周政達(dá)，張 蕊，高升華，張旭東，付 曉，唐明方，吳 鋼

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心， 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100085 2 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所， 北京 100091 3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049

模擬氮沉降對(duì)長(zhǎng)江灘地楊樹(shù)林土壤呼吸溫度敏感性的影響

周政達(dá)1,3，張 蕊1,*，高升華2，張旭東2，付 曉1，唐明方1，吳 鋼1

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心， 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100085 2 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所， 北京 100091 3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049

研究氮沉降量增加對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的影響，對(duì)于研究土壤呼吸在氣候變化中的作用有重要意義。以長(zhǎng)江中下游灘地楊樹(shù)人工林為對(duì)象，通過(guò)定位模擬氮沉降實(shí)驗(yàn)的方法，研究了灘地楊樹(shù)人工林生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸的變化特征和土壤呼吸各組分的溫度敏感性對(duì)幾種氮沉降量濃度的短期響應(yīng)。結(jié)果表明：(1)各處理土壤總呼吸、土壤微生物呼吸、根系呼吸與各層次土壤溫度均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，和5cm層土壤溫度相關(guān)性最大。5cm層土壤溫度可以解釋土壤總呼吸、土壤微生物呼吸和根系呼吸季節(jié)變化的比例分別為50.5%—71.0%、51.5%—73.9%、35.7%—63.2%；(2)對(duì)照組(CK，0gN m-2a-1)土壤總呼吸、土壤微生物呼吸與根呼吸的Q10值分別為2.54、2.72和1.94；(3)在各氮添加水平中，中氮水平(MN，10gN m-2a-1)促進(jìn)了土壤總呼吸、土壤微生物呼吸和植物根呼吸的溫度敏感性。高氮水平(HN，20gN m-2a-1)都降低了土壤總呼吸、土壤微生物呼吸和植物根呼吸的溫度敏感性，低氮水平(LN，5gN m-2a-1)降低了土壤總呼吸和土壤微生物呼吸的溫度敏感性，促進(jìn)了根呼吸的敏感性。

長(zhǎng)江灘地;楊樹(shù)人工林;土壤呼吸溫度敏感性;氮沉降

自工業(yè)革命后，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)原本平衡的全球氮循環(huán)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的干擾，并極大影響了全球的固氮速率和氮收支狀況[1]。在20世紀(jì)末，中國(guó)已經(jīng)成為三大氮沉降區(qū)(歐洲、美國(guó)和中國(guó))之一[1]。活性氮制造速率的增加和氮沉降量增加的全球化也強(qiáng)烈影響了生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)[2,3]，因此森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)對(duì)氮沉降的響應(yīng)成為了極為重要的科學(xué)問(wèn)題[4-5]。

土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程的重要組成部分，也是土壤碳庫(kù)向大氣輸出碳的重要的源[6]。土壤呼吸包括三個(gè)生物學(xué)過(guò)程(土壤微生物呼吸、土壤動(dòng)物呼吸、根呼吸)和一個(gè)非生物學(xué)過(guò)程(含碳物質(zhì)的化學(xué)氧化過(guò)程)[7]。其中，土壤微生物呼吸和根呼吸是土壤呼吸的主要成分，土壤動(dòng)物呼吸和化學(xué)氧化過(guò)程對(duì)土壤呼吸的作用較小，通常忽略不計(jì)[8]。

土壤呼吸受多種因素的綜合影響，其中溫度是影響土壤呼吸的關(guān)鍵因子。溫度敏感性指數(shù)(Q10)用來(lái)表示土壤溫度每升高10℃所引起的土壤呼吸的變化率，是定量描述土壤呼吸與土壤溫度關(guān)系的重要指標(biāo)[7,9]，在很大程度上決定著全球氣候變化與碳循環(huán)之間的反饋關(guān)系[10]。因此，研究氮沉降量增加對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的影響，有助于分析土壤呼吸對(duì)氮沉降量增加的響應(yīng)，同時(shí)對(duì)進(jìn)一步了解氣候變化原因具有重要意義。雖然近年來(lái)在森林碳氮循環(huán)領(lǐng)域開(kāi)展了一些研究，但已有研究結(jié)果未能明確表明氮沉降對(duì)土壤呼吸溫度敏感性的影響方向及效應(yīng)的大小。

