天山北坡荒漠草原土壤呼吸和生態(tài)系統(tǒng)呼吸對降水的響應(yīng)

郭文章， 井長青， 王公鑫， 侯志雄， 趙葦康

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 新疆 烏魯木齊 830052)

IPCC研究結(jié)果顯示，未來極端降水事件的頻率將會(huì)有明顯增加的趨勢[1]，降水格局的改變會(huì)顯著影響受水分限制草地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過程[2]。土壤呼吸(Soil respiration，SR)是指土壤微生物以及植物根系與土壤動(dòng)物通過呼吸作用向大氣排放CO2的過程[3]，土壤呼吸是整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)呼吸(Ecosystem respiration，ER)的重要組成部分，對調(diào)控全球氣候變化下陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)有關(guān)鍵作用[4]。降水通過改變土壤水分狀況[5]，土壤微生物活動(dòng)[6]，改變植物生長以及其他生態(tài)過程，直接影響著植被—土壤的碳交換過程[7]。降水導(dǎo)致的土壤呼吸碳排放增量可以占到年土壤呼吸碳排放總量的16%～21%[8]，但降水對不同生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸的影響強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間存在較大的差異性[9]。準(zhǔn)噶爾盆地荒漠植被群落在模擬降水后土壤呼吸速率出現(xiàn)先減小后增大的現(xiàn)象[3]；內(nèi)蒙古荒漠草原在模擬降水后土壤呼吸速率和土壤含水量(Soil water content，SWC)顯著增加[10]；降水增加會(huì)使內(nèi)蒙古克氏針茅(Stipakrylovii)草原土壤呼吸速率較對照顯著增加[11]；15 mm和50 mm降雨能夠顯著提高黃土丘陵白羊草(Bothriochloaischaemum)草地土壤呼吸速率[12]。但也有研究顯示，降水明顯抑制了土壤呼吸速率，如祁連山亞高山草地在短時(shí)間模擬降雨后土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率都顯著降低[13]；張彬等[14]研究表明極端降水條件下，土壤水分含量過高會(huì)抑制土壤呼吸速率。這些研究結(jié)果的差異，表明降水對土壤呼吸速率的影響具有較大的不確定性，但降水過程對土壤呼吸速率的激發(fā)效應(yīng)和抑制效應(yīng)會(huì)顯著影響土壤碳通量估算的準(zhǔn)確性[15]。因此，在全球氣候變化將引起降水格局改變的背景下，研究土壤呼吸和生態(tài)系統(tǒng)呼吸對降水模式變化的響應(yīng)具有十分重要的意義。

