王亞軍，郁珊珊

1. 福州大學建筑學院，福建 福州350108；2. 南京林業(yè)大學風景園林學院，江蘇 南京 210037

IPCC第 5次報告指出，近百年來，北半球中緯度的地區(qū)平均降雨量有明顯增加的趨勢，平均增幅為 6%～8%，赤道地區(qū)（高緯度的年均降雨量呈增加趨勢；然而亞熱帶地區(qū)（中緯度）和絕大部分干旱地區(qū)年均降雨量呈降低的趨勢（IPCC，2013）。IPCC報告評估了中國過去50年的降雨情況，認為降雨頻率明顯減少，然而降水量沒有明顯變化。這就意味著單次降雨頻率和強度有明顯增加的趨勢。在此背景下，降雨格局與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)之間的作用關系成為了全球變化研究中的熱點問題（郭雪等，2015）。土壤呼吸（Rs）是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分，也是僅次于植物光合作用產(chǎn)生碳源（C）的第二大碳排放源，每年全球土壤呼吸排放C源占整個陸地生態(tài)系統(tǒng)C排放量的60%～90%（郭雪等，2015；Schlesinger et al.，2000）；Rs的細微變化都顯著影響全球的 C循環(huán)動態(tài)，故Rs成為調(diào)控氣候變化背景下全球碳循環(huán)的關鍵過程，也是當前全球變化下生態(tài)學和土壤學研究的重要領域（Raich et al.，2000）。Rs強弱受到生物和非生物因素的綜合調(diào)控，降雨作為重要的擾動因子，對準確估算區(qū)域 Rs具有重要影響，尤其在陸地生態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)得更為明顯（Lloyd et al.，1994；Chen et al.，2013；Chen et al.，2006）。在過去一個世紀，全球降雨格局發(fā)生了巨大的改變，降雨格局導致陸地生態(tài)系統(tǒng)強降雨頻率增大和干旱事件頻繁發(fā)生（Boone et al.，1998；Rustad et al.，2001）。降雨頻率、降雨量和降雨強度的改變會導致土壤水分的周期性波動，從而引起Rs發(fā)生非同步的變化，深入了解降雨對 Rs的影響，有利于深入研究生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)。

城市綠地作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維持全球C循環(huán)平衡方面有不可替代的作用。城市綠地系統(tǒng)是以土壤為主要基質(zhì)，以植被為主體，以自然和人為因素修飾為基本特征，在各種生物因子、非生物因子及人類活動協(xié)同作用下所形成的有序性系統(tǒng)（Lloyd et al.，1994；Chen et al.，2013；Chen et al.，2006）。隨著城市生態(tài)概念的發(fā)展，城市綠地生態(tài)系統(tǒng)具有重要的意義和價值，然而工業(yè)化給城市綠地生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境造成了潛在的威脅，并且造成了城市生態(tài)環(huán)境危機。

作為改善和美化城市生態(tài)環(huán)境的重要載體，城市綠地生態(tài)系統(tǒng)由各類草地、耕地、林地、公園等相互聯(lián)系組合，具有一定的自凈能力、自動調(diào)節(jié)能力和生命力，是城市生態(tài)的理想“調(diào)節(jié)器”，在調(diào)節(jié)城市生態(tài)環(huán)境平衡中發(fā)揮著重要作用（Chen et al.，2006）。在全球碳循環(huán)與氣候變化的研究中，城市綠地對減緩全球變暖具有重要作用，其潛在的碳匯功能、固碳效應和固碳潛力也是不容低估的（Kim et al.，2015；Sophie et al.，2010）。與此同時，綠地生態(tài)系統(tǒng)是介于人為和自然生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡橋梁，在全球變化背景下，降雨格局將直接影響城市綠地生態(tài)系統(tǒng)碳匯效應、固碳潛力以及碳循環(huán)過程。盡管已有較多的關于Rs對降雨格局的響應過程和規(guī)律的描述，但大多研究結果仍局限于室內(nèi)人工控制模擬。受技術和條件的限制，在自然條件下，對原位、全天候、高頻率地監(jiān)測降雨格局對生態(tài)系統(tǒng)Rs的影響的研究還相對較少，并且關于全球變化背景下城市綠地生態(tài)系統(tǒng) Rs的響應機制尚不清楚。

