胡 毅,朱新萍,韓東亮,賈宏濤,*,胡保安,李典鵬

1 新疆農(nóng)業(yè)大學草業(yè)與環(huán)境科學學院，烏魯木齊 830052 2 新疆土壤與植物生態(tài)過程實驗室，烏魯木齊 830052

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圍欄封育對天山北坡草甸草原土壤呼吸的影響

胡 毅1,2,朱新萍1,2,韓東亮1,2,賈宏濤1,2,*,胡保安1,2,李典鵬1

1 新疆農(nóng)業(yè)大學草業(yè)與環(huán)境科學學院，烏魯木齊 830052 2 新疆土壤與植物生態(tài)過程實驗室，烏魯木齊 830052

對新疆天山北坡草甸草原圍封9a的樣地和圍欄外的放牧樣地進行比較,采用LI- 8100土壤呼吸監(jiān)測系統(tǒng)對草甸草原圍欄內(nèi)外土壤呼吸進行監(jiān)測,分析圍欄內(nèi)外土壤呼吸的日變化、季節(jié)變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系。結(jié)果表明：圍欄內(nèi)外土壤呼吸速率存在明顯的日變化和月變化規(guī)律,均呈單峰曲線,且在植物生長季峰形比較明顯,圍欄內(nèi)和圍欄外土壤呼吸速率最高值出現(xiàn)在6月份17:00,分別為5.87、4.41 μmol m-2s-1,圍欄內(nèi)土壤呼吸速率比圍欄外高出33.1%。最低值出現(xiàn)在10月份8:00,分別是0.26、0.29 μmol m-2s-1。土壤CO2日排放量與日均氣溫和地溫的變化特征一致,與日均土壤含水量的變化特征相反,圍欄內(nèi)的土壤呼吸明顯高于圍欄外。土壤呼吸速率與氣溫和5 cm地溫呈顯著正相關(guān),與其它深度的地溫相關(guān)性不顯著；與土壤濕度相關(guān)性不顯著。

圍欄封育；土壤呼吸；地溫；土壤含水量；草甸草原

土壤呼吸是指土壤釋放二氧化碳的過程,即CO2被陸地上植物同化后又返回大氣的重要途徑,是大氣CO2濃度升高的重要因素之一。據(jù)估計,土壤每年向大氣中釋放64—72 Pg C,占到陸地和海洋年碳排放總量的20%—38%[1],構(gòu)成了陸地生態(tài)系統(tǒng)CO2排放的最大通量[2-3]。因此,土壤呼吸不僅影響大氣CO2濃度,同時也是生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的重要決定因素[4]。草原作為陸地的重要組成部分,面積約44.5×108hm2[5],草地生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中起著十分巨大的作用[6],這是由于草地約占地球表面土地總面積的三分之一；草地是目前人類活動影響最嚴重的區(qū)域[7]。新疆草地資源豐富,草地面積為57.26×107hm2,草地面積位于全國草地面積的第三位[8]。在新疆的山地草甸草原面積26.57×105hm2,僅占新疆區(qū)草地面積的5.53%[9]。草甸草原有很高的產(chǎn)草量,因此是新疆重要的草場之一[10]。

放牧作為目前最主要的草地利用方式,對草原生物量、土壤、根系、水、熱等因子均存在著不同程度的影響,但是目前由于過度放牧等人為原因使得草地出現(xiàn)了退化的趨勢,而近年來圍欄封育成為草地管理模式得到了較大的推廣。因此,要準確的評估草地生態(tài)系統(tǒng)碳收支,必須對草地生態(tài)系統(tǒng)碳過程進行系統(tǒng)研究[11]。目前關(guān)于草地碳循環(huán)的研究成為熱點,研究土壤呼吸及其影響因子,對于理解全球碳循環(huán)有重要的意義,但大多數(shù)主要集在荒漠草原、典型草原、高寒草原等,雖然也有對草甸草原的研究,但是對山地草甸草原的研究尚屬空白。本研究以天山北坡的山地草甸草原帶為研究對象,通過對圍封9a的長期觀測樣地與自然放牧區(qū)的季節(jié)動態(tài)監(jiān)測與調(diào)查,獲得圍欄內(nèi)外的土壤呼吸速率,土壤溫度、土壤濕度的4—10月動態(tài)數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上,明確了草甸草原圍欄封育后土壤呼吸的日動態(tài)及季節(jié)動態(tài),并對其與環(huán)境因素之間的關(guān)系進行探討,研究結(jié)果對于進一步認識干旱區(qū)域草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程和影響機制具有一定的參考作用,將對新疆草地土壤碳平衡的準確評估提供數(shù)據(jù)參考,同時也可為山地草地生態(tài)系統(tǒng)土壤碳排放機理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于天山北坡典型溫性草甸草原,行政上隸屬新疆烏魯木齊縣甘溝鄉(xiāng)(E 87.2145°,N 43.54133°),海拔1742 m,屬于大陸性的干旱氣候。該區(qū)坡向為半陰坡,坡度28—33°,地勢起伏較大,坡呈南北走向,土壤類型為栗鈣土。該研究區(qū)植被以針茅(Stipacapillata)、鐵桿蒿(Artemisiagmelinii)、火絨草 (Leontopodium)、糙蘇(Phlomisumbrosa)為優(yōu)勢種,以羊茅(Festucaovina)、委陵菜(PotentillaaiscolorBunge)為伴生種等,是典型山地草甸草原。自2005年開始圍欄處理,圍欄封育樣地約為400 m2,圍欄內(nèi)為禁牧,圍欄外為自由放牧,圍封前圍欄內(nèi)與圍欄外草地本底狀況一致,利用強度為中度。

