不同園林植物土壤呼吸及影響因子特征

夏 冰, 司志國

(河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境藝術(shù)工程系, 鄭州 450046)

不同園林植物土壤呼吸及影響因子特征

夏 冰, 司志國

(河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境藝術(shù)工程系, 鄭州 450046)

以鄭州市4種園林植物(合歡、龍爪槐、紫葉李和海棠)為試材，采用動(dòng)態(tài)密閉氣室紅外CO2分析儀(IRGA)法測定了不同園林植物土壤根區(qū)土壤呼吸特征，并通過測定園林植物根區(qū)土壤養(yǎng)分含量和酶活性等土壤環(huán)境因子(土壤溫度和濕度等)，研究不同園林植物根區(qū)土壤呼吸影響因子，為城市園林植被建設(shè)及景觀配置提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明：(1) 不同園林植物大氣溫度的日變化趨勢均為單峰曲線；大氣濕度日變化均呈“V”字形變化趨勢；0—10 cm土壤溫度與大氣溫度變化趨勢相一致，在14：00左右達(dá)到峰值；土壤濕度均呈“V”字形變化趨勢，在14：00達(dá)到最低，此后有所回升；(2) 在日變化尺度上，4種園林植物土壤呼吸均表現(xiàn)為單峰型，且峰值出現(xiàn)的時(shí)間基本一致，在14：00左右達(dá)到最大，最低值出現(xiàn)在早上6：00，相同時(shí)間土壤呼吸速率基本表現(xiàn)為合歡>龍爪槐>紫葉李>海棠；(3) 4種園林植物土壤呼吸與土壤溫度和土壤濕度之間關(guān)系以指數(shù)方程擬合最好；(4) 4種園林植物土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性的變化趨勢相一致，表現(xiàn)為合歡>龍爪槐>紫葉李>海棠，而4種園林植物根區(qū)土壤全磷含量差異不顯著(p>0.05)；(5) 偏相關(guān)性分析可知，不同園林植物土壤呼吸均與土壤養(yǎng)分和土壤酶活性呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性，其中合歡和龍爪槐的相關(guān)系數(shù)高于紫葉李和海棠。

園林植物; 土壤呼吸; 土壤養(yǎng)分; 土壤酶活性

園林植物是城市—自然—景觀復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，作為城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的主體，在改善生態(tài)環(huán)境、減少陽光輻射、空氣濕度和調(diào)節(jié)氣候等方面具有重要作用，已成為衡量城市生態(tài)文明和城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志[1-3]。此外，園林植物還可以通過自身的蒸騰、蒸散、吸收、吸附、反射等功能，降低外界溫度、固碳釋氧、抗污染(吸收粉塵，Cl2，SO2，CO等)、降低噪音、保護(hù)多樣性等[4-5]。隨著生態(tài)城市概念的提出、建設(shè)和發(fā)展，人們越來越注意到園林植物在城市生態(tài)中的意義和價(jià)值。另一方面，城市園林植物作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅會(huì)影響城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，而且城市園林植物的配置是否合理也將對城市的熱島效應(yīng)及全球的碳變化具有一定的影響[4-5]。土壤作為生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)方面起著重要作用[6-8]。土壤呼吸釋放的CO2是全球碳循環(huán)中活躍的組成部分，對土壤碳釋放及大氣中碳平衡起著至關(guān)重要的作用，主要包括土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤動(dòng)物呼吸的生物學(xué)過程[6,9]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界土壤呼吸每年向大氣釋放的碳高達(dá)80～100 Pg，大約是化石燃料燃燒釋放CO2的10倍之多，而在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤碳庫是大氣碳貯量的2～3倍，通過土壤呼吸作用向大氣釋放的CO2約占全球CO2交換量的1/4左右[7-8]，深入認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸過程對減少全球碳預(yù)算的不確定性與預(yù)測未來氣候變化具有重要意義[10]。

