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土壤各组分呼吸区分方法研究进展
维普资讯 http://www.cqvip.com生 态 学 杂 志 C ie o ra o cl y 2 0 。2 2 :5 9 hns Junl f o g 0 3 2 ( )6 ~6 e E o土壤各组分 呼吸 区分方法研 究进展 * 易 志 刚 一 蚁 伟 民 周 丽 霞 ( 中国科 学院 华南植物研 究所, 广州 5 0 5 ) 1 6 0 摘 要 土 壤 呼 吸 分 为 自养 型 呼 吸 ( 呼 吸 ) 异 养 型 呼 吸 ( 生 物 和 动 物 呼 吸 ) 区 分 各 组 分 根 和 微 , 呼 吸 可 了 解 在 全 球 变 化 条 件 下 土 壤 碳 循 环 和 碳 平 衡 的 动 态 。 本 文 综 述 了 3种 主 要 区 分 自养 呼 吸 和 异 养 呼 吸 的 方 法 : 组 分 法 ; 根 去 除 法 ; 同 位 素 法 。 其 中 同 位 素 法 对 根 和 土 壤 的 影 响 ① ② ③ 最小 , 是最可 靠的一种方法 ; 综合各方 面考虑, 去除法是最切 实可行的方法 。 根 关键词 土壤呼 吸。 自养 型 呼 吸 。 养 型 呼 吸 异中图分 类号 :1 4 1 ¥ 5 . 文献标识 码 : A 文章编号 :0 0 8 0 2 0 ) 1 0 5 5 10 ―49 (0 3 0 ―0 6 ―0 Adv ncs i h e e r h o hem e ho s f e r ig h om p ne s o o lr s r in.Y IZhi a e n t e r s a c n t t d ors pa atn t e c o nt fs i e piato ―g n 。 e n Z U ii【 o t h n nt u e fB t n a g YI i 。 HO L xa S uh C iaI s t t o o y,te hn s Acd m fS i c 。 W mi i a h i e C e a e yo c n e e C a g h u 5 0 5 。 h n . ie J u n l fE oo y 2 0 。 2 2 :5 9 _ n z o 1 6 0 C ia) C ns o r a c l 。 0 3 2 ( ) 6 ~6 . r u h e o g S i r prt n cn b iie t mp n n s uo rp i(o t r prt n a d h tr t p i o e i i a edv d i o t c o e t:a tto hc ro ) e i i n e or hc l s ao d n woo s ao e o ( co e n o a n )eprt n mirbsa ds ifu a rs i i .Th e aain o i r prt n wi o tiuet h n e ― l ao esp rt s l e i i l c n r t te u d r o f o s a o l b o sa dn fs ic ro y l n ab nb ln eu d rtec n io f b h n e tn igo l ab n c cea dc r aa c n e dt no o o h o i mo a c a g .Th e r r l rep may imeh d a e b n rne d t ds n us uo vru ee t p i si r p t n ic dn : to s v e e we i g i a t e s h t o r hc o l e i i n l i ① h o i t h - s r o s r o a u g o o e t meh c mp n ns to ; ro x l inmeh n d ② ot c o