施用糞肥對(duì)我國(guó)北方農(nóng)田土壤呼吸溫度敏感性的影響

摘要：［目的］本研究旨在探明糞肥施用對(duì)我國(guó)北方農(nóng)田土壤呼吸溫度敏感性Q10的影響及主要驅(qū)動(dòng)因素，為制定合理的農(nóng)業(yè)管理措施、減少農(nóng)田土壤CO2排放提供科學(xué)依據(jù)。［方法］本研究在中國(guó)知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)和Web of Science 數(shù)據(jù)庫(kù)收集國(guó)內(nèi)外關(guān)于施用糞肥對(duì)土壤呼吸溫度敏感性影響的相關(guān)文獻(xiàn)，用關(guān)鍵詞“糞肥”、“土壤呼吸”、“溫度敏感性”和“中國(guó)北方”進(jìn)行檢索，共提取已公開發(fā)表的16 篇文獻(xiàn)中試驗(yàn)數(shù)據(jù)104 組。采用整合分析（Meta-analysis）探討不同糞肥施用條件下各因素對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的影響。［結(jié)果］糞肥施用可顯著提高土壤呼吸溫度敏感性，平均提升幅度為8. 11%。施肥類型中，豬糞對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的增幅（12. 72%）顯著高于雞糞的增幅（5. 56%）；糞肥施用量≤15 000 kg·hm-2對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的增幅最大（11. 48%）；單施糞肥的增幅（11. 96%）顯著高于糞肥配施化肥的增幅（5. 22%）。土壤有機(jī)碳含量≥12 g·kg-1 時(shí)土壤呼吸溫度敏感性的增幅（7. 17%）顯著高于6～12 g·kg-1 水平（2. 23%）時(shí)的增幅；土壤初始pH≥7 的增幅（（8. 11%）顯著高于pHlt;7 的增幅（3. 48%）。不同氣候條件下，年均溫≤5 ℃ 時(shí)土壤呼吸溫度敏感性的增幅為8. 49%，年降雨量為400～600 mm 時(shí)的增幅（8. 98%）顯著高于≤400 mm（2. 71%）和≥600 mm 時(shí)的增幅（-3. 13%）。此外，隨機(jī)森林結(jié)果表明土壤有機(jī)碳含量是影響土壤呼吸溫度敏感性變化的關(guān)鍵因素，其解釋率達(dá)42. 6%。［結(jié)論］綜上，在我國(guó)北方農(nóng)田雞糞配施化肥且糞肥施用量gt;15 000 kg·hm-2對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的增幅最小，可以有效減緩農(nóng)田土壤的碳排放，以達(dá)到應(yīng)對(duì)全球變暖現(xiàn)狀的目的。此外，土壤有機(jī)碳含量是影響糞肥施用下中國(guó)北方農(nóng)田土壤呼吸溫度敏感性變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。

關(guān)鍵詞：糞肥； 土壤呼吸； 溫度敏感性； 北方； 整合分析

中圖分類號(hào)：S156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-8151（2024）01-0070-09

18 世紀(jì)初以來，大氣中CO2 等溫室氣體濃度增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然增加速度，預(yù)計(jì)到21 世紀(jì)末，全球平均溫度將上升2 ℃［1］。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作為CO2的重要排放來源，占人類活動(dòng)溫室氣體排放量的30%［2-3］，因此，合理的農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)減少溫室氣體排放具有重要意義。土壤呼吸是農(nóng)田土壤有機(jī)碳分解和釋放CO2的主要途徑之一，也是影響大氣CO2 濃度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。土壤呼吸溫度敏感性可反映土壤呼吸對(duì)溫度變化響應(yīng)的劇烈程度，用溫度每升高10 ℃ 土壤呼吸速率變化的倍數(shù)來表示，即溫度敏感性（Q10）［2］。因此，準(zhǔn)確評(píng)估不同農(nóng)田管理措施下土壤呼吸溫度敏感性Q10 變化的差異特征及其主要影響因素不僅為合理的農(nóng)田管理措施提供科學(xué)依據(jù)，而且對(duì)于提高土壤固碳能力，減少農(nóng)田土壤碳排放具有重要意義。

