










摘要:土壤呼吸是陸地生態系統的第二大碳通量,其微小的變化都會影響生態系統碳平衡。然而,養分添加和改變降水的交互作用對草地生態系統土壤自養呼吸(Ra)和土壤異養呼吸(Rh)的影響尚不明確。本研究以晉北賴草草地為研究對象,依托氮磷鉀添加+增減雨試驗平臺,采用深-淺環法區分Ra和Rh,結合相關生物和非生物因子,探究養分添加、改變降水及其交互作用對Ra和Rh的影響和機制。結果表明:養分添加+增加50%降水處理顯著提高土壤總呼吸(Rs)、Ra和土壤CO2累積排放量;Ra與植物生產力和土壤溫度呈正相關;而Rh與土壤溫度呈正相關,與微生物生物量氮呈負相關;結構方程模型分析表明土壤pH和土壤NO3--N間接調控養分添加和改變降水對土壤呼吸的影響。本研究強調了在全球氣候變化背景下不能僅考慮養分添加或降水變化的單獨效應,更要綜合全球變化多因子的影響。
關鍵詞:土壤呼吸;養分添加;改變降水;賴草草地
中圖分類號:S154.1 " " " "文獻標識碼:A " " " "文章編號:1007-0435(2025)01-0170-11
Effects of Nutrient Addition and Altered Precipitation on Soil Respiration on the Leymus secalinus Grassland in Northern Shanxi
XU Wen-li1,2,3, BIAN Jia-chen1,2,3, LIN Mao1,2,3, HAN Fei1,2,3, YANG Qian-wen1,2,3, LI Dong-xu1,2,3, NING Ya-nan1,2,3, YI Li-kai1,2,3, PANG Gao-liang1,2,3, WANG Run-dong1,2,3, ZHU Yi-chen1,2,3,
DONG Kuan-hu1,2,3, WANG Chang-hui1,2,3, DIAO Hua-jie1,2,3*
(1.College of Grassland Science, Shanxi Agricultural University, Taigu, Shanxi Province 030801, China; 2.Shanxi Key Laboratory of
Grassland Ecological Protection and Native Grass Germplasm Innovation, Taigu, Shanxi Province 030801, China; 3.Youyu Plateau Grassland Ecosystem Research Station, Shanxi Agricultural University, Youyu, Shanxi Province 037200, China)
Abstract:Soil respiration is the second largest ecosystems carbon flux in terrestrial ecosystems, which affects the carbon balance of ecosystems. However, the effects of nutrient addition, precipitation alteration and their interactions on soil autotrophic respiration (Ra) and soil heterotrophic respiration (Rh) are still unclear. In order to explore the influencing mechanism of nutrient addition and precipitation-altering interactions on soil respiration, we set up an experimental platform with nitrogen, phosphorus and potassium + altered precipitation in the typical agro-pastoral ecotone grassland of Shanxi. The deep-shallow ring method was used to distinguish Ra and Rh, and the biotic and abiotic factors was also measured. The results showed that nutrient addition combined increase of 50% precipitation significantly increased soil total respiration (Rs), soil autotrophic respiration and the cumulative CO2 emissions. There was a positive correlation between Ra and plant productivity and soil temperature. Rh was positively correlated with oil temperature, while negatively with microbial biomass nitrogen. The result of structural equation model showed that soil pH and soil NO3--N indirectly regulate the effects of nutrient addition and precipitation alteration on soil respiration. In conclusion, with the global climate change, we should not only consider the individual effects of nutrient addition or precipitation changes, but also integrate the effects of multiple factors of global change.
