張伯浩, 宋婭麗, 王克勤, 李學峰, 聶慧瑩

(西南林業(yè)大學生態(tài)與水土保持學院,云南 昆明 650224)

土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤和大氣之間CO2交換的重要組成部分，全球每年由土壤呼吸排放的CO2總量約為29.3～81.8 Pg C[1]，占全球每年大氣中CO2輸入的20%左右[2]，在全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳收支中占有重要的地位[3].農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)與其他陸地生態(tài)系統(tǒng)相比較，具有明顯的特點，它是受人為干擾最強烈的系統(tǒng)，其碳循環(huán)也顯著地受到人為活動的影響.據(jù)估計，由于農(nóng)業(yè)利用及其他的人為活動，過去300余年間全球土壤有機碳損失總量達到90 Pg C[4]，累積排放量占人類活動釋放到大氣中的CO2總量的1/4[5]，由于受自然因素和人為活動的影響較大，如耕作措施、施肥、灌溉等的影響，農(nóng)田土壤呼吸在空間、時間上的變化十分復雜[6-8]，因此探索農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中土壤呼吸的變化規(guī)律及控制機理對明確減緩土壤有機碳分解的對策和措施以及評估全球碳收支具有重要的指導意義.

目前國內(nèi)對于農(nóng)田土壤呼吸方面的研究，多集中于旱地玉米、小麥田以及南方水稻田土壤等[9-14]，對于煙田土壤呼吸的研究還鮮有報道.同時，研究角度主要集中在不同農(nóng)業(yè)耕作措施[15]和不同施肥條件下[16]土壤呼吸特征的分析，而對于不同坡面類型農(nóng)田土壤呼吸特征的研究較少.土壤呼吸是指未經(jīng)擾動的土壤中產(chǎn)生CO2的所有代謝作用，主要包括根系呼吸(自養(yǎng)呼吸的一部分)以及土壤微生物和土壤動物的異養(yǎng)呼吸[17]，占生態(tài)系統(tǒng)總呼吸量的60%～90%[18].研究表明，土壤呼吸受諸多因子的影響，如土壤溫度、土壤濕度、根系生物量、土壤微生物、凋落物、根系的氮含量、土壤質(zhì)地、土壤pH等[19]，其中土壤溫度和濕度是土壤呼吸模型輸入的主要氣象因子，與土壤呼吸作用的相關關系為近年來研究的重點之一[20].

烤煙是云南省最重要的經(jīng)濟作物之一，種植面積居全國前列，云南農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地以坡耕地為主要土地利用類型，坡耕地的不同坡面類型對農(nóng)田土壤耕層溫度和土壤濕度影響較大.鑒于此，我們以云南省玉溪市紅塔區(qū)煙田生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，對煙田不同坡面類型的土壤呼吸速率動態(tài)變化進行測定，并對其與主要環(huán)境因子的響應關系進行了分析探討，旨在為我國煙田溫室氣體排放清單的編排和制定減排措施提供理論依據(jù)，并期望在中國區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸碳排放速率的時空格局及其在全球碳平衡中發(fā)揮作用.

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于云南省玉溪市紅塔區(qū)小李井村，該區(qū)域位于北緯24°08′30″—24°32′18″、東經(jīng)102°17′32″—102°41′37″，海拔1 600～2 614 m，屬中亞熱帶半濕潤冷冬高原季風氣候，年均總?cè)照諘r數(shù)2 085.3～2 286.3 h，年平均氣溫15～24.2 ℃，年平均降水量787.8～1 000 mm，相對濕度75.3%，年平均蒸發(fā)量1 801 mm，無霜期270 d.

1.2 試驗設計

試驗地位于玉溪市中部地區(qū)二龍?zhí)缎×饔蚩緹熞?guī)劃種植區(qū)內(nèi)，坡向朝南，光照充足，降水充沛，屬于適宜烤煙種植地區(qū)，播種方法和田間管理采用當?shù)乜緹熞?guī)范種植技術方法[21].試驗于2017年4月25日開始，在不同坡度和坡位上布設7個不同處理的試驗小區(qū)(見表1).試驗采用隨機區(qū)組設計，每個處理面積為6 m×4.8 m，種植密度為1.6株·m-2，共7個試驗小區(qū).每個小區(qū)栽煙55株，煙田平均行距1.2 m，平均株距0.6 m，在每個試驗小區(qū)內(nèi)隨機取3次重復.煙田種植采用烤煙根區(qū)覆膜滴灌的灌溉方式，滴灌帶直徑55 mm，出水孔間距60 cm，中間連結(jié)滴灌帶的輸水支管為聚乙烯硬塑管，直徑50 mm.

