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土壤呼吸的生态意义 土壤呼吸是指天然土壤中产生的b2的活动，主要是由微生物和根系呼吸引起的，其中一些是由土壤和有机物的化学氧化引起的。根据该估算，在高产农田中，土壤中的有机呼吸和化学氧化仅占总呼吸量的5%。土壤呼吸是陆地生态系统碳素循环的主要环节,也是大气CO2浓度升高的关键生态学过程。根系呼吸包含根际各种活动,我们引用Wiant的定义:根系呼吸包括根部及其衍生的呼吸,包括活根组织呼吸、共生的根际真菌和微生物呼吸、根分泌液和死根的分解等活动产生CO2的过程。 根系与微生物呼吸的区分的意义表现在几个方面。首先,在计算碳素周转率时一般把土壤有机物分解产生的CO2作为有机质分解的主要指标,由于测定的土壤呼吸包含根系呼吸和土壤有机质分解,应该把根系呼吸和微生物呼吸相区分。其次随着温室效应的日益显著,有很多研究着眼于研究土壤的碳净存留量和净生态系统生产力,以评价生态系统的源/汇潜力。土壤中碳固定(carbon sequestration)可用下式表示: 净土壤碳增量=凋落物输入量-(土壤呼吸-根系呼吸) 这里土壤呼吸和根系呼吸的差别在于异养呼吸释放的碳, 即微生物的呼吸。因此,需要了解根系呼吸占土壤呼吸的比例,才能更好地研究土壤碳获取。同样在了解生态系统碳收支状况时也需要把根系呼吸从土壤呼吸中区分开。 由于方法本身、实验条件及环境的限制,各种区分根系呼吸和土壤呼吸的方法在应用中各有其优缺点,本文将对各种方法进行比较和评述。 1 关于国外相关研究的进一步探讨 将根系呼吸从土壤呼吸中分离出来在技术上一直比较困难,国际上对这方面的研究也很重视,已有很多相关的研究。现有区分微生物呼吸和根系呼吸的方法主要包括成分综合法、生物量外推法、根去除法、同位素标记法等。 1.1 呼吸速率的测量 成分综合法就是将土壤呼吸的不同组成成分分别测定,如根、无根土壤和凋落物各部分释放的CO2量,各成分之和就是土壤呼吸所释放的CO2总量。如果各个成分释放量之和接近于就地的土壤总释放量,说明实验的准确率是非常高的。一般要在就地测定不同成分释放量,以进行比较。有的实验只是测定就地的土壤呼吸速率和凋落物与根部两部分的呼吸速率,然后相减得出无根土壤的呼吸速率。有关计算公式如下: TScer=(Rlitter×Mlitter)+(Rroot×Mroot)+(Rsoil×Msoil) RC=Rroot×Mroot %RC=RC/TScer×100% 这里TScer为土壤呼吸总量,Rlitter为凋落物呼吸速率,Mlitter为凋落物质量,Rroot为根系呼吸速率,Mroot为根质量,Rsoil为无根土壤呼吸速率,Msoil为无根土壤质量,RC是根系呼吸分量,%RC是根系呼吸占土壤总呼吸的百分比。以下符号含义与此相同。 成分综合法在20世纪70年代初开始使用,其缺点在于根系呼吸的测定不是在就地,对各个部分的分别测定会破坏土壤的自然状态,各个部分的测定结果并不一定就是就地各部分的呼吸速率。如把凋落物迁移后,土壤表层的水分状态可能改变。另有研究表明,根系呼吸与土壤中的CO2和O2浓度相关,随土壤中CO2浓度的增加根系呼吸变弱,所以在非就地测定根系呼吸时应注意保持相应土壤中的CO2和O2浓度。 成分综合法测定的根呼吸占土壤呼吸的比例从20%~80%不等,Behera等在热带森林测得数值是50.5%,在草地生态系统,Gloser等测得0~10 cm层的根呼吸占土壤呼吸比例为37%~60%。 1.2 生物量和根系呼吸的关系 生物量外推法原理是根据根系生物量梯度上土壤呼吸变化趋势外推对根系呼吸量占土壤总呼吸量的比例进行估计。具体是选择一系列根系生物量差异尽可能大的不同样点(通过地上植被相对丰富度指示),对土壤呼吸总量和相应吸收面积下根系生物量进行同时测定,即可获得两者之间的相关关系,外推到根系生物量为0时的土壤呼吸速率就是土壤呼吸净速率。土壤净呼吸(微生物呼吸)为根系生物量与土壤呼吸量关系直线的截距,根系呼吸为土壤呼吸基础之上的净增加值。李凌浩等在内蒙古锡林格勒利用10个测点生物量和土壤呼吸的关系,估算了根系呼吸占土壤呼吸的比例。 由于土壤呼吸影响因素很多,如土壤温度和水分的影响,相比之下生物量与土壤呼吸的相关性不稳定,因此生物量外推法所测得的根系呼吸比例不可避免的要出现误差。同时根系测定方法难以区分有效根和无效根,而这两种根的CO2的排放规律是明显不同的。通过这种方法测得根系呼吸占土壤总呼吸的比例在北美高草原群落为40%,印度热带草地群落6.4%和38%,热带冲积土草原42%。 1.3 根系呼吸的测定 根去除法是一种间接的测定根系呼吸的方法,它通过测定有根和无根情况下的土壤呼吸得出根系呼吸。可用下式表示: RC=TScer-TScer(无根) %RC=[TScer-TScer(无根)]/T