當(dāng)前，盡管國內(nèi)外諸多學(xué)者對陸地土壤呼吸做了大量深入的研究[11-13]，大部分研究集中在森林、草地和農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)中，對城市園林植物土壤呼吸研究則鮮有報(bào)道。然而，在全球城市化加速的背景下，城市景觀正在快速向自然和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)蔓延，再加上生態(tài)城市中的不確定因素導(dǎo)致園林植物土壤呼吸速率存在的地域性差異，使得量化土壤呼吸及其影響因子尤為困難，特別是對于發(fā)展中的生態(tài)環(huán)保型城市，研究生態(tài)型城市不同園林植物土壤呼吸特征及其影子因子顯得尤為重要[14-15]，因此，研究園林植物土壤呼吸不僅有助于了解其在區(qū)域碳循環(huán)中的作用，還有利于深入認(rèn)識(shí)城市化對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響。有鑒于此，本文通過對鄭州市大型公園現(xiàn)狀分布的全面調(diào)查，最后確定在人民公園、碧沙崗公園、紫金山公園和世紀(jì)歡樂園選擇4種園林植物測量園林植物土壤呼吸速率及土壤影響因子(園林植物根區(qū)土壤養(yǎng)分和酶活性)，旨在探討不同園林植物土壤呼吸日變化特征，分析土壤溫度、濕度、土壤養(yǎng)分及酶活性對土壤呼吸的影響，通過相關(guān)性分析探討園林植物土壤呼吸的影響因子，以期深入了解生態(tài)型城市園林植物土壤呼吸作用的變化過程及變化機(jī)理，從而為城市生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和城市建設(shè)中園林植物的選擇及其應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然概況

鄭州市地處河南省中部偏北，黃河中游的南岸(112°42′—114°14′E，34°16′—34°58′N)，北臨黃河，西依嵩山，東南部依靠黃淮平原。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，呈現(xiàn)春季溫暖少雨，夏季炎熱多雨，秋季晴朗日照長，冬季寒冷多風(fēng)。年平均氣溫14.4℃，極端最高溫度42.3℃，極端最低溫度-17.9℃，7月份最熱，平均27.3℃，1月份最冷，平均0.2℃。年降水量652.9 mm，多集中在夏季(6—8月)，占全年降水量的52.3%。土壤類型較多，以褐土和潮土分布面積最大，分別占土壤面積的64.4%和30.17%，土壤濕度較大，地勢差異較為懸殊，為多種園林植物生長提供了有利的環(huán)境生活條件。鄭州市園林植物種類繁多，可開發(fā)利用的園林觀賞植物資源豐富，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，種子植物共2 000多種，屬于150科800多屬，與全國植物科屬種數(shù)相比，科占35.2%，屬占16.4%，種占8.4%，足以說明鄭州市植物區(qū)系成分的豐富，園林植物約有42科106屬200余種(含變種、變型和亞種)。20世紀(jì)80年代中期，鄭州市綠化覆蓋面積居全國省會(huì)城市前列，為鄭州贏得了“綠城”的美譽(yù)。2000年鄭州市提出創(chuàng)建國家園林城市的目標(biāo)，通過大規(guī)模的建造綠地工程，先后獲得“河南省園林城市”、“全國園林綠化先進(jìn)城市”，2006年正式成為“國家園林城市”。

1.2 土壤呼吸測定

2015年8—9月，對鄭州市內(nèi)的不同公園園林植物進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：合歡(Albizziajulibrissin)、龍爪槐(Sophorapendula)、海棠(Prunuscerasifera)、紫葉李(Chaenomelesspeciosa)為園林植物中的主要園林植物，故選這4種具有代表性的園林植物作為試驗(yàn)試材(表1)。

表1 不同園林植物基本生長特性

在鄭州市人民公園、碧沙崗公園、紫金山公園和世紀(jì)歡樂園選擇4種園林植物(合歡、龍爪槐、海棠、紫葉李)，每種園林植物選取3株，分別在其根區(qū)(主根分布周圍)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)并標(biāo)記，在第一次測定土壤呼吸之前，提前一天將測定基座嵌入土壤中，在每個(gè)基座內(nèi)存留的地表植被自土壤表層徹底剪除，聚氯乙烯圓柱體經(jīng)過24 h的平衡后，土壤呼吸速率會(huì)恢復(fù)到基座放置前的水平，從而避免了因安置氣室對土壤擾動(dòng)而造成的短期內(nèi)呼吸速率波動(dòng)。采用動(dòng)態(tài)密閉氣室紅外CO2分析儀(IRGA)法，測定儀為美國Li-6400便攜式氣體分析系統(tǒng)和Li-6400土壤呼吸室，土壤呼吸日變化測定為白天每隔2 h測定1次，在6：00—18：00點(diǎn)之間測量，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)1次測定2個(gè)重復(fù)取平均值，在觀測土壤呼吸的同時(shí)，使用手持長桿電子溫度探針測定0—10 cm深處的土壤溫度，同時(shí)使用TDR測定每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)附近0—10 cm范圍內(nèi)的土壤濕度，同時(shí)取監(jiān)測園林植物根區(qū)0—10 cm混合土樣兩份，帶回實(shí)驗(yàn)室—份自然風(fēng)干(15～20 d)去除碎片和部分根后過0.5 mm篩，測定土壤養(yǎng)分含量，另一份保溫冰箱4℃保存用于測定土壤酶活性。