表1 試驗各處理的肥料施用量Table 1 The fertilizer rate of different treatments

供試烤煙品種為云煙97，施肥方式為常規(guī)施肥，純氮用量120 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶1.5∶3(質(zhì)量比)，于2017年4月25日移栽，同時施入有機肥和專用復合肥為基肥，70%的氮肥和鉀肥及100%磷肥施于壟底作為基肥，移栽后10～15 d內(nèi)施入專用化肥為追肥，30%氮肥和鉀肥結(jié)合培土用作追肥，采用人工移栽、鋪帶、覆膜一次完成.根據(jù)當?shù)乜緹熒a(chǎn)管理部門制定的烤煙養(yǎng)分需求特征，結(jié)合近年肥料試驗結(jié)果，確定土壤養(yǎng)分對應施肥量及豐缺評價指標體系[22-25]，各種養(yǎng)分施用量見表1，由于該年降雨量較多，常規(guī)滴灌灌溉量較往年也有所減少.

1.3 測定指標及方法

試驗期間通過在研究區(qū)附近設置JDZ-1型號自計雨量計和氣象觀測儀，對降雨量和日均氣溫等數(shù)據(jù)進行觀測和采集.采用動態(tài)密閉氣室紅外CO2分析儀(LI6400, LI-COR Inc., Lincoln, NE, USA)測定土壤呼吸速率.烤煙農(nóng)田田壟行距為120 cm，株間距為60 cm，測定土壤呼吸速率時將PVC圈提前24 h嵌入煙株根部1/2處附近土壤中，PVC圈為直徑10 cm，高4 cm的聚乙烯圓柱體，嵌入土壤層2 cm，每個處理3個重復，每個重復測定2組循環(huán)，取其平均值作為土壤呼吸速率值，在整個觀測過程中 PVC圈埋設位置保持不變.烤煙土壤呼吸動態(tài)變化測定時段為整個烤煙生長季，于2017年5月10日還苗期(栽后16 d)、6月11日伸根期(栽后48 d)、6月30日旺長期(栽后67 d)、7月20日打頂期(栽后87 d)、8月20日采收期(栽后118 d)、9月10日采收結(jié)束(栽后139 d)進行測定.測定時間均在每天08:00—10:00之間，研究表明該時段測定值最為接近全天24 h的平均值，具有較好的代表性[26].在土壤呼吸測定的同時，在PVC圈附近選擇1個點將土壤熱電偶探針(Li-6400-09TC)插入10 cm深度土壤測定土壤溫度.每個小區(qū)采用梅花點取樣，3個重復，取樣深度為0～10 cm，用烘干法測定土壤濕度.

本研究在不同坡度和坡位上的7個試驗小區(qū)內(nèi)采樣，每個試驗小區(qū)采集“對角線”和“S”形位置上的5個重復樣，先用木鏟刮去1～2 cm的表層土，再垂直挖一個40 cm土壤剖面，在剖面上取0～30 cm耕層的土壤樣品，最后將5個重復樣的土壤充分均勻混合作為1個樣品，用木鏟攤平、敲碎，剔除礫石、動植物殘體，取1 kg左右裝入自封袋.樣品帶回實驗室自然風干后，四分法取樣，用缽碾磨成粉末，過20目和100目尼龍篩后，用于測定土壤樣品的pH、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量.土壤pH 值采用電位法測定；土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用原子吸收分光光度法測定.

