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从2005年5月至2008年12月,作者在山西省天龙山国家级自然保护区用LI-COR-6400红外气体分析仪连接LI-COR-6400-09土壤呼吸标准气室,对3个不同海拔灌木群落(样地1,黄刺枚+荆条(Rosa xanthina+Vitexnegundo);样地2,白丁香树+黄刺枚(Syringa oblate+Rosa xanthina);样地3,沙棘(Hippophaerhamnoides))土壤呼吸进行了4年的定位测定,测定频次为1-3次/月(一共252次)。在测定土壤呼吸的同时,用系统自带的土壤温度探针测定0-10cm深度的土壤温度,用土钻法和土壤水分测定仪(TDR)测定0-10 cm深度的土壤水分等环境因子。目的是研究本地区灌木群落土壤呼吸的季节变化、年际变化及土壤呼吸与土壤温度和土壤水分的关系。 研究结果表明:土壤温度的年际变化不明显,随着海拔增加土壤温度降低。4个测定年样地1、2、3土壤温度的年平均值分别为:18.44±6.44、15.40±6.89、12.83±6.78℃(2005年),15.68±6.76、13.00±6.31、12.29±6.61℃(2006年),14.34±7.78、13.40±7.32、11.07±7.16℃(2007年)和14.51±6.95、11.66±7.24、11.08±6.98℃(2008年);4个测定年样地1的土壤温度平均值15.74±6.98℃,样地2的平均值为13.37±6.94℃,样地3的平均值为11.82±6.88℃。 与土壤温度相比,土壤水分的年际变化较大,土壤水分的年际分布亦不一致。春末夏初,土壤水分含量最小,4年中有三年春末夏初出现干旱情况,其它季节相对较好。3个样地中,受海拔、坡向以及土壤质地的影响,样地1和2的土壤含水量亦明显低于样地3。3个样地4个测定年土壤水分的年平均值分别为:10.86±6.18%、8.94±2.36%、15.02±3.62%(2005年),10.40±6.23%、11.30±4.58%、15.12±5.18%(2006年),13.01±6.65%、13.31±4.51%、18.95±5.77%(2007年)和12.06±5.36%、12.08±4.10%、19.15±4.73%(2008年);样地1、2、3土壤水分的总平均值分别为11.58±6.11%,11.41±3.89%和17.06±4.83%,样地3的土壤水分最高,样地1、2的土壤水分接近。 三个灌木群落的土壤呼吸均具有明显的季节变化特点,与土壤温度的季节变化趋势一致,冬春季较低,盛夏秋初较高。每年测定开始的春季和测定结束的冬季,土壤温度在0℃左右,土壤呼吸在0.5-1.5μmolCO2 m-2s-1左右;受土壤干旱影响,土壤呼吸的低值在5、6、7月份的部分时段也有出现,样地1、2表现明显;土壤呼吸的最大值大多出现在夏季的7、8月份。2005年最大值在9-14μmol CO2 m-2s-1之间,2006-2008年的最大值总体在8-10μmol CO2m-2s-1之间。 在4个测定年中,3块样地土壤呼吸的年平均值分别为3.67±2.59、2.67±1.99和4.45±3.16μmol CO2 m-2 s-1。根据月土壤呼吸平均值计算,在4年的测定中,样地1、2、3土壤呼吸量的年平均值分别为1023、718和1153 gCm-2a-1。 土壤呼吸的季节变化多数时期主要受土壤温度的季节变化控制,但是在春末、夏初土壤水分干旱时期,土壤水分控制土壤呼吸。 土壤呼吸与土壤温度的关系可以用指数关系方程拟合,方程的决定系数R2值从0.18到0.85,Q10值在1.22到4.28之间。当剔除土壤水分低于田间持水量1/3以下的数据后进行分析,方程的R2值提高,在0.47到0.85之间,Q10值在1.88到4.45之间。 除样地1外,土壤呼吸与土壤水分的相关性较差,决定系数相对较小。用包含土壤温度和土壤水分的双变量关系方程可以很好的预测土壤呼吸,R2值在0.52到0.89之间。 本研究表明,暖温带地区灌木群落土壤呼吸表现出显著的季节变化和年际变化的特点,而且土壤温度是调控土壤呼吸季节变化的主导因子。研究结果可以为黄土高原东部地区灌丛山区土壤呼吸乃至生态系统碳平衡提供参考。