1.3 土壤養(yǎng)分的測定

土壤養(yǎng)分的測定參照鮑士旦的《土壤農(nóng)化分析》[16]：土壤有機(jī)碳含量(g/kg)測定采用重鉻酸鉀氧化外加熱法；全氮(g/kg)用凱氏定氮法；全磷(g/kg)用NaOH熔融—鉬銻抗比色法；全鉀(g/kg)采用火焰分光光度法。

土壤酶活性的測定：根區(qū)土壤酶活測定用分光光度計(jì)進(jìn)行比色法測定，測定酶活種類為纖維素酶(1 g土樣30 min內(nèi)分解產(chǎn)生1 mg葡萄糖所需的酶量)；轉(zhuǎn)化酶(1 g土樣24 h內(nèi)分解產(chǎn)生1 mg葡萄糖所需的酶量)；脲酶(1 g土樣24 h內(nèi)分解產(chǎn)生1 mg氨基氮所需的酶量)[16]。

采用Excel 2007和SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，單因素方差分析(One-way ANOVA)，Pearson相關(guān)性系數(shù)檢驗(yàn)各指標(biāo)的相關(guān)性。采用指數(shù)方程對土壤呼吸(Rs)與土壤溫度和濕度間進(jìn)行回歸分析。由原始數(shù)據(jù)擬合得到的多元回歸關(guān)系經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)得到擬合度參數(shù)R2，并在p<0.05和p<0.01水平檢驗(yàn)相關(guān)系數(shù)的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同園林植物環(huán)境因子日動(dòng)態(tài)

4種不同園林植物所在大氣溫度日變化規(guī)律基本一致(圖1)，大氣溫度的日變化趨勢均為單峰曲線，在早上6：00左右最低，在14：00左右達(dá)到峰值，14：00之后有降低的趨勢；4種不同園林植物所在大氣濕度日變化規(guī)律基本一致，大氣濕度日變化與大氣溫度的日變化趨勢相反，在早上6：00左右最高，在16：00左右達(dá)到峰值(最低)，16：00以后有回升的趨勢；4種不同園林植物土壤溫度與大氣溫度變化趨勢相一致，最大值有所延遲，在16：00左右達(dá)到峰值，14：00之后有降低的趨勢；4種不同園林植物土壤濕度與大氣溫度變化趨勢相一致，均呈“V”字形變化趨勢，在14：00左右達(dá)到最低，此后有所回升，不同園林植物最低值有所波動(dòng)。

2.2 不同園林植物土壤呼吸日變化

4種園林植物土壤呼吸具有明顯的日變化規(guī)律，且均為單峰型，峰值出現(xiàn)時(shí)間基本一致(圖2)。土壤呼吸速率均在14：00左右達(dá)到最大(土壤和大氣溫度最高的時(shí)刻)，最低值出現(xiàn)在早上6：00和晚上18：00，在6：00—8：00，4種園林植物土壤呼吸升高緩慢，8：00以后急劇上升，達(dá)到最大值以后急劇降低，在18：00以后，基本達(dá)到平穩(wěn)的趨勢。合歡土壤呼吸日變化范圍為0.56～1.93 μmol/(m2·s)，龍爪槐土壤呼吸日變化范圍為0.52～1.87 μmol/(m2·s)，海棠土壤呼吸日變化范圍為0.53～1.65μmol/(m2·s)，紫葉李土壤呼吸日變化范圍為0.55～1.73 μmol/(m2·s)，相同時(shí)間土壤呼吸速率基本表現(xiàn)為合歡>龍爪槐>紫葉李>海棠。