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

為了描述土壤溫度與土壤呼吸之間的關系，本研究運用經(jīng)驗指數(shù)模型：Rs=a·ebT；Rs為土壤呼吸速率(μmol·m-2·s-1)，即每平方米土壤每秒排放的二氧化碳含量，T為土壤溫度(℃)，a代表土壤溫度是0 ℃時的土壤呼吸速率，b為土壤呼吸與溫度間指數(shù)模型中的溫度反應系數(shù).用Q10值表示土壤呼吸對于土壤溫度的敏感性，即溫度每升高10 ℃時土壤呼吸速率增加的倍數(shù)，通常變化范圍在1.3～5.6之間[27]，計算公式為：Q10=e10b[28].采用Quadratic：Rs=ax2+bx+c回歸模型，對研究中不同坡面類型的土壤含水率(W)和土壤呼吸速率(Rs)的相互關系進行分析.

本研究所有的數(shù)據(jù)采用3次重復數(shù)據(jù)的平均值，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析在Excel和SPSS 19.0軟件中進行，One-Way ANOVA進行單因素方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙生長期日均氣溫與降雨量變化

在2017年試驗期間烤煙生長期總降雨量為746 mm，氣溫變化幅度為14.5～24.5 ℃(圖1)，總積溫達3 230 ℃，日平均氣溫在烤煙移栽后第48 d(6月11日)達到最高(24.5 ℃)，隨后呈逐步下降的趨勢，在移栽后第90 d(7月23日)下降到18.5 ℃，后又呈逐步上升的趨勢，并在19.5～24 ℃之間浮動.試驗期間降雨量最大值出現(xiàn)在移栽后第56 d(6月19日)，達到57 mm.

2.2 不同坡度下烤煙生長期土壤呼吸動態(tài)變化

從圖2可知，3種坡度條件下烤煙農(nóng)田土壤呼吸的變化規(guī)律整體上均呈先迅速升高后緩慢降低的趨勢.移栽后第16 d，與平地相比，15°和30°的土壤呼吸速率(各坡位平均值)無顯著差異，三者土壤呼吸速率均較低，原因是在這段時間內(nèi)烤煙仍處于還苗期與伸根期的生長階段，烤煙植株的根系呼吸作用較弱，烤煙農(nóng)田土壤呼吸主要來源于煙田的土壤微生物等異養(yǎng)呼吸作用.隨著烤煙的迅速生長和氣溫的升高，土壤溫度也逐漸升高，土壤中生物和微生物活動旺盛，烤煙旺長期內(nèi)3種坡度條件下的烤煙土壤呼吸速率呈現(xiàn)迅速升高的趨勢.在移栽后第48 d，15°和30°坡面的土壤呼吸速率與平地相比均呈顯著差異.3種坡度的烤煙土壤呼吸速率均在移栽后第67 d天達到最高值，原因是此時期烤煙植株根、莖、葉等各器官生長發(fā)育較快，地上同化能力較強，有力的促進了根系呼吸速率.隨后一直到移栽后第87 d土壤呼吸速率逐漸降低，這是由于田間發(fā)生了打頂處理，煙葉進行初期采收，葉面積系數(shù)降低，使輸送到地下的光合產(chǎn)物減少，土壤呼吸速率下降.移栽87 d后，3種坡度條件下的土壤呼吸作用又呈現(xiàn)增強的趨勢，這可能是田間打頂處理后，烤煙葉面積系數(shù)迅速增大，地上部分光合作用增大，地下部分的根系生物量也不斷累積，較強根系自養(yǎng)呼吸的共同作用，同時土壤溫度也逐漸升高，提高了土壤酶活性，土壤異養(yǎng)呼吸速率增大.煙葉采收末期，隨著地上生物量的減小，土壤呼吸速率呈下降趨勢，直到采收結(jié)束.整個烤煙生長期間，3種坡度的土壤呼吸速率平均值依次為平地>15°>30°，說明坡度的增加減緩了土壤呼吸作用.