楊樹(shù)是我國(guó)人工造林面積最大的人工林，到2009全國(guó)面積已經(jīng)達(dá)到757.23萬(wàn)hm2[11]。楊樹(shù)被廣泛用作長(zhǎng)江灘地的防護(hù)林[12], 關(guān)于灘地楊樹(shù)人工林的溫室氣體的通量及變化特征的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展[13,14]，但楊樹(shù)人工林碳循環(huán)過(guò)程對(duì)氮沉降增加的響應(yīng)的研究尚未開(kāi)展。本文通過(guò)定位模擬氮沉降的實(shí)驗(yàn)方法，研究灘地楊樹(shù)人工林生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸溫度敏感性的變化特征，以探討土壤呼吸各組分的溫度敏感性對(duì)不同氮沉降量的響應(yīng)特征，為預(yù)測(cè)在氮沉降量增加的背景下灘地楊樹(shù)人工林生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸及碳通量的變化提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持，并有助于全面了解灘地楊樹(shù)人工林在氣候變化背景下的碳匯功能和準(zhǔn)確評(píng)估灘地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)，對(duì)進(jìn)一步了解氣候變化原因有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖南省岳陽(yáng)市君山區(qū)廣興洲鎮(zhèn)的長(zhǎng)江外灘，位于北緯29°31′40″，東經(jīng)112°51′34″，海拔31m。本區(qū)位于中亞熱帶向北亞熱帶過(guò)渡氣候區(qū)，具有典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候特征，春夏多雨、秋季多旱、冬季嚴(yán)寒。年均氣溫16.5—17.0℃，降雨量1200.7—1414.6mm。無(wú)霜期263.7—276.6d，年日照1644.3—1813.8h。土壤為江湖灘地特有的潮土類(lèi)型。灘地每年汛期平均淹水時(shí)間為20—50d，最長(zhǎng)可達(dá)130d，其淹水退水受制于長(zhǎng)江水位。2012年夏季，長(zhǎng)江水位較高，灘地發(fā)生淹水，從7月6日一直持續(xù)至8月10日，共計(jì)36d。

研究區(qū)內(nèi)原有2000年?duì)I造的黑楊派系的歐美楊(Populusdettoides)，于2011年皆伐，并于2012年1月再次營(yíng)造楊樹(shù)林，品種仍為歐美黑楊。株行距為5m×6m。林下由于季節(jié)性的水淹，只有草本植物，主要優(yōu)勢(shì)種為狗牙根(Cynodondactylon)、益母草(Leonurusartemisia)等。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

文中的三階段博弈是基于古諾模型建立的，續(xù)航里程研發(fā)量不影響反市場(chǎng)需求函數(shù)，是隱含條件，但是在實(shí)踐中，有些汽車(chē)品類(lèi)的續(xù)航研發(fā)量會(huì)對(duì)消費(fèi)者需求產(chǎn)生一定的影響，這類(lèi)問(wèn)題還需在下一階段進(jìn)行深入研究；另外本文僅研究?jī)蓚€(gè)新能源汽車(chē)企業(yè)開(kāi)展聯(lián)合研發(fā)的情況，更加復(fù)雜的市場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)在新政策下的研發(fā)動(dòng)向也是值得繼續(xù)研究的方向。

2012年2月，在楊樹(shù)人工林內(nèi)選擇具有代表性、立地條件基本一致的地段，按照隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)置實(shí)驗(yàn)。建立24個(gè)2m×2m大小的樣方，分為3個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組之間間隔5m，同一區(qū)組兩個(gè)樣方之間設(shè)4m的緩沖帶。在樣方內(nèi)安置10cm土壤呼吸測(cè)定環(huán)(內(nèi)徑10cm，高9cm，插入土壤深度為7cm)。每個(gè)樣方內(nèi)安置1個(gè)土壤呼吸測(cè)定環(huán)，樣地內(nèi)共設(shè)置24個(gè)PVC土壤呼吸測(cè)定環(huán)，安裝后不再移動(dòng)，用以測(cè)定土壤呼吸速率。