1.2 方案設(shè)計

試驗于2013年4—10月進行,以圍封9a(終年禁止放牧)樣地和圍欄外自由放牧樣地為研究對象,在圍欄內(nèi)外分別隨機設(shè)置5個長期固定Li- 8100底座,每月中旬監(jiān)測1次完整的土壤呼吸速率日變化特征,監(jiān)測頻度為當天11:00至次日11:00結(jié)束,每3h監(jiān)測1次,同步監(jiān)測環(huán)境因素,包括土壤0—10 cm含水量,近地面氣溫,5、10、15、20、25 cm土壤溫度等。

1.3 試驗方法

土壤呼吸采用開路式土壤碳通量監(jiān)測系統(tǒng),儀器型號為Li- 8100(LI-COR,Lincoln,NE,USA),為了減少對土壤的擾動,試驗開始前一天,與4月初在圍欄內(nèi)外各隨機安置5個PVC管基座(高100 mm,直徑200 mm),50 mm插入土壤,圍欄內(nèi)外PVC管基座內(nèi)環(huán)高度保持一致,均為50 mm,去除PVC管內(nèi)的植物,底座長期固定；4—10月份,選取每個月中旬的晴朗天氣進行監(jiān)測,連續(xù)測量24h,每3h測量1次,同步測量每個時間段的近地面氣溫、土壤含水量和土壤溫度；土壤含水量采用野外采樣-室內(nèi)烘干法進行,5 cm土壤溫度采用Li- 8100自帶的溫度探頭, 10、15、20、25 cm地溫采用地溫計進行觀測：地溫計安置在PVC管附近,土壤濕度采樣在距離PVC管基座約50—100 cm處進行,采樣深度0—10 cm。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對所得數(shù)據(jù)采用Excel 2003、SPSS18.0進行數(shù)據(jù)處理和分析。采用單因素方差分析(ANOVA)檢驗圍欄內(nèi)外土壤呼吸速率的顯著性。采用雙變量相關(guān)分析中的Pearson相關(guān)分析,分析土壤呼吸速率與土壤溫度、土壤濕度的相關(guān)性。以每月中旬測定土壤呼吸速率的日動態(tài)變化,通過加權(quán)累加計算求得當日的土壤呼吸日排放量。土壤日均地溫是用各個時間段的地溫累加平均求得,日均土壤濕度是用各個時間段的土壤濕度累加平均求得。

2 結(jié)果與分析

2.1 圍欄內(nèi)外土壤呼吸的日動態(tài)及月動態(tài)

圖1所示為2013年4—10月圍欄內(nèi)外土壤呼吸速率的日動態(tài)(2:00—23:00),從圖1可以看出,圍欄內(nèi)外各月的土壤呼吸速率日變化趨勢基本相同,都呈先升后降的單峰曲線,放牧并沒有改變草甸草原土壤呼吸的日變化特征；在植物生長季5—8月峰形比較明顯,4、9、10月份無明顯峰形,變化趨于平緩；高峰值一般出現(xiàn)在14:00—17:00,最低值一般出現(xiàn)在23:00至次日8:00；圍欄內(nèi)和圍欄外6月份土壤呼吸速率達到全年的最高值,在17:00時,分別為5.87、4.41 μmol m-2s-1,高出圍欄外33.1%。10月份土壤呼吸速率最小,出現(xiàn)在8:00,分別是0.26、0.29 μmol m-2s-1。