作為全球普遍施用的有機(jī)肥類型，畜禽糞便的施用會(huì)改變土壤呼吸對(duì)溫度變化的響應(yīng)，影響其溫度敏感性Q10，其中糞肥類型和施用量均會(huì)改變土壤中微生物對(duì)有機(jī)物的代謝過程，進(jìn)而影響土壤呼吸強(qiáng)度［3-5］。長(zhǎng)期施肥投入的有機(jī)物料為土壤提供了豐富的外源碳，提高了土壤呼吸速率，增大了土壤呼吸溫度敏感性［6］。其中，土壤有機(jī)碳組分特別是活性有機(jī)碳組分是影響土壤呼吸溫度敏感性的一個(gè)重要因素［3］，Davidson 等［7］根據(jù)改良過的米-曼方程發(fā)現(xiàn)，最大的溫度敏感性在易分解有機(jī)碳組分含量較多的土壤，而不是難分解有機(jī)碳組分含量較多的土壤。賀美等［8］發(fā)現(xiàn)，在東北中部地區(qū)施入土壤中的糞肥施用量由23 000 kg·hm-2增加到34 500 kg·hm-2 時(shí)土壤呼吸的溫度敏感性由1. 39 提升到了1. 44，土壤呼吸溫度敏感性隨著施肥量增加而增加。但吳瑞娟等［9］對(duì)同一地區(qū)的研究結(jié)果與之相反，糞肥施用量從23 000 kg·hm-2提升到30 000 kg·hm-2 后，土壤呼吸溫度敏感性從3. 30 降低至2. 71。此外，當(dāng)土壤中施入不同類型的糞肥后也會(huì)造成不同的溫度敏感性。蘆思佳等［10］在東北地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，與單施化肥相比，豬糞配施化肥后土壤呼吸溫度敏感性由1. 06提升到2. 36，而Chen 等［11］在同一地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，與單施化肥相比，雞糞配施化肥后土壤呼吸溫度敏感性由2. 76 提升到3. 24。目前關(guān)于糞肥施用類型和施用量對(duì)于土壤呼吸溫度敏感性的影響結(jié)論尚不統(tǒng)一，闡明糞肥施用對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的影響具有重要意義。

在施用糞肥條件下土壤呼吸溫度敏感性還受土壤性質(zhì)和土壤環(huán)境因子的影響［8］，王春新等［5］研究發(fā)現(xiàn)，在北方地區(qū)農(nóng)田土壤pH 不同會(huì)影響土壤中微生物的生活環(huán)境，影響土壤中微生物活性，使微生物呼吸速率發(fā)生變化，從而改變了土壤呼吸溫度敏感性。土壤溫度和水分是影響土壤呼吸溫度敏感性關(guān)鍵環(huán)境驅(qū)動(dòng)因子，土壤呼吸的主要組分如根系呼吸和微生物呼吸均是依賴于土壤溫度和水分進(jìn)行的生物學(xué)過程［12］。陳仕陽等［13］在我國(guó)北方地區(qū)進(jìn)行溫度和土壤呼吸的相關(guān)性試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在施用牛糞之后，隨著土壤溫度的變化，土壤呼吸溫度敏感性也發(fā)生變化，且溫度和土壤呼吸之間存在顯著關(guān)系。但也有研究表明，在一定條件下土壤呼吸溫度敏感性隨溫度增加呈指數(shù)增長(zhǎng)［14］；關(guān)于土壤水分對(duì)土壤呼吸溫度敏感性影響的結(jié)論尚未統(tǒng)一，劉洪升等［4］通過研究發(fā)現(xiàn)，降雨量與土壤呼吸溫度敏感性之間存在顯著關(guān)系，但土壤受到干旱脅迫的情況下，土壤呼吸溫度敏感性只受水分的影響。盡管已有關(guān)于土壤呼吸溫度敏感性影響因子的研究，但對(duì)其研究結(jié)果還存在爭(zhēng)議，其影響機(jī)制有待進(jìn)一步探討。

因此，為了探明施用糞肥對(duì)中國(guó)北方農(nóng)田土壤呼吸溫度敏感性Q10 的影響，應(yīng)對(duì)中國(guó)北方范圍內(nèi)相對(duì)獨(dú)立的研究進(jìn)行大數(shù)據(jù)匯總分析。本研究運(yùn)用Meta 分析方法，通過收集現(xiàn)有相關(guān)文章中的數(shù)據(jù)，量化不同糞肥施用條件下農(nóng)田土壤呼吸溫度敏感性的差異特征，并從施肥措施、土壤性質(zhì)以及氣候因素出發(fā)明確糞肥施用下農(nóng)田土壤呼吸溫度敏感性差異的主要驅(qū)動(dòng)因子，旨在為我國(guó)北方農(nóng)田土壤固碳減排提供科學(xué)的技術(shù)與理論支持。