用噴灑NH4NO3模擬氮沉降，湖南地區(qū)氮沉降量約為2.6g m-2a-1[15- 17]，設(shè)低氮(LN，5gN m-2a-1)、中氮(MN，10gN m-2a-1)和高氮(HN，20gN m-2a-1)3個(gè)水平和對(duì)照組(CK，0gN m-2a-1)，不包括大氣沉降的氮量。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)區(qū)組內(nèi)樣方的處理模式利用隨機(jī)數(shù)表進(jìn)行隨機(jī)安排。

將NH4NO3的年施用量平均分成12等份，從2012年2月開(kāi)始，每月末對(duì)各樣方進(jìn)行定量模擬氮沉降處理，將各個(gè)樣方每月所需的NH4NO3溶于0.5L水中，用自制噴霧器在該樣方內(nèi)來(lái)回均勻噴灑，對(duì)照組則只噴灑相同量的清水。

用壕溝法進(jìn)行土壤呼吸組分的分離。在每月噴灑NH4NO3之前除去樣方內(nèi)的活體植物，以保持樣方內(nèi)沒(méi)有活體植物，用于土壤微生物呼吸的測(cè)定。

2.2 土壤呼吸的測(cè)量

采用動(dòng)態(tài)封閉氣室法，使用LI-8100(LI-COR Inc.)土壤碳通量自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)觀測(cè)土壤呼吸。2012年4月至2013年3月，每月中旬選擇一個(gè)最接近本月平均天氣狀況的日期進(jìn)行土壤呼吸觀測(cè)，代表各月的均值分析土壤呼吸的季節(jié)變化特征。一般來(lái)說(shuō)，10:00左右的土壤呼吸速率最接近日平均值[18-19]，故可用此時(shí)段的測(cè)量值代表土壤呼吸的日平均值[20]，本研究測(cè)定時(shí)間為9:00—11:00。

在進(jìn)行土壤呼吸觀測(cè)的同時(shí)測(cè)定土壤溫度。采用LI-8100配備的溫濕度傳感器測(cè)定10cm深處的土壤溫度，另用土壤溫度測(cè)量?jī)x測(cè)定5cm和15cm深處的土壤溫度。

為了減小安放土壤呼吸測(cè)定環(huán)對(duì)土壤呼吸速率的影響，土壤呼吸測(cè)定環(huán)埋好之后固定永久放置，并且在每次測(cè)定前1天，將測(cè)定點(diǎn)土壤呼吸測(cè)定環(huán)內(nèi)的地表植被自土壤表層徹底剪除，盡量不破壞土壤，以減少土壤擾動(dòng)及根系損傷對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

2.3 數(shù)據(jù)分析

本研究采用Van′t Hoff指數(shù)模型(R=aebT)研究土壤呼吸和土壤溫度之間的關(guān)系。式中，R為土壤呼吸速率，a為溫度0℃時(shí)土壤呼吸速率，b為溫度反應(yīng)常數(shù)。Q10值計(jì)算方法為：Q10=e10b。式中b是Van′t Hoff指數(shù)模型(R=aebT；)中的溫度反應(yīng)常數(shù)。

本文所有數(shù)據(jù)采用軟件SPSS 18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)One-way ANOVA在95%置信度水平上分析，用LSD法比較不同處理間的差異顯著性。使用軟件Sigmaplot 10.0進(jìn)行作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤呼吸的季節(jié)變化特征

