水熱條件對博州草原退化群落土壤呼吸的影響

道爾洪·畢亞克

摘要：草原退化是當(dāng)前我國面臨的一個比較嚴(yán)重的環(huán)境問題，博州地區(qū)的草原面積遼闊，近年來也出現(xiàn)草原退化現(xiàn)象，本文就水熱條件對草原退化群落的土壤的影響進(jìn)行分析，主要探討了溫度和水分對土壤呼吸的影響。

關(guān)鍵詞：水熱條件；草原退化；土壤呼吸

引言

土壤呼吸是土壤中的很多微生物以及植物根系進(jìn)行生命活動的標(biāo)志，也是碳循環(huán)的重要組成部分，在相關(guān)研究過程中，對土壤中的二氧化碳的釋放量進(jìn)行估測，并且確定二氧化碳釋放量與環(huán)境因子以及人類活動之間的關(guān)系，對于生態(tài)系統(tǒng)碳收支中的生物學(xué)過程的估價起到關(guān)鍵作用，同時還能對陸地生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中的功能以及地位進(jìn)行評測。土壤呼吸往往會因?yàn)榈乇砀采w的植物種類的不同而有所差異，草原生態(tài)系統(tǒng)是世界陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體類型之一，近年來我國的草原逐漸呈現(xiàn)退化的狀態(tài)，對于退化的草原生態(tài)系統(tǒng)中的土壤呼吸情況以及影響土壤呼吸的因素進(jìn)行研究，有助于了解不同土地的利用狀況，從而對于該地區(qū)的碳循環(huán)功能進(jìn)行了解。土壤呼吸直接受到兩個環(huán)境因素的影響，一個是溫度，一個是水分，對于博州地區(qū)的退化草原群落的土壤呼吸情況進(jìn)行分析時，也應(yīng)該把握水熱因子的影響。

1 土壤呼吸的測定方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)計

土壤呼吸的測定是定期、間隔進(jìn)行的，一般每月進(jìn)行三次測定，選取四個月的實(shí)驗(yàn)時間，一共要測定14次，在選取測試樣本的時候，可以在樣地內(nèi)隨機(jī)選取直徑為25厘米的原形樣地，將其中五個樣地中的植物全部剪掉，并且在上面放置高度為2厘米的三角支架，再將20毫升濃度1.0 mol/L的NaOH溶液注入玻璃瓶中，然后將玻璃瓶放在支架上，并且要用鍍有金屬反光層而且一端是密閉的金屬圓筒迅速扣置在樣地上，然后要將金屬圓筒壓入地面中。為了對大氣中的二氧化碳的濃度進(jìn)行測定，還需要設(shè)立相關(guān)對照情況，為了測定大氣中的二氧化碳的含量，可以分別用金屬桶和玻璃瓶進(jìn)行對照，兩種容器的規(guī)格、其中的堿液濃度和體積都應(yīng)該要保持一致。當(dāng)經(jīng)過24小時之后，可以取回堿液瓶，并且將其帶回實(shí)驗(yàn)室分析，在整個過程中應(yīng)該要用蓋子蓋住瓶口，以防空氣對其中的質(zhì)量產(chǎn)生影響。在實(shí)驗(yàn)分析中，土壤24小時呼吸所產(chǎn)生的二氧化碳含量的計算公式如下：

F=（V1- V2）× N× E

其中各個參數(shù)的含義如下：F為土壤呼吸產(chǎn)生的二氧化碳的含量，單位為mg；V1為中和對照處理過程中堿液所消耗的鹽酸體積，單位為ml，V2為中和土壤呼吸處理中堿液所消耗的鹽酸體積，單位為ml，N為鹽酸的濃度，單位為mol/L，E為質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，這個公式中E的取值為22。

2 水熱條件與草原退化群落呼吸情況的關(guān)系

2.1 土壤呼吸、溫度和水分的季節(jié)動態(tài)