圖1 圍欄內(nèi)、圍欄外土壤呼吸速率日動態(tài)及月動態(tài)Fig.1 Diurnal and seasonal dynamics of soil respiration rate at the fenced and grazing plots

2.2 土壤呼吸速率對圍欄封育的響應

運用單因素方差分析對圍欄內(nèi)外的土壤呼吸速率的日動態(tài)進行分析得出,圍欄內(nèi)的土壤呼吸速率高于圍欄外,除10月份差異性不顯著外,其余觀測月份均呈現(xiàn)極顯著差異；植物生長季圍欄內(nèi)外土壤呼吸速率均呈顯著性差異(4—8月)(表1,P<0. 01)；6、7、8月份圍欄內(nèi)外各個時間段的土壤呼吸速率均處于極顯著水平。9月份5:00、8:00兩個時間段差異不顯著(P>0.05),其他時間段差異顯著(P<0.05)；10月份除了14:00差異顯著外,其余時間段圍欄內(nèi)外土壤呼吸差異不顯著(P>0.05)；土壤微生物活動是土壤呼吸作用的主要來源,10月份溫度比較低,微生物活動微弱,造成10月份圍欄內(nèi)外土壤呼吸的差異性不顯著。從全年來看,圍封后草甸草原土壤呼吸速率顯著高于自然放牧對照。

2.3 土壤CO2各月日排放量和溫度及土壤含水量的季節(jié)動態(tài)

由圖2與圖3可以得出,從4—10月份來看,圍欄內(nèi)外的土壤碳排放量的月動態(tài)均呈現(xiàn)單峰曲線,6,7月份是植物的生長旺盛期,土壤呼吸作用明顯大于植物的生長前期和生長后期,對總的土壤碳排放貢獻最大,碳排放量約占總量的49.9%和51.6%。從圍欄內(nèi)外來看,4—8月份圍欄內(nèi)的碳排放極顯著高于圍欄外(P<0.01),10月份差異性不明顯(P>0.05)。最大值出現(xiàn)在6月,圍欄內(nèi)外分別為15.26 gCO2m-2d-1,11.09 gCO2m-2d-1,圍欄后碳排放量增加了37.6%,最小值出現(xiàn)在10月,分別為1.68 gCO2m-2d-1,1.72 gCO2m-2d-1。土壤呼吸的日排放量的最大值與最小值相差約6—9倍。土壤各月的日排放量與各月平均地溫和氣溫變化趨勢基本一致,與土壤含水量趨勢相反,表明土壤CO2排放量在月動態(tài)上的變化與溫度呈正相關(guān),與含水量呈負相關(guān)。

表1 圍欄內(nèi)外土壤呼吸速率日動態(tài)的差異性分析

大寫表示在P<0.01水平下顯著,小寫代表在P<0.05水平下顯著

圖2 圍欄內(nèi)外土壤CO2排放量的月動態(tài) Fig.2 The seasonal dynamics of soil CO2 emissions inside and outside fencing

2.4 草甸草原土壤呼吸對水熱因子的響應

2.4.1 土壤呼吸速率與土壤含水量的關(guān)系

從圖4可以得出,圍欄內(nèi)外土壤呼吸速率日動態(tài)與土壤含水量的日動態(tài)的相關(guān)性均不顯著,圍欄內(nèi)R2=0.0216,P=0.262,圍欄外R2=0.0428,P=0.113。總的來說,最優(yōu)的水分狀況通常是接近最大田間持水力,當土壤處于過干或過濕狀態(tài)時,土壤呼吸會受到抑制。本研究區(qū)屬于大陸性干旱氣候,土壤濕度較低,有可能成為限制土壤呼吸的關(guān)鍵因子。

圖3 各月平均土壤含水量和土壤溫度Fig.3 The daily average moisture content and daily average temperature in each month

圖4 土壤呼吸速率與土壤含水量的相關(guān)性Fig.4 The correlations between soil respiration rate and soil moisture content at 10 cm

2.4.2 土壤呼吸速率與溫度的關(guān)系

運用SPSS統(tǒng)計軟件中雙變量相關(guān)分析中的Pearson相關(guān)分析,對圍欄內(nèi)外的土壤呼吸速率的日動態(tài)與近地面氣溫及不同深度的土溫進行了相關(guān)性比較,結(jié)果見表2。由表2可以看出,圍欄內(nèi)土壤呼吸速率與溫度的相關(guān)性大小依次5 cm>氣溫>10 cm>15 cm>20 cm>25 cm,圍欄外大小依次為氣溫>5 cm>10 cm>15 cm>20 cm>25 cm。