以福州市綠地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，在多年定位試驗的基礎上，開展降雨控制試驗，采用全自動多通量箱系統(tǒng)對降雨前后城市綠地生態(tài)系統(tǒng) Rs和環(huán)境等因子進行原位全天候連續(xù)監(jiān)測，并分析正常降雨、增雨（+50%）和減雨（-50%）處理下 Rs對降雨的響應，為準確評價綠地生態(tài)系統(tǒng) C循環(huán)對全球變化的響應提供基礎數(shù)據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

福州市位于福建省東部、閩江下游（118°08′～120°31′E，25°15′～26°39′N），該區(qū)氣候溫暖濕潤，資源豐富，霜少無雪，雨量充沛，農(nóng)業(yè)活動較活躍。地貌類型以丘陵為主，地勢起伏不平，地形復雜多樣，土壤類型較多，主要包括紅壤、黃棕壤、紫色土、潮土和沼澤土；平均海拔為9.2 m；年均降水量為900～2100 mm（圖1），降雨分布不均，年際間變異大；年均日照數(shù)為1700～2000 h；無霜期達329 d；年均氣溫為16～20 ℃；年相對濕度約為76%。福州市土地總面積為12251 km2，截至2015年，綠地面積約為81.2 km2，綠地率高達36.9%，人均綠地高達11.2 m2。

圖1 研究區(qū)近60年降雨量的年際波動Fig.1 Annual rainfall fluctuations of nearly 60 years in the study area

1.2 樣地選設及處理布置

在綠地斑塊方面，福州市綠地分布格局呈現(xiàn)點、塊狀分布，城區(qū)缺少足夠?qū)挼木G地廊道進行連接，公共綠地分布不均，公園綠地的占地面積最大。根據(jù)福州市城市綠地分布格局及特點，將渦度通量觀測儀安裝在福州市的西湖公園內(nèi)，其主要樹種為園林觀賞樹種和綠化草本植物，該綠地生態(tài)系統(tǒng)保持得較為完整，能夠代表城市綠地生態(tài)系統(tǒng)。降雨前期土壤理化性質(zhì)如下：pH 6.78，有機碳 12.35 g·kg-1，全氮 1.52 g·kg-1，全磷 1.13 g·kg-1，有效氮32.15 mg·kg-1，有效磷 18.37 mg·kg-1。

試驗樣地選在平緩區(qū)，平均坡度小于 3°，于2016年1月開展降雨改變試驗，設置4個區(qū)組，布設20 m×20 m試驗小區(qū)，小區(qū)之間間隔為10 m（隔離帶）。在每個小區(qū)內(nèi)設置3個1.5 m×1.5 m樣方，樣方之間的間距為2 m（隔離帶），每個樣方均進行降雨處理，具體降雨措施如下：

（1）減少降雨（減雨）：在每個樣方的正上方用透明的鋸齒狀 PVC管和鋼鐵架搭建減雨棚，每隔15 cm放置15 cm寬的V字形遮雨板（透光率大于95%，V形，夾角120°），實現(xiàn)50%減雨，支撐架一側(cè)高度為2 m，另一側(cè)高度為1.5 m（形成一定的落差，使被減少的雨沿溝槽流下，以實現(xiàn)另一邊的增雨試驗）（鄧琦等，2009）；

（2）增加降雨（增雨）：根據(jù)當?shù)亟涤昵闆r，結合前人研究（鄧琦等，2009），設置（±50%）的增減雨處理。將上述減雨的樣方排出的雨水以噴灑的形式滴灌在樣方內(nèi)，具體操作為：每次降雨結束后 24 h內(nèi)，將雨水通過噴壺均勻噴灑到增雨樣地（+50%），噴灑的速度以不出現(xiàn)地表徑流為宜；