2.3 園林植物根區(qū)土壤養(yǎng)分

4種園林植物根區(qū)土壤有機(jī)碳含量變化范圍為11.5～14.2 g/kg，具體表現(xiàn)為合歡>龍爪槐>紫葉李>海棠(圖3)，其中合歡和龍爪槐根區(qū)土壤有機(jī)碳含量差異不顯著(p>0.05)，二者顯著高于海棠和紫葉李(p<0.05)，海棠和紫葉李根區(qū)土壤有機(jī)碳含量差異不顯著(p>0.05)；4種園林植物根區(qū)土壤全氮含量變化范圍為1.12～1.35 g/kg，具體表現(xiàn)為合歡>龍爪槐>紫葉李>海棠，其中合歡和龍爪槐根區(qū)土壤全氮含量差異不顯著(p>0.05)，二者顯著高于海棠和紫葉李(p<0.05)，海棠根區(qū)土壤全氮含量最低(p<0.05)，顯著低于其他植物(p<0.05)；4種園林植物根區(qū)土壤全磷含量變化范圍為0.86～0.91 g/kg，具體表現(xiàn)為合歡=海棠>紫葉李>龍爪槐，4種園林植物根區(qū)土壤全磷含量差異并不顯著(p>0.05)；4種園林植物根區(qū)土壤全鉀含量變化范圍為16.17～28.35 g/kg，具體表現(xiàn)為合歡>龍爪槐>紫葉李>海棠，其中合歡和龍爪槐根區(qū)土壤全鉀含量差異不顯著(p>0.05)，二者顯著高于海棠和紫葉李(p<0.05)，海棠根區(qū)土壤全鉀含量最低(p<0.05)，顯著低于其他植物(p<0.05)。

圖1不同園林植物環(huán)境因子日動(dòng)態(tài)變化

圖2園林植物土壤呼吸日變化

2.4 園林植物根區(qū)土壤酶活性

4種園林植物根區(qū)土壤纖維素酶活性變化范圍為1.5～2.5 mg/(g·min)，具體表現(xiàn)為合歡>龍爪槐>紫葉李>海棠(圖4)，其中合歡和龍爪槐根區(qū)土壤纖維素酶活性差異不顯著(p>0.05)，二者顯著高于海棠和紫葉李(p<0.05)，海棠根區(qū)土壤纖維素酶活性最低(p<0.05)，顯著低于其他植物(p<0.05)；4種園林植物根區(qū)土壤脲酶活性變化范圍為3.54～6.32 mg/(g·24 h)，具體表現(xiàn)為合歡>龍爪槐>紫葉李>海棠，其中不同園林植物根區(qū)土壤脲酶活性差均異顯著(p<0.05)；4種園林植物根區(qū)土壤轉(zhuǎn)化酶活性變化范圍為2.46～6.23 mg/(g·24 h)，具體表現(xiàn)為合歡>龍爪槐>紫葉李>海棠，其中不同園林植物根區(qū)土壤轉(zhuǎn)化酶活性差均異顯著(p<0.05)；4種園林植物根區(qū)土壤轉(zhuǎn)化酶活性變化范圍為1.43～2.73 mg/(g·24 h)，具體表現(xiàn)為合歡>龍爪槐>紫葉李>海棠，其中合歡和龍爪槐根區(qū)土壤轉(zhuǎn)化酶活性差異不顯著(p>0.05)，二者顯著高于海棠和紫葉李(p<0.05)，海棠和紫葉李根區(qū)土壤轉(zhuǎn)化酶活性差異不顯著(p>0.05)。