表2 圍欄內(nèi)外不同日期土壤呼吸速率與溫度的相關(guān)性

**P<0.01,*P<0.05

總的來說,圍欄內(nèi)外相同之處是土壤呼吸速率與氣溫和5 cm地溫相關(guān)性比較好,相關(guān)系數(shù)平均值為：圍欄內(nèi)外土壤呼吸與氣溫相關(guān)性分別是0.641和0.697,土壤呼吸速率與5 cm的相關(guān)性圍欄內(nèi)外分別是0.710和0.668。圍欄內(nèi)外5 cm地溫除了圍欄外的4月份表現(xiàn)出顯著水平外,其它各月份均達到極顯著水平；與其它層次的溫度和氣溫相比,5 cm地溫能更好的反映土壤呼吸的變化情況。隨著土壤深度的增加相關(guān)性不斷降低,并且在25 cm深度土壤呼吸與地溫基本呈現(xiàn)出負相關(guān)。

圍欄內(nèi)與圍欄外相比,除了氣溫的相關(guān)性圍欄外稍高些,而不同深度的地溫與土壤呼吸的相關(guān)性都要高于圍欄外。一晝夜內(nèi),土層溫度變化大,土壤含水量變化小或者說基本穩(wěn)定,所以土壤呼吸日動態(tài)主要受土層溫度的控制。由圖4的結(jié)果土壤呼吸速率與土壤含水量之間的相關(guān)性不顯著(P>0.05),由此,得出了在天山北坡草甸草原生態(tài)系統(tǒng)中,溫度是決定土壤呼吸的主導因子。

3 討論

碳以 CO2的形式從土壤向大氣圈的流動是土壤呼吸作用的結(jié)果,作為一個復雜的生態(tài)學過程,土壤呼吸在受到植被、微生物等生物影響的同時,也受到溫度、濕度、等多種環(huán)境因素的影響,它是反映生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化和環(huán)境脅迫響應的一個重要指標。土壤溫度和水分是影響土壤呼吸的主要環(huán)境因子。溫度和水分主要通過影響土壤中微生物的活動、根系的生長與呼吸以及有機質(zhì)的分解速率等來對土壤呼吸強度產(chǎn)生影響。

3.1 圍欄封育對土壤呼吸的影響

放牧是目前我國草地最主要的利用方式,對草地土壤呼吸作用的影響主要在于對土壤微生物數(shù)量、植物根系生長和土壤孔隙度、含水量等方面的影響,對土壤有機質(zhì)含量也有一定影響[12]。而近些年圍欄封育在我國作為一種草地管理模式得到了較大的推廣,至于圍封對土壤呼吸所起的作用如何,不同的研究者在特定的條件下所得到的結(jié)果又較大的差異。

有研究表明,草場在恢復過程中土壤呼吸作用會增強,過度放牧減少土壤年呼吸總量的33%[13],對新疆巴音布魯克退化草地圍封的生態(tài)效應進行分析表明,圍欄內(nèi)碳通量均高于圍欄外,CO2排放通量均有晝高夜低單峰曲線的特點[14]。阿木日吉日嘎拉等研究了不同放牧強度對短花針茅荒漠草原土壤呼吸的影響表明,土壤呼吸速率強度隨著放牧強度的增加而減弱[12]。楊陽等[15]對不同草原類型土壤呼吸與放牧強度的關(guān)系研究得出了,放牧降低了土壤呼吸的作用。本研究與以上結(jié)論一致,圍欄后土壤呼吸明顯高于自然放牧區(qū)(表1)。究其原因,圍欄內(nèi)不受動物的啃食、踐踏等人為干擾,植被長勢茂盛,植物根系呼吸占土壤總呼吸比重較大,而放牧在植物生長季,牲畜啃食部分的活體生物量,使地下生物量降低[16]。此外,根系的分泌物可以促進微生物的呼吸[17]。而放牧樣地在降低地下生物量的同時,也減少了根系分泌物的產(chǎn)生,從而使圍欄外的土壤呼吸小于圍欄外。但也有研究表明,放牧可促進草地土壤呼吸作用,釋放更多的CO2[13,18]。這可能和其研究地點的地理位置,植被群落類型,氣候,管理措施等之間的差異有關(guān),仍需要進一步研究。