（3）對照實驗：無降雨棚處理，其他環(huán)境條件與減雨和減雨保持一致。

所有樣地分布于綠地系統(tǒng)的林木間隙內(nèi)，林木頂部無樹冠遮攔，每個樣方均無喬木、灌木和雜草的生長。由于樣點地勢平坦，可忽略降雨過程中的地表徑流。在每個小樣方內(nèi)安放土壤呼吸底座（Soil collar），共設置4組、8個底座，底座露出地面3 cm，進行土壤呼吸（Rs）測量。在小樣方的四周挖取植物的根系，然后用雙層塑料布隔離小樣方周圍的根系（除去所有的活體植物，保證后續(xù)土壤呼吸的測定均沒有活體植物的根系干擾）。

1.3 土壤呼吸及溫、濕度的測定

將土壤呼吸環(huán)（直徑15 cm，高10 cm，埋入土壤深度為8 cm）安放在每個樣地的正中央。降雨設備安裝完成之后的兩個月為自動檢驗期，從2016年4月中旬開始正式測試，用LI-8150土壤CO2通量全自動連續(xù)測量系統(tǒng)全天候監(jiān)測土壤呼吸，每個土壤呼吸環(huán)的測量時間為3 min，測量間隔為5 min，全天候24 h不間斷測量土壤呼吸，每個土壤呼吸環(huán)重復測定3次。由于每個土壤呼吸環(huán)每小時會被氣室罩住約 3 min，而其他時間處于室外開放狀態(tài)，被隔絕時間較短，因此可以忽略降雨過程所造成的誤差。在測定土壤呼吸的同時，采用Em-50傳感器（Decagon Devices，Inc．USA），實時監(jiān)測土壤5 cm深處的土壤溫度（T）和土壤水分（W），直至2016年11月底停止Rs的測量（5—11月為雨期）。

采用Matlab進行模型擬合，降雨前、中、后期的Rs與T的單變量模型如下（Lloyd et al.，1994；Chen et al.，2013）：

式中，Rs表示土壤呼吸（μmol·m-2·s-1）；Ro表示 0 ℃時的土壤呼吸（μmol·m-2·s-1）；b 為溫度反應系數(shù)；T為0～5 cm土壤溫度。

用Q10表征土壤呼吸的溫度敏感系數(shù)，其計算公式為：

式中，降雨前、中、后期的Rs與土壤濕度（W，0～5 cm）單變量模型如下：

式中，Rs表示土壤呼吸（μmol·m-2·s-1）；a、b為方程擬合參數(shù)；W為0～5 cm土壤濕度。

加入水分修正系數(shù)c的Rs與土壤溫度（T）、土壤濕度（W）指數(shù)關系模型為：

式中，a為特征參數(shù)；c為土壤呼吸的水分敏感參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

首先對野外測得的Rs、土壤濕度和土壤溫度數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗和方差齊性檢驗，然后，采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和多重比較（LSD）檢驗降雨對 Rs、土壤濕度和土壤溫度的影響，最后通過偏相關分析和多元回歸分析研究各降雨條件下土壤溫度和土壤濕度對Rs的影響。所有數(shù)據(jù)分析和差異性檢驗均在SPSS 18.0中完成，模型擬合均在Matlab中實現(xiàn)，采用Origin 9.2繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同降雨處理下土壤溫度與濕度

在觀測期內(nèi)，日平均降雨量為3.75 mm·d-1，日平均降雨量與土壤濕度的變化規(guī)律具有較高的一致性（圖 2）。在不同降雨處理下，土壤濕度表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化規(guī)律，其中6月底土壤濕度相對較低，8月初土壤濕度相對較高。由圖還可知，增雨和減雨對土壤濕度均產(chǎn)生了顯著的影響（表 2，P＜0.001），土壤濕度大小順序表現(xiàn)為：增雨＞對照（CK）＞減雨。與CK相比，增雨使土壤濕度平均顯著上升11.94%，而減雨使土壤濕度顯著下降9.09%。

