由于自身小尺度范围内土壤温度、水分的空间差异导致了沙堆上不同位点土壤呼吸通量具有明显的异质性，而这种异质性又随着沙堆发育时间的不同而发生变化。沙丘不同部位(坡底、坡中和坡顶)土壤呼吸速率的日变化呈“双峰曲线”，而在水分条件好的时候又可转变为“单峰曲线”[19]，相比这种单一的曲线变化，白刺灌丛沙堆上不同部位的日动态曲线变化较为复杂，因为不同部位的日动态变化是单峰和双峰曲线均有，尤其在水热同期的生长旺盛期更为明显(图2)。逐步回归分析表明白刺灌丛沙堆土壤呼吸速率在不同的日变化尺度和不同的空间位置上产生的时空异质性是由近地表层大气水分条件、土壤20 cm深处的温度和湿度共同影响决定的，由此所拟合的模型能够解释影响土壤呼吸速率变化88%以上的原因。有研究表明灌丛沙堆的植被盖度对塑造沙堆形态起到了重要的作用，对沙堆的土壤呼吸也产生了重要的影响，有极显著的正相关性作用。

本研究中处于稳定阶段的沙堆迎风坡植被的盖度要比背风坡好(表1)，其郁闭度高，进而影响了沙堆不同部位的水热分布，使得沙堆各部位土壤呼吸的空间异质性增强。同时灌丛沙堆不同部位地上植被盖度不同其地下生物量也有差异[20]，这也是造成沙堆土壤呼吸速率空间异质性的重要原因。在时间尺度上，白刺灌丛沙堆土壤呼吸同草地、灌木林地具有明显的季节变化特点[21]，夏秋季高，冬春季低，但是对水分的敏感性有时候也使的白刺灌丛沙堆的土壤呼吸在春季(5—6月)要高一些，究其原因与年度降雨时空差异性和降雨频次有关，干旱半干旱地区的降雨可以促进沙堆表层微生物存活和快速繁殖，这样使得土壤呼吸速率可在较短的时间段内相对增大[22]。

5 结 论

(1) 白刺灌丛沙堆上不同部位的土壤呼吸速率日动态变化在不同的生长时期表现出不同的动态变化：在生长旺盛期沙堆各部位日动态变化既有“单峰曲线”,又有“双峰曲线”变化，而在生长初期和休眠期各部位的土壤呼吸日动态变化趋于一致，基本呈单峰曲线变化，但是峰值出现的时间有所不同。

(2) 白刺灌丛沙堆各部位土壤呼吸速率与土壤5—20 cm水分含量关系密切，呈显著正相关关系(p<0.05)；各位点土壤呼吸速率与土壤含水量的响应趋势随着生长时期的不同发生了明显的变化，沙堆水分含量逐渐增大，各位点土壤呼吸速率差异性增大。

(3) 白刺灌丛沙堆不同部位土壤呼吸速率具有空间异质性，并随着沙堆发育时间的不同而具有时空变异特性。这种时空异质性是由白刺灌丛沙堆自身小尺度范围内产生的局部空间异质性变化而引起土壤呼吸速率的变化。逐步回归分析表明灌丛沙堆不同部位近地表层大气水分条件、土壤20 cm深处的温度和湿度共同作用导致了沙堆上土壤呼吸通量具有明显的异质性，回归模型能够解释土壤呼吸速率变化88%以上的原因。

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Spatial Heterogeneity of Soil Respiration ofNitrariaTangutorumNebkhas During Different Growing Period in Arid Areas

SUN Tao1, HAN Fugui1, GUO Shujiang1,2, DUAN Xiaofeng2, ZHANG Yunian1

(1.GansuDesertControlResearchInstitute，StateKeyLaboratoryofDesertificationandAeolianSandDisasterCombating,Lanzhou，Gansu730070，China; 2.MinqinNationalResearchStationforDesertSteppeEcosystem,Minqin,Gansu733300，China)

[Objective] The spatial heterogeneity of soil respiration in different growing period ofNitrariatangutorumin dryland was demonstrated to provide a scientific basis for the estimation of CO2emission and for the regional carbon budget in oasis. [Methods] Using Li-8100 soil respiration measurement system, we made field observation of soil respiration rate ofNitrariatangutorumnebkhas dominated dunes in 2014. The dunes located in the oasis-desert ecotone on the southern fringe of Badanjara Desert. We measured the daily change at different positions ofNitrariatangutorumalong growing period, and studied the spatial heterogeneity of soil respiration ofNitrariatangutorumat different position and their seasonal variability. [Results] (1) The daily change of soil respiration rate ofNitrariatangutorumat different positions and in different growing period were different. It exhibited an unimodal variation both at the beginning of the growing period and at the dormancy season. In flourishing period, both unimodal and bimodal existed for daily respiration. Besides that, the peaks of soil respiration in different growth periods were different: the peak occurred at around 11:00 in beginning growth period, the peak of the flourishing period occurred at around 10:00 or 17:00. The peak in dormancy period delayed and occurred at 14：00. (2) There was different spatial heterogeneity of soil respiration rate at different positions on the sand mound. No significant difference(p>0.05) existed for the observations at different dune positions at the beginning of the growing period and at the dormancy period. Whereas there was a significant spatial difference(p<0.01) at the flourishing period.The average soil respiration rate at different growing period varied significantly, had a rank of flourishing period>beginning of the growing period>dormancy period. [Conclusion] Soil respiration rate ofNitrariatangutorumat different positions and in different growing period showed significantly spatial heterogeneity, which was mainly resulted from the interaction of near-surface water condition,the temperature and water content above 20 cm soil ofNitrariatangutorumat different positions.

Nitrariatangutorum; nabkhas; soil respiration; spatial heterogeneity; daily change

2016-05-15

2016-07-04

国家自然科学青年科学基金“干旱区白刺灌丛沙堆发育过程的土壤呼吸时空变化特征及其影响因素”(31300595)； 国家自然科学基金地区基金项目(41361004； 41361001)； 甘肃省基础研究创新群体计划项目(1506RJIA155)

孙涛(1978—),男(汉族)，甘肃省永昌县人,博士,副研究员,主要从事荒漠生态、荒漠植被恢复及荒漠化防治研究工作。E-mail:suntaosuny@163.com。

10.13961/j.cnki.stbctb.2016.06.017

A

1000-288X(2016)06-0102-08

S71， K903

文献参数： 孙涛， 韩福贵， 郭树江， 等.干旱区不同生育期白刺灌丛沙堆土壤呼吸空间异质性[J].水土保持通报，2016,36(6)：102-109.