Key words:Soil respiration;Nutrient addition;Altered precipitation;Leymus secalinus grassland
在全球碳排放的背景下,我國于2020年提出了“爭取2030年前達到碳達峰,2060年前達到碳中和”的戰略目標[1]。生態系統碳匯是實現“碳中和”的重要途徑,為實現“雙碳”目標提供了科學支撐[2]。而草地作為全球占地面積最大的陸地生態系統,碳儲量和固碳潛力巨大,在應對全球氣候變化和調節碳源匯平衡時具有重要的作用[3-4]。土壤呼吸作為二氧化碳(CO2)最大來源,在調節陸地生態系統碳庫循環及全球氣候動態方面發揮了至關重要的作用[5]。因此,土壤呼吸的微小變化都會對大氣碳庫與土壤碳庫之間CO2交換產生巨大的影響,從而影響全球碳庫的穩定[6]。
隨著全球氣候變化的加劇,降水模式的變化和人為的養分輸入,將對陸地生態系統碳循環產生深遠的影響,特別是對土壤呼吸[7]。降水變化通過改變土壤含水量,來影響土壤孔隙結構,植物生理結構,微生物營養供應,進而影響土壤呼吸[8]。在全球各類型草地生態系統中開展的控制降水研究,發現,增加降水會促進干旱草原土壤呼吸,但會導致水分飽和草原土壤呼吸的降低[9]。氮添加對土壤呼吸的影響與時間有關,研究表明,氮添加在試驗初期,由于養分供應充足會提高土壤中有效養分含量,促進植物和微生物的吸收和分解,進而促進土壤呼吸[10]。隨著試驗時間的延長,土壤呼吸隨著持續氮添加降低。磷添加和磷鉀共同添加會通過提高土壤微生物生物量,調節生物群落結構,進而顯著提高土壤呼吸[11]。養分添加通過調節土壤中營養元素的比例,來影響土壤養分的有效性,微生物營養底物的供應及植物生長發育,進而間接影響土壤呼吸[12]。養分添加對土壤呼吸的影響目前存在較大的爭議,產生正效應[13-14],負效應[15]和無顯著效應[16]。降水格局和外源養分輸入的共同變化將會影響草地生態系統中碳的“源”和“匯”,多數研究表明人為降水格局的改變與外源養分的輸入具有協同作用[17],但也有研究認為改變降水與養分輸入會增加氣體的蒸散量,進而降低碳的排放量[18]。因此,開展土壤呼吸對養分添加和改變降水及其交互作用響應的研究,對探究草地生態系統多因子互作效應及土壤碳庫的源匯功能具有重要意義。
土壤總呼吸(Total soil respiration,Rs)由土壤自養呼吸(土壤根系呼吸,Soil autotrophic respiration,Ra)和土壤異養呼吸[土壤微生物及土壤動物呼吸(Soil heterotrophic respiration,Rh)]兩部分組成,兩者間的差異已成為應對嚴峻全球變化的關鍵因素[19]。改變降水通過改變土壤中的呼吸酶,土壤呼吸底物有效性,微生物群落組成以及根系生物量,從而影響Ra和Rh[20]。養分添加通過改變地上地下生物量及營養元素含量,進而影響Ra和Rh[21]。土壤呼吸對養分輸入和改變降水的響應與根系主導的Ra與微生物驅動的Rh有關。然而,Ra和Rh對養分添加和改變降水的響應是否存在差異,研究尚不清晰。
農牧交錯帶草地生態系統與自然草地生態系統相比,受到自然和人為因素的雙重干擾,對全球氣候變化的響應較為敏感[22],并且大部分區域受到鹽漬化的干擾,影響其生產力。目前,我國鹽漬化日益嚴重,土壤中過量的鹽分降低土壤微生物的活性,使土壤有機質分解速率降低,進而影響生態系統碳通量[23]。本研究以晉北農牧交錯帶鹽漬化草地為研究對象,分析養分添加、改變降水及其交互作用對土壤呼吸及組分的影響,明確土壤呼吸的影響因子,探究土壤呼吸的調控機制,以期為陸地生態系統土壤碳收支平衡提供科學依據和理論基礎。
1 材料與方法
1.1 研究地概況
研究區位于山西右玉黃土高原草地生態系統國家定位觀測研究站(112°47′E,39°99′N),地處北方農牧交錯帶中樞,海拔1348 m,屬溫帶大陸性季風氣候,年平均氣溫為4.6℃,年均降水量為425 mm,主要集中在7月和8月;2021年降水量為331 mm,2022年降水量為487.6 mm。土壤類型為堿性栗鈣土,鹽漬化程度嚴重,土壤pH約為9。研究地優勢種為賴草(Leymus secalinus),風毛菊(Saussurea amara),鵝絨萎陵菜(Potentilla ansrina),蘆葦(Phragmites australis)等,為暖溫帶半干旱草地。
1.2 試驗設計
該實驗平臺為全球變化聯網實驗平臺(Global Change Network)的一個研究站點,建立于2017年,于2018年開始處理。選取2021-2022年該實驗平臺的6個實驗處理,包括對照(CK),養分添加(NPK),增加50%降水(CK+50%),減少50%降水(CK-50%),養分添加與增加50%降水(NPK+50%),養分添加與減少50%降水(NPK-50%)。實驗采取完全隨機區組設計,每個處理6個重復,共計36個小區,小區面積為6 m×6 m。養分添加處理(NPK,NPK+50%,NPK-50%)中的養分元素(氮(N),磷(P),鉀(K))分別為緩釋尿素(N,46%),過磷酸鈣(P,12%),硫酸鉀(K,50%),在每年生長季前期(5月初),添加10 g·m-2均勻撒施到小區。增加50%降水處理,在每次降水之后,通過人工增水的方式增加降水量的50%;減少50%降水處理通過在小區上方設置遮雨棚,遮雨棚是由聚丙烯塑料板材組成,留有50%的空隙,以達到減少50%降水的效果。在增加降水和減少降水的小區邊緣埋入約1 m深的鐵皮,以防止水分徑流,減少改變降水的影響。