圖1 烤煙生育期間日均氣溫與降雨量Fig.1 Average daily temperature and rainfall during the growth period of tobacco

圖中不同小寫字母表示不同坡度土壤呼吸速率差異顯著(P<0.05),相同小寫字母表示不同坡度土壤呼吸速率差異不顯著(P>0.05).圖2 不同坡度烤煙地土壤呼吸的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of soil respiration in flue-cured tobacco fields with different gradients

2.3 不同坡位的土壤呼吸速率動態(tài)變化

從圖3可知，同一坡度不同坡位烤煙地的土壤呼吸速率隨著烤煙生長期表現(xiàn)出相似的變化特征：先迅速增加后緩慢降低再趨于平緩.移栽后第16 d，15°和30°坡面各坡位土壤呼吸速率差異性顯著.移栽后第48 d，15°坡面的上坡位、中坡位和下坡位土壤呼吸速率較第16 d分別增加了235%、220%和200%，各坡位的土壤呼吸速率差異性顯著；30°坡面的上坡位、中坡位和下坡位較第16 d分別增加了187%、150%和162%，各坡位土壤呼吸速率均差異性顯著，由此可見，移栽后第48 d，土壤呼吸速率在30°坡面的增加量低于15°坡面，說明坡度升高減緩了烤煙伸根期的土壤呼吸速率.移栽后第67 d，15°坡面上坡位的土壤呼吸速率與中、下坡位差異性顯著；30°坡面各坡位土壤呼吸速率均差異性顯著.此階段15°和30°坡面各坡位的土壤呼吸速率均達到峰值，下坡位土壤呼吸速率均高于上坡位和中坡位.隨后直至采收結(jié)束期間各坡位的土壤呼吸速率呈現(xiàn)降低的趨勢，并在一定區(qū)間內(nèi)上下浮動且相互之間差異顯著，主要原因是烤煙田間發(fā)生了打頂措施，土壤根部自養(yǎng)呼吸作用下降，同時土壤溫度降低，土壤酶活性下降，頻繁的降水使土壤濕度接近最大田間持水力，多種因素導致土壤異養(yǎng)呼吸作用減弱.整個烤煙生長期間，各坡位的土壤呼吸速率平均值均為下坡位>中坡位>上坡位，說明坡位的升高減緩了土壤呼吸作用.

圖中不同小寫字母表示不同坡位土壤呼吸速率差異顯著(P<0.05),相同小寫字母表示不同坡度土壤呼吸速率差異不顯著(P>0.05).圖3 15°和30°坡面不同坡位對烤煙土壤呼吸速率的影響Fig.3 Effects of different slope positions at 15° and 30° on soil respiration rate of flue-cured tobacco

2.4 不同坡度與坡位的土壤溫度對土壤呼吸動態(tài)的影響

由圖4可以看出，移栽后第16 d至第48 d各坡面土壤溫度呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢.隨后直至移栽后第87 d，隨著降雨增多，土壤濕度增大，土壤溫度呈逐步下降趨勢.自移栽后第87 d至采收期，各坡面土壤溫度又逐步上升.烤煙生長期不同坡度的平均土壤溫度(各坡位平均值)依次為30°>15°>平地.

圖中不同小寫字母表示不同坡度土壤溫度差異顯著(P<0.05),相同小寫字母表示不同坡度土壤呼吸速率差異不顯著(P>0.05).圖4 不同坡度土壤溫度的動態(tài)變化Fig.4 The dynamic changes of soil temperature on different gradients

由圖5可以看出，移栽后第16 d，15°坡面中坡位的土壤溫度與上、下坡位差異性顯著；30°坡面上坡位的土壤溫度與中、下坡位差異性顯著.移栽后第48 d和第67 d，15°坡面各坡位差異性顯著；30°坡面上坡位的土壤溫度與中、下坡位差異性顯著.移栽后第87 d，上坡位的土壤溫度與中、下坡位均差異性顯著.移栽后第118 d，15°坡面各坡位差異性顯著；30°坡面上坡位的土壤溫度與中、下坡位差異性顯著.移栽后第139 d，15°坡面中坡位的土壤溫度與上、下坡位差異性顯著；30°坡面各坡位土壤溫度均差異性顯著.15°和30°坡面的各坡位土壤平均溫度大小表現(xiàn)為上坡位>中坡位和下坡位.

平地、15°和30°坡面的土壤呼吸溫度敏感系數(shù)Q10(各坡位平均值)分別為1.06、1.08和1.30(表2)，說明坡度越高土壤溫度對土壤呼吸作用的影響越大.15°坡度下各坡位的土壤呼吸溫度敏感系數(shù)Q10表現(xiàn)為：中坡位和下坡位>上坡位，30°坡度下各坡位的土壤呼吸溫度敏感系數(shù)Q10大小表現(xiàn)為上坡位>中坡位和下坡位，說明坡度增加導致土壤溫度對土壤呼吸的高相關性由中坡位和下坡位轉(zhuǎn)變?yōu)樯掀挛?