2.5 土壤溫度和濕度對土壤呼吸的影響

為進(jìn)一步探討園林植物土壤呼吸與其顯著影響因子土壤溫度和濕度的關(guān)系，國內(nèi)外學(xué)者一般采用線性模型、二次方程、指數(shù)模型等多種方法進(jìn)行擬合，本試驗(yàn)結(jié)果中將土壤呼吸強(qiáng)度與土壤0—10 cm溫度進(jìn)行曲線擬合，篩選出最佳擬合度的方程(R2最大，p值最小)，得出的不同擬合方程，由表2可知，土壤呼吸與土壤溫度之間關(guān)系以指數(shù)方程擬合最好。4種園林植物土壤呼吸與土壤溫度的指數(shù)關(guān)系達(dá)到了極顯著水平(p<0.01)，且指數(shù)模型的決定系數(shù)較大，故指數(shù)模型的擬合效果最好，從指數(shù)模型來看，合歡根區(qū)土壤呼吸與土壤溫度的指數(shù)關(guān)系具體表現(xiàn)為y=6×10-4x3.3569(R2=0.8569，p<0.01，F(xiàn)=95.36)，龍爪槐根區(qū)土壤呼吸與土壤溫度的指數(shù)關(guān)系具體表現(xiàn)為y=1×10-4x8.3654(R2=0.8236，p<0.01，F(xiàn)=92.41)，海棠根區(qū)土壤呼吸與土壤溫度的指數(shù)關(guān)系具體表現(xiàn)為y=4×10-4x2.5847(R2=0.7234，p<0.05，F(xiàn)=85.69)，紫葉李根區(qū)土壤呼吸與土壤溫度的指數(shù)關(guān)系具體表現(xiàn)為y=3×10-4x2.0345(R2=0.7812，p<0.01，F(xiàn)=89.37)。4種園林植物土壤呼吸與土壤濕度之間關(guān)系以指數(shù)方程擬合最好，合歡根區(qū)土壤呼吸與土壤溫度濕度的指數(shù)關(guān)系具體表現(xiàn)為y=0.5623x-1.9635+2.0369(R2=0.8835，p<0.01，F(xiàn)=102.54)，龍爪槐根區(qū)土壤呼吸與土壤濕度的指數(shù)關(guān)系具體表現(xiàn)為y=0.0523x-3.0214+0.5212(R2=0.8914，p<0.01，F(xiàn)=1113.25)，海棠根區(qū)土壤呼吸與土壤濕度的指數(shù)關(guān)系具體表現(xiàn)為y=0.5694x-2.0361+1.0325(R2=0.8023，p<0.01，F(xiàn)=95.26)，紫葉李根區(qū)土壤呼吸與土壤濕度的指數(shù)關(guān)系具體表現(xiàn)為y=0.6132x-1.0324-0.1367(R2=0.8157，p<0.01，F(xiàn)=98.37)。

注：不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)，下同。

圖3不同園林植物根區(qū)土壤養(yǎng)分

圖4不同園林植物根區(qū)土壤酶活性

2.6 園林植物土壤呼吸的主要影響因素

土壤呼吸主要是植物的根以及土壤微生物的呼吸，植物的生長、微生物的氧化分解等活動(dòng)都要受周圍環(huán)境如土壤溫度、水分、氣溫、空氣濕度等的影響，因此，這些環(huán)境因子也是影響土壤呼吸強(qiáng)度的重要因素。4種園林植物土壤呼吸強(qiáng)度與各環(huán)境因子的Pearson相關(guān)關(guān)系均顯著(表2)，但有時(shí)由于某一共同變量的干擾會(huì)導(dǎo)致2個(gè)變量間的假相關(guān)，為排除其他因素的干擾，對各因子分別作偏相關(guān)分析，控制其他幾個(gè)變量以分析土壤呼吸與另一個(gè)變量的凈相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，合歡根區(qū)土壤呼吸與有機(jī)碳、全氮和全鉀含量呈極顯著的相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，與纖維素酶、轉(zhuǎn)化酶活性和蔗糖酶活性呈顯著的相關(guān)關(guān)系(p<0.05)；龍爪槐根區(qū)土壤呼吸與有機(jī)碳、全氮和全鉀含量呈極顯著的相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，與脲酶和轉(zhuǎn)化酶活性呈顯著的相關(guān)關(guān)系(p<0.05)；海棠根區(qū)土壤呼吸與有機(jī)碳、全氮和轉(zhuǎn)化酶活性呈極顯著的相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，與全磷、全鉀、纖維素酶和蔗糖酶活性呈顯著的相關(guān)關(guān)系(p<0.05)；紫葉李根區(qū)土壤呼吸與全氮和轉(zhuǎn)化酶活性呈極顯著的相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，與有機(jī)碳、全鉀和蔗糖酶活性呈顯著的相關(guān)關(guān)系(p<0.05)。