1.3 土壤呼吸的測定,CO2累積排放量計算
在2021-2022年生長季5-9月及非生長季10-11月采用深-淺環法測定土壤自養呼吸(Ra)與異養呼吸(Rh)。每個月測定兩次,2021年共測定9次,2022年共測定9次,測定時間選取在晴朗無風的上午(8:00-12:00),以避免其他環境因素的擾動。在每個處理小區嵌入兩個PVC管(直徑10 cm,深環高52 cm,淺環高10 cm),環口離地面3 cm。在每次測定前一天要去除環內的植物以及小動物,防止地上部分呼吸影響地下土壤呼吸。使用LI-840(LI-COR Inc. Lincoln, NE, USA)測定土壤呼吸,深環測定土壤異養呼吸,淺環測定土壤總呼吸(Rs),并且同時測定土壤溫度(Soil temperature,ST)和土壤含水量(Soil moisture,SM)。
通過淺環測定的Rs和深環測定的Rh由公式(1)計算得出,Ra通過以下的公式(2)進行計算:
SR= (VPav×(1000-Wav))/Rs(Tav+273) ×dc/dt (1)
Ra=Rs-Rh (2)
其中,Rs為土壤呼吸速率(μmol·m-2·s-1);V為測定期間氣室的體積(m3);Pav為平均大氣壓強(kPa);Wav為水氣分壓(mmol·mol-1);R為大氣常數8.314 J·mol-1·K-1;S為氣室的底面積(m2);Tav為在每次的測定期間氣室內的平均溫度(℃);dc/dt為測定期間CO2濃度變化的斜率。
CO2累積排放量計算公式[24]:
M=(∑(R_(i+1)+R_i ))/2×(t_(i+1)-t_i)×60×60×24×〖10〗^(-6)×12 (3)
式中,M為CO2累積碳排放量(g·m-2);R為土壤呼吸速率(μmol·m-2·s-1);i為采樣次數;t為采樣時間。
1.4 凈初級生產力的測定
2021年與2022年8月中旬,在每個小區隨機選取兩個1 m×0.2 m的樣方,齊地面分別收獲植物地上生物量。將植物樣品帶回實驗室65℃烘干(48 h)至恒重,稱重即為地上凈初級生產力(Above-ground net primary productivity,ANPP)。在每年的生長季初期(4月末),在每個小區隨機選取一個區域,用直徑為10 cm的土鉆分別取0~10 cm,10~20 cm,20~30 cm,30~40 cm的土樣,用2 mm篩去除土壤中的根系,并將篩去根系的土壤回填到原位。然后將直徑為10 cm的PVC管套在取土位置作為標記。在該年生長季末期(10月末),用直徑為7 cm的根鉆按照上面的四個土層,分別將土樣放入0.45 mm的根袋中,用清水洗凈泥土,晾曬之后放入信封65℃烘干至恒重,稱重即為凈地下初級生產力(Below-ground net primary productivity,BNPP)。ANPP與BNPP的加和即為凈初級生產力(Ground net primary productivity,NPP)。
1.5 土壤含水量、土壤溫度、微生物生物量及其他土壤理化指標的測定
土壤溫度與土壤含水量在測定土壤呼吸時同時測定。使用地溫計測定0~10 cm的土壤溫度(ST),使用便攜式土壤水分速測儀(TDR-350,Spectrum Technologies Inc., Plainfield, IL,USA)測定0~10 cm土壤體積含水量(SM)。稱取風干土10 g,加入100 mL去離子水,震蕩30 min,然后靜置10 min后,用pH計(PHS-3E,上海儀電)測定土壤pH,同時,使用電導儀(DDS-307)測定電導率(EC)。土壤微生物生物量碳(MBC,Microbial biomass carbon),微生物生物量氮(MBN,Microbial biomass nitrogen)通過氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測定[25]。土壤硝態氮(NO3-)通過KCl浸提法測定[26]。
1.6 數據分析
使用Microsoft Excel 2019進行數據整理。采用重復測量方差分析檢驗取樣年份,養分添加,改變降水及其交互作用對兩年生長季監測的土壤總呼吸及其組分,土壤水分和土壤溫度的影響。通過單因素方差分析檢驗不同處理對土壤呼吸及碳累積排放量的差異,并通過LSD法進行多重比較。通過雙因素方差分析,檢驗養分添加和改變降水是否會影響土壤呼吸及碳累積排放量。采用一般線性回歸法評價土壤呼吸與生物因子(ANPP,BNPP,MBC,MBN)和非生物因子(SM,ST,土壤pH,EC)之間的關系。采用SPSS Amos 24完成結構方程模型,通過結構方程模型來分析養分添加和改變降水對土壤自養呼吸,異養呼吸直接和間接的影響,另外,在結構方程模型中引入了與土壤呼吸密切相關的生物因子(NPP,MBC/MBN)和非生物因子(SM,ST,NO3-,pH),并且,計算了這些因子對土壤自養呼吸,異養呼吸的標準化總效應值。我們把數據分析采用SPSS 26.0軟件,繪圖采用Origin 2021軟件。
2 結果與分析
2.1 環境因子