圖中不同小寫字母表示不同坡位土壤溫度差異顯著(P<0.05),相同小寫字母表示不同坡度土壤呼吸速率差異不顯著(P>0.05).圖5 15°和30°坡面不同坡位的土壤溫度動態(tài)變化Fig.5 Dynamic changes of soil temperature at different slope positions at 15° and 30° slope

不同坡面類型abR2樣本數(shù)nP土壤呼吸溫度敏感性系數(shù)Q10平地13.0370.0060.0016<0.051.0615°上坡位11.9980.00060.000016<0.051.0115°中坡位11.0140.0110.0056<0.051.1215°下坡位11.7470.010.0056<0.051.1130°上坡位4.8790.0330.0246<0.051.3930°中坡位7.5090.0220.0136<0.051.2530°下坡位8.5030.0240.0236<0.051.27

2.5 不同坡度與坡位的土壤濕度對土壤呼吸動態(tài)的影響

由圖6可以看出，烤煙生長期間3種坡度的平均土壤濕度(各坡位平均值)表現(xiàn)為平地>15°和30°.移栽后第48 d和第67 d，3種坡度之間的土壤濕度(各坡位平均值)差異性顯著.移栽后第118 d，平地和30°坡面的土壤濕度呈顯著差異.

由圖7可知，15°和30°坡面各坡位在生長期平均土壤濕度均表現(xiàn)為下坡位>中坡位>上坡位，在移栽后第48 d和第67 d，15°和30°坡面各坡位的土壤濕度差異性顯著.移栽后第87 d和第118 d，15°坡面上坡位的土壤濕度與中、下坡位差異顯著；30°坡面各坡位土壤濕度差異性顯著.移栽后第139 d，30°坡面上坡位的土壤濕度與中、下坡差異性顯著.

通過對不同坡面類型的土壤濕度與土壤呼吸速率進行回歸分析，結(jié)果表明(表3)，各坡面類型的土壤濕度均對土壤呼吸速率產(chǎn)生顯著的影響，15°下坡位的土壤濕度與土壤呼吸之間的判定系數(shù)最高，達到R2=0.90，說明15°下坡位的土壤濕度對于土壤呼吸作用影響最強，而對于15°上坡位影響最弱.同土壤呼吸和土壤溫度的相關性(R2=0.01)相比，土壤呼吸與土壤濕度的相關性(R2=0.70)更大，說明在該研究區(qū)內(nèi)土壤濕度對于土壤呼吸的作用要大于土壤溫度的作用.3種坡度的判定系數(shù)(各坡位R2平均值)大小為30°>平地>15°，說明30°坡面的土壤濕度對于土壤呼吸作用的影響大于平地和15°坡面.15°和30°坡面不同坡位的判定系數(shù)都為下坡位>中坡位和上坡位，說明下坡位的土壤濕度對于土壤呼吸作用的影響作用大于中坡位和上坡位.

圖中不同小寫字母表示不同坡度濕度差異顯著(P<0.05),相同小寫字母表示不同坡度土壤呼吸速率差異不顯著(P>0.05).圖6 不同坡度土壤濕度的動態(tài)變化Fig.6 The dynamic changes of soil moisture on different slopes

圖中不同小寫字母表示不同坡位土壤濕度差異顯著(P<0.05),相同小寫字母表示不同坡度土壤呼吸速率差異不顯著(P>0.05).圖7 15°和30°坡面不同坡位的土壤濕度動態(tài)變化Fig.7 Dynamic changes of soil moisture at different slope positions at 15° and 30° slope

不同坡面類型土壤濕度/%擬合方程R2樣本數(shù)nP平地22.47y=-1 090.2x2+596.3x-60.9050.676<0.0515°上坡位18.10y=-1 185.8x2+464.75x-30.6360.046<0.0515°中坡位19.21y=-10 138.0x2+4 203.8x-414.510.886<0.0515°下坡位20.31y=-7 654.1x2+3 325.9x-339.140.906<0.0530°上坡位18.10y=-11 602.0x2+4 436.9x-408.210.806<0.0530°中坡位20.88y=-4 613.1x2+1 964.7x-193.030.766<0.0530°下坡位21.68y=-6 334.9x2+2 793.4x-288.640.826<0.05