表2 土壤溫度和濕度對土壤呼吸的影響

注：*表示p<0.05；**表示p<0.01。

表3 不同園林植物土壤呼吸的主要影響因素

注：*和**分別表示在0.05，0.01水平相關(guān)性顯著和極顯著(雙尾檢驗(yàn))。

3 討 論

4種園林植物所在的大氣溫度和濕度均存在明顯的日變化規(guī)律，通過測量氣溫的日變化可知，在早、晚差值可達(dá)10℃或者以上。白天較高的溫度有利于植物進(jìn)行光合作用，下午和晚上較低的溫度下，園林植物呼吸作用漸弱，有利于有機(jī)物質(zhì)的積累。一天之中14：00左右溫度達(dá)到最高，由于土壤呼吸速率對地表溫度響應(yīng)較為明顯，因此4種園林植物土壤呼吸速率在此時(shí)段達(dá)到峰值。本研究中園林植物土壤呼吸日變化呈現(xiàn)明顯的單峰曲線，日變化峰值出現(xiàn)在14：00，最小值出現(xiàn)在早上6：00左右，此時(shí)段地表溫度較低、濕度較大，隨時(shí)間的變化，氣溫逐漸上升，土壤呼吸速率也逐漸增加，土壤中的微生物和根系呼吸旺盛，導(dǎo)致CO2排放強(qiáng)度增大，土壤呼吸達(dá)到最高值，根系和微生物活性最強(qiáng)，此后，隨著溫度的降低，土壤呼吸則急劇降低[6,9]。除此之外，土壤呼吸速率與土壤(0—10 cm)溫度的變化趨勢基本吻合，但不同園林植物土壤(0—10 cm)溫度的峰值出現(xiàn)較土壤呼吸峰值的出現(xiàn)均有所延遲，主要是由于土壤(0—10 cm)溫度達(dá)到高峰期需要一個(gè)熱傳遞過程。

土壤呼吸速率主要由溫度、濕度、環(huán)境因子等共同作用所驅(qū)動(dòng)，對于城市園林植物生態(tài)系統(tǒng)，水熱環(huán)境因子是影響其土壤呼吸最為主要的兩大因素，土壤濕度在一定程度上降低土壤呼吸速率對土壤溫度的響應(yīng)，通常情況下，土壤濕度會(huì)促進(jìn)土壤呼吸[11-12]。本研究中園林植物土壤呼吸作用受土壤濕度的影響較為明顯，土壤呼吸速率與土壤(0—10 cm)濕度呈負(fù)線性相關(guān)關(guān)系，與此同時(shí)，土壤溫度升高，根系呼吸和土壤生物活性增強(qiáng)，土壤中產(chǎn)生的CO2增多，土壤溫度影響土壤中CO2向大氣的輸送過程，CO2向大氣的排放增強(qiáng)，因此土壤溫度與土壤呼吸呈正的線性相關(guān)[11-12]。通過進(jìn)一步的相關(guān)性分析可知(表3)，不同的園林植物土壤呼吸均與土壤養(yǎng)分和土壤酶活性有一定的相關(guān)性。

土壤養(yǎng)分主要來自于地表枯枝落葉層的分解補(bǔ)充與積累[17-18]。本研究中4種園林植物土壤養(yǎng)分含量不盡一致，主要受土壤母質(zhì)及地上植物有效吸收的影響，土壤養(yǎng)分含量也有一定的差異，在城市綠化進(jìn)程中我們可以根據(jù)植物對養(yǎng)分的需求量來選擇合適的園林植物。然而4種園林植物土壤全磷差異并不顯著，主要是由于磷素作為一種沉積性元素，其分解作用緩慢；土壤酶活性是土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤微生物代謝活性的重要指標(biāo)，能夠反映土壤養(yǎng)分累積、分解轉(zhuǎn)化規(guī)律和土壤中各種生化過程的強(qiáng)度及其方向。不同園林植物對環(huán)境的敏感度導(dǎo)致了根區(qū)土壤酶活性的差異，因此土壤酶活性與土壤養(yǎng)分的變化趨勢相一致，這與前人的研究結(jié)果相吻合[19]。此外，不同園林植物在代謝過程中各種酶系的活力對環(huán)境的變化都很敏感，微弱的環(huán)境也會(huì)對根細(xì)胞中酶系的活力產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響其土壤呼吸，因此園林植物對環(huán)境的脅迫適應(yīng)性反應(yīng)仍是一系列的復(fù)雜生理生態(tài)學(xué)問題。