e u s to a d③ i tp d o so emeh . h i tp me o i t ebs to T e s oe d o td s h et hwih t e la td su b n et i a d ro s t h s i r a c s l n o t .Ta ig i t c u t fal h e t o o k n o a c n e ̄c r ,t e r o x l in n o o l t o ts h o te cu o s me h d w l b h s r c ia h u u e t o l e t em0 tp a t l n t ef t r . i c iKe o d s i r pr t n a t t hcr pr t n y w r s o l e i i , u 0 mp e i i ,h t r t p i e p r t n s ao s ao ee o r h c r i i . o s ao1 引言 化 学氧 化 过 程对 土 壤 呼 吸 的作 用 较 小 。 般 很 少 考 一 虑 , 排 除该 过程 。 壤 呼 吸可 分为 自养 呼 吸 和异 养 若 土 呼吸 两大 类 。 自养 呼 吸消耗 的底物 直接 来 源 于植 物 地 上部 分 。 异 养 呼 吸 利 用 土 壤 中 的 有 机 或 无 机 而 碳 。而 通常 指 的 土 壤 呼 吸 速 率 是 通 过 直接 测 定 从 土壤 表 面 释 放 c 2的 量 来 确 定 , 没 有 碳 流 失 。 o 在 且 土 壤通 气 良好 的情 况 下 得 到 的 c 2释 放 速 率 近 0似 实 际土 壤 呼 吸速 率 。 大气 c o2浓 度 的 增 加 是 气 候 变 化 的 一 个 重 要 原 因 , 可 导致 生 态 系统 中地 下 碳 的分 配 量 和贮 量 并 增 加[ 根 密 度 加 大 。 壤 c 纠, 土 oz的 释 放 量 随 之 增 ] [, , ] j 2 2 3 。增 加土 壤 碳 贮 存 能 力 是 减 缓 大 气 c h  ̄ 0 86 c 浓 度增 加 的有 效方 法 [ ]许 多研 究 已经 讨 论 了该方 2, 9法 的可 行性 [ 4, , l 9 4 75 。 , 4 t 土壤 是 一个 巨大 的碳 库 。 碳贮 量 为 1 3 4×1 墙 .9 0 g [ 。。,严 格 的根 呼 吸属 于 自养 呼 吸 , 实 际 研 究 中很 但 难 将根 呼 吸 和根 际微 生 物 呼 吸 区分 开 。Win[ ] a t 8对 5 根 呼 吸 的定 义是 : 根呼 吸指 利 用来 源于 植 物体 的有 “ 机 物进 行 呼 吸 的所 有过 程 , 包括 活 根 的呼 吸 , 共生 菌 根 真菌 和 与之 相 关 的有 机 体 的 呼 吸, 及 根 际 分 解 以 者 利 用根 的 分 泌物 和新 鲜根 的 死亡 组 织而 进行 的呼 吸 过 程” 此 概念 中 所指 的根 呼 吸包 含 许多 值 得 区分 , 但很 难 区 分 的过 程 , 多 科 研 工 作 者 在 这 方 面 做 过 许 尝试 【 ‘ , ? 。本 文 将 根 据 呼 吸 和 根 际微 生 物 ? ? l ‘0 呼 吸视 为同 一个 组分 加 以研 究 。 * 国 家 自然 科 学 基 金 项 目 (0 7 0 2 、 国科 学 院 知 识 创 新 资 助 项 3 119)中 目 ( C 24 7 。 Kz X ―0 ) * * 通 讯 作 者 收 稿 日期 :0 1 7―2 改 回 日期 :0 1 0―1 2 0 ―0 5 2 0 ―1 8而 森 林 土 壤 中 的 碳 贮 量 为 全 球 土 壤 碳 库 的 。7 3% [ 全球 每 年 由 土 壤 释 放 的 c h 量 为 6 c 8×1 , 远 高 于 由 于 燃 烧 而 释 放 的 c h量 ( . 