2021年與2022年降水均分配不均勻,8月降雨量最高為94.6和285.0 mm(圖1a)。2021年與2022年0~10 cm的土壤溫度與土壤水分均呈現季節波動(圖1b,1c),年際之間存在顯著差異(Plt;0.001 ;表1)。各處理間土壤溫度與土壤含水量無顯著差異(圖1b,1c;表1)。
2.2 養分添加和改變降水對土壤硝態氮含量的影響
2021年,養分添加+50%降水處理顯著增加了土壤硝態氮含量,增加了274%(圖2a,Plt;0.05)。2022年,養分添加處理與養分添加+50%降水處理均顯著提高了土壤硝態氮的含量,分別提高了32%,31%(圖2b,Plt;0.05)。
2.3 養分添加和改變降水對土壤呼吸速率的影響
2021年和2022年在養分添加和改變降水的處理下,土壤呼吸及其組分存在季節變化,都呈現先增加后降低的趨勢。土壤呼吸及其組分在生長季旺期(6月末,7月和8月)顯著高于生長季初期和末期(5月,9月和10月)。2021年8月,養分添加+減少50%降水處理土壤總呼吸與對照相比,顯著增加了34%(Plt;0.05);土壤自養呼吸與異養呼吸在各處理下與對照相比,沒有顯著差異(圖3a,3c,3e)。2022年7月,養分添加+增加50%降水處理土壤總呼吸和異養呼吸與對照相比,分別顯著增加27%,36%(Plt;0.05);土壤自養呼吸在各處理下與對照相比,沒有顯著差異。并且發現2022年土壤自養呼吸占總呼吸的比重顯著高于2021年(Plt;0.05)(圖4)。重復方差測量分析表明,養分添加顯著影響土壤總呼吸及自養呼吸(Plt;0.05);年份差異顯著影響土壤總呼吸及其組分(Plt;0.05)(表1)。2021年,養分添加處理下,土壤總呼吸為3.15 μmol·m-2·s-1,自養呼吸為1.7 μmol·m-2·s-1,異養呼吸為1.66 μmol·m-2·s-1。2022年,養分添加處理下,土壤總呼吸為2.48 μmol·m-2·s-1,自養呼吸為1.58 μmol·m-2·s-1,異養呼吸為0.9 μmol·m-2·s-1(圖3)。
方差分析表明,養分添加處理顯著影響土壤總呼吸及自養呼吸(圖3b,3f,Plt;0.05);養分添加,改變降水的單獨效應及交互效應對土壤異養呼吸均沒有顯著的影響(圖3d)。養分添加+增加50%降水處理顯著影響土壤總呼吸和自養呼吸(圖3b,3f,Plt;0.05),增幅分別為17%,24%;各處理對土壤異養呼吸均未產生顯著影響(圖3d);而單獨的養分添加和改變降水均未顯著影響土壤自養呼吸(圖3f)。
2.4 養分添加和改變降水對土壤呼吸CO2累積排放量的影響
2021—2022年,土壤總呼吸及其組分的CO2累積排放量隨著生長季時間的增加而增加,并且土壤總呼吸及其組分的CO2累積排放量在7月初迅速的升高(圖5a,5c,5e)。雙因素方差分析表明,養分添加顯著影響土壤總呼吸和自養呼吸CO2累積排放量(圖5b,5f,Plt;0.05)。單因素方差分析表明,與對照相比,養分添加和增加50%降水處理使土壤總呼吸CO2累積排放量顯著提高21.6%(圖5b,Plt;0.05)。并且,土壤總呼吸CO2累積排放量的提高主要是由土壤自養呼吸所主導。
2.5 土壤呼吸與相關生物,非生物因子的相關性
對于影響土壤呼吸的生物因子,2021—2022年,土壤總呼吸隨ANPP的增加而增加,呈現顯著的線性相關關系(Plt;0.01,圖6d)。土壤總呼吸與土壤自養呼吸與NPP呈顯著正正相關(Plt;0.05,圖6f)。土壤異養呼吸與MBN呈顯著負相關關系(Plt;0.05)。土壤總呼吸及其組分與MBC,MBC/MBN和BNPP均無顯著的線性相關性(圖6a,6c,6e)。對于影響土壤呼吸的非生物因子,2021—2022年,土壤自養呼吸與SM呈顯著正相關關系(圖7a,Plt;0.05)。土壤總呼吸與土壤pH呈顯著的負相關(圖7b,Plt;0.05),土壤總呼吸,土壤自養呼吸與EC呈顯著正相關(圖7c,Plt;0.05)。在2021和2022兩年的生長季,土壤總呼吸及其組分與ST均呈現顯著的正相關關系(圖8,Plt;0.05)。并且,2021年(干旱年)土壤呼吸與土壤溫度相關性斜率高于2022年(濕潤年)。
結構方程模型(SEM)結果表明,土壤pH是養分添加和改變降水影響土壤自養呼吸的最關鍵因素。養分添加和改變降水,通過降低土壤pH,進而促進土壤自養呼吸;養分添加也可以直接促進土壤自養呼吸(圖9a)。土壤pH和NO3-作為影響土壤異養呼吸的關鍵因素,一方面,養分添加通過抑制土壤pH,進而促進Rh;另一方面,養分添加和改變降水通過促進土壤NO3-,進而抑制Rh;土壤pH的促進作用與土壤NO3-的抑制作用,導致對土壤異養呼吸無顯著影響(圖9c)。標準化總效應表明:土壤pH是調控土壤自養呼吸和土壤異養呼吸最重要的因素(圖9b,9d)。
3 討論
3.1 土壤自養呼吸,異養呼吸對養分添加和改變降水的不同響應
土壤呼吸有顯著的年際變異,這與他人的研究一致[27]。我們發現2021年(干旱年)土壤呼吸相比2022年(濕潤年)更高。以往研究表明,降水較多的年份具有較高的土壤呼吸,這是由于水分對植物和微生物的刺激作用[28]。但在本研究中,2021與2022年的土壤水分并沒有顯著的差異,這可能與降水的遺留效應有關。降水的遺留效應導致在干旱年份土壤水分并沒有降低,使得土壤呼吸并未因當年的干旱而下降。相反,2022濕潤年土壤呼吸較低,可能由于較高的土壤水分造成土壤的厭氧環境,使得根系及微生物的活性受到限制,導致土壤呼吸降低。土壤呼吸是存在季節動態的[29]。在生長季的不同時期,降水變化和養分添加的影響存在差異,這與土壤含水量的動態變化有關。在生長季,溫度呈現先升高后降低的趨勢,而降水分配主要在溫度較高的7-8月,由于水分蒸發和降水的變化引起了土壤含水量的季節波動,進而引起土壤呼吸的季節動態變化。