1 材料與方法

1. 1 數(shù)據(jù)來源

在中國(guó)知網(wǎng)、萬方、維普等多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過設(shè)置“ 糞肥（Manure）”、“ 土壤呼吸（Soil respiration）”、“ 溫度敏感性（Temperature sensitivity）”、“ 華北”、“ 東北”、“ 西北”等關(guān)鍵詞，檢索2023 年1月15 日前發(fā)表的有關(guān)施用糞肥對(duì)土壤呼吸溫度敏感性影響的文獻(xiàn)，并進(jìn)行篩選，篩選標(biāo)準(zhǔn)為：

（1）研究地區(qū)為中國(guó)北方（東北：吉林、黑龍江、遼寧；西北：青海、甘肅、寧夏、陜西、新疆；華北：內(nèi)蒙古、山東、河北、河南、山西、北京、天津）。試驗(yàn)細(xì)節(jié)（如試驗(yàn)地點(diǎn)、時(shí)間、管理措施等）清楚；（2）文章中包含明確嚴(yán)格的處理和對(duì)照；（3）試驗(yàn)中不同處理最少3 次重復(fù)；（4）數(shù)據(jù)要有平均值、樣本數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)差/誤；（5）采集土壤為0～20 cm 的土壤。

對(duì)符合標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)提取區(qū)域、年均溫、年降水、施肥年限、施肥方式、糞肥類型、溫度敏感性Q10等數(shù)據(jù)。共篩選出符合要求的文獻(xiàn)16 篇，包含172組數(shù)據(jù)樣本。

1. 2 數(shù)據(jù)分類

根據(jù)文獻(xiàn)中糞肥的施用方式，對(duì)篩選的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，將試驗(yàn)組分為單施糞肥和糞肥+化肥2類，對(duì)照組分為不施肥和施用無機(jī)肥，共收集了104 組配對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。考慮到本研究試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)量的限制及分布在中國(guó)北方，因此將年均溫劃分為3類［15］（≤5 ℃ ，5～10 ℃ ，≥10 ℃）；年降雨劃分為3類［16］（≤400 mm，400～600 mm，≥600 mm）；初始pH 劃分為2 類［17］（lt;7，≥7）；有機(jī)碳含量劃分為3類［18］（≤6 g·kg-1，6～12 g·kg-1，≥12 g·kg-1）；糞肥類型劃分為3 類（豬糞，牛糞，雞糞）；糞肥施用量劃分為2 類［19］（≤15 000 kg·hm-2，gt;15 000 kg·hm-2）。

1. 3 數(shù)據(jù)分析方法

土壤呼吸速率對(duì)溫度的敏感性通常用Q10 來描述。Q10 是溫度每升高10 ℃所造成的土壤呼吸速率增加的倍數(shù)。在不受其它因子限制的情況下可以用指數(shù)方程描述［20］：

Q10 = （ V2 - V1 ）（ 10/T2 - T1 ） （1）

式中，V1為增溫前土壤呼吸速率/（μmo·l m-2·s-1），V2 為增溫后土壤呼吸速率/（μmol·m-2·s-1），T1 為增溫前的土壤溫度/℃ ，T2 為增溫后的土壤溫度/℃。

Meta 分析是一種將多項(xiàng)研究結(jié)果進(jìn)行定量合成分析的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對(duì)不同影響因素的綜合效應(yīng)進(jìn)行定量分析，綜合探討結(jié)果之間的關(guān)系，明確各影響因素的相對(duì)貢獻(xiàn)大小［21］。本研究分析的數(shù)據(jù)來自所篩選文獻(xiàn)中的文字、表格或圖表，對(duì)于以圖片的形式呈現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)我們利用GetDataGraph Digiti-zer 2. 2. 4 軟件從圖片中提取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，另外如果文獻(xiàn)提供的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)誤差（SE），本文將按照下式將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)偏差，即標(biāo)準(zhǔn)差（SD）：

