应用根去除法对内蒙古温带半干旱草原根系呼吸与土壤总呼吸的区分研究

应用根去除法对内蒙古温带半干旱草原根系呼吸与土壤总呼吸的区分研究内容摘要：

第 28 卷第 4 期 2007 年 4 月 环 　　境 　　科 　　学 ENVIRONMENTAL SCIENCE Vol. 28 ,No. 4 Apr. ,2007 应用根去除法对内蒙古温带半干旱草原根系呼吸与土 壤总呼吸的区分研究 1,2 刘立新 13 ,董云社 1 ,齐玉春 ,周凌　 2 ( 11 中国科学院地理科学与资源研究所 ,北京 　100101 ; 21 中国气象科学研究院 中国气象局大气成分观测与服务中心 中国气 象局大气化学重点开放实验室 ,北京 　100081) 摘要 :2005 年生长季分别对内蒙古锡林河流域温带半干旱草原中的羊草自由放牧草原 、 大针茅自由放牧草原和羊草退化草原 中的土壤总呼吸速率和去根土壤的呼吸速率进行了野外测定 , 初步探讨了在草地群落应用根去除法间接进行根系呼吸测定 的可能性 ,并应用该方法对草地群落根系呼吸占土壤总呼吸的比例进行了估测 . 结果表明 ,应用根去除法在不同草地群落进 行根系呼吸占土壤总呼吸比例的估测是切实可行的 ,其比值范围介于 25 %～45 %之间 ,平均值为 35166 % ,与国内外相关研究 比较 ,大大提高了其比值的估测精度 ,在草地碳循环研究中具有较高的应用价值 . 关键词 : 根去除法 ; 土壤总呼吸 ; 根系呼吸 ; 比例 中图分类号 :X171 　文献标识码 :A 　文章编号 :025023301 (2007) 0420689206 Study of Distinguish Root Respiration from Total Soil Respiration by Root Exclusion Method in the Temperate Semi2Arid Grassland in Inner Mongolia , China LIU Li2xin 1, 2 , DONG Yun2she , QI Yu2chun , ZHOU Ling2xi 1 1 2 (11 Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100101 , China ; 21 Key Laboratory for Atmospheric Chemistry , China Meteorological Administration , Centre for Atmosphere Watch and Services , Chinese Academy of Meteorological Sciences ,Beijing 100081 , China) Abstract : In order to determine the possibility of measuring the root respiration by using root exclusion method , we conducted field experiments to measured total soil respiration and net soil respiration in three temperate grassland communities including Leymus chinensis free2grazed steppe , stipa grandis free2grazed steppe and Leymus chinensis degenerated free2grazed steppe in the growing season , 2005. At the same time , the proportion of the root respiration to the total soil respiration was estimated in different steppes by this method separately. The results indicated that the root exclusion method was very operable in estimating the proportion of the root respiration to the total soil respiration in temperate grassland communities , and the proportion varied from 25 %～ 45 % with the mean value of 35166 %. The precision of this proportion was markedly improved compared with the correlation studies of both here and abroad , and it was provided with superior applied cost in the field of carbon cycle of grassland ecosystem. Key words :root exclusion method ; total soil respiration ; root respiration ; proportion 　　草地是陆地生态系统中最重要的碳库之一 , 草 地土壤呼吸问题的研究对于深入理解草地生态系统 的碳循环过程以及定量分析碳源汇问题具有十分重 要的科学意义 。