進一步分析可知，不同降雨處理下的土壤呼吸具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，其中增雨處理下Rs在7月中旬達到最大（均值為 4.23 μmol·m-2·s-1），在10 月底達到最低（均值為 0.82 μmol·m-2·s-1）。對照和減雨處理下，Rs則分別在8月初和9月初達到最大（土壤呼吸均值分別為 3.98 μmol·m-2·s-1和 4.02 μmol·m-2·s-1），二者均在 11 月初達到最低。與對照（1.54 μmol·m-2·s-1）相比，增雨導致 Rs顯著增加了 21.43%（P＜0.05），而減雨對 Rs沒有顯著影響（P＞0.05），并且增雨處理下 Rs比減雨處理高出111.04%（P＜0.05）。

表1 降雨處理及測定時間對土壤濕度、土壤溫度和Rs的影響Table1 Soil moisture, soil temperature and soil respiration under different rainfall treatment

2.2 Rs對土壤溫度、土壤濕度的響應

交互作用分析表明（表 1），降雨處理與降雨時間的交互作用對土壤濕度沒有顯著影響，而降雨變化對土壤溫度有顯著影響（P＜0.001），表現(xiàn)為減雨導致5 cm深土壤溫度平均增加1.18 ℃。然而，增雨處理（14.35 ℃）與對照處理（14.69 ℃）之間的土壤溫度并無顯著差異（表 2），測定時間與降雨處理之間無交互作用。除此之外，降雨處理和觀測時間對Rs的交互作用較為明顯。具體表現(xiàn)為8月前的降雨處理Rs高于對照，而在其他觀測時間內(nèi)則低于對照。

圖2 不同降雨處理下土壤溫度與濕度Fig.2 Soil temperature and humidity under different rainfall treatment

圖3 降雨改變對土壤溫度敏感性的影響Fig.3 The influence of rainfall change sensitivity to soil temperature

表2 觀測時間內(nèi)土壤濕度、土壤溫度和Rs對降雨的響應Table2 Response of soil moisture, soil temperature and soil respiration to rainfall treatment

正態(tài)性和方差齊性檢驗后，對土壤溫度與瞬時Rs進行回歸分析，結果表明，不同降雨處理下土壤溫度與Rs具有顯著線性正相關性（P＜0.01，圖3），其中，增雨處理下土壤溫度與Rs的線性回歸方程為y=0.29x+0.15（R2=0.827，P＜0.01）；減雨處理下土壤溫度與 Rs的線性回歸方程為 y=0.27x+0.33（R2=0.828，P＜0.01）；對照土壤溫度與 Rs的線性回歸方程為y=0.27x+0.13（R2=0.873，P＜0.01）。

由圖 4可知，不同降雨處理下土壤濕度與 Rs具有顯著線性負相關性（P＜0.01，圖 4），其中增雨處理下土壤濕度與 Rs的線性回歸方程為y=-0.15x+8.81（R2=0.761，P＜0.01）；減雨處理下土壤濕度與 Rs的線性回歸方程為 y=-0.20x+9.16（R2=0.689，P＜0.01）；對照土壤濕度與 Rs的線性回歸方程為y=-0.17x+9.02（R2=0.762，P＜0.01）。

圖4 降雨改變對土壤濕度敏感性的影響Fig.4 The influence of rainfall change sensitivity to soil humidity

圖5 降雨量與呼吸速率變化率的相關性Fig.5 The influence of rainfall change sensitivity to soil humidity

2.3 Rs對降雨量和降雨強度的響應

由圖5可知，不同降雨處理下的降雨量與土壤呼吸變化率均呈顯著的二次相關關系。由圖可知，增雨處理下降雨量與土壤呼吸變化率的關系表現(xiàn)為 y=2.37x2-5.36x+9.45（R2=0.657），對照降雨量與土壤呼吸變化率的關系表現(xiàn)為 y=3.16x2-4.12x+8.37（R2=0.581），減雨處理下降雨量與土壤呼吸變化率的關系表現(xiàn)為 y=1.25x2-0.69x-10.47（R2=0.523）。綜合對比分析可知，隨著降雨量的增加，土壤呼吸變化率逐漸減弱，大致表現(xiàn)為當降雨量在0～20 mm范圍波動時，土壤呼吸變化率隨降雨量的增加而逐漸增加，當降雨量超過20 mm時，土壤呼吸變化率隨降雨量的增加而逐漸減小。

