森林土壤有机质是陆地生态系统最重要的碳库之一,其分解速率及温度敏感性是反映森林土壤碳循环及其对未来气候变化响应的重要参数,是目前研究的热门方向。此外,降雨事件是生物地球化学循环过程中重要的影响因子,在干旱半干旱地区,由于降雨的频度及强度的差异,导致最终微生物呼吸产生不同的等级脉冲响应。在这不同等级的响应中,微生物呼吸的响应非常急剧,瞬间可能就达到脉冲峰值,特别是频发的小降雨事件;然而,大多是基于日尺度进行研究的,因此对于微生物呼吸的降雨脉冲前期响应尚不是很清楚。中国东部南北森林样带,横跨寒温带至热带,具有明显的热量梯度及水热组合梯度,是世界上独特完整的以热量梯度驱动的植被连续带,其中北京东灵山地处干旱半干旱地区,暖温带大陆性季风气候,是研究土壤微生物呼吸的纬度格局及对降雨响应非常好的实验材料。为此,本文设计了以下两个实验分别进行研究:实验1以中国东部南北森林样带(NSTEC)8种土壤为研究对象,在5-30℃自动变温模式下测定了为期8周的土壤有机分解速率、以及培养期内的土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量氮、土壤可溶性有机碳、土壤可溶性氮、pH、电导率和氧化还原电位,以此来研究土壤微生物呼吸及其温度敏感性在纬度梯度上的差异以及土壤底物、微生物和化学性质对它们的贡献率。实验2以地处暖温带地区的北京东灵山上土壤肥沃的天然林(单优物种为辽东栎)和土壤贫瘠的次生林(严重退化后形成的次生灌丛)的土壤为研究对象,模拟降雨事件,并在小降雨(0.2-0.25 ml·cm-2)发生后48小时内集中的测定了微生物呼吸速率(272次)和微生物生物量(6次),从降雨脉冲峰值、达到峰值的时间以及脉冲持续时间三个角度探讨土壤微生物呼吸速率对降雨事件的响应以及土地质量退化对降水脉冲效应的影响。实验1结果表明:温度显著影响土壤微生物呼吸速率,其关系可用指数函数来表征(P<0.001)。土壤有机质基础分解速率(20℃)在不同森林类型间差异显著,且随着纬度的升高而显著升高(F = 658.98,P0.001)。土壤微生物呼吸的温度敏感性(Q10)在不同森林类型间差异显著,最高的是太岳山,最低的是尖峰岭;整体来说Q10随着纬度的升高显著升高(F = 184.77,P<0.001);即符合"低温区更敏感假设"。土壤微生物呼吸的温度敏感性与碳质量指数(A)呈显著的指数的负相关(F= 77.177,P<0.001)。上述发现证明"碳质量-温度假说"也适合样带尺度。结构方程分析表明:微生物、土壤底物供应和化学性质共同控制了土壤微生物呼吸速率47%和温度敏感性70%的变异;其中对分解速率而言,微生物的贡献更大,其次是化学性质;对温度敏感性而言,分解底物的贡献率最大,其次是微生物和土壤化学性质。我们的研究结果不仅阐释了样带森林土壤微生物呼吸速率和温度敏感性的空间格局,还给出了实验证据:土壤有机分解速率和温度敏感性的控制机制存在显著差异(微生物VS底物),其中微生物控制着土壤有机质的分解速率,底物控制着温度敏感性。实验2结果表明:土壤微生物呼吸对模拟小降水事件的响应强度在次生林和天然林间差异极其显著,具体表现为::次生林在0.09 h就达到脉冲峰值,并极显著的快于天然林(0.31 h);且具有显著高于天然林的脉冲峰值(天然林7.94 ug Cg-1·h-1VS次生林18.69ug C g-1·h-1);以及显著的脉冲持续时间(天然林3.11 hVS次生林0.36 h)。此外,我们还发现达到微生物呼吸速率降低至1/2最大值后的平均速率在两个样点间同样存在显著性差异。尽管次生林在约1.3 d内激发作用就完全恢复,天然林在2d时还有微弱的激发作用,不考虑土壤本身的有机质含量,两者的累积微生物呼吸量并不存在显著性差异,但考虑土质后,次生林的累积呼吸量显著地高于天然林。我们的结果表明:微生物对降雨事件的脉冲响应非常快,在5-30 min内就能达到峰值,且土地退化后会显著增强土壤微生物呼吸对降雨的响应,土地退化的加剧以及未来全球降雨格局的变化,在以后的研究中应该得到重视。