干旱半干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，對全球氣候變化反應(yīng)敏感[16]，而荒漠生態(tài)系統(tǒng)作為干旱半干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其碳儲(chǔ)量為10×1015g C[17]。荒漠生態(tài)系統(tǒng)由于長期處于干旱狀態(tài)，對水分的響應(yīng)極其敏感，而由降水引起的土壤干濕交替會(huì)在一定程度上隨著干旱時(shí)間尺度的改變而影響土壤碳排放過程[18]。天山北坡因干旱半干旱區(qū)氣候背景、復(fù)雜地形及下墊面影響，造成該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，短時(shí)強(qiáng)降水頻繁發(fā)生[19]，草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量對降水的變化十分敏感[20]?；哪菰翘焐奖逼轮饕莸仡愋停陙?，由于受氣候變化和人類活動(dòng)的影響，導(dǎo)致該地區(qū)草地植被稀疏，土壤養(yǎng)分含量低，生態(tài)環(huán)境脆弱，草地嚴(yán)重退化[21]。胡毅等[22]研究表明天山北坡草甸草原土壤呼吸速率與土壤溫度顯著相關(guān)，與土壤濕度無顯著相關(guān)性；付皓宇等[23]研究結(jié)果表明準(zhǔn)噶爾盆地荒漠灌叢草地白天土壤呼吸速率與土壤溫、濕度呈正相關(guān)關(guān)系，夜間則相反。前人研究中，主要集中于研究草地土壤呼吸速率對降水響應(yīng)的研究[3,24]，對降水是如何影響草地生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率的研究較為少見，并且，降水對土壤呼吸的影響較為復(fù)雜，對估算整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)碳通量產(chǎn)生了極大的不確定性[20]，加之絕大多數(shù)地區(qū)降水多發(fā)生在生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率較大的生長季，所以研究降水對土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率的影響機(jī)制顯得尤為重要[13]。本文以天山北坡荒漠草原為研究對象，通過分析3種降水處理下土壤呼吸速率、生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率、土壤溫度(Soil temperature，Ts)、土壤含水量的動(dòng)態(tài)變化，探求天山北坡荒漠草原土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率對降水的響應(yīng)機(jī)制，進(jìn)一步明晰降水是如何影響荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)碳排放過程，同時(shí)也為干旱區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)碳排放研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于天山北坡溫性山地荒漠草原，隸屬于新疆烏魯木齊縣南山謝家溝(87.02°E，43.51°N)，海拔1 742 m，屬于典型中溫帶大陸性氣候，土壤為山地栗鈣土。根據(jù)國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn)數(shù)據(jù)集得出，南山謝家溝年平均氣溫2～5℃，年平均降水量303 mm，主要集中在5—10月，無霜期120～140 d，年均蒸發(fā)量1 100～1 300 mm。該研究區(qū)植被以鐮芒針茅(Stipacaucasica)、羊茅(Festucaovina)為優(yōu)勢種；以博洛塔絹蒿(Seriphidiumborotalense)、草原苔草(Carexliparocarpos)等為伴生種；灌木和半灌木以刺葉錦雞兒(Caraganaacanthophylla)為主。

1.2 環(huán)境因子觀測

荒漠草原觀測站點(diǎn)布設(shè)有土壤溫濕度觀測儀(美國Onset公司HOBO USB Micro Station)，該系統(tǒng)主要包括土壤溫度數(shù)據(jù)傳感器(S-TMB-M006)；土壤含水量傳感器(S-SMC-M005)及其數(shù)據(jù)采集器(HOBO U30)；數(shù)據(jù)傳感器探頭布設(shè)深度為：5 cm,20 cm,40 cm,70 cm,100 cm，采用HOBO數(shù)據(jù)采集器記錄。試驗(yàn)區(qū)安裝有HOBO小型氣象站，記錄風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度、光合有效輻射、降水量，觀測頻度均為每30分鐘記錄1次，日變化數(shù)據(jù)為每日48個(gè)觀測時(shí)次的平均值。

1.3 模擬降水試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1模擬降水量設(shè)置 依據(jù)研究區(qū)周邊最鄰近氣象站小渠子氣象站1999—2019年日降水量數(shù)據(jù)，結(jié)合國家氣象局的降水強(qiáng)度等級(jí)劃分，24小時(shí)內(nèi)累積降水量：a(0.1～10 mm)小量降水，b(10～25 mm)中量降水，c(25～50 mm)極端降水，提取研究區(qū)歷年5—10月單日不同降水量分段區(qū)間內(nèi)降水量的平均值，設(shè)置3種降水量梯度，5 mm為常規(guī)小量降水，18 mm為中量降水，28 mm為極端降水。

1.3.2樣地設(shè)置 選取天山北坡山地荒漠草原作為試驗(yàn)樣地，在試驗(yàn)樣地內(nèi)選擇微生境差異較小、有代表性的區(qū)域，分別設(shè)置6個(gè)10 m×10 m的樣地，3個(gè)樣地測定土壤呼吸速率，3個(gè)樣地測定生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率。每個(gè)10 m×10 m的樣地內(nèi)，隨機(jī)選取4個(gè)1 m×1 m的小樣方，在每個(gè)小樣方內(nèi)嵌入凹槽型同化箱基座(內(nèi)徑50 cm×50 cm)，并在基座臨近處設(shè)置相同大小的樣方，用于測定土壤溫度和土壤含水量。