2.4 Rs與土壤溫度、土壤含水量的協(xié)同關系

表3反映了雨季前后的不同時期，土壤呼吸對土壤濕度和土壤溫度的響應特征。綜合比較可知，模型的最佳擬合優(yōu)度（R2）在降雨前后的變化基本保持一致。引入土壤水分修正系數(shù)后，R2均有不同程度的提高，其響應的Q10也有所增大。

由表4可知，土壤容積含水量與土壤呼吸呈顯著二次負相關。比較各次降雨前后的二次方程擬合優(yōu)度 R2可知，在雨季開始和雨季結束的強降雨前后，R2表現(xiàn)為降雨中期小于降雨前期和降雨后期，在降雨中期，增雨、對照和減雨處理下二次方程擬合效果均不顯著（P＞0.05），土壤濕度對土壤呼吸的解釋力較弱；降雨后期其二次方程擬合效果均顯著（P＜0.01），即降雨過程中土壤濕度對土壤呼吸的響應變得不顯著。

由表5可知，引入水分修正系數(shù)后的土壤呼吸Rs=a·ebT·cW模型所計算得到的Q10與引入水分修正系數(shù)后的 Rs=Ro·ebT模型所計算得到的 Q10基本一致。以系數(shù)c表征土壤呼吸對土壤水分的敏感性，降雨前后的c值均有所減小，如雨季前期（1.475～5.126）的c值分別為0.258和0.589，由此可知，強降雨使得土壤呼吸對水分的敏感性降低。不同時期土壤水分敏感性大致表現(xiàn)為雨季后期＞雨季中期＞c雨季前期。總體而言，土壤呼吸隨土壤溫度（T）的增加而顯著增加（表3），比較各模型的最佳擬合優(yōu)度 R2可知，在雨季開始和雨季結束的強降雨前后，R2表現(xiàn)為降雨前期和降雨后期顯著高于降雨中，然而在模型中引入土壤水分修正系數(shù)以后，R2均達到極顯著水平（P＜0.01）；在降雨中期，增雨、對照和減雨處理下指數(shù)方程擬合均不顯著（P＞ 0.05），土壤溫度對土壤呼吸的解釋力較弱；降雨后期其指數(shù)方程擬合效果均顯著（P＜0.01），即降雨過程中土壤溫度對土壤呼吸的響應并不顯著，強降雨可影響甚至改變控制土壤呼吸的間接環(huán)境因子。

表3 降雨前后Rs與土壤溫度之間的指數(shù)關系（Rs=Ro·e ）Table3 Exponential relationship between Rs and soil temperature under rainfall treatment

表4 降雨前后Rs與土壤含水量之間的關系（Rs=aW2+bW+c）Table4 Exponential relationship between Rs and soil moisture under rainfall treatment

表5 降雨前后Rs與土壤溫度和濕度之間的指數(shù)關系（Rs=a·ebT·cW）Table5 Exponential relationship among Rs and soil moisture and soil temperature under rainfall treatment