土壤呼吸的季節(jié)變化如圖1所示，由此可以看出土壤呼吸具有明顯的季節(jié)變化，由于試驗(yàn)地發(fā)生淹水現(xiàn)象而出現(xiàn)特殊的變化規(guī)律，呈現(xiàn)雙峰曲線(xiàn)特征。研究區(qū)域發(fā)生季節(jié)性水淹現(xiàn)象，6月份地下水位開(kāi)始逐漸上漲，7月6日超過(guò)地表面，將試驗(yàn)地淹沒(méi)，并于8月10日退水。由圖1可以看出，4月和5月土壤總呼吸隨著土壤溫度的上升而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，6月土壤呼吸有所下降，這和地下水位的升高有關(guān)，由于7月發(fā)生季節(jié)性水淹，水淹時(shí)相當(dāng)于對(duì)土壤進(jìn)行封閉，故淹水期間土壤呼吸速率為0μmol m-2s-1。水退后8月底9月初土壤總呼吸速率達(dá)到最大值，之后隨著土壤溫度的下降而逐漸降低，在12月至1月間達(dá)到最小值，2月和3月隨著土壤溫度的升高土壤呼吸速率也逐漸升高。土壤呼吸夏季普遍高于冬季。年平均土壤呼吸速率為3.21μmol m-2s-1，最大值為6.82μmol m-2s-1，最小值為1.1μmol m-2s-1。

圖1 楊樹(shù)人工林土壤呼吸速率的季節(jié)變化(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，n=3)Fig.1 Seasonal variations of soil respiration in a poplar plantation (Mean±SE, n=3)多元素方差分析(LSD多重比較法，α=0.05)結(jié)果差異顯著性(時(shí)間效應(yīng)，氮處理效應(yīng)，時(shí)間和氮處理交互效應(yīng))；星號(hào)表示各月份氮處理效應(yīng)的差異顯著性，*，P<0.05；**，P<0.01***，P<0.001；不同大寫(xiě)字母表示月份間差異顯著，不同小寫(xiě)字母表示每月各處理間差異顯著(單因素方差分析，LSD多重比較，α=0.05)

3.2 土壤呼吸與土壤溫度的相關(guān)性分析

土表5、10、15cm深度的土壤溫度的季節(jié)變化如圖2所示，對(duì)土壤呼吸和各層次土壤溫度進(jìn)行相關(guān)性分析。

土壤總呼吸與各層次土壤溫度的相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表1。研究表明，各處理土壤呼吸與5、10、15cm深度的土壤溫度都呈顯著正相關(guān)關(guān)系，和5cm層土壤溫度最相關(guān)。在各處理組中，對(duì)照組與各層次的土壤溫度相關(guān)性最大，且均達(dá)到極顯著水平。高氮處理水平土壤呼吸速率與各層次的土壤溫度相關(guān)性相對(duì)最小。

土壤微生物呼吸與各層次土壤溫度的相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表2，土壤微生物呼吸速率與各層次土壤溫度均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。各處理組均和5cm層土壤溫度相關(guān)性最大。對(duì)照組和中氮水平處理組與各層次土壤溫度相關(guān)關(guān)系都達(dá)到極顯著水平。對(duì)照組與各層次土壤溫度的相關(guān)性最大。

圖2 5cm、10cm、15cm土壤溫度季節(jié)變化Fig.2 Seasonal variations of 5cm, 10cm, 15cm depth soil temperature in the poplar plantation

表1 土壤總呼吸與各層次土壤溫度的相關(guān)性Table 1 The correlation between soil respiration and every depth soil temperature

CK：對(duì)照組；LN：低氮Low N；MN：中氮Middle N；HN高氮High N; *顯著水平為0.05，**顯著水平為0.01

表2 土壤呼吸各組分與各層次土壤溫度的相關(guān)性Table 2 The correlation between each component of soil respiration and soil temperature at each depth

根系呼吸與各層次土壤溫度的相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表2，根系呼吸與各層次的土壤溫度均呈正相關(guān)關(guān)系。對(duì)照組、低氮、中氮和高氮處理組的根呼吸與各層次土壤溫度相關(guān)關(guān)系基本達(dá)到顯著水平。各處理中，低氮處理組與5cm層溫度相關(guān)性最大，對(duì)照組與10cm層土壤溫度相關(guān)性最大。土壤根呼吸與各層次的相關(guān)性明顯低于土壤總呼吸與土壤微生物呼吸。