2.6 不同坡度與坡位的土壤化學性質(zhì)對土壤呼吸的影響

試驗小區(qū)各坡面類型的煙田土壤化學性質(zhì)如表4所示，通過分析表明，不同處理的土壤pH值差異不大，土壤中有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量(各坡位平均值)均隨著坡度的升高而減少，其中15°和30°坡面的有機質(zhì)含量比平地分別減少了14.5%和18.2%；堿解氮含量比平地分別減少了4.3%和6.4%；有效磷含量比平地分別減少了3.4%和12.5%；速效鉀含量比平地分別減少了8.3%和10.3%；土壤呼吸速率分別比平地降低了8.7%和13.6%.

表4 試驗各處理土壤化學性質(zhì)與土壤呼吸速率Table 4 Soil chemical properties and soil respiration rates under different treatments

15°和30°坡面土壤中有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均隨著坡位的升高呈現(xiàn)減少的趨勢，其中15°上坡位的有機質(zhì)含量比中坡位和下坡位分別減少了2.8%和5.7%；堿解氮含量比中坡位和下坡位分別減少了11%和15.6%；有效磷含量比中坡位和下坡位分別減少了10.1%和13.5%；速效鉀含量比中坡位和下坡位分別減少了2.1%和3.2%；上坡位土壤呼吸速率分別比中坡位和下坡位降低了12.3%和16.1%.30°上坡位的有機質(zhì)含量比中坡位和下坡位分別減少了13.3%和16.6%；堿解氮含量比中坡位和下坡位分別減少了3.8%和21.3%；有效磷含量比中坡位和下坡位分別減少了9.6%和22.7%；速效鉀含量比中坡位和下坡位分別減少了7.1%和9.9%；上坡位土壤呼吸速率分別比中坡位和下坡位降低了9.5%和21.7%.其原因可解釋為土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量的提高可以促進烤煙作物根系生長，使其根系呼吸作用得到增強，同時還促進了作物地下部根茬及其分泌物增多，使微生物活性和數(shù)量增加，微生物呼吸作用也隨之增加，所以不同坡度和坡位土壤中氮磷鉀和有機質(zhì)含量的差異會影響烤煙生長期平均土壤呼吸速率隨之變化.

3 討論與結(jié)論

在烤煙生長期間，土壤呼吸速率具有明顯的生長期變化特征，煙苗發(fā)育初期呼吸作用較弱，但隨著根系伸展加速和雨季的來臨，為作物生長提供了充足的水分和熱量，保持良好的水熱生態(tài)環(huán)境，在移栽后第67 d，烤煙生長發(fā)育最為迅速，土壤呼吸速率達到峰值，隨后又由于田間打頂和煙葉收獲等原因逐步回落，這與戴衍晨等[29]的研究結(jié)果一致.15°和30°坡面與平地相比，土壤呼吸速率分別減小了8%和12%，坡度的增加減緩了土壤呼吸作用，可能是在不同坡度上的日照輻射量不同，造成土壤溫度不同，土壤異養(yǎng)呼吸作用存在差異.同時坡度增大會導致坡面土壤持水性不佳，水分在重力作用下沿坡面向下輸移，使坡面土壤水分分布不均衡，破壞了烤煙土壤的水熱平衡環(huán)境，因而減弱了呼吸作用.各坡位的土壤呼吸速率均值依次為下坡位>中坡位>上坡位，說明坡度和坡位的升高都顯著降低了土壤呼吸速率.原因可能是受降水再分配的影響，土壤水分在重力作用下通過自身輸移能力從上坡位向下坡位運移，土壤呼吸作用增強.