3 討論

3.1 Rs對土壤溫度、土壤濕度的響應

本研究結果表明：增雨能夠顯著提高城市綠地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸（Rs）（圖 1），這與全球尺度上降雨對土壤呼吸響應的結果相一致（Paradis et al.，2015）。在中國南亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)中，雨季增雨可能會抑制Rs，而旱季增雨則會促進Rs及其溫度敏感性（鄧琦等，2007；鄧琦等，2009）。當增雨時，進入土壤的降雨可促進土壤毛管孔隙中的CO2增多，并促進土壤對CO2的吸收與釋放，因此短期內(nèi)會導致 Rs出現(xiàn)大幅度的增大（張慧東等，2015；常建國等，2007；Shen et al.，2015）。然而，從長期作用效應來看，增雨在一定程度上提高了Rs（吳華清等，2016；Shen et al.，2015）。本研究發(fā)現(xiàn)，減雨對Rs具有一定的促進作用，這與在亞馬遜熱帶雨林開展減雨對土壤呼吸影響的實驗結果相似，減雨25%和50%分別導致Rs增加了13%和25%（Hotta et al.，2010；Fan et al.，2015）。然而，在熱帶常綠雨林中的研究發(fā)現(xiàn)，單次降雨量較大時，減雨會抑制 Rs，從長期的影響效果來看，減雨對Rs的影響并不顯著。在美國高草草原的降雨控制實驗也表明，短期的減雨一定程度上會抑制Rs（Rey et al.，2011）。由此可知，減雨對Rs的影響，可能受降雨脈沖、土壤背景、土壤前期水分、根系等調(diào)節(jié)。本研究中，短期的減雨促進了Rs，主要是由于：首先，在福州城市綠地生態(tài)系統(tǒng)中（降雨較為充足的地區(qū)），短期的減雨有利于增加土壤的滲透性和通氣性，在一次降雨之后，土壤中微生物數(shù)量、土壤酶活性有所增加；其次，減雨促進了地表凋落物的淋溶以及表層枯落物的分解，使得被分解的土壤養(yǎng)分向深層土壤轉(zhuǎn)移，從而直接成為Rs的底物來源；最后，在綠地生態(tài)系統(tǒng)中，植物往往通過改變生物量比例來調(diào)節(jié)Rs，進而增加根系的生長以及對土壤水分的吸收，以此來降低蒸騰作用的損耗，進而影響 Rs（Wang et al.，2016；Berryman et al.，2010）。最優(yōu)的土壤水分狀況通常是最大的田間持水量，當土壤處于過濕或者過干的狀態(tài)時，Rs均會受到不同程度的抑制（Powell et al.，2013；Ryana，2007；Lee et al.，2004）。本研究中，在雨季中期，土壤含水量迅猛增加，Rs受到了抑制，而后隨著土壤含水量的下降，Rs逐步恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。當土壤含水量超過田間持水量時（過濕），土壤水分處于過飽和狀態(tài)，Rs隨著土壤水量的增加呈降低趨勢（二次指數(shù)關系）（圖5）。除此之外，降雨不僅影響Rs自身過程，而且還通過改變土壤溫度的敏感性從而間接改變Rs。以往的研究表明，當土壤水分進一步增加時，水分抑制土壤中 O2的擴散，從而形成厭氧環(huán)境，此時土壤微生物的活性和植物根系受到抑制，導致Rs對土壤溫度的敏感性隨著土壤水分的增加而降低（Wang et al.，2016；Berryman et al.，2010）。綜上所述，Rs對土壤溫度的敏感性變化并非簡單的線性關系，而是受到諸如土壤孔隙度、土壤溫度、植物和土壤微生物多樣性等各生物學和非生物學因素的共同作用。在不同降雨處理下，降雨提高了土壤水分含量，Rs的敏感性也隨之增加（Ryana，2007；Lee et al.，2004）。

3.2 Rs對降雨時間、降雨量和降雨強度的響應

受降雨脈沖、降雨頻率、降雨強度等影響，降雨格局對Rs的影響可能表現(xiàn)為促進、抑制或者沒有影響。早在20世紀60年代初，Birch通過野外的模擬實驗觀察到少量的降雨會促進Rs，并將此現(xiàn)象稱之為“Birch效應”（Birch，1985）。然而，“Birch效應”并非適用于所有土壤，對于潮濕的土壤而言，降雨在一定程度上會對Rs產(chǎn)生一定的抑制作用，比如在本研究中（潮濕的土壤），當降雨時間超過20 min以后，降雨對Rs就產(chǎn)生了明顯的抑制作用（圖5），這可能是因為降雨所帶來的“置換效應”使得雨水迅速填充了土壤孔隙，CO2大量排出，但這種置換效益排出的CO2是此前的累積，并不能說明減雨降低了土壤CO2累積量，此外，研究表明少量降雨刺激了微生物活性，造成Rs瞬時增加；然而當雨量增加到一定的時候，水分已經(jīng)超出了田間持水量和土壤孔隙度，并且抑制了微生物活性，從而阻礙了土壤微生物對CO2的排放，降低了呼吸速率（陳書濤等，2017；Wang et al.，2016）。此外，由減雨引起的 Rs的迅速增加還可能與土壤微生物底物有關：第一，降雨迅速改變了地表的水分狀況，使其處于濕潤狀態(tài)，促進了微生物活性增強。有研究表明，與土壤溫度相比，地表凋落物的分解速率更依賴于水分的供給。第二，雖然根呼吸對降雨的響應具有一定的滯后性，但是根系呼吸使根際周圍聚集了大量的HCO3-，HCO3-與Ca2+結合形成碳酸鹽，碳酸鹽在短期內(nèi)起到了儲存碳的作用，并且短時間內(nèi)激發(fā)了CO2的釋放（Milcu et al.，2006；郭全恩等，2016；魏書精等，2014）。

