施肥對荒漠草原土壤呼吸的影響

張群　紅梅　馬彥東

摘要 本論文采用開路式土壤碳通量測量系統(tǒng)，測定希拉穆仁荒漠草原試驗(yàn)區(qū)不同施肥處理下土壤呼吸速率的季節(jié)變化。試驗(yàn)設(shè)置了CK、N10、N5、N2.5、P、K、NP、PK、NK和NPK十個(gè)處理，分析了施肥對生長季平均土壤呼吸速率的影響。結(jié)果表明：（1）施肥對荒漠草原植物土壤呼吸速率變化影響與對照區(qū)規(guī)律基本保持一致，說明施肥沒有改變荒漠草原土壤呼吸的特征。（2）P肥和PK配施顯著提高了生長季平均土壤呼吸速率；N10顯著提高了生長季土壤平均呼吸速率，三者大小關(guān)系是N10﹥N2.5﹥N5。

關(guān)鍵詞：土壤呼吸；施肥；荒漠草原

1 引言

在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中，土壤呼吸作用是的重要組成部分。土壤碳素周轉(zhuǎn)速率會(huì)因?yàn)橥寥篮粑俾实淖兓淖僛1]。由于土壤碳庫和它的碳排放量十分巨大，導(dǎo)致呼吸速率的些微的改變也會(huì)使得大氣中二氧化碳的濃度發(fā)生相應(yīng)的劇烈改變，甚至有可能使得全球氣候變暖現(xiàn)象的發(fā)生變化。

內(nèi)蒙古中西部地區(qū)是我國荒漠草原的主要分布區(qū)，這里是草原向荒漠過渡地帶，屬于生態(tài)交錯(cuò)區(qū)，被氣候與人為嚴(yán)重干擾，生態(tài)系統(tǒng)很脆弱。我國的荒漠草原是旱生性最強(qiáng)的、亞洲中部特有的草原類型，也是我國重要的畜牧業(yè)基地。

目前關(guān)于中國溫帶荒漠草原土壤呼吸的觀測研究非常缺乏， 極大地制約了國家尺度草地碳收支準(zhǔn)確評估及碳減排增匯措施的實(shí)施。因此， 在現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上， 大量補(bǔ)充溫帶荒漠草原土壤呼吸作用的觀測數(shù)據(jù)， 有助于從整體上認(rèn)識和把握中國草原土壤呼吸作用的規(guī)律， 合理地制定草原土壤呼吸作用的減排對策【2】。本文以短花針茅荒漠草原為對象，通過 NPK 肥單施和的配施處理，測定試驗(yàn)地土壤呼吸的日動(dòng)態(tài)以及季節(jié)變化，并且與土壤表層水熱條件對照比較分析得到該試驗(yàn)區(qū)土壤呼吸的特性，為計(jì)算實(shí)驗(yàn)地區(qū)CO2的年釋放量提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。

2 研究材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市達(dá)茂旗希拉穆仁草原（N ：41°18′7.9″ E：111°13′28.2″），中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。年均日照時(shí)數(shù) 3100-3300小時(shí)，年均氣溫 2. 5 ℃ ，年有效積溫 1985-2800℃；年平均降水量285 mm，蒸發(fā)量2307 mm，降水主要集中在 7月、8月以及9 月份。土壤為淡栗鈣土，輕質(zhì)地土壤。試驗(yàn)區(qū)冬春季土壤風(fēng)蝕更嚴(yán)重，在季風(fēng)小氣候的影響下，研究試驗(yàn)區(qū)內(nèi)土壤有風(fēng)蝕和水蝕的痕跡[3]。希拉穆仁荒漠草原植被屬于地帶性植被，建群植物種為短花針茅。試驗(yàn)地草地植物的群落類型為短花針茅+冷蒿+無芒隱子草，種類組成較貧乏，植被比較稀疏。試驗(yàn)地植物種類主要由20多種，除建群種—短花針茅，還有優(yōu)勢種—冷蒿和無芒隱子草，其它伴生種有羊草、狹葉錦雞兒、阿爾泰狗娃花、木地膚。

2.2 研究方法

2.2.1試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)

N、P、K的配施中質(zhì)量比例約為1：1：1，肥料用量分別為：尿素：214.27Kg ·hm-2，重過磷酸鈣：406.87Kg ·hm-2，硫酸鉀：222.89Kg ·hm-2。將表二中年施肥量平均分為4份，分別在每年5月、6月、7月和8月初（5月1日、6月1日、7月1日和8月1日左右），把化肥溶于水后均勻地撒在地表。實(shí)驗(yàn)從2011年開始施肥，至2014年終已施16次，施肥量見表二。