本研究采用整合分析的方法，比較施用糞肥對(duì)土壤呼吸溫度敏感性影響的效應(yīng)大小。因此需要引入效應(yīng)值指標(biāo)，量化試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在本研究中，土壤呼吸溫度敏感性Q10 利用自然對(duì)數(shù)的響應(yīng)比（response ratios，RR）作為效應(yīng)值，并計(jì)算95% 置信區(qū)間（95%CI）。如果納入的研究結(jié)果之間沒有異質(zhì)性，即P≥0. 1、I2lt;50%，選用固定效應(yīng)模型（fixed effect model，F(xiàn)EM），反之則用隨機(jī)效應(yīng)模型（random effect model，REM）［22］。因此，本研究采用隨機(jī)模型計(jì)算95% 置信度下的置信區(qū)間（CI）、加權(quán)平均差和相關(guān)方差，以減少異質(zhì)性的影響。其中，lnRR 可通過式（3）進(jìn)行計(jì)算［23］：

ln RR = ln （B CK ） = ln B - ln CK （3）

式中，B 代表處理組即糞肥/化肥配施糞肥施用后土壤呼吸溫度敏感性Q10 值的平均值；CK 代表對(duì)照組即不施肥ln RR = ln （ B/CK ） 單施化肥的土壤呼吸溫度敏感性Q10 值的平均值。此外，平均值的變異系數(shù)V（variance）、權(quán)重Wij （weighted factor）、權(quán)重響應(yīng)比RR++（weighted response ration）、RR++的標(biāo)準(zhǔn)誤（S）以及其95%CI 可按如下公式計(jì)算［24］：

式（4）中，SDB2 和SDCK2 分別代表處理組和對(duì)照組的標(biāo)準(zhǔn)差；nB 和nCK 分別表示處理組和對(duì)照組的樣本數(shù)。效應(yīng)值標(biāo)準(zhǔn)差越小，分配的權(quán)重越大，權(quán)重響應(yīng)比（處理相對(duì)于對(duì)照增減的百分?jǐn)?shù)）及其95%CI 可以通過（eRR++-1）×100% 來轉(zhuǎn)化。若95% 的置信區(qū)間包含零值，表明施用糞肥對(duì)土壤呼吸溫度敏感性Q10 無顯著影響（Pgt;0. 05）［25］；若95% 的置信區(qū)間大于零值，則表明施用糞肥能顯著提高土壤呼吸溫度敏感性Q10 （Plt;0. 05）；若95% 的置信區(qū)間小于零值，則表明施用糞肥能顯著降低土壤呼吸溫度敏感性Q10 （Plt;0. 05）。

為了便于理解和描述，使用如下公式，以相對(duì)于控制組的變化百分比來估計(jì)增幅效應(yīng)：

變化百分比（% ）=[ exp（ lnRR++ ）- 1 ]× 100（9）

隨機(jī)森林方法則是運(yùn)用R 語言中的軟件包“RandomForest”來計(jì)算各因素對(duì)施肥“增效”作用的貢獻(xiàn)率。

1. 4 正態(tài)分析

運(yùn)用SPSS 26. 0 軟件對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的變化數(shù)據(jù)進(jìn)行單樣本非參數(shù)檢驗(yàn)，擬合曲線呈顯著的正態(tài)分布（Plt;0. 05），柱形圖代表了土壤呼吸溫度敏感性響應(yīng)比的頻數(shù)分布（圖1）。

2 結(jié)果與分析

2. 1 施用糞肥對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的影響

由圖2 可見，施用糞肥對(duì)土壤呼吸溫度敏感性變化有顯著的影響，糞肥類型，糞肥施用量和糞肥施用方式均可顯著增加土壤呼吸的溫度敏感性（8. 11%），其中施用豬糞土壤呼吸溫度敏感性的增幅最大，為12. 72%，且顯著高于（Plt;0. 05）雞糞（5. 56%），牛糞增幅為6. 57%，與豬糞和雞糞之間差異均不顯著。糞肥施用量也會(huì)對(duì)土壤呼吸溫度敏感性產(chǎn)生影響，當(dāng)糞肥施用量≤15 000 kg·hm-2時(shí)土壤呼吸溫度敏感性的增幅為11. 48%。當(dāng)糞肥施用量gt;15 000 kg·hm-2時(shí)對(duì)土壤呼吸溫度敏感性無顯著影響（Pgt;0. 05）。糞肥施用方式不同，對(duì)土壤呼吸溫度敏感性也會(huì)造成不同的影響。當(dāng)單施糞肥時(shí)土壤呼吸溫度敏感性的增幅為11. 96%，顯著高于（Plt;0. 05）糞肥配施化肥時(shí)對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的增幅（5. 22%）。