1.3.3土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率測定 采用Li-840A碳通量測定系統(tǒng)測定土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率，為減少安置同化箱基座對土壤擾動(dòng)造成的短期內(nèi)土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率的波動(dòng)，于測量前一天安置同化箱基座，同化箱基座插入土壤5 cm，露出地面3 cm。提前1天將土壤呼吸速率測定基座內(nèi)的地上植被刈割，生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率測定基座內(nèi)的地上植被保留。在測量前1小時(shí)進(jìn)行人工模擬降水，4個(gè)樣方中分別進(jìn)行3個(gè)降水梯度處理(CK，5 mm，18 mm，28 mm)，使用噴壺噴灑，使水滴均勻撒在地表。在模擬降水處理完成后，開始土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率測定，每個(gè)樣方重復(fù)測定3次。同時(shí)，采用地溫計(jì)測定樣地5 cm，10 cm土壤溫度，采用烘干法測定樣地0～5 cm的土壤含水量。

測定時(shí)間為2020年8月1日，測量時(shí)間為當(dāng)日10∶00點(diǎn)至次日10∶00，日間2 h測定1次，夜間3 h測定一次。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用式(1)指數(shù)模型[14]擬合土壤呼吸速率與5 cm土壤溫度；采用式(2)[15]計(jì)算土壤呼吸溫度敏感性系數(shù)。

SR=aebTs

(1)

Q10=e10b

(2)

式中：SR為土壤呼吸速率(μmol·m-2·s-1)；Ts為5 cm土壤溫度；a為基礎(chǔ)土壤呼吸速率(μmol·m-2·s-1)；b為用于計(jì)算土壤呼吸溫度敏感性系數(shù)的常數(shù)；Q10為土壤呼吸溫度敏感性指標(biāo)。

采用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)，采用Origin 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 荒漠草原環(huán)境因子的季節(jié)變化

2020年生長季5—9月荒漠草原各環(huán)境因子具有明顯的季節(jié)變化特征，氣溫與土壤溫度季節(jié)變化趨勢相似，二者日均值變化范圍分別為2.50～23.34℃和6.77～25.53℃，土壤溫度明顯高于氣溫(圖1a)。生長季總降水量為218.4 mm，降水主要集中在7月(70 mm)，土壤含水量在4.65%～19.96%之間波動(dòng)，降雨與5 cm土壤含水量有很強(qiáng)的響應(yīng)關(guān)系(圖1b)。

圖1 荒漠草原環(huán)境因子的季節(jié)變化

2.2 土壤呼吸速率、土壤溫度和土壤含水量對不同降水處理的響應(yīng)

由表1可知，在3種降水處理下，土壤呼吸速率18 mm>28 mm>5 mm>CK，土壤溫度CK>5 mm>18 mm>28 mm，土壤含水量28 mm>18 mm>5 mm>CK。土壤呼吸速率在28 mm降水處理下與5 mm降水處理、CK之間存在顯著性差異(P<0.05)，土壤呼吸速率在18 mm降水處理下較CK顯著高出23.20%(P<0.05)。5 cm土壤溫度在CK處理下較5 mm，18 mm，28 mm降水處理下顯著高出8.86%，12.50%，17.47%；10 cm土壤溫度在CK處理下較5 mm，18 mm和28 mm降水處理下顯著高出14.37%，21.53%，27.29%。土壤含水量在3個(gè)不同降水處理下都存在顯著性的差異(P<0.05)，土壤含水量在28 mm，18 mm，5 mm降水處理下較CK顯著高出132.50%，70.23%，13.97%(P<0.05)。