在實(shí)驗(yàn)期間，土壤的呼吸速率是會隨著外界環(huán)境的改變而變化的，土壤的呼吸速率總體呈現(xiàn)夏季較高，其他季節(jié)較低的狀態(tài)。土壤的呼吸季節(jié)動態(tài)會隨著溫度以及水分的變化表現(xiàn)出不規(guī)律的波動狀態(tài)，呼吸速率最高出現(xiàn)在六月和七月之間，此時的氣溫也是一年中溫度最高的時候，而且土層中的水分也在這個時間出現(xiàn)最高值，當(dāng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)┢诘臅r候，當(dāng)?shù)匾呀?jīng)是秋冬季節(jié)，溫度以及水分也達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的最低值。

2.2 溫度與土壤呼吸之間的關(guān)系

在實(shí)驗(yàn)過程中，氣溫和各個土層的溫度變化呈現(xiàn)相同的趨勢，但是外界的溫度和土層的溫度變化幅度是不相同的，從實(shí)驗(yàn)可以得出，大氣的溫度、地表的溫度、地下5厘米和15厘米處的溫度變化分別是-3.80～26.40℃、-1.00～39.83℃、0.17～32.25℃、4.33～24.50℃，這個溫度的變化也與土壤的呼吸速率之間存在著明顯的關(guān)系，兩者之間的變化指數(shù)分別是1.63、1.47、1.52、1.90，由此可見，在所有的溫度指標(biāo)中，大氣溫度與土壤的呼吸速率關(guān)系最密切，其次是地表的溫度，在土層中，由于土層的厚度不同，其與土壤的呼吸速率關(guān)系密切度也不相同，土層厚度為10厘米的時候，土層的溫度與土壤的呼吸速率相關(guān)性最好。另外有關(guān)于草原群落的土壤呼吸速率研究得出，當(dāng)外界溫度低于15℃時，氣溫和土壤呼吸之間的相關(guān)性最好，也就是說，溫度比較低的時候，土壤呼吸速率的散點(diǎn)聚集在擬合曲線附近，當(dāng)溫度比較高的時候，呼吸速率的散點(diǎn)會發(fā)散開，由此可以得出，溫度較低的時候土壤受到溫度變化的影響比較明顯，當(dāng)外界溫度比較高時，土壤受到溫度變化的影響較小，其他因素對土壤呼吸產(chǎn)生的影響就相對地表現(xiàn)得比較明顯。

2.3 土壤呼吸與土壤水分之間的關(guān)系

土壤呼吸速率和土壤的水分含量之間也有一定的關(guān)系，在夏天時，土壤的呼吸呈現(xiàn)出的最高值和最低值都和土壤的含水量的變化是保持同步的，在實(shí)驗(yàn)中，土層厚度在0～10cm和10～20cm之間的土壤的含水量都比較低，而且變化的范圍是1.90～8.41%和2.17～7.24%，土壤的含水量和土壤呼吸之間存在著比較明顯的線性關(guān)系。由于我國所處的地理位置，博州地區(qū)的草原會受到季風(fēng)氣候的影響，所以溫度和水分的變化狀況總體是相似的，也就是說，當(dāng)溫度發(fā)生變化的時候，空氣中的水分的含量對土壤呼吸的影響可以忽略，水分的影響相對于溫度的影響要小很多。為了研究水分對土壤呼吸情況的影響，則必須要對溫度這一影響因素進(jìn)行去除，得到下面的公式：

Y10= YT× e0.048 9（10- T）

其中Y10指的是當(dāng)外界溫度達(dá)到10℃時的土壤呼吸速率，YT是外界溫度為T時的實(shí)際土壤呼吸速率，T是外界的實(shí)際氣溫，利用這個公式分析可知，當(dāng)消除了外界溫度的影響之后，土壤的呼吸速率和土層的水分之間存在緊密的乘冪關(guān)系。

結(jié)語

綜上所述，草原退化群落的土壤呼吸研究是草原群落生態(tài)環(huán)境研究的重要內(nèi)容，草原土壤的呼吸主要受到外界溫度和水分的影響，對于這兩者所帶來的影響的大小，必須要進(jìn)行分析，從而對草原保護(hù)提供一定的理論依據(jù)。

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（作者單位：新疆博州草原工作站（蝗蟲鼠害防治測報站））