2. 2 不同性質(zhì)下土壤呼吸溫度敏感性對(duì)施用糞肥的響應(yīng)

由圖3 可知，土壤初始有機(jī)碳和pH 均對(duì)土壤呼吸溫度敏感性有顯著影響（Plt;0. 05）。當(dāng)土壤有機(jī)碳初始含量≤6 g·kg-1 時(shí)，土壤呼吸溫度敏感性增幅為5. 11%；當(dāng)有機(jī)碳含量為6～12 g·kg-1時(shí)，對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的增幅為2. 23%，當(dāng)有機(jī)碳含量≥12 g·kg-1 時(shí)對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的增幅最大，為7. 17%。且有機(jī)碳含量6～12 g·kg-1和≥12 g·kg-1 時(shí)存在顯著的組間差異（Plt;0. 05）。此外，當(dāng)土壤初始pH≥7 時(shí)土壤呼吸溫度敏感性（8. 11%）顯著高于pHlt;7 時(shí)（3. 48%），且2 組分類之間存在顯著差異（Plt;0. 05）。

2. 3 不同氣候環(huán)境下土壤呼吸溫度敏感性對(duì)施用糞肥的響應(yīng)

由圖4 可見，氣候因素的不同（年均溫和年降雨）也會(huì)對(duì)土壤呼吸溫度敏感性產(chǎn)生不同的影響，當(dāng)年降雨量≤400 mm 時(shí)，土壤呼吸溫度敏感性的增幅為2. 71%，年降雨量400～600 mm 時(shí)，土壤呼吸溫度敏感性的增幅最大，為8. 98%，年降雨量≥600 mm 對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的影響為負(fù)效應(yīng)，增幅為? 3. 13%。且年降雨量≤400 mm 和年降雨量≥600 mm 時(shí)，土壤呼吸溫度敏感性增幅顯著低于年降雨量400～600 mm 的增幅（Plt;0. 05）。當(dāng)年均溫≥10 ℃和年均溫5～10 ℃時(shí)，對(duì)土壤呼吸溫度敏感性無顯著影響。此外，當(dāng)年均溫≤5 ℃時(shí)土壤呼吸溫度敏感性增幅為8. 49%。

2. 4 土壤呼吸溫度敏感性變化的驅(qū)動(dòng)因素

氣候因素（年均溫與年降雨），施肥（施肥類型與施肥量）和土壤性質(zhì)（pH 和有機(jī)碳）共同影響著土壤呼吸溫度敏感性的變化。在中國(guó)北方農(nóng)田，影響土壤呼吸溫度敏感性的主要因素是土壤有機(jī)碳（SOC）含量，其解釋率為42. 6%，其次是氣候因素，如年降雨和年均溫的解釋率分別為18. 8% 和15. 8%。此外，糞肥類型、糞肥施用量、土壤pH 對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的解釋率分別為12. 1%、6. 5% 和4. 2%（圖5）。綜上，土壤初始有機(jī)碳含量是影響中國(guó)北方農(nóng)田中土壤呼吸溫度敏感性變化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。