表1 不同降水處理下土壤呼吸速率、土壤溫度、土壤含水量的單因素方差分析

2.3 不同降水處理下土壤呼吸速率、土壤溫度、土壤含水量的變化特征

天山北坡荒漠草原土壤呼吸速率日變化為明顯的單峰曲線，CK土壤呼吸速率峰值出現(xiàn)在14:00(3.95 μmol·m-2·s-1)；5 mm，18 mm降水處理土壤呼吸速率峰值均出現(xiàn)在16：00，為4.09 μmol·m-2·s-1，4.73 μmol·m-2·s-1，28 mm降水處理土壤呼吸速率峰值出現(xiàn)在14:00(4.26 μmol·m-2·s-1)，3種降水處理土壤呼吸速率谷值均出現(xiàn)在7：00(圖2a)。3種降水處理下5 cm土壤溫度和10 cm土壤溫度變化趨勢基本一致，呈單峰曲線變化；早晨10:00開始逐漸升高，在16:00達(dá)到峰值后逐漸下降，在早晨7:00達(dá)到最低值，土壤溫度最大值與最小值出現(xiàn)時(shí)間與土壤呼吸速率相一致，模擬降水后5 mm，18 mm，28 mm降水處理下土壤溫度均低于CK(圖2b，圖2c)。模擬降水可提高土壤含水量，但隨著時(shí)間的推移，土壤含水量逐漸下降(圖2d)。

圖2 不同降水處理下土壤呼吸速率、土壤溫度、土壤含水量的變化特征

2.4 生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率、土壤溫度和土壤含水量對不同降水處理的響應(yīng)

由表2可知，3種降水處理下生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率28 mm>18 mm>5 mm>CK，生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率在3種降水處理下都存在顯著性的差異(P<0.05)，生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率在28 mm，18 mm，5 mm降水處理下較CK顯著高出216.81%，153.27%，39.35%(P<0.05)。

表2 不同降水處理下生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率、土壤溫度、土壤含水量的單因素方差分析

土壤溫度變化的排列順序是CK>5 mm>18 mm>28 mm，5 cm土壤溫度在3個(gè)不同降水處理下都存在顯著性的差異(P<0.05)，5 cm土壤溫度在CK處理下較5 mm，18 mm，28 mm降水處理顯著高出6.21%，12.44%，22.13%(P<0.05)；10 cm土壤溫度在CK處理下較5 mm，18 mm，28 mm降水處理顯著高出14.47%，14.61%，21.74%(P<0.05)。土壤含水量大小變化排列順序是28 mm>18 mm>5 mm>CK，土壤含水量在28 mm，18 mm，5 mm降水處理下較CK顯著高出369.65%，308.00%，85.68%(P<0.05)。

2.5 不同降水處理下生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率、土壤溫度、土壤含水量的變化特征

天山北坡荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率呈現(xiàn)明顯的單峰曲線,5 mm，18 mm，28 mm降水處理下，生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率最大值分別出現(xiàn)在12∶00(3.19 μmol·m-2·s-1)，14∶00(4.95 μmol·m-2·s-1)，16∶00(5.66 μmol·m-2·s-1)，而CK生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率變化幅度較小，最大值出現(xiàn)在12∶00(2.01 μmol·m-2·s-1)(圖3a)。3種降水處理下5 cm土壤溫度和10 cm土壤溫度變化趨勢基本一致，呈單峰曲線變化，早晨10∶00開始逐漸升高，在16∶00達(dá)到峰值后逐漸下降，在早晨7∶00達(dá)到最低值(圖3b，圖3c)。模擬降水顯著提高了土壤含水量，隨著時(shí)間的推移，降水處理樣地土壤含水量逐漸下降，CK樣地土壤含水量無明顯波動(dòng)變化(圖3 d)。

2.6 土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率與土壤含水量的擬合關(guān)系

將土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率與土壤含水量進(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明：土壤呼吸速率與土壤含水量存在顯著的二次函數(shù)關(guān)系(P<0.01)，決定系數(shù)R2=0.57；當(dāng)土壤含水量達(dá)到閾值(38%)，土壤呼吸速率最高，土壤含水量過低或過高都會(huì)抑制土壤呼吸速率(圖4a)。生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率與土壤含水量存在顯著線性關(guān)系(P<0.01)，決定系數(shù)R2=0.66，生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率隨著土壤含水量的增加而升高(圖4b)。