改變降水對土壤總呼吸及其組分沒有顯著影響(圖3b,3d,3f),這與其他草地類型的結果并不一致。增加降水促進土壤呼吸;減少降水,抑制土壤呼吸[30]。土壤含水量往往與土壤呼吸呈正相關[31]。本研究未發現單獨改變降水的效應,這可能是由于改變降水處理下土壤的含水量未發生顯著改變(表1)。這表明在鹽漬化草地,水分并不是主要限制因素,導致土壤水分對土壤呼吸影響較小。而改變降水未影響到土壤含水量可有以下解釋:(1)研究地點土壤砂質含量高,降水后由于較快的水分徑流,導致降水后土壤水分差異不顯著[32-33]。(2)本研究與前人研究一致,較少的改變降水(±30%)對土壤含水量影響較小[34-35]。養分添加使土壤總呼吸增加了13.3%,但不顯著。這與內蒙古溫帶半干旱草原的研究結果一致[36]。研究表明短期養分添加促進土壤呼吸[37-38],但長期養分添加,并不影響土壤呼吸,甚至土壤呼吸會受到抑制[39]。這可能是由于短期養分添加解除了養分限制,提高植物生產力和微生物活性,促進土壤呼吸[40-41]。而長期養分添加導致土壤酸化,抑制微生物活性,降低土壤呼吸[42]。
與單獨改變降水相比,養分添加與增加50%降水對土壤總呼吸和自養呼吸有顯著的提高(圖3)。在不同的草地類型,土壤呼吸對養分添加和改變降水的交互作用具有不同的響應。在內蒙古荒漠草原,氮添加和增加降水的耦合效應對碳排放通量有極顯著的影響[43]。綜述分析表明,改變降水和氮添加有顯著的耦合效應,對土壤呼吸有極顯著的正向影響[44]。本研究所在的晉北農牧交錯帶賴草草地,不受水分限制,改變降水未能影響土壤呼吸,而短期養分添加促進植物地上地下植物生產力,為微生物提供所需的養分支撐,使得養分添加和增加50%降水對土壤呼吸的交互作用顯著。本研究表明,土壤碳通量并不是由單一因素所引起的,而是由多因子共同影響的。因此,養分添加和增加降水的耦合效應將會放大對草地碳通量的影響。
3.2 鹽漬化草地土壤呼吸驅動機制
土壤pH是調控鹽漬化草地土壤呼吸的因素之一。我們的研究結果發現,土壤pH值與土壤異養呼吸呈顯著負相關。由于我們的研究地點處于農牧交錯帶鹽漬化草地,養分添加對土壤pH有較大的影響。結構方程模型表明養分添加與降水改變共同通過影響土壤pH,進而影響土壤自養呼吸和土壤異養呼吸。大部分研究也同樣表明,養分添加會刺激氮循環,加速氮的周轉,提高氮礦化速率,導致土壤中NO3-大量留存,NO3-淋溶使得土壤酸化,進而降低土壤異養呼吸[45]。并且,養分添加通過間接降低土壤pH,進而促進土壤自養呼吸。這是由于養分添加降低土壤pH,鹽漬化程度降低,植物根系生長的限制減弱,進而促進根系主導的自養呼吸及微生物主導的異養呼吸[46]。養分輸入及改變降水通過降低土壤pH對土壤異養呼吸的正效應與養分添加及改變降水通過提高土壤NO3-含量對土壤異養呼吸的抑制效應,導致最終對土壤異養呼吸影響不顯著。因此,土壤pH作為土壤呼吸影響因子之一,將會影響草地土壤二氧化碳源匯平衡。此外,我們的研究結果發現,養分添加和增加50%降水處理顯著提高土壤總呼吸和自養呼吸,這與前人的研究結果一致[47]。這表明土壤總呼吸的提高主要是由土壤自養呼吸所貢獻的。因此,土壤自養呼吸的變異貢獻了草地碳通量。這也表明植物生產力主導的變異,而不是微生物以及其他環境因子的變異主導了該地區鹽漬化草地的碳通量。
4 結論
在晉北賴草草地,土壤自養呼吸相對于土壤異養呼吸對養分添加和改變降水具有更高的敏感性。與土壤異養呼吸相比,土壤自養呼吸對養分添加和改變降水更為敏感。養分添加和增加降水協同促進土壤呼吸。在鹽漬化草地中,土壤pH介導了養分添加和改變降水對土壤自養呼吸和土壤異養呼吸的影響。因此,在全球氣候變化加劇的情況下,我們不能僅考慮養分添加和改變降水的單獨效應,更要綜合全球變化多因子的影響。
參考文獻
[1] 丁金梅, 王維珍, 米文寶, 等. 寧夏草地土壤有機碳空間特征及其影響因素[J]. 生態學報, 2023, 43(5): 1913-1922
[2] 王國勝, 孫濤, 昝國盛, 等. 陸地生態系統碳匯在實現\"雙碳\"目標中的作用和建議[J]. 中國地質調查, 2021, 8(4): 13-19
[3] REEDER J, SCHUMAN G E. Influence of livestock grazing on C sequestration in semi-arid mixed-grass and short-grass rangelands[J]. Environmental Pollution, 2002,116(3): 457-463
[4] 趙金龍, 劉永杰, 韓豐澤. 碳達峰,碳中和目標下草原增匯路徑的思考[J]. 草地學報, 2023, 31(5): 1273-1280