烤煙生長期不同坡度的平均土壤溫度(各坡位平均值)依次為30°>15°>平地；15°和30°坡面的各坡位土壤平均溫度大小表現(xiàn)為上坡位>中坡位和下坡位，原因可能是由于坡地接受的太陽輻射量因坡度和坡位而不同，不同坡面位置的土壤蒸發(fā)強度不一樣，土壤水分和植被覆蓋度會有所差異，同時，土壤溫度還受土粒結(jié)構(gòu)和孔隙度等土壤性質(zhì)的影響，綜合因素導致不同坡度和坡位上的土壤溫度大小和變化幅度不一.本研究中土壤溫度與土壤呼吸作用有著密切的聯(lián)系，烤煙農(nóng)田土壤呼吸速率與土壤溫度呈顯著正相關關系，這與其他學者的農(nóng)田土壤水熱與土壤呼吸速率呈顯著正相關的結(jié)論相一致[15,20,30-32]，土壤呼吸溫度敏感系數(shù)Q10的范圍在1.01～1.39之間浮動，這與其他學者的研究結(jié)果相符[33-34].本研究發(fā)現(xiàn)坡度越高時土壤溫度對土壤呼吸作用的影響越大，坡度增加導致土壤溫度對土壤呼吸的高相關性由中坡位和下坡位轉(zhuǎn)變?yōu)樯掀挛唬诤罄m(xù)的研究中還需綜合考慮根系呼吸和根際微生物呼吸來揭示土壤呼吸差異的機理.

本研究中烤煙生長期間3種坡度的平均土壤濕度(各坡位平均值)表現(xiàn)為平地>15°和30°，15°和30°坡面各坡位在生長期平均土壤濕度均表現(xiàn)為下坡位>中坡位>上坡位，其原因可能是試驗區(qū)大氣降水受到坡面徑流、土壤入滲和壤中水分運動等影響，導致平地和下坡位的土壤濕度較高，同時土壤濕度的差異還與坡度、植物覆蓋度、凋落物層的厚度以及土壤顆粒組成等有密切關系.土壤呼吸速率與土壤濕度呈顯著正相關關系，兩者的相關性表現(xiàn)為30°>平地>15°，下坡位>中坡位和上坡位，且土壤濕度對于土壤呼吸的作用要強于土壤溫度的作用，原因除了氣溫、輻射、風速等環(huán)境影響因子[35]之外，很可能是受降水再分配的影響，大氣降水沿著土壤孔隙下滲之后，在重力作用下土壤水分通過自身的輸移作用從上坡位向下坡位運移，使下坡位的土壤土水分狀況接近最大田間持水力，此時土壤中的大孔隙多數(shù)被空氣所充填，這非常有利于O2的擴散[36]，而且小孔隙的空間大多被水分所占據(jù)，便于可溶性基質(zhì)進行擴散，充分促進了土壤呼吸作用[37].同時烤煙生長期頻繁的降雨事件會促使微生物的數(shù)量激增，促進微生物活性增大，土壤呼吸量因此迅速增大.一般情況下降水或者土壤濕度的增大會促進土壤呼吸作用[38]，但也有研究表明[39]，土壤濕度達到永久萎蔫點或超過田間持水量時，土壤CO2釋放量才會減少，如果土壤濕度變化在正常范圍內(nèi)，則難以辨別其對土壤呼吸的影響，因此土壤濕度與土壤呼吸的關系還待進一步研究.

本研究中，坡度和坡位的升高明顯降低了烤煙農(nóng)田土壤中有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，對土壤呼吸產(chǎn)生了重要影響.有研究表明，土壤中的有機質(zhì)成分可以顯著地提高土壤呼吸底物數(shù)量從而影響土壤呼吸速率[40].土壤中的氮素成分主要通過其對植物的初級生產(chǎn)發(fā)生刺激，為土壤呼吸作用供給更多的基底物質(zhì)，從而提高土壤呼吸速率[41-42].還有研究表明土壤中的堿解氮可促進植物根系生長，以及根際土壤微生物的繁殖和代謝等活動，從而對土壤呼吸速率產(chǎn)生影響，并通過研究發(fā)現(xiàn)土壤中的堿解氮與土壤呼吸速率呈正相關關系[43].在今后的研究中，還需要綜合考慮不同坡面類型的土壤容重、土壤易氧化有機碳和土壤酸堿度等影響因素來進一步探索土壤呼吸的排放機制.

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