研究試驗(yàn)區(qū)共設(shè)置10個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置五個(gè)重復(fù)。再將每個(gè)試驗(yàn)單元再劃分為四個(gè)區(qū)（如圖1）：A為觀察區(qū)；B為預(yù)留實(shí)驗(yàn)區(qū)；C為生物量測定區(qū)，D為土壤采樣區(qū)。根據(jù)隨機(jī)原則，將區(qū)組隨機(jī)排列。在區(qū)組間設(shè)2m過道。實(shí)驗(yàn)地總面積2428 m2，小區(qū)面積為6 × 6 m2。

2.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測定

試驗(yàn)設(shè)置10個(gè)處理測定土壤呼吸測定方法：采用開路式土壤碳通量測量系統(tǒng)測定土壤呼吸速率。2014年試驗(yàn)測定儀器型號：L1-8100（L1-COR，Lincoln， NE，USA）。L1-8100是利用測量室內(nèi)二氧化碳濃度的增加速率推算測量室外土壤二氧化碳擴(kuò)散到空氣中的速度。實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備：每個(gè)處理小區(qū)中間放置1個(gè)PVC管做的底座（圓形），高度5cm，直徑20cm， 插入土中的PVC環(huán)套需要達(dá)到2-3cm。需要注意：每個(gè)樣地的PVC套環(huán)露出地上部分的內(nèi)環(huán)高度一律為3.5 cm。在測量前，揀出PVC管底座里的動(dòng)植物方可安裝土壤呼吸室測量。在測定時(shí)，土壤呼吸室應(yīng)該處于密閉狀態(tài)，所以放置時(shí)要與PVC管底座密封。土壤呼吸率測定時(shí)間一般在上午九點(diǎn)開始，每年4 -10月份、每月2次選擇晴朗天氣測定土壤呼吸速率的季節(jié)變化。利用連接在LI-8100—201上的溫度探頭自動(dòng)測定溫度；測定時(shí)間與土壤呼吸同時(shí)測定；測定位置在土壤呼吸環(huán)附近0-10cm 土壤層。

含水量測定：工具——直徑為35mm的土鉆。方法——每個(gè)處理區(qū)取兩個(gè)土層0-10cm和10-20cm的土樣，裝于鋁盒中。在實(shí)驗(yàn)室利用天平、烘箱測定土壤含水量。

2.2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

在電腦中導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)儀器測得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用電腦程序計(jì)算箱體內(nèi)二氧化碳濃度隨著季節(jié)變化而發(fā)生改變的曲線。統(tǒng)計(jì)分析利用SPSS Statistics軟件進(jìn)行單因素方差分析和顯著性檢驗(yàn)，作圖使用WPS Office軟件。將土壤呼吸的數(shù)據(jù)錄入WPS表格中，依據(jù)各個(gè)處理計(jì)算平均值，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，得到土壤呼吸速率隨著各個(gè)月份不同日期變化的折線圖和十個(gè)處理間柱狀圖。將各個(gè)處理含水量的測定值輸入WPS表格，計(jì)算得到不同處理隨著各個(gè)月份不同日期變化的折線圖。

3 試驗(yàn)結(jié)果討論與分析

圖2—d中，N、P、K肥的混施不同處理，三月中旬到四月份，施肥處理前期，土壤3.2 不同施肥處理對生長季平均土壤呼吸速率的影響

從圖3的能夠看出N10、P和PK處理的生長季平均土壤呼吸速率最高，NP處理的最小，低于CK。CK、K、NK和NPK處理之間的平均呼吸速率相差不大，N2.5、N5、N10呈現(xiàn)出明顯的階梯型，且N10>N2.5>N5。

土壤呼吸速率相比CK有顯著性差異，而其他各處理并沒有顯著性差異。施N肥的其他兩個(gè)處理的平均土壤呼吸速率雖然高于CK處理但并不顯著。K、NK處理的平均土壤呼吸速率雖然也高于CK，但同樣沒有顯著差異性。NP低于CK，同樣差異性不顯著。

4 結(jié)論

（1）P肥和PK配施肥顯著提高了生長季土壤平均呼吸速率；N2.5、N5和N10三個(gè)不同氮肥水平處理，N10能顯著提高生長季平均土壤呼吸速率，三者大小關(guān)系表現(xiàn)為N10﹥N2.5﹥N5。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]許乃政，劉紅櫻，魏峰.土壤碳庫及其變化研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2011， 39（2）：1-5.

[2]鮑芳，周廣勝.中國草原土壤呼吸作用研究進(jìn)展，植物生態(tài)學(xué)報(bào)， 2010， 34 （6）： 713–726

[3]方精云，唐艷鴻，小泉博等.高緯度冬季下墊面釋放CO的證據(jù).中國科學(xué)D（輯），1998，

作者簡介：張群，（1993.06—），女，漢，吉林省通化市通化縣，學(xué)歷：本科