3 討論

本研究結(jié)果表明，施用糞肥顯著提高了土壤呼吸溫度敏感性Q10 （圖2），這與靳東升等［26］的研究結(jié)果一致，施用糞肥后提升了土壤中的有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀含量，為土壤微生物提供了豐富的底物，加速了土壤微生物代謝過程，提高了土壤呼吸對(duì)溫度變化的響應(yīng)，從而提高了土壤呼吸的溫度敏感性［4］。我國(guó)北方農(nóng)田中施用的糞肥多為豬糞、牛糞和雞糞，糞肥類型對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的影響存在顯著差異，且施用豬糞的增幅大于牛糞和雞糞。這可能由于豬糞、牛糞和雞糞化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)不同，在腐解過程中釋放的熱量也不一樣。一方面，與雞糞相比，豬糞質(zhì)地較細(xì)，蛋白質(zhì)、脂肪類、有機(jī)酸、纖維素、半纖維素以及無機(jī)鹽等含量較高，且碳氮比相對(duì)較高，一般容易被微生物分解利用［27］，在分解過程中釋放更多CO2，高濃度CO2可以提高土壤溫度，增加呼吸活動(dòng)速率，從而導(dǎo)致Q10值較高［28］。另一方面，相較于豬糞，雞糞有機(jī)質(zhì)含量較低，施入土壤后土壤微生物活性較低，分解速率較慢，從而導(dǎo)致土壤呼吸的溫度敏感性相對(duì)較低。當(dāng)有機(jī)肥施用量≤15 000 kg·hm-2時(shí)土壤呼吸溫度敏感性增幅顯著高于gt;15 000 kg·hm-2時(shí)的增幅（圖2），這與前人研究結(jié)論有所不同，賀美等［8］研究結(jié)果表明溫度敏感性Q10 隨著施肥量的增加而增大。在有機(jī)肥施用量較少的土壤中有機(jī)碳數(shù)量和活性較低，有機(jī)碳分解速度慢，對(duì)溫度變化響應(yīng)也較小，因此土壤呼吸溫度敏感性較低，而在有機(jī)肥施用量較多的土壤中，有機(jī)碳數(shù)量和活性高，有機(jī)碳分解速度快，對(duì)溫度變化響應(yīng)也更加明顯［20，29］。導(dǎo)致本研究結(jié)果與之不同可能是因本研究收集的數(shù)據(jù)資料中，糞肥用量gt;15 000 kg·hm-2時(shí)所用的糞肥大多為牛糞，有研究證明［30］牛糞中的養(yǎng)分含量偏低，且牛糞為冷性肥料，含水量大，通氣性較差，分解速度慢，因此，施用后土壤呼吸的溫度敏感性較低。

當(dāng)土壤初始pH≥7 時(shí)的土壤呼吸溫度敏感性增幅（8. 11%）比土壤初始pHlt;7 時(shí)的土壤呼吸溫度敏感性增幅（3. 48%）高4. 63%（圖3），這與李海防等［31］的研究結(jié)果一致。李海防等研究結(jié)果顯示如果pH 低于6，微生物活性會(huì)受到影響，微生物呼吸速率降低，進(jìn)而降低了土壤呼吸溫度敏感性。Kowalenko 等［17］的研究也認(rèn)為土壤pH 低于7 時(shí)，CO2 的釋放量隨pH 的增加而增加，土壤呼吸溫度敏感性也會(huì)隨pH 的升高而增加。這是因?yàn)閜H 升高促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的分解和CO2的釋放，進(jìn)一步提高了土壤呼吸的速率，增加了土壤呼吸的溫度敏感性。當(dāng)土壤有機(jī)碳含量≤6 g·kg-1 時(shí)，土壤呼吸溫度敏感性有所下降，降低幅度為5. 11%。土壤有機(jī)碳含量≥12 g·kg-1 土壤呼吸溫度敏感性增幅最高，為7. 17%。這與王春新等［5］的研究結(jié)果一致。李永平等［32］研究發(fā)現(xiàn)，不同類型的糞肥基本理化性質(zhì)不同，施入土壤中對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響不同，其組分中的易分解有機(jī)碳組分的含量也不相同。土壤有機(jī)質(zhì)中易分解有機(jī)質(zhì)組分含量越高，其分解速率越快，土壤呼吸溫度敏感性越高［33］，其原因正如Davidson 等［34］在Nature 上的綜述所述，在自然情況下土壤有機(jī)質(zhì)中難分解組分的總量比易分解組分多4～10 倍。但由于易分解組分的分解速度比難分解組分快l0 000 倍。易分解組分對(duì)土壤呼吸通量的貢獻(xiàn)比難分解組分大2～5 個(gè)數(shù)量級(jí)，土壤有機(jī)質(zhì)分解的溫度敏感性取決于易分解有機(jī)質(zhì)的有效性［35］。本研究中（圖4）年均溫≤5 ℃ 時(shí)土壤呼吸溫度敏感性的增幅為8. 49%，土壤呼吸溫度敏感性的增幅隨著年均溫的上升而下降。Mark 等［36］的研究也發(fā)現(xiàn)，不同氣候條件下（北極、寒溫帶、溫帶和熱帶）種植56 種作物的土壤呼吸強(qiáng)度隨土壤溫度的增加而降低。根據(jù)米-曼酶促化學(xué)反應(yīng)方程可知，溫度的升高會(huì)改變底物的有效性、呼吸酶與底物的親和力和最大反應(yīng)速度等過程，進(jìn)而影響土壤呼吸對(duì)溫度變化的響應(yīng)［3］；而溫度降低也會(huì)導(dǎo)致植物光合作用減弱［37］，導(dǎo)致光合同化物地下分配量減少，降低土壤呼吸速率來降低土壤呼吸的溫度敏感性。同時(shí)，當(dāng)溫度降低時(shí)，導(dǎo)致細(xì)胞膜的流動(dòng)性能減弱，減少了根系分泌物和滲漏物量，進(jìn)一步減弱了土壤呼吸速率對(duì)溫度的敏感性［4］。此外，年均溫≤5 ℃時(shí)土壤呼吸溫度敏感性的增幅最大（8. 49%），這是由于年均溫≤5 ℃的地區(qū)常年寒冷，影響土壤呼吸變化的主要是土壤微生物呼吸，其受到溫度變化的影響更大［38］，溫度變化會(huì)改變土壤微生物的活性和呼吸速率，因此改變土壤呼吸的溫度敏感性。