0 g远 c 5 2× 1 C t 0g ) 引。 如此 巨大 的 土 壤 碳 贮 量 及 其 c 排 放 o2量 , 微 有变 化 都 会 对 全 球 碳 循 环 和 碳 平 衡 产 生 巨 稍大 的影响 。 因此 , 确 测 定 土 壤 呼 吸 及 其 各 组 分 的 精 呼吸 , 目前 全 球 变 化 研 究 中最 基 础 和 最 迫 切 需 要 是研 究的课 题 。 土壤 呼 吸 , 指未 扰 动 土 壤 中 产生 C 2的所 有 代 0 谢过 程 5, 括 3个 生 物学 过 程 ( 壤微 生 物 呼 吸 、 J包 土 土壤 动物 呼 吸 和 根 呼 吸 ) 一个 化 学 氧 化 过 程 [ l 和 4。 9 维普资讯 http://www.cqvip.com生态学杂 志第2 2卷第 2期 2 区分 土壤 各 组分 呼吸 的方 法 2 1 组 分 法 .隔开 ( 目的同 上 ) 一 定 时 间( ~5个 月 ) 样 点 内的 , 3 后根 死 亡分 解 , 定期 测 量该 样 点 内的土 壤 呼 吸速 率 , 最 终 稳定 时 的土 壤 呼 吸速 率 即 为 无 根 的 土 壤 呼 吸 速 率, 两者 相减 即得 到 根 呼吸 速率 。 该 方法 与 根 移 走 法 相 比, 土 壤 的扰 动 相 对 较 对小, 对土 壤 呼吸速 率 的影响 较 小 , 大 缺 点是 残 留在 最组 分 法 是 将 土 壤 释 放 的 c z分 为 不 同 的来 源 o ( 如根 和 去 根 土 壤 ) 测 量 不 同 组 分 c z的 释 放 速 , o 率 , 每组 分速 率 相 加 即 得 到 土 壤 总 呼 吸 速 率 。 用 将 组 成成 分 法获 得 的土 壤 总 呼吸速 率 应 与原 位 测量 得 到 的土 壤 总 呼吸 速 率 进 行 比较 , 有 两 者 接 近 时 得 只样地 内的死根 将 分 解 , 且 有 研 究认 为 根 在 很 长 一 而 段时 间 内不 会 死 亡 [ , 而 对 根 呼 吸 的估 计 偏 低 。 从 E e 等[ 该 方 法 测 量 了 湿 地 松 ( iu li t w l 2J 3用 P n sel t i oi到 的 各组 分 呼 吸值 才有 效 。 Rta = ( 。 Brt ( i W s ) ( ) oI t R 。 × o )+ RsI o o 0× o 1 “E.根 呼 吸 量 时 认 为 , 切 断 后 几 个 月 再 测 量 c ) 根 02 的释放 量 , 并定 期 抽 样 检 查 样 方 中活 根 的 生物 量 可 以解 决 此 问题 , 得 到 湿 地 松 根 呼 吸 占土 壤 总 呼 吸 并式 中, a 土壤 总 呼 吸 速率 , 为 根 呼 吸 速 率 , R I 为 R R 为过筛 土壤 的 呼吸速 率 , 为根 的 生物 量, I B w I 筛 土 壤 的重量 。 为过 的比例 分 别 是 : 9年 龄 为 5 %, 9年 龄 为 6 %; 1 2 2 Bw e u o d n等 研 究 了 马萨 诸 塞 州 ( sah st ) 0 Masc uet 8 s年 龄 的 阔叶混 交 林 , 研究 在根 切 断后 9个 月进行 , 该 组分 法 存 在 如 下缺 点 : 土 壤 各组 分 的 区 分过 ① 于人 为化 , 某些 组分 ( 如动 物 ) 呼 吸未 包括 在 内 ; 的 ② 该 方 法对 系 统 的扰 动剧 烈 , 到 的各 组 分 呼 吸速 率 得 都不 代表 自然 ( 位 ) 原 水平 , 实 际 各 组 分 呼 吸 相 差 与 较远 , 据 可靠 性 较 低。 数 2 2 根 去 除法 .故 根 呼吸 对土 壤 呼 吸 的影 响 不 大 , 由于 根 分 解 的 贡 献不 同 , 根呼 吸 占土 壤 呼 吸 的 比例 在 3 %~4 %变 3 9化, 细根 在 4个 月之 内分解 达到 稳 定 , 测量 结 果影 对响较 小 。 