荒漠化对毛乌素沙地土壤呼吸及生态系统碳固持的影响

摘要

荒漠化极大地影响着包括毛乌素沙地在内的干旱、半干旱区的土壤呼吸及碳固持潜力,因而,可能对区域或全球的碳循环造成一定影响.为揭示土壤呼吸的时间变化及其影响因子,理解荒漠化对毛乌素沙地土壤呼吸及碳固持的影响,根据毛乌素沙地荒漠化类型的研究结果,以毛乌素沙地固定沙地本氏针茅群落(FS)、固定沙地油蒿群落(FA)、半固定沙地油蒿群落(SFA)、流动沙地一年生植物群落(AL)等4个代表毛乌素沙地荒漠化主要阶段的植物群落为研究对象,采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定了其土壤呼吸速率的日动态和月动态,结合植物群落生产力的野外调查,分析了荒漠化对土壤呼吸速率及碳固持的影响.结果表明:FA、FS、SFA、AL不同月份之间土壤呼吸速率日动态变化显著,4个群落5月份土壤呼吸最高、最低值分别出现在9:00-10:00和18:00,但6-9月份土壤呼吸最高、最低值却分别出现在12:00以后和7:00.FA、FS、SFA、AL在主要生长季(5-9月)的平均土壤呼吸速率分别为:99.79、88.13、47.95、13.82 mg·m-2·h-1.FS、FA和SFA土壤呼吸速率月变化显著,5月最低,7月最高,AL土壤呼吸速率月变化相对较小.FS、FA和SFA土壤呼吸速率月变化与土壤温度存在显著的指数相关关系,FS、FA、SFA和AL的Q10值依次为5.87、5.05、4.02、0.64.FS和FA的土壤呼吸速率月变化与土壤湿度显著正相关,而SFA和AL的土壤呼吸速率月变化与土壤湿度不存在显著线性关系.土壤呼吸与10 cm深度的土壤温度和湿度回归模型表明土壤温度和湿度可以解释不同群落土壤呼吸月变化的69%-87%.FS、FA、SF和AL的月土壤呼吸速率与根系生物量存在显著线性关系.在主要生长季(5-9月)平均根系呼吸速率和平均土壤微生物呼吸随荒漠化程度的加重而降低.FS、FA、SFA和AL根系呼吸与土壤呼吸的比率分别为51.40%、59.99%、70.85%、45.86%.在主要生长季(5-9月)净生态系统生产力分别为36.16、18.56、-11.29和-22.49 C g/m2.随荒漠化程度的加重,生态系统碳固持能力逐渐降低.因此,采取合理措施使荒漠化土地向以油蒿或本氏针茅为主的固定沙地演替,有助于毛乌素沙地生态系统碳固持能力的提高和植物群落的生长.