3.3 Rs與土壤溫度、土壤濕度的協(xié)同關系

為了更準確地探討土壤水分和土壤溫度對Rs的協(xié)同作用，在傳統(tǒng)Q10方程的基礎上，引入了土壤水分修正系數(shù)的指數(shù)方程，提高了模型的擬合優(yōu)度R2。修正后的結果表明，當土壤含水量升高，逐漸偏離某一最優(yōu)狀況（如最大田間持水量）時，土壤水分對Rs的影響作用增強，而土壤溫度對Rs的影響作用減弱。本研究中，降雨共同改變了Rs的溫度敏感性和水分敏感性。從不同降雨處理來看，減雨處理下土壤溫度對土壤呼吸的解釋程度最高（表4），這主要是由于降雨過程中，其不規(guī)律的脈沖和波動造成Rs呈不規(guī)則性變化，降雨后期Rs逐步恢復穩(wěn)定，二者擬合程度較高。土壤溫度是降雨前的關鍵影響因子，而土壤容積含水量是降雨后的關鍵影響因子（表5）。然而，當土壤容積含水量處于短暫波動變化時，在此期間，前一次降雨正處于恢復階段，因此土壤呼吸速率不斷下降，然而不斷升高的土壤溫度并不能解釋土壤呼吸速率，期間土壤容積含水量亦呈不斷降低趨勢，因此土壤容積含水量成為降雨前土壤呼吸的關鍵影響因子。綜上，在降雨前，如果土壤容積含水量處于明顯變化的狀態(tài)，則水分是土壤呼吸的關鍵影響因子；如果土壤容積含水量處于穩(wěn)定的狀態(tài)，那么土壤溫度是土壤呼吸的關鍵影響因子。因此，在降雨過程中，土壤溫度和土壤濕度共同影響著土壤呼吸；在降雨結束后，水分仍然是影響土壤呼吸的關鍵因子。

4 結論

（1）在不同降雨處理下，日平均降雨量與土壤濕度的變化規(guī)律具有較高的一致性，并且增雨能夠顯著提高城市綠地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸（Rs）。相關性分析表明，土壤濕度與 Rs呈顯著負相關（P＜0.05），土壤溫度與 Rs呈顯著正相關（P＜0.05）。交互作用分析結果表明，降雨處理與降雨時間的交互作用對Rs的交互作用較為明顯。

（2）隨著降雨時間的延長，Rs下降速率加快，降雨時間越長，土壤釋放CO2速率越慢，當降雨達到一定時間后，土壤釋放CO2的速率有所回升?；貧w分析發(fā)現(xiàn)，降雨量與土壤呼吸速率的變化率呈二次相關關系（P＜0.05），總體上降雨促進了Rs。

（3）土壤溫度敏感系數(shù)（Q10）對不同降雨處理均表現(xiàn)出顯著的影響。增雨和減雨均降低了土壤水分敏感性。降雨事件發(fā)生后，Rs的水分敏感性有所降低。在雨季開始和結束時，Rs的水分敏感性較高，而雨季中期Rs的水分敏感性較低。由此可知，增雨或減雨均對Rs有不同程度的刺激作用，這很可能減弱城市綠地生態(tài)系統(tǒng)土壤的固碳潛力。

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