4 結(jié) 論

(1) 不同園林植物大氣溫度的日變化趨勢均為單峰曲線；大氣濕度日變化均呈“V”字形變化趨勢；0—10 cm土壤溫度與大氣溫度變化趨勢相一致，在14：00左右達(dá)到峰值；土壤濕度均呈“V”字形變化趨勢，在14：00達(dá)到最低，此后有所回升。

(2) 在日變化尺度上，4種園林植物土壤呼吸均表現(xiàn)為單峰型，且峰值出現(xiàn)的時(shí)間基本一致，在14：00左右達(dá)到最大，最低值出現(xiàn)在早上6：00，相同時(shí)間土壤呼吸速率基本表現(xiàn)為合歡>龍爪槐>紫葉李>海棠。

(3) 4種園林植物土壤呼吸與土壤溫度和土壤濕度之間關(guān)系以指數(shù)方程擬合最好。園林植物土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性的變化趨勢相一致，表現(xiàn)為合歡>龍爪槐>紫葉李>海棠，而4種園林植物根區(qū)土壤全磷含量差異不顯著(p>0.05)。偏相關(guān)性分析可知，不同園林植物土壤呼吸均與土壤養(yǎng)分和土壤酶活性呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性。

本文簡單地分析了不同園林植物根區(qū)土壤呼吸影響因子，研究發(fā)現(xiàn)溫度是影響園林植物根區(qū)土壤呼吸的主要環(huán)境因子，另外在土壤養(yǎng)分和酶活性對土壤呼吸速率也產(chǎn)生了很大影響，但因試驗(yàn)周期較短，涉及的影響因子還不夠全面，應(yīng)進(jìn)行深入的、連續(xù)的觀測，而且更多情況下是多個(gè)因子相結(jié)合共同對土壤呼吸作用產(chǎn)生影響。因此，城市園林植物土壤呼吸特征分析需要更細(xì)致、更詳細(xì)的研究，進(jìn)而為全球陸地土壤碳循環(huán)的研究提供科學(xué)參考。

[1] Smith D R, Asmail S R. Next-generation sequencing data suggest that certain nonphotosynthetic green plants have lost their plastid genomes[J]. New Phytologist, 2014,204(1):7-11.

[2] Kusaba M, Tanaka A, Tanaka R. Stay-green plants:what do they tell us about the molecular mechanism of leaf senescence[J]. Photosynthesis Research, 2013,117(1/3):221-234.

[3] Strehler B L, Arnold W. Light production by green plants[J]. The Journal of General Physiology, 1951,34(6):809-820.

[4] Horton P, Ruban A V, Walters R G. Regulation of light harvesting in green plants[J]. Annual Review of Plant Biology, 1996,47(1):655-684.

[5] Karhu K, Auffret M D, Dungait J A J, et al. Temperature sensitivity of soil respiration rates enhanced by microbial community response[J]. Nature, 2014,513(7516):81-84.

[6] Keidel L, Kammann C, Grünhage L, et al. Positive feedback of elevated CO2on soil respiration in late autumn and winter[J]. Biogeosciences Discussions, 2014,11:8749-8787.

[7] Hamdi S, Moyano F, Sall S, et al. Synthesis analysis of the temperature sensitivity of soil respiration from laboratory studies in relation to incubation methods and soil conditions[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2013,58:115-126.

[8] Aanderud Z T, Jones S E, Schoolmaster D R, et al. Sensitivity of soil respiration and microbial communities to altered snowfall[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2013,57:217-227.

[9] Lovelock C E, Feller I C, Reef R, et al. Variable effects of nutrient enrichment on soil respiration in mangrove forests[J]. Plant and Soil, 2014,379(1/2):135-148.

[10] Fekete I, Kotroczó Z, Varga C, et al. Alterations in forest detritus inputs influence soil carbon concentration and soil respiration in a Central-European deciduous forest[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2014,74:106-114.

