施肥對荒漠草原土壤呼吸的影響

張群　紅梅　馬彥東

摘要 本論文采用開路式土壤碳通量測量系統，測定希拉穆仁荒漠草原試驗區不同施肥處理下土壤呼吸速率的季節變化。試驗設置了CK、N10、N5、N2.5、P、K、NP、PK、NK和NPK十個處理，分析了施肥對生長季平均土壤呼吸速率的影響。結果表明：（1）施肥對荒漠草原植物土壤呼吸速率變化影響與對照區規律基本保持一致，說明施肥沒有改變荒漠草原土壤呼吸的特征。（2）P肥和PK配施顯著提高了生長季平均土壤呼吸速率；N10顯著提高了生長季土壤平均呼吸速率，三者大小關系是N10﹥N2.5﹥N5。

關鍵詞：土壤呼吸；施肥；荒漠草原

1 引言

在陸地生態系統碳循環中，土壤呼吸作用是的重要組成部分。土壤碳素周轉速率會因為土壤呼吸速率的變化而改變[1]。由于土壤碳庫和它的碳排放量十分巨大，導致呼吸速率的些微的改變也會使得大氣中二氧化碳的濃度發生相應的劇烈改變，甚至有可能使得全球氣候變暖現象的發生變化。

內蒙古中西部地區是我國荒漠草原的主要分布區，這里是草原向荒漠過渡地帶，屬于生態交錯區，被氣候與人為嚴重干擾，生態系統很脆弱。我國的荒漠草原是旱生性最強的、亞洲中部特有的草原類型，也是我國重要的畜牧業基地。

目前關于中國溫帶荒漠草原土壤呼吸的觀測研究非常缺乏， 極大地制約了國家尺度草地碳收支準確評估及碳減排增匯措施的實施。因此， 在現有資料的基礎上， 大量補充溫帶荒漠草原土壤呼吸作用的觀測數據， 有助于從整體上認識和把握中國草原土壤呼吸作用的規律， 合理地制定草原土壤呼吸作用的減排對策【2】。本文以短花針茅荒漠草原為對象，通過 NPK 肥單施和的配施處理，測定試驗地土壤呼吸的日動態以及季節變化，并且與土壤表層水熱條件對照比較分析得到該試驗區土壤呼吸的特性，為計算實驗地區CO2的年釋放量提供基礎的數據。

2 研究材料與方法

2.1 研究區概況

試驗研究區位于內蒙古自治區包頭市達茂旗希拉穆仁草原（N ：41°18′7.9″ E：111°13′28.2″），中溫帶半干旱大陸性季風氣候。年均日照時數 3100-3300小時，年均氣溫 2. 5 ℃ ，年有效積溫 1985-2800℃；年平均降水量285 mm，蒸發量2307 mm，降水主要集中在 7月、8月以及9 月份。土壤為淡栗鈣土，輕質地土壤。試驗區冬春季土壤風蝕更嚴重，在季風小氣候的影響下，研究試驗區內土壤有風蝕和水蝕的痕跡[3]。希拉穆仁荒漠草原植被屬于地帶性植被，建群植物種為短花針茅。試驗地草地植物的群落類型為短花針茅+冷蒿+無芒隱子草，種類組成較貧乏，植被比較稀疏。試驗地植物種類主要由20多種，除建群種—短花針茅，還有優勢種—冷蒿和無芒隱子草，其它伴生種有羊草、狹葉錦雞兒、阿爾泰狗娃花、木地膚。

2.2 研究方法

2.2.1試驗方法的設計

N、P、K的配施中質量比例約為1：1：1，肥料用量分別為：尿素：214.27Kg ·hm-2，重過磷酸鈣：406.87Kg ·hm-2，硫酸鉀：222.89Kg ·hm-2。將表二中年施肥量平均分為4份，分別在每年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），把化肥溶于水后均勻地撒在地表。實驗從2011年開始施肥，至2014年終已施16次，施肥量見表二。