圖4 土壤呼吸速率和和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率與土壤含水量之間的關(guān)系

2.7 不同降水處理下土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率與土壤溫度指數(shù)函數(shù)擬合

將不同降水處理下土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率與土壤溫度進(jìn)行回歸分析(表3)，結(jié)果表明：不同降水處理下土壤呼吸速率與土壤溫度呈指數(shù)變化趨勢(P<0.01)，土壤的呼吸速率與土壤溫度呈極顯著正相關(guān)性；5 mm，18 mm，28 mm降水處理下土壤呼吸Q10值均小于CK。不同降水處理下生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率與土壤溫度呈指數(shù)變化趨勢(P<0.01)，CK,5 mm，18 mm，28 mm降水處理下的生態(tài)系統(tǒng)呼吸溫度敏感性系數(shù)(Q10)值分別是1.698，1.419，2.054，1.934；5 mm降水處理降低了生態(tài)系統(tǒng)呼吸溫度敏感性系數(shù)Q10，而18 mm，28 mm降水處理提高了生態(tài)系統(tǒng)呼吸敏感性系數(shù)Q10。

表3 土壤呼吸速率、生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率和土壤溫度的指數(shù)函數(shù)擬合

3 討論

3.1 土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率日變化特征

在干旱半干旱地區(qū)，水分是生態(tài)系統(tǒng)生物活動(dòng)的主要限制因子，降水通過改變土壤的干濕狀況直接影響土壤碳排放過程，進(jìn)而引起土壤碳庫的變化[25]。本研究表明，不同降水處理下土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率日變化呈單峰曲線，均表現(xiàn)為日間14:00—16:00達(dá)到峰值，夜間7:00左右達(dá)到最小值，土壤溫度與土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率日變化趨勢一致，這與前人研究結(jié)果相一致[26-27]。模擬降水后，影響了荒漠草原土壤可溶性有機(jī)質(zhì)的擴(kuò)散和分解、促進(jìn)了微生物和根系的生命活動(dòng)，從而增強(qiáng)土壤中的根系呼吸和異養(yǎng)呼吸，隨著溫度升高，使土壤呼吸速率在中午達(dá)到最大值，之后隨著土壤溫度的降低，根系呼吸和土壤微生物呼吸逐漸減弱，土壤呼吸速率開始下降。

3.2 不同降水處理對土壤呼吸速率的影響

降水是土壤水分的主要來源，通過改變土壤溫度和土壤含水量間接地影響植物根系、土壤微生物以及土壤動(dòng)物的代謝活動(dòng)，從而對土壤呼吸速率產(chǎn)生影響[28]。王忠武等[10]在內(nèi)蒙古荒漠草原研究發(fā)現(xiàn)隨著降水增加，土壤呼吸速率和土壤濕度呈顯著增加趨勢；宋曉輝等[29]研究表明短花針茅(Stipabreviflora)荒漠草原土壤呼吸速率和地下生物量隨著降水的增多而顯著增加；Wang等[30]在呼倫貝爾草甸草原研究表明土壤呼吸速率隨著降水量的增加呈現(xiàn)下降趨勢。本研究中，降水使土壤呼吸速率顯著增高，但極端降水抑制土壤呼吸。主要是由于：(1)荒漠草原土壤含水量較低，降水后水分迅速取代了土壤中氣體的位置，使CO2大量排放[15]；(2)模擬降水后，土壤含水量迅速升高，土壤可溶性有機(jī)物的有效性和流動(dòng)性增強(qiáng)，有機(jī)物的增加會(huì)促進(jìn)微生物活性并提供給微生物繁殖足夠的底物，進(jìn)而增加土壤呼吸速率[31]；但極端降水后，土壤含水量達(dá)到閾值，土壤迅速達(dá)到水分飽和狀態(tài)，降水引發(fā)的干濕交替通過限制O2進(jìn)入土壤，形成厭氧環(huán)境，抑制微生物和植物根系呼吸[15]，因此，極端降水后土壤呼吸速率不再增加。模擬降水后，荒漠草原土壤含水量顯著增大，之后逐漸降低，而降水處理后土壤溫度較對照顯著降低。這與趙維俊[32]和韓璐等[33]的研究結(jié)果相一致，這是因?yàn)橥寥罎穸仍龃髸?huì)使土壤熱容量變大，從而導(dǎo)致土壤溫度降低[34]。