[11] Gomez-Casanovas N, Anderson-Teixeira K, Zeri M, et al. Gap filling strategies and error in estimating annual soil respiration[J]. Global Change Biology, 2013,19(6):1941-1952.

[12] Birge H E, Conant R T, Follett R F, et al. Soil respiration is not limited by reductions in microbial biomass during long-term soil incubations[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2015,81:304-310.

[13] Whitaker J, Ostle N, Nottingham A T, et al. Microbial community composition explains soil respiration responses to changing carbon inputs along an Andes-to-Amazon elevation gradient[J]. Journal of Ecology, 2014,102(4):1058-1071.

[14] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[15] Barber S A. Soil nutrient bioavailability:a mechanistic approach[M]. John Wiley&Sons, 1995.

[16] Stoorvogel J J, Smaling E M A. Assessment of soil nutrient depletion in Sub-Saharan Africa: 1983—2000[M]. Wageningen: Winand Staring Centre, 1990.

[17] Dick R P. Soil enzyme activities as indicators of soil quality[J]. Defining soil quality for a sustainable environment, 1994 (definingsoilqua):107-124.

[18] Bandick A K, Dick R P. Field management effects on soil enzyme activities[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1999,31(11):1471-1479.

[19] Caldwell B A. Enzyme activities as a component of soil biodiversity:a review[J]. Pedobiologia, 2005,49(6):637-644.

SoilRespirationandImpactFactorsofDifferentGreenPlantsinZhengzhouCity

XIA Bing, SI Zhiguo

(DepartmentofEnvironmentalArtEngineering,He′nanVocationalandTechnicalInstitute,Zhengzhou450052,China)

To explore soil respiration and impact factors under different green plants in Zhengzhou City by IRGA, taking four green plants (Albizziajulibrissin,Sophorapendula,PrunuscerasiferaandChaenomelesspeciosa) as experimental materials, we investigated the soil nutrients, soil enzyme activities (0—10 cm) and other environmental factors, and used exponential model to analyze the relations between soil respiration and soil temperature and humidity, to provide the scientific basis for the ecological landscape configuration, and to choose suitable greening plants and urban greening construction. The results showed that: (1) the daily air temperature showed a single peak curve, and daily atmospheric moisture had a variation trend of ‘V’ shape, soil temperature at 0—10 cm depth had a same variation trend with atmospheric temperature, which the peak occurred at 14:00, and soil moisture had a variation trend of ‘V’ shape with the local fluctuation; (2) the daily soil respiration rate showed a single peak curve, and the daily maximum of soil respiration rate occurred at 14:00 and the minimum of soil respiration rate occurred at 6:00, and at same time in a day, the soil respiration rates decreased in the order:Albizziajulibrissin>Sophorapendula>Prunuscerasifera>Chaenomelesspeciosa; (3) it was found that soil respiration was extremely significantly correlated with soil temperature and soil moisture content, thier relation could be described by exponential equation (p<0.05); (4) the soil nutrients and soil enzyme activities under these four green plants decreased in the sequence:Albizziajulibrissin>Sophorapendula>Prunuscerasifera>Chaenomelesspeciosa, while the total soil phosphorus had no difference under these four green plants (p>0.05); (5) through the partial correlation analysis to exclude other environment factors, we found that soil respiration had a correlation with soil nutrients and soil enzyme activities to some degree, and the correlation coefficient underAlbizziajulibrissinandSophorapendulawere higher than those underPrunuscerasiferaandChaenomelesspeciosa.

green plants; soil respiration; soil nutrients; soil enzyme activities

2016-08-18

：2016-08-30

2016河南省科學(xué)技術(shù)廳軟科學(xué)研究計(jì)劃資助“創(chuàng)新區(qū)視域下的低碳型中原特色景觀構(gòu)建研究” (162400410327)

夏冰(1984—),女,河南鄭州人,碩士,講師,主要研究方向:園林植物生態(tài)學(xué)。E-mail:Xia_bing84@163.com

司志國(1977—),男,河南長垣人,博士,副教授,研究方向:城市生態(tài)。E-mail:ZHI_G_S@sina.com

Q945.19

：A

：1005-3409(2017)05-0240-07