[5] NGABA M J Y, UWIRAGIYE Y, UWIRRAGIYE Y, et al. Global cross-biome patterns of soil respiration responses to individual and interactive effects of nitrogen addition, altered precipitation, and warming[J]. Science of the Total Environment, 2023, 858: 159-808
[6] LI W, WANG J L, ZHANG X J, et al. Effect of degradation and rebuilding of artificial grasslands on soil respiration and carbon and nitrogen pools on an alpine meadow of the Qinghai-Tibetan Plateau[J]. Ecological Engineering, 2018, 111: 134-142
[7] LIU W, LYU X, XU W, et al. Effects of water and nitrogen addition on ecosystem respiration across three types of steppe: The role of plant and microbial biomass[J]. Science of the Total Environment, 2018, 619: 103-111
[8] 徐婷, 馬露露, 李澤森, 等. 黃土丘陵區自然恢復草地土壤呼吸對降雨格局改變的響應[J]. 水土保持研究, 2023, 30(5): 92-98
[9] WANG Z, MCKENNA T P, SCHELLENBERG M P, et al. Soil respiration response to alterations in precipitation and nitrogen addition in a desert steppe in northern China[J]. Science of the Total Environment, 2019, 688: 231-242
[10] LUO Q, GONG J, ZHAI Z, et al. The responses of soil respiration to nitrogen addition in a temperate grassland in northern China[J]. Science of the Total Environment, 2016, 569: 1466-1477
[11] LUAN J, LIU S, ZHU X, et al. Roles of biotic and abiotic variables in determining spatial variation of soil respiration in secondary oak and planted pine forests[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2012, 44(1): 143-150
[12] CHEN J, LUO Y, LI J, et al. Costimulation of soil glycosidase activity and soil respiration by nitrogen addition[J]. Global Change Biology, 2017, 23(3): 1328-1337
[13] 胡姝婭, 刁華杰, 王惠玲, 等. 北方農牧交錯帶溫性鹽堿化草地土壤呼吸對不同形態氮添加和刈割的響應[J]. 植物生態學報, 2020, 44(1): 70-79
[14] HAN H, DU Y, HUI D, et al. Long‐term antagonistic effect of increased precipitation and nitrogen addition on soil respiration in a semiarid steppe[J]. Ecology and Evolution, 2017, 7(24): 10804-10814
[15] 杜薇, 李悅, 賀佩, 等. 氮添加降低了半干旱草原土壤呼吸但未改變其溫度敏感性[J]. 資源與生態學報, 2020, 11(2): 129-139
[16] QI Y, LIU X, DONG Y, et al. Differential responses of short-term soil respiration dynamics to the experimental addition of nitrogen and water in the temperate semi-arid steppe of Inner Mongolia, China[J]. Journal of Environmental Sciences, 2014, 26(4): 834-845