而定量区分根系呼吸与土壤总呼吸 量之间的比例关系是近年来草地土壤呼吸研究中的 关键科学问题之一 , 也是定量描述草地生态系统碳 循环过程与机制的重要基础 [1～3 ] . 笔者曾尝试应用根系生物量外推法对我国温带 越性 . 因此 ,在应用根系生物量外推法对根系呼吸 与土壤总呼吸进行区分的同时 , 笔者还选择了根去 除法进行同步研究 ,试图通过这 2 种方法的对比 ,深 入探讨根系呼吸与土壤总呼吸区分的技术方法 , 力 争能够较准确地估算根系呼吸占土壤总呼吸的比 例 ,以期为草地土壤呼吸及碳循环机理的系统研究 提供更为科学的基础资料与方法 . 简单地说 ,根去除法是 1 种间接测定根系呼吸 半干旱区域草地根系呼吸与土壤总呼吸的区分问题 [4 ] 进行野外试验研究 ,并得出了初步成果 . 但是 ,从 目前国内外的相关研究来看 , 区分根系呼吸与土壤 总呼吸的技术方法尚处于探索性研究阶段 , 不同方 法间的数据结果存在很大的差异 [5～9 ] , 但具体的对 比试验相对较少 , 很难确切说明哪种方法更具有优 收稿日期 :2006206214 ; 修订日期 :2006208228 基金项目 : 国家重点基础研究发展规划 (973) 项目 (2002CB412503) ; 国家自然科学基金项目 (40501072) ; 中国科学院知识创新 工程重大项目 ( KZCXI2SW201204) ; 中国科学院地理科学与 资源研究所知识创新项目 (CXIOG2E01203201) 作者简介 : 刘立新 (1977～) ,女 ,博士后 ,主要研究方向为全球变化与 温室气体排放以及碳元素生物地球化学循环 , E2mail :liulx @cams. cma. gov. cn 3 通讯联系人 ,E2mail :dongys @igsnrr. ac. cn 环 　　境 　　科 　　学 690 的方法 ,主要通过测定与比较有根和无根情况下的 土壤呼吸速率来推算根系呼吸量 . 这种方法操作简 单 ,灵活性较强 , 资金消耗也较少 , 非常适合野外的 系统研究工作 . 但存在的问题是在去根过程中对土 壤的自然性状产生一定的干扰 ,包括土壤的温度 、 湿 度、 有机质含量等 , 对于草地生态系统来说 , 草本植 物根系细小繁多 ,很难将根系彻底清除 ,再生幼苗的 影响也不能完全避免 , 对测量结果的精确性造成影 [8～10 ] 响 . 笔者充分考虑了此方法的利弊关系 , 认为 根去除法虽然存在一定的不足 , 但这些不足之处可 以通过在试验过程中采取一定的措施加以改进 , 以 最大限度地降低试验误差 . 因此 , 本研究于 2004 年 秋季开始进行野外试验的相关准备工作 ,于 2005 年 生长季进行了系统研究 . 1 　试验地自然概况与研究方法 111 　试验地自然概况 本试验的采样点位于内蒙古锡林河流域 , 该地 区属中温带干旱 、 半干旱大陆性季风气候 , 具有“寒 冷、 风大 、 雨少”的气候特征 ,全年大风 ( > 1713 mΠs) 28 卷 日数约 71 d ,年平均气温 - 014 ℃, 最冷月 1 月的平 均气 温 为 - 2213 ℃, 最 热 月 7 月 的 平 均 气 温 为 1818 ℃, 降水量年际变化较大 , 多雨年份可达 500 mm ,干旱年份则少于 200 mm , 多年平均降水量为 350 mm ,且主要集中在 7 ～ 9 月 ( 占全年降水的 60 % ～80 %) . 研究中选择羊草 ( Leymus chinense ) 自由放 牧草原 ( 116° 04′ E ,43° 26′ N) 、 大针茅 ( Stipa grandis ) 自 由放牧草原 ( 116° 44′N) 和羊草退化草原 32′E , 43° ( 116° 36′ N) 作为主要研究对象 , 其中 , 前 2 43′ E ,43° 个样地均为常年自由放牧草场 , 放牧强度为 5 ～ 8 2 只羊Πhm ,属过度放牧状态 ,羊草退化草原放牧强度 2 为 10 ～ 15 只羊Πhm , 过度放牧情况更加严重 , 致使 草地呈现严重退化的生态景观 , 物种组成也发生了 显著的变化 ,其中冷蒿 ( Artemisia f rigida) 和星毛委陵 菜 ( Potentilla acaulis ) 成为草地退化的主要标志性植 物 . 由于这 3 个样地在土壤理化性质 、 群落区系组 成和放牧强度等方面均存在显著的差异 ( 表 1) , 是 温带半干旱草原中几个代表性的草地群落类型 , 因 此 ,本研究结果具有广泛的代表性 . 112 　研究方法 表 1 　3 种草地类型的主要自然生态特征及土壤理化特性[11 ,12 ] Table 1 　Main habitat characteristics and relevant physiochemical properties of the three steppes 草地类型 羊草自