3.2 土壤呼吸與環(huán)境因子的關(guān)系

溫度作為生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸的一個控制因素,是預測土壤呼吸對全球變化的重要參數(shù)之一[19],一天當中,土壤呼吸速率隨土壤溫度的增加而增加,在12:00—15:00出現(xiàn)峰值,最小值出現(xiàn)在2:00—4:00[20]。與本研究一致,圍欄內(nèi)外的土壤呼吸均呈單峰曲線,一晝夜內(nèi),在14:00—17:00達到峰值,最低值出現(xiàn)在23:00至次日8:00,研究表明,土壤溫度與土壤呼吸速率具有顯著相關(guān)性,但由于研究區(qū)域的差異,不同層次的土溫對土壤呼吸速率會產(chǎn)生不同的影響。賈丙瑞等[21]的研究表明,不同層次土壤溫度與土壤呼吸作用日、季動態(tài)的關(guān)系明顯表現(xiàn)出淺層(0—10 cm)的相關(guān)性明顯大于深層(10 cm以上)。對新疆典型性亞高山草甸25年圍欄內(nèi)外土壤CO2日排放進行連續(xù)觀測研究表明,淺層土壤土壤溫度(包括地表地下5、10 cm土壤溫度,P<0.01)與土CO2排放通量日變化呈顯著正相關(guān)性,但15、20、25 cm地溫與其無相關(guān)性[22]。本研究認為,不論是圍欄內(nèi)還是圍欄外,不同層次的土壤溫度與土壤呼吸的日、月動態(tài)的關(guān)系均明顯表現(xiàn)為表層(5 cm)的相關(guān)性大于深層(10 cm以上),與以上結(jié)論大致相同。究其原因,一是表層土壤中的微生物量要大于深層土壤并且活動性強,對總的土壤呼吸貢獻最大[23]。二是表層作為土壤微生物生長、活動的重要能量來源,土壤有機質(zhì)在草原地表層含量最高,隨著土壤深度的增加而逐漸降低[24]。三是表層土壤溫度的變幅大,深層土壤溫度變幅小,表層土壤溫度對微生物活性的影響比深層土壤大[25]。于此相反,馬駿[21]對內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯區(qū)土壤呼吸與溫度敏感的變化研究表明,10—15 cm深度的土壤溫度對土壤呼吸速率的解釋能力高于表層0—5、5—10 cm的土壤溫度。分析其原因,由于不同的研究地點,不同的植被類型都會對二者的關(guān)系產(chǎn)生影響[26]。從而使土壤呼吸速率不僅僅受土壤溫度的控制。

土壤含水量是影響土壤呼吸速率的另一個重要因素,其對土壤呼吸的影響機制包括水分對土壤空隙中CO2替代、對CO2擴散的阻滯、對微生物活動的刺激和對微生物生物量的影響等。大量研究結(jié)果表明,土壤含水量與土壤呼吸速率存在很好的線性關(guān)系[21- 22,26]；也存在與其相悖的結(jié)果。龔斌等[27]研究了土壤呼吸與土壤濕度的關(guān)系,結(jié)果表明土壤呼吸速率與土壤濕度相關(guān)性不顯著,并且給出了土壤濕度為25%是影響土壤呼吸速率的分界點。劉霞等[28]對島狀林沼澤的研究,結(jié)果表明土壤呼吸與濕度的相關(guān)性較差,白樺林與落葉松兩種不同的林地相關(guān)性分別是0.242和0.373。其結(jié)果與本研究區(qū)域的土壤含水量與土壤呼吸速率無顯著相關(guān)性(P>0.05)一致。究其原因,本研究區(qū)屬于大陸性氣候,降雨量偏少,且每次數(shù)據(jù)的監(jiān)測都是選擇晴朗的天氣,一天內(nèi)土壤含水量變化較小,可能掩蓋了土壤呼吸隨土壤含水量變化的真實規(guī)律,故而土壤呼吸速率與土壤含水量之間沒有顯著的相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)論

(1)山地草甸草原,不論圍欄內(nèi)還是圍欄外,土壤呼吸都表現(xiàn)為明顯的日變化和季節(jié)變化規(guī)律,均呈單峰曲線,放牧并沒有改變土壤呼吸速率的變化規(guī)律,5—8月峰形比較明顯,4、9、10月份無明顯峰形,碳排放大小夏季明顯高于其他月份,尤其是6、7月份土壤呼吸對總的碳排放量貢獻最大,圍欄內(nèi)比圍欄外碳排放量增加了37%?？偟膩碚f,圍欄內(nèi)碳排放顯著高于圍欄外。