3.3 不同降水處理對生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率的影響

降水是驅(qū)動(dòng)碳排放過程的關(guān)鍵因子，降水的改變能夠影響生態(tài)系統(tǒng)的碳源匯功能[35]。溫度和水分顯著影響生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率，因水熱條件的區(qū)域差異和季節(jié)性差異，不同生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率存在巨大的差異性[27]。在干旱環(huán)境中，生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率與土壤溫度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)受土壤含水量的顯著影響[36]；較干燥的草地生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率與土壤溫度呈負(fù)相關(guān)，但與土壤水分呈正相關(guān)[37]。朱灣灣等[7]發(fā)現(xiàn)增加降水會(huì)顯著提高寧夏荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率的峰值；張濤等[27]在青藏高原高寒草甸研究發(fā)現(xiàn)，生長季生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率與土壤水分無顯著關(guān)系，而非生長季生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率隨著土壤水分增加而增加。Wu等[38]綜合分析31個(gè)降水實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果得出，增加降水會(huì)顯著刺激植物的生長，增強(qiáng)微生物的活性，提高生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率。本研究中，降水增加可顯著提高荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率，是由于天山北坡荒漠草原長期處于干旱環(huán)境中，降水通過提高土壤含水量、促進(jìn)土壤酶活性、加速土壤的碳礦化過程、調(diào)節(jié)土壤微生物生理活性等途徑[39]，促進(jìn)植被地上部分呼吸和根系呼吸。

3.4 降水對土壤呼吸溫度敏感性系數(shù)的影響

土壤呼吸溫度敏感系數(shù)Q10是評(píng)價(jià)土壤呼吸的重要指標(biāo)之一，了解環(huán)境因子對Q10的影響是預(yù)測未來氣候變化下土壤碳循環(huán)的關(guān)鍵[40]。在全球氣候氣候變化的背景下，影響Q10值變異性的因素多種多樣，土壤溫度、土壤有機(jī)碳含量與活性、土壤微生物、水分及地表植被覆蓋類型等與土壤呼吸Q10值密切相關(guān)[41]。溫度和水分是影響Q10值的重要因素[42]，Q10值先是隨著土壤水分含量的上升而增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)最大值后隨著水分含量的上升逐漸減小[43]。在本研究中，不同降水處理下荒漠草原土壤呼吸溫度敏感性Q10顯著降低；但在不同降水處理下荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)呼吸溫度敏感性Q10隨著降水的增加有降低也有升高趨勢，這可能與降水增加后荒漠草原植被呼吸作用、土壤微生物活性和有機(jī)質(zhì)分解速率增加有關(guān)，然而確切的有關(guān)原因還有待于進(jìn)一步地探索。

4 結(jié)論

不同降水處理下，天山北坡荒漠草原土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率日變化呈單峰曲線；降水可顯著提高天山北坡荒漠草原土壤呼吸速率，但當(dāng)降水量超過一定閾值后，降水會(huì)對荒漠草原土壤呼吸產(chǎn)生抑制作用；降水通過提高土壤水分來促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率；降水處理下，土壤溫度的變化也會(huì)顯著影響土壤呼吸速率和生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率。因此，降水通過改變土壤水分和土壤溫度來影響天山北坡荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)碳排放過程。