由于5cm層土壤溫度與各土壤呼吸的相關(guān)性最大，故采用5cm層土壤溫度與土壤呼吸進(jìn)行模型擬合。

3.3 土壤總呼吸的溫度敏感性及其對(duì)氮沉降的響應(yīng)

土壤總呼吸與5cm層土壤溫度的指數(shù)模型擬合結(jié)果見(jiàn)表3和圖3。結(jié)果表明，Van′t Hoff指數(shù)模型能較好的表達(dá)土壤溫度與土壤總呼吸的相關(guān)性?；貧w分析結(jié)果表明土壤溫度可以解釋71.0%—50.5%的土壤總呼吸。分析可得，對(duì)照組土壤總呼吸的Q10值為2.54，各處理水平中，中氮水平處理溫度敏感性指數(shù)最高，提高了土壤呼吸的溫度敏感性，低氮水平和高氮水平處理均降低了土壤呼吸的溫度敏感性。

表3 土壤總呼吸與5cm層土壤溫度的相關(guān)關(guān)系模型Table 3 Best fitted equations of soil respiration against soil temperature in 5cm depth

圖3 楊樹(shù)人工林土壤呼吸速率與5cm土壤溫度的關(guān)系Fig.3 Relationships, for each treatment, between total soil respiration rate and soil temperatures in 5 cm in a poplar plantation

3.4 土壤呼吸各組分的溫度敏感性及其對(duì)氮沉降的響應(yīng)

土壤微生物呼吸與5cm土壤溫度的模型擬合結(jié)果見(jiàn)表4和圖4，土壤溫度能解釋73.9%—51.5%的土壤微生物呼吸，Van′t Hoff指數(shù)模型能較好的表達(dá)土壤微生物呼吸與5cm層土壤溫度之間的關(guān)系。對(duì)照組土壤微生物呼吸的溫度敏感性指數(shù)為2.72，高于土壤總呼吸。中氮水平處理提高了土壤微生物呼吸的溫度敏感性，低氮水平和高氮水平均降低了土壤微生物呼吸的溫度敏感性。除低氮水平外，其他處理的土壤微生物呼吸溫度敏感性均高于土壤總呼吸。

表4 土壤呼吸各組分與土壤溫度的相關(guān)關(guān)系模型Table 4 Best fitted equations of each component of soil respiration against soil temperature

圖4 楊樹(shù)人工林土壤微生物呼吸速率與5cm土壤溫度的關(guān)系Fig.4 Relationships, for each treatment, between soil microbial respiration rate and soil temperatures in 5 cm in a poplar plantation

根系呼吸與5cm土壤溫度的模型擬合結(jié)果見(jiàn)表4和圖5，根系呼吸與5cm層土壤溫度之間的關(guān)系能通過(guò)Van′t Hoff指數(shù)模型得到較好的表達(dá)。土壤溫度能解釋35.7%—63.2%的根系呼吸，和土壤總呼吸和土壤微生物呼吸相比，土壤溫度對(duì)根系呼吸變化的貢獻(xiàn)率明顯較低。土壤根呼吸對(duì)照處理組的溫度敏感性指數(shù)為1.935，低于土壤總呼吸和土壤微生物呼吸，因此根呼吸對(duì)土壤溫度變化不敏感。各處理土壤根呼吸的溫度敏感性指數(shù)大小順序?yàn)楦叩?對(duì)照<中氮<低氮，低氮和中氮水平促進(jìn)了土壤根呼吸的溫度敏感性，低氮水平處理溫度敏感性最高。

圖5 楊樹(shù)人工林根系呼吸速率與5cm土壤溫度的關(guān)系Fig.5 Relationships, for each treatment, between root respiration rate and soil temperatures in 5 cm in a poplar plantation

在氮添加水平中，中氮水平促進(jìn)了土壤總呼吸、土壤微生物呼吸和植物根呼吸的溫度敏感性。高氮水平都降低了土壤總呼吸、土壤微生物呼吸和植物根呼吸的溫度敏感性，低氮水平降低了土壤總呼吸和土壤微生物呼吸的溫度敏感性，促進(jìn)了根呼吸的敏感性。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

