黄土高原半干旱区2020年生长季草地土壤呼吸特征及其影响因素

采用LI-8100A型土壤碳通量仪对黄土高原半干旱区草地生长季(5—10月)的土壤呼吸速率、土壤温度及含水量进行连续观测,综合分析土壤呼吸的时间变化规律,并研究环境因子对呼吸速率的影响。结果表明:(1)不同天气条件下土壤呼吸速率的日动态变化差异明显,晴天的日均值(2.90μmol·m^(-2)·s^(-1))与变化范围(1.73~4.92μmol·m^(-2)·s^(-1))明显大于多云天和阴天。不同月份土壤呼吸速率的平均日变化均呈现“单峰型”结构,最高值(2.20~4.40μmol·m^(-2)·s^(-1))、最低值(0.71~1.70μmol·m^(-2)·s^(-1))分别出现在12:00或13:00、05:00或06:00,日均值接近于10:00或19:00的观测值。(2)白天和夜间土壤呼吸速率在5—6月处于较小值,从6月开始逐渐增大,8月达到峰值(白天3.31±0.98μmol·m^(-2)·s^(-1)、夜间1.80±0.39μmol·m^(-2)·s^(-1)),之后逐渐减小,10月出现最低值(白天1.55±0.55μmol·m^(-2)·s^(-1)、夜间0.81±0.12μmol·m^(-2)·s^(-1)),且白天通常高于夜间。整个生长季夜间土壤呼吸对全天总呼吸的贡献率为27.2%~32.4%。因此,在当前草地生态系统碳循环模型中应考虑夜间土壤呼吸的影响。(3)土壤温度是影响生长季土壤呼吸速率的主要环境因子,但土壤温度单变量模型不足以全面解释土壤呼吸的动态变化。结合土壤温度与含水量的双变量非线性模型能更好地拟合土壤呼吸速率,对其变异的解释程度达74.0%。(4)2020年生长季,全天、白天和夜间土壤呼吸的温度敏感性指数(Q;)变化范围分别为1.38~2.14、1.22~1.96和0.85~1.64,对应平均值分别为1.58±0.23、1.41±0.19和1.20±0.16。如果只用白天时段的Q;值代替日均值,将造成约10.8%的低估。