(2)溫度與濕度是影響土壤呼吸的兩個重要因子,但溫度起主導作用。在山地草甸草原,土壤呼吸與土壤含水量的相關(guān)性不顯著；土壤呼吸與地溫有著顯著的正相關(guān)關(guān)系,溫度是決定該山地草甸草原土壤呼吸的主導因子。圍欄內(nèi)外淺層土壤(0—5 cm)相關(guān)性要高于其它深度的土壤,并且在各個層次的土壤,圍欄內(nèi)土壤呼吸與溫度的相關(guān)性要高于圍欄外,5 cm的地溫能更好的反映土壤呼吸的變化情況。

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Effects of fencing on soil respiration rates in the meadow steppes in the northern slope of the Tianshan Mountains

HU Yi1,2, ZHU Xinping1,2, HAN Dongliang1,2, JIA Hongtao1,2,*,HU Bao′an1,2,LI Dianpeng1

1CollegeofGrasslandandEnvironmentalSciences,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China2XinjiangKeyLaboratoryofSoilandPlantEcologicalProceses,Urumqi830052,China

Soil respiration is an important indicator in evaluating soil surface carbon dioxide (CO2) flux, and carbon cycling in grassland ecosystems is strongly affected by grassland management and implementation. Fencing and grazing are two important grassland management tools in the meadow steppe of the Tianshan Mountains ; however, there is limited knowledge of how fencing may influence soil respiration in the arid and semi-arid areas of meadow steppes. In our study, we compared short-term (9-year fencing) fenced meadow steppes with grazed meadow steppes along the northern slopes of arid and semi-arid areas of the Tianshan Mountains of China. We evaluated daily and seasonal soil respiration dynamics and the correlation between soil respiration rate and environmental factors in both fenced and grazed meadow steppes using a Li- 8100 automated soil CO2flux system (LI-COR, Lincoln, Nebraska, USA). Significant variations of daily and seasonal soil respiration rate were found as a one-peaked curve at the evaluated fenced and grazing meadow steppe in Tianshan Mountains, and the single peak in the growing season was especially obvious. In June, daily soil respiration rates peaked at 17:00 h for both areas, but soil respiration rates were 33.1% higher in fenced (5.87 μmol m-2s-1) than grazed (4.41 μmol m-2s-1) meadow steppes. In October, daily soil respiration rates were lowest at 08:00 h for both fenced (0.26 μmol m-2s-1) and grazed (0.29 μmol m-2s-1) meadow steppes. Annual CO2flux is highest in summer, and the contribution of CO2flux in June and July to the total annual CO2flux was highest during our sampling period. Furthermore, CO2flux was 37% higher at fenced than at grazing sites, suggesting that fencing had a more positive effect on CO2flux than grazing in arid and semiarid areas of the meadow steppes. Our results are mainly due to the decrease in belowground biomass and root secretion, which reduces root and microbe respiration. The dynamics of soil CO2flux were consistent with fluctuations in average daily air and soil temperature, and contrasted with changes in average daily soil moisture content. Our correlation analysis showed that surface soil (0—5 cm) and near surface air temperature are significantly correlated with soil respiration(P<0.05), but there was no significant correlation between soil respiration and soil moisture. Soil respiration and soil temperature were more correlated at surface soil (0—5 cm) than subsoil (> 5 cm, measured using the angle stem earth thermometer)and this relationship was more significant in fenced than grazed sites. Our results indicate that surface soil (0—5 cm) and near surface air temperature is the main factor influencing the dynamics of soil respiration rates in mountain meadow steppes; and surface soil temperature is a better indicator of soil respiration than subsoil temperature in meadow steppe areas.

fencing; soil respiration; soil temperature; soil moisture content; meadow steppes

中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項(XDA05050405)；國家自然科學基金(31560171)；新疆維吾爾自治區(qū)研究生教育創(chuàng)新計劃(XJGRI2014084)

2015- 03- 13;

日期:2016- 01- 22

10.5846/stxb201503130486

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hongtaojia@126.com

胡毅,朱新萍,韓東亮,賈宏濤,胡保安,李典鵬.圍欄封育對天山北坡草甸草原土壤呼吸的影響.生態(tài)學報,2016,36(20):6379- 6386.

Hu Y, Zhu X P, Han D L, Jia H T,Hu B A,Li D P.Effects of fencing on soil respiration rates in the meadow steppes in the northern slope of the Tianshan Mountains.Acta Ecologica Sinica,2016,36(20):6379- 6386.