各處理土壤總呼吸、土壤微生物呼吸、根系呼吸與各層次土壤溫度均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，和5cm層土壤溫度相關(guān)性最大。

Van′t Hoff指數(shù)模型能較好的表達(dá)土壤溫度與土壤呼吸及土壤呼吸各組分的相關(guān)關(guān)系。5cm層土壤溫度可以解釋土壤總呼吸、土壤微生物呼吸和根系呼吸季節(jié)變化的比例分別為50.5%—71.0%、51.5%—73.9%、35.7%—63.2%。土壤溫度對(duì)根系呼吸變化的貢獻(xiàn)率最低，對(duì)土壤微生物呼吸變化的貢獻(xiàn)率最高。

對(duì)照組土壤總呼吸、土壤微生物呼吸與根呼吸的Q10值分別為2.54、2.72和1.94。土壤微生物呼吸的溫度敏感性最高，根呼吸的溫度敏感性最低。在各氮添加水平中，中氮水平促進(jìn)了土壤總呼吸、土壤微生物呼吸和植物根呼吸的溫度敏感性。高氮水平都降低了土壤總呼吸、土壤微生物呼吸和植物根呼吸的溫度敏感性，低氮水平降低了土壤總呼吸和土壤微生物呼吸的溫度敏感性，促進(jìn)了根呼吸的敏感性。

4.2 討論

土壤呼吸過(guò)程對(duì)溫度變化的敏感性通常用Q10來(lái)表示，不同區(qū)域和生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的Q10有較大的差異[21-22]。Raich&Schlesinger研究得出全球森林Q10的中間值為2.4[23]，并在1.3—3.3之間波動(dòng)。本文所測(cè)楊樹(shù)人工林自然狀態(tài)下土壤呼吸的Q10為2.54，接近全球的中間值和亞熱帶熱帶濕潤(rùn)森林(2.6)[24]，比溫帶硬木森林的3.9要低[19]。北京大興楊樹(shù)人工林的Q10為1.63[25]，江西大崗山毛竹林的Q10為1.84，明顯低于本文研究，和其生長(zhǎng)環(huán)境和土壤條件有關(guān)[26]。長(zhǎng)江流域樟樹(shù)人工林的Q10為2.9[27]，華西雨屏區(qū)巨桉人工林和苦竹林的Q10為2.6和2.9[28-29]，和本文研究相接近.

本文研究表明土壤呼吸各組分對(duì)溫度的敏感性不同，根呼吸的土壤敏感性最低，土壤微生物呼吸的敏感性最高。土壤各組分的溫度敏感性強(qiáng)烈程度的大小排列有所不同，Boone等的研究表明，根呼吸的Q10值為4.6，除去根系后土壤呼吸的Q10值為2.5，帶根系時(shí)土壤呼吸的Q10值為3.5[30]。Lee等在寒溫帶落葉林中的研究發(fā)現(xiàn)，土壤根系呼吸與土壤溫度并無(wú)相關(guān)性，但土壤微生物呼吸與土壤溫度則相關(guān)性顯著[31]。姜艷等在江西大崗山毛竹林中的研究表明土壤微生物呼吸比土壤根呼吸的敏感性更高[26]，和本文結(jié)果一致。

土壤呼吸及其各組分Q10對(duì)模擬氮沉降響應(yīng)的研究相對(duì)較少，本文研究發(fā)現(xiàn)中氮水平促進(jìn)了土壤呼吸及其各組分的溫度敏感性，相反高氮水平降低了其溫度敏感性，低氮水平降低了土壤總呼吸和土壤微生物呼吸的溫度敏感性，促進(jìn)了根呼吸的敏感性。Mo等研究表明，高氮處理顯著降低了土壤呼吸的Q10[24]，涂利華發(fā)現(xiàn)氮沉降對(duì)華西雨屏區(qū)苦竹林土壤總呼吸的影響不顯著，但顯著降低了其組分的溫度敏感性[32]。時(shí)空尺度、土壤呼吸不同組分以及活性氮等對(duì)溫度敏感性的影響尚需要進(jìn)一步的研究。

