不同灌溉方式对侧柏人工林土壤呼吸的影响.pdf

节水灌溉Water Saving I不同灌溉方式对侧柏人工林土壤呼吸的影响李泽霞，陈爱华，田晋华（甘肃省水土保持科学研究所，兰州 730020）摘 要：为探究不同灌溉方式对半干旱区人工林土壤呼吸的影响，以侧柏人工林为研究对象，采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定3种灌溉方式下林地的土壤呼吸速率，分析土壤呼吸变化特征及其对温度和水分的响应机制。结果表明：3种灌溉方式下侧柏人工林的土壤呼吸速率日变化均呈现先升高后降低的单峰变化，不同月份的月均值表现为漫灌2.07 mol/(m2s)穴灌1.65 mol/(m2s)喷灌1.36 mol/(m2s)。地表温度、5 cm土壤温度和10 cm土壤含水率与喷灌林地土壤呼吸速率均呈现极显著相关关系(phole irrigation(1.65 mol/(m2s)sprinkler irrigation(1.36 mol/(m2s),soil respiration in sprinkler irrigation forestland showed a significant(p穴灌2.17 mol/(m2s)喷灌1.72 mol/(m2s)；9月：漫灌2.26 mol/(m2s)穴灌1.88 mol/(m2s)喷灌1.67 mol/(m2s)；5 月：穴灌101不同灌溉方式对侧柏人工林土壤呼吸的影响 李泽霞 陈爱华 田晋华 1.91 mol/(m2s)漫灌1.89 mol/(m2s)喷灌1.67 mol/(m2s)；最小的是 3 月：漫灌0.72 mol/(m2s)穴灌0.63 mol/(m2s)喷灌0.38 mol/(m2s)，除5月份外，其余月份漫灌侧柏林地的土壤呼吸速率日内均值远远高于喷灌和穴灌的侧柏林地。经方差分析，3种灌溉方式下侧柏人工林在不同时刻的土壤呼吸速率变化值差异显著(p穴灌1.65 mol/(m2s)喷灌1.36 mol/(m2s)，漫灌地月均值高于穴灌地25.45%，高于喷灌地52.2%。5-7月份正处于夏季，土壤温度较高，侧柏人工林根系生长快，土壤微生物活动力强，促使土壤排放CO2速度较快，使得土壤呼吸作用增强。3月份处于春季，侧柏人工林处于生长初期，日辐射能量较低，制约了土壤生物的活动，从而使土壤呼吸速率在3月最小。经方差分析，同一月份中不同灌溉方式侧柏人工林的土壤呼吸速率月均值均存在显著差异，喷灌林地的土壤呼吸速率均显著低于漫灌和穴灌林地，漫灌与其他2种灌溉方式土壤呼吸速率差异达到极显著水平(p0.01)，说明漫灌显著促进了土壤呼吸作用。2.2土壤呼吸速率与水热因子的关系2.2.1土壤呼吸速率与温度的关系为进一步探明不同灌溉方式下土壤呼吸速率对温度的响应，采用指数方程对3种不同灌溉方式下土壤呼吸速率与温度图1不同灌溉方式的土壤呼吸速率日内变化特征Fig.1Diurnal variation characteristics of soil respiration rate of different irrigation modes表1土壤呼吸特征分析Tab.1Variation characteristics of soil respiration项目日较差/(molm-2s-1)日变幅/%时间3月5月7月9月平均值3月5月7月9月平均值喷灌0.260.330.190.170.2468.5219.7911.0610.2027.39穴灌0.250.210.460.330.3139.4410.8021.4017.5522.30漫灌0.180.821.380.490.7225.1343.5140.7321.7332.77图2不同灌溉方式3-9月土壤呼吸速率月变化特征Fig.2Monthly variation characteristics of soil respiration of 3-9 months with different irrigation modes102不同灌溉方式对侧柏人工林土壤呼吸的影响 李泽霞 陈爱华 田晋华的关系进行模型拟合，并计算温度敏感系数Q10值(表2)。从表可以看出，3种不同灌溉方式土壤呼吸速率与地表温度、5 cm土壤温度都表现出极显著(p0.01)正相关关系，因此，随着温度的增加，土壤呼吸速率也在增加。