我國(guó)北方地區(qū)年均降雨量在400～800 mm 之間，降雨量不同對(duì)土壤水分產(chǎn)生影響［16］。本研究結(jié)果顯示，年降雨量400～600 mm 的土壤呼吸溫度敏感性增幅最大（8. 98%），年降雨量≥600 mm的土壤呼吸溫度敏感性增幅最?。? 3. 13%），這與王雪等［39］的研究一致，不同生態(tài)系統(tǒng)類型中水分對(duì)Q10 的影響方向和程度有很大的不同，土壤水分與土壤呼吸速率間呈倒“U”型相關(guān)關(guān)系，說明土壤含水量在適中水平時(shí)，土壤水分可以促進(jìn)土壤呼吸作用，當(dāng)土壤濕度到達(dá)一定程度后，土壤水分的增加會(huì)抑制土壤呼吸作用，降低土壤呼吸的溫度敏感性［40］。當(dāng)年均降雨量≥600 mm 時(shí)，會(huì)降低土壤的通透性，減少向土壤輸送氧氣的能力，阻礙根系和好氧微生物的活動(dòng)。此外，降雨量過高還會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生淋溶作用，影響可溶性有機(jī)碳在土壤中的擴(kuò)散，降低表層土壤中微生物可以利用的可溶性有機(jī)碳含量［41-44］。

在我國(guó)北方農(nóng)田中，土壤性質(zhì)是糞肥施用下土壤呼吸溫度敏感性的主要驅(qū)動(dòng)因素。其中土壤pH 和有機(jī)碳可以解釋Q10 變化的46. 8%，大于氣候因素和施肥措施的影響，這與其他研究的結(jié)論不同，李曉菡等［45］發(fā)現(xiàn)氣候因素對(duì)土壤呼吸增溫效應(yīng)的影響要大于土壤有機(jī)碳的影響，其原因可能是李曉菡等的研究對(duì)象不只包括了農(nóng)田，還涵蓋了森林，草地，灌叢和苔原，這些類型的土地在施肥措施上的要求和標(biāo)準(zhǔn)低于農(nóng)田。因此土壤中有機(jī)碳庫(kù)組分，特別是易分解有機(jī)碳組分的數(shù)量不同。除此之外，不同土地類型中微生物的活性也不相同，導(dǎo)致Q10 有所差異?？傊?，在我國(guó)北方農(nóng)田，土壤有機(jī)碳含量是影響土壤呼吸溫度敏感性Q10變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。

4 結(jié)論

在我國(guó)北方地區(qū)的農(nóng)田土壤中糞肥的施用顯著增加了土壤呼吸的溫度敏感性（6. 46%），其中雞糞配施化肥且糞肥施用量gt;15 000kg·hm-2 時(shí)土壤呼吸溫度敏感性的增幅最小，可以有效減緩農(nóng)田土壤的碳排放，以達(dá)到應(yīng)對(duì)全球變暖現(xiàn)狀的目的。施用糞肥條件下，氣候、施肥和土壤因素均會(huì)影響農(nóng)田土壤呼吸溫度敏感性，土壤性質(zhì)對(duì)農(nóng)田土壤呼吸溫度敏感性的影響最大，尤其是土壤有機(jī)碳含量是影響土壤呼吸溫度敏感性變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。

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（編輯：韓志強(qiáng)）