研究試驗區共設置10個處理，每個處理設置五個重復。再將每個試驗單元再劃分為四個區（如圖1）：A為觀察區；B為預留實驗區；C為生物量測定區，D為土壤采樣區。根據隨機原則，將區組隨機排列。在區組間設2m過道。實驗地總面積2428 m2，小區面積為6 × 6 m2。

2.2.2 試驗數據的測定

試驗設置10個處理測定土壤呼吸測定方法：采用開路式土壤碳通量測量系統測定土壤呼吸速率。2014年試驗測定儀器型號：L1-8100（L1-COR，Lincoln， NE，USA）。L1-8100是利用測量室內二氧化碳濃度的增加速率推算測量室外土壤二氧化碳擴散到空氣中的速度。實驗前的準備：每個處理小區中間放置1個PVC管做的底座（圓形），高度5cm，直徑20cm， 插入土中的PVC環套需要達到2-3cm。需要注意：每個樣地的PVC套環露出地上部分的內環高度一律為3.5 cm。在測量前，揀出PVC管底座里的動植物方可安裝土壤呼吸室測量。在測定時，土壤呼吸室應該處于密閉狀態，所以放置時要與PVC管底座密封。土壤呼吸率測定時間一般在上午九點開始，每年4 -10月份、每月2次選擇晴朗天氣測定土壤呼吸速率的季節變化。利用連接在LI-8100—201上的溫度探頭自動測定溫度；測定時間與土壤呼吸同時測定；測定位置在土壤呼吸環附近0-10cm 土壤層。

含水量測定：工具——直徑為35mm的土鉆。方法——每個處理區取兩個土層0-10cm和10-20cm的土樣，裝于鋁盒中。在實驗室利用天平、烘箱測定土壤含水量。

2.2.3 試驗數據的處理

在電腦中導出實驗儀器測得的試驗數據。利用電腦程序計算箱體內二氧化碳濃度隨著季節變化而發生改變的曲線。統計分析利用SPSS Statistics軟件進行單因素方差分析和顯著性檢驗，作圖使用WPS Office軟件。將土壤呼吸的數據錄入WPS表格中，依據各個處理計算平均值，并計算標準差，得到土壤呼吸速率隨著各個月份不同日期變化的折線圖和十個處理間柱狀圖。將各個處理含水量的測定值輸入WPS表格，計算得到不同處理隨著各個月份不同日期變化的折線圖。

3 試驗結果討論與分析

圖2—d中，N、P、K肥的混施不同處理，三月中旬到四月份，施肥處理前期，土壤3.2 不同施肥處理對生長季平均土壤呼吸速率的影響

從圖3的能夠看出N10、P和PK處理的生長季平均土壤呼吸速率最高，NP處理的最小，低于CK。CK、K、NK和NPK處理之間的平均呼吸速率相差不大，N2.5、N5、N10呈現出明顯的階梯型，且N10>N2.5>N5。

土壤呼吸速率相比CK有顯著性差異，而其他各處理并沒有顯著性差異。施N肥的其他兩個處理的平均土壤呼吸速率雖然高于CK處理但并不顯著。K、NK處理的平均土壤呼吸速率雖然也高于CK，但同樣沒有顯著差異性。NP低于CK，同樣差異性不顯著。

4 結論

（1）P肥和PK配施肥顯著提高了生長季土壤平均呼吸速率；N2.5、N5和N10三個不同氮肥水平處理，N10能顯著提高生長季平均土壤呼吸速率，三者大小關系表現為N10﹥N2.5﹥N5。

參 考 文 獻

[1]許乃政，劉紅櫻，魏峰.土壤碳庫及其變化研究進展[J].江蘇農業科學， 2011， 39（2）：1-5.

[2]鮑芳，周廣勝.中國草原土壤呼吸作用研究進展，植物生態學報， 2010， 34 （6）： 713–726

[3]方精云，唐艷鴻，小泉博等.高緯度冬季下墊面釋放CO的證據.中國科學D（輯），1998，

作者簡介：張群，（1993.06—），女，漢，吉林省通化市通化縣，學歷：本科