[17] HARPOLE W S, POTTS D L, SUDING K N. Ecosystem responses to water and nitrogen amendment in a California grassland[J]. Global Change Biology, 2007, 13(11): 2341-2348
[18] AUSTIN A T, YAHDJIAN L, STARK J M, et al. Water pulses and biogeochemical cycles in arid and semiarid ecosystems[J]. Oecologia, 2004, 141: 221-235
[19] HANSON P J, EDWARDS N T, GARTEN C T, et al. Separating root and soil microbial contributions to soil respiration: a review of methods and observations[J]. Biogeochemistry, 2000, 48(1): 115-146
[20] FAN Z, WANG H, DENG D, et al. Measurement methods of soil heterotrophic respiration and key factors affecting the temperature sensitivity of the soil heterotrophic respiration[J]. Chinese Journal of Ecology, 2008, 27(7): 1221-1226
[21] ZHANG J J, RU J Y, SONG J, et al. Increased precipitation and nitrogen addition accelerate the temporal increase in soil respiration during 8-year old-field grassland succession[J]. Global Change Biologe, 2022, 28(12): 3944-3959
[22] 王新源, 李玉霖, 趙學勇, 等. 干旱半干旱區不同環境因素對土壤呼吸影響研究進展[J]. 生態學報, 2012, 32(15): 4890-4901
[23] 米迎賓, 楊勁松, 姚榮江, 等. 不同措施對濱海鹽漬土壤呼吸,電導率和有機碳的影響[J]. 土壤學報, 2016, 53(3): 612-620
[24] 柴曦. N,P養分添加對內蒙古草甸草原和典型草原土壤呼吸的影響[D]. 呼和浩特:內蒙古大學, 2013: 19-20
[25] DIAO H, CHEN X, ZHAO X, et al. Effects of nitrogen addition and precipitation alteration on soil respiration and its components in a saline-alkaline grassland[J]. Geoderma, 2022, 406: 115541
[26] LI Y, WU J, LIU S, et al. Is the C: N: P stoichiometry in soil and soil microbial biomass related to the landscape and land use in southern subtropical China?[J]. Global Biogeochemical Cycles, 2012, 26(4): GB4002
[27] ZHAO W, YANG M, YU G, et al. The temporal response of soil respiration to environment differed from that on spatial scale[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2023, 342: 109752
[28] LIU Y, YANG Y, SONG J. Variations in Global Soil Moisture During the Past Decades: Climate or Human Causes?[J]. Water Resources Research, 2023, 59(7): 34-915
[29] DAI H, WANG H. Influence of rainfall events on soil moisture in a typical steppe of Xilingol[J]. Physics and Chemistry of the Earth, 2021, 121: 102-964
[30] 楊青霄, 田大栓, 曾輝, 等. 降水格局改變背景下土壤呼吸變化的主要影響因素及其調控過程[J]. 植物生態學報, 2017, 41(12): 1239-1250
[31] 李新鴿, 韓廣軒, 朱連奇, 等. 降雨引起的干濕交替對土壤呼吸的影響:進展與展望[J]. 生態學雜志, 2018, 38(2): 567-575