喷灌林地、穴灌林地、漫灌林地土壤地表温度分别解释了土壤呼吸速率 71.65%、30.71%、61.47%的变异，5 cm土壤温度分别解释了土壤呼吸速率67.85%、17.89%、50.87%的变异，表明喷灌林地的地表温度、5 cm土壤温度与土壤呼吸速率的相关性高于穴灌和漫灌林地。通过比较分析，地表温度对土壤呼吸速率的影响高于5 cm土壤温度。Q10值是温度敏感性指数，Q10值越大，表明侧柏人工林地的土壤呼吸速率对温度的变化就越敏感，采用指数关系模型计算3种灌溉方式下侧柏人工林地的Q10(表2)，研究土壤呼吸速率随土壤温度的变化情况。从表可以看出，3种灌溉方式下土壤呼吸速率与其各自对应的土壤温度(T)拟合效果较好，喷灌林地的土壤呼吸和地表温度、5 cm土壤温度相关性均最高，其次是漫灌林地，穴灌林地最低。3种灌溉方式侧柏人工林的的温度敏感性系数在1.542.34之间，喷灌林地的土壤呼吸速率对地表温度、5 cm 土壤温度的敏感性最高，Q10分别为2.12、2.34。2.2.2土壤呼吸速率与土壤含水率的关系模型除土壤温度外，土壤含水率也是影响土壤呼吸速率的一个重要因素。本研究选取5月份土壤含水率数据进行比较，采用线性方程模拟出不同灌溉方式侧柏人工林土壤呼吸速率与10 cm土壤含水率的相关关系图(图3)。结果显示：喷灌林地的土壤呼吸速率与10 cm土壤含水率表现出极显著(p漫灌林地穴灌林地。表2土壤呼吸速率(Rs)与温度(T)间的关系及Q10值Tab.2Relationships between soil respiration rate(Rs)and temperature(T)as well as Q10 values灌溉方式喷灌穴灌漫灌地表温度拟合方程Rs=0.168 8 e0.075 0 TRs=0.574 4 e0.043 0 TRs=0.372 6 e0.066 8 T相关系数R20.716 50.307 10.614 7Q102.121.541.955 cm土壤温度拟合方程Rs=0.201 7 e0.085 0 TRs=0.715 0 e0.044 5 TRs=0.591 6 e0.055 8 T相关系数R20.678 50.178 90.508 7Q102.341.561.75图3土壤呼吸速率与10 cm土壤含水率的关系Fig.3Relationships between soil respiration rate and 10 cm soil moisture103不同灌溉方式对侧柏人工林土壤呼吸的影响 李泽霞 陈爱华 田晋华 有研究表明，土壤呼吸速率主要受土壤温度和湿度的共同影响13，但是土壤呼吸速率与土壤湿度之间的关系较复杂，二者有正相关、负相关、不相关3种关系14。付佳祥等15研究夏玉米的土壤呼吸速率与土壤温度呈正相关，与不同处理土壤体积含水存在显著正相关关系，师梦娇16等发现土壤CO2的排放随着灌溉量的增加而增加，但灌溉频率过高降低了土壤CO2的排放量。灌溉措施是半干旱区侧柏人工林的重要影响因子，适宜的土壤水分可增加土壤微生物种群数量，通过对土壤特性、温度等的改变从而影响土壤呼吸，本研究结果表明，喷灌林地的土壤呼吸速率与10 cm土壤含水率表现出显著正相关关系，而穴灌和漫灌林地没有表现出显著相关关系，可能是因为喷灌灌水均匀度高，土壤湿润持续时间长，为土壤微生物和作物根系提供了适宜的环境条件，从而引起土壤呼吸速率的变化。4结 论半干旱区侧柏人工林地在3种灌溉方式下的土壤呼吸速率变化均表现出明显的单峰曲线特征，但不同灌溉方式之间存在差异，喷灌林地的灌水量最少，土壤呼吸速率最小，能够有效降低土壤碳排放，是一种更适宜半干旱区侧柏人工林的节水灌溉技术。（1）3种灌溉方式侧柏人工林3-9月份土壤呼吸速率日内变 化 均 呈 现 先 升 高 后 降 低 的 趋 势，高 峰 基 本 出 现 在12:00-16:00之间，除5月份外，其余月份漫灌侧柏林地的土壤呼吸速率日内均值远远高于喷灌和穴灌的侧柏林地。（2）3种灌溉方式侧柏人工林的土壤呼吸速率均是3月最低，7月最高，3-9月的土壤呼吸速率月均值表现为漫灌2.07 mol/(m2s)穴灌1.65 mol/(m2s)喷灌1.36 mol/(m2s)。（3）喷灌林地土壤呼吸速率与地表温度、5 cm土壤温度及10 cm土壤含水率都表现出极显著(p0.01)正相关关系。温度敏感性系数Q10在1.542.34之间，喷灌林地的土壤呼吸速率对温度的敏感性高于其他2种灌溉方式。参考文献：1 张克胜，尚 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