致謝：湖南省林科院野外觀測(cè)工作給予支持，中國(guó)林科院林研所申貴倉(cāng)對(duì)野外觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理給予幫助，邵國(guó)凡教授幫助撰寫(xiě)，特此致謝。

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Effects of simulated nitrogen deposition on temperature sensitivity of soil respiration components inPopulusL. plantations in a riparian zone of the Yangtze River

ZHOU Zhengda1,3, ZHANG Rui1,*, GAO Shenghua2, ZHANG Xudong2, FU Xiao1, TANG Mingfang1, WU Gang1

1StateKeyofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China

2ResearchInstituteofForestry,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China

3UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

By the end of the 20th century, China has become one of the world′s top three regions of nitrogen deposition. Continuous increase in production and deposition of nitrogen has a significant impact on the carbon cycle in the ecosystem. Therefore, the response of the carbon cycle in a forest ecosystem to nitrogen deposition has become a very important scientific issue. Soil respiration is an important component of the carbon cycle in terrestrial ecosystems, and it is also the only path of carbon output into the atmosphere from the soil and an important source of atmospheric CO2. A study on the response of temperature sensitivity of soil respiration to nitrogen deposition is important for understanding the role of soil respiration in the mitigation of climate change. In this paper, based on the simulations of different quantities of nitrogen depositions, our research was focused on the changes in soil respiration and on the short-term responses in temperature sensitivity of each component of soil respiration to several gradients of nitrogen deposition inPopulusL. plantations in a riparian zone of the Yangtze River. We found that: (1) Soil respiration and its components exhibited significant seasonal variations, in the form of bimodal curves, because of the seasonal flooding. The rate of soil respiration showed a downward trend because of the rise in groundwater level in June and July, which reached the maximum in August and the minimum in December and January. The correlation between soil temperature at different depths (5 cm, 10 cm, and 20 cm) and total soil respiration was significantly positive. The correlation between root respiration and soil temperature at different depths was lower than that between total soil respiration and soil microbial respiration. The correlation was the highest between the soil temperature at a depth of 5 cm and total soil temperature. The soil temperature at a depth of 5 cm explained 50.5%—71.0%, 51.5%—73.9%, and 35.7%—63.2% of total soil temperature, soil microbial respiration, and root respiration，respectively. (2) TheQ10values of total soil respiration, soil microbial respiration, and root respiration in the control group (CK，0gN m-2a-1) were 2.54, 2.72, and 1.94, respectively. (3) The treatment with the medium levels of nitrogen (MN，10gN m-2a-1) enhanced the temperature sensitivity of total soil respiration, soil microbial respiration, and root respiration, whereas the treatment with high levels of nitrogen (HN，20gN m-2a-1) reduced their temperature sensitivity. The treatment with low levels of nitrogen (LN，5gN m-2a-1) also reduced the temperature sensitivity of total soil respiration and soil microbial respiration but enhanced root respiration.

riparian zone of the Yangtze River;Populusplantation; temperature sensitivity of soil respiration; Nitrogen deposition

國(guó)家“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域科技計(jì)劃子課題(2011BAD38B0405)

2013- 11- 28;

日期:2015- 04- 14

10.5846/stxb201311282834

*通訊作者Corresponding author.E-mail: ruiruinini@hotmail.com

周政達(dá)，張蕊，高升華，張旭東，付曉，唐明方，吳鋼.模擬氮沉降對(duì)長(zhǎng)江灘地楊樹(shù)林土壤呼吸溫度敏感性的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(21):6947- 6956.

Zhou Z D, Zhang R, Gao S H, Zhang X D, Fu X, Tang M F, Wu G.Effects of simulated nitrogen deposition on temperature sensitivity of soil respiration components inPopulusL. plantations in a riparian zone of the Yangtze River.Acta Ecologica Sinica,2015,35(21):6947- 6956.