[32] ZHAO X, ZHU H, DONG K, et al. Plant community and succession in lowland grasslands under saline-alkali conditions with grazing exclusion[J]. Agronomy Journal, 2017, 109(5): 2428-2437
[33] 許慶方, 秦立剛, 董寬虎, 等. 晉北黃土高原鹽堿化草地的土壤理化性質[J]. 草業科學, 2012, 29(2): 174-178
[34] MIAO Y, HAN H, DU Y, et al. Nonlinear responses of soil respiration to precipitation changes in a semiarid temperate steppe[J]. Scientific Reports, 2017, 7(1): 45-782
[35] ZHANG B, LI W, CHEN S, et al. Changing precipitation exerts greater influence on soil heterotrophic than autotrophic respiration in a semiarid steppe[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2019, 271: 413-421
[36] QI Y, LIU X, DONG Y, et al. Differential responses of short-term soil respiration dynamics to the experimental addition of nitrogen and water in the temperate semi-arid steppe of Inner Mongolia, China[J]. Journal of Environmental Sciences, 2014, 26(4): 834-845
[37] 牛慧敏, 何雨欣, 卞嘉琛, 等. 養分添加和淺耕翻對晉北賴草草地土壤呼吸的影響[J]. 草地學報, 2023, 31(11): 3436-3443
[38] HAN Y, ZHANG Z, WANG C, et al. Effects of mowing and nitrogen addition on soil respiration in three patches in an old field grassland in Inner Mongolia[J]. Journal of Plant Ecology, 2012, 5(2): 219-228
[39] 楊澤. 氮添加量和施氮頻率對溫帶半干旱草原土壤呼吸及組分的影響[J]. 植物生態學報, 2020, 44(10): 1059-1072
[40] 江原, 甘小玲, 曹豐豐, 等. 短期氮磷添加對祁連山亞高山草地土壤呼吸組分的影響[J]. 環境科學, 2023, 44(4): 2283-2292
[41] 范凱凱, 李淑貞, 陳金強, 等. 呼倫貝爾草原土壤呼吸作用空間異質性分析[J]. 草地學報, 2022, 30(1): 205-211
[42] 趙學超, 徐柱文, 劉圣恩, 等. 氮添加對多倫草原土壤微生物呼吸及其溫度敏感性的影響[J]. 生態學報, 2020, 40(5): 1551-1561
[43] 溫超, 單玉梅, 曄薷罕, 等.氮和水分添加對內蒙古荒漠草原放牧生態系統土壤呼吸的影響[J]. 植物生態學報, 2020, 44(1): 80-92
[44] ZHOU J, FU B, GAO G, et al. Effects of precipitation and restoration vegetation on soil erosion in a semi-arid environment in the Loess Plateau, China[J]. Catena, 2016, 137: 1-11
[45] 袁吉有. 大氣氮沉降對森林土壤微生物影響的研究進展[J]. 云南大學學報, 2023, 45(1): 199-210
[46] WANG Z, MCKENNA T P, SCHELLENBERG M P, et al. Soil respiration response to alterations in precipitation and nitrogen addition in a desert steppe in northern China[J]. Science of the Total Environment, 2019, 688: 231-242
[47] JIA X, SHAO M, WEI X, et al. Responses of soil respiration to N addition, burning and clipping in temperate semiarid grassland in northern China[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2012, 166: 32-40
(責任編輯 "彭露茜)