土壤呼吸的影响因素及全球尺度下温度的影响

土壤呼吸的影响因素及全球尺度下温度的影响

土壤呼吸是指土壤释放CO 2的过程, 主要是由微生物氧化有机物和根系呼吸产生, 另有极少的部分来

自于土壤动物的呼吸和化学氧化

土壤生物

活性和土壤肥力乃至透气性的指标受到重视[

通量（flux）是物理学的用语，是指单位时间内通过一定面积输送的能量和物质等物理量的数量。

二氧化碳通量就是一定时间通过一定面积的二氧化碳的量。

土壤作为

一个巨大的碳库(11394×1018gC[12]), 是大气CO 2的重要的源或汇, 其通量(约68±4×1015gC?a[13])如此巨

大(燃料燃烧每年释放约512×1015gC[14]), 使得即使轻微的变化也会引起大气中CO 2浓度的明显改变。因

此, 在土壤呼吸的研究中, CO 2通量的精确测定已成为十分迫切的问题。

土壤呼吸影响因素：土壤温度，湿度，透气性，有机质含量，生物，植被及地表覆盖，土地利用，施肥，PH，风速，其他因素。诸如单宁酸

[25]、可溶性有机物(DOM)中的

低分子化合物(LMW )[62]等都对土壤CO2释放速率有显著

的影响.,,,采伐，火烧，

有关生物过程的影响

绝大部

分的CO 2是由于土壤中的生物过程产生的。土壤呼吸的实质是土壤微生物、土壤无脊椎动物和植物根系呼

吸的总和

地表凋落物作为土壤有

机质的主要来源以及作为影响地表环境条件——如温度、湿度等因子对土壤呼吸也产生显著作用

土壤呼吸与土壤温度、水分含量之间的关系

在土壤水分含量充

足、不成为限制因素的条件下土壤呼吸与土壤温度

呈正相关(表1)[4, 15, 19, 21, 25～32]。而在水分含量成为限

制因子的干旱、半干旱地区, 水分含量和温度共同

起作用[18, 3

抑制作用的影响

目前已有文献表明对根系和微生物呼吸的抑制作用在土壤空气CO 2浓度较高时会发生

这也就意味着在大气CO 2浓度升高

时, 土壤呼吸也会受到抑制。

土壤呼吸随纬度的变化

从图3可知, 土壤呼吸量随着纬度的增加而逐渐降低, 可得到一拟合方程:

y = 1586e- 010237x(R2= 0147)

(1)

其中, y 为土壤呼吸量, x 为纬度

温度与土壤呼吸的关系

最终得到全球尺度下温度对土壤呼吸的影响大小的尺度——Q 10值。Q10值表示温度每升高10度,土壤呼吸速率增加的

倍数

[45 - 46 ]

得到了全球森林植被的土壤呼吸速率与年均温的关系, 即:

y = 349166e010449x(R3= 0147)

(3)

其中, y 为呼吸速率, x 为年均温。

得到了全球范围的Q 10值= 1157。与已报道的各样点的Q 10值相比全球尺度下的Q 10

值较低, 也就是就, 随温度的上升, 呼吸速率的增加较慢一些

土壤呼吸的测量方法问题及其影响

。测量方法可以分为直接测量和间接测量法[51]。直接测量法中又包括静态法和动态法[52]。其中, 由于实

际工作中具体条件的限制, 目前采用较为广泛的是静态法。CO 2的具体测量技术又有碱吸收法和红外吸收

法。

全球变化与土壤呼吸的关系

低纬度地区温度变化较慢, 高纬度地区则变化较快, 同时表1则显示了温度与土壤呼吸速率之间相当明显的对应关系, 而土壤呼吸则是在低纬度地区变化较快, 高纬度地区则变化较慢, 这种不一致

可能是凋落物的生成量和分解速率共同作用造成的

凋落物量与纬度有很好的线性关系[13, 24], 而分解速率

则在温度较高时快, 温度低时变化慢, 从而使土壤呼吸速率与纬度关系形成指数式变化, 这也是高纬度地

区土壤有机碳得以积累的原因。

今后工作的建议

实验方法有缺陷

大多数的工作进行在温带地区, 而热带

和寒带的数据很少

干旱地区工作极少, 与其所占的陆地面积十分不称。

推算过程中, 均没有考虑各地小气候的作用

土壤呼吸作用和全球碳循环

土壤呼吸作用是全球碳循环中一个主要的流通途径,导致土壤碳以CO2形式流向大气圈。全

球土壤中碳贮存量的增加有助于缓和人为CO2的进一步释放,而土壤CO2的流失则显著地加剧大气

CO2的升高和增强温室效应。

土壤呼吸作用

土壤呼吸作用,严格意义上讲是

指未受扰动的土壤中产生CO2的所有代谢作用[5],

包括3 个生物学过程(植物根呼吸、土壤微生物呼吸

及土壤动物呼吸)和一个非生物学过程(含碳物质的

化学氧化作用) 。

所以土壤呼吸

的变化能显著地减缓或加剧大气中CO2的增加,进

而影响气候变化。全球变暖将有利于增强土壤呼

吸,释放出更多的CO2,又进一步加剧了全球变暖的

趋势。我们应该认识到土壤呼吸作用的全球通量是

大的,也应当明白,在人类干预之前陆地植物和土壤

吸入与呼出的碳是接近平衡的,然而正是由于包括

土壤破坏在内的人类活动所产生的CO2,对大气

CO2浓度的上升和可能的全球变暖起着重要的作

用。更好地理解土壤呼吸作用和它的各个环

节,特别是控制土壤有机质分解作用的因素极为关

键。这样,才有助于我们作出有关土壤碳变化速率

和变化方向的正确评估,

目前的测定方法主要有:静态气室

法,密闭或敞开系统的动态气室法,CO2浓度梯度法

和微气象法。

净初级生产力（NPP）则是由光合作用所产生的有机质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分。

土壤呼吸速率和净初

级生产力(NPP) 之间存在正相关关系( r2= 0187) 。

土壤呼吸速率在热带潮湿森林地区最高 (碳可达

1 260 g·m- 2·a- 1) ,那儿植物生长茂盛 ,条件非常有

利于分解者;而在寒冷和干旱气候地带则最低(例如

苔原 ,碳为 60 g·m- 2·a- 1)

可将土

壤有机质区分为两个具有不同更新时间的碳库:(1)

靠近土壤表层由新鲜残留物组成的“小”碳库 ,更新

速度快 ,流通量大 ; (2) 贯穿整个土壤深层剖面的由

难以分解的腐殖质复合物组成的“大”碳库 ,更新十

分缓慢。

因此 ,在研究土壤 CO2通量

变化时 ,必须特别注意土壤表层附近的不稳定碳库

的变化。

大气 CO2和全球温度升高对土壤呼

吸的影响

大气中 CO2的增高(增强

植物生长)将会导致更多的植物碎片进入土壤 ,其中

小部分未被分解使土壤成为大气 CO2的一个汇。