2 2 1 根 移走 法 ..首 先 原位 测 量 土壤 总 呼 吸速率 , 2 2 3 林 窗分 析 法 ..形 成一 定 时 间的林 窗 , 窗 内 林然后 分土 层 将 样 方 中根 去 掉 , 无 根 土按 土 层 放 回 将原处, 用隔 离物 将 无根 土 壤 与 周 围环 境 隔 开 。 隔 离 无 大 的木本 植物 , 基 本 死亡 , 根 呼 吸对 土壤 呼 吸 根 故 的影 响 较小 , 比较 林 窗 下 和 林 内土 壤 呼 吸速 率 的 差 别, 即可 得 到根 呼 吸速 率 [ , 】 13。 29物最 好是 玻 璃 纤 维 或 一 定 孔 隙度 的纱 网 , 样 既 可 这 阻止 新根 进 入 , 不 阻 碍 土 壤 水 分 和 气 体 的 交 换 。 又 当土 壤理 化 条 件 相 对 稳 定 后 , 量 得 到 的 呼 吸 速 率 测与 土壤 总 呼 吸速 率之 差 , 即得 到 根 呼 吸速 率 。 Wi t 7用该 方法 测 量 了 2 a [] n5 9年 的混 交 林 , 现 发B u [ 研 究 了 1 6年 水 青 冈 ( a u ) r me J 4 F g sI. 林 中 3 m 宽林 窗 中 的土 壤 呼 吸, 林 窗 在 实 验 前 2年 0 该已经形 成 。研 究表 明, 窗 中央 的呼 吸速 率最 低 , 林 根 呼 吸 占 土 壤 呼 吸 的 4 %; k n 0 Na a e等 9用 同 样 的 方 J法 研 究了 日本西 部 的 成 熟 阔 叶林 , 呼 吸 占 土 壤 呼 根根 呼 吸占 土壤 总 呼 吸 的 4 %~6 %, 研 究 中土 壤 5 0 该呼 吸 的测量 在根 移 走后 2 ~4周 内完 成 , 在如 此 短 时 吸的 5 %。 因为该 研 究 在林 窗 形 成 后 立 即 进 行 , 1 故 由于根 分解 而 带 来 的误 差 较 大 , o c 2释 放 量 的 2 % 0 是 由根 分 解产 生 的 。 林 窗分 析 法 除 存 在 和 开 沟 法 同 样 的 问题 外 , 还 间内不 可能 有 明 显 的 根 侵 入 , 没有 用 隔 离 物 ; d 故 E―wad [ ] 到根 呼 吸 占土 壤 总呼 吸 的 5 %~7 %的 rs2 得 2 4 8结论 [ Thern等 [ 测 量 了 比利 时 栎 树 ( u r 2 ; ir 2 o 】 Q e― CSL. 、 耳 枥 ( a pn s L ) 落 的 土壤 呼 吸 , t )鹅 t C r iu . 群 得 出根 呼吸 占 土壤 呼 吸 9 %的结论 。 0 需 考虑 以下 因素 : 窗 内将 有 幼苗 生长 入 侵 , 而低 林 从估 根 呼 吸的速 率 ; 窗 必须 有 一定 的 面积 , 小 则林 林 太根 移 走法 不 会 带入 大 量死 根 而影 响 土壤 呼 吸速 率 , 该方 法 可 以 同 时 得 到 根 生 物 量 的数 据 。但 该 且 方法 对 土壤 的扰 动 太 大 , 响 了 土 壤 呼 吸 速 率 的 准 影 确测 量 。B e― h ru e u等[ 】 究 农 田 土 壤 C 2 l C aa d a t m研 O 的释放 量 时强 调 , 扰后 土壤 C 2的释 放 速 率 增 加 干 o 主 要是 由于 易分 解 有机 物 的分 解 加速 而 导致 的。 2 2 2 开 沟法 在选 定 的 样 方 内首 先 测 量 土 壤 总 .. 呼吸 。 随后 在 样 点边 缘 开沟 , 样 地 中 的根与 外 界 切 将 断 , 不 将根 移 走 , 时用 隔离 物 将样 点 与周 围环 境 而 同内根侵 入到 样 方 中, 大 则 林 窗 与 林 内土 壤 理 化 性 太 质 相 差太 大 , 法进 行 比较 。 无 总之 , 去 除法 不 可 能排 除干 扰 的影 响 , 扰后 根 干一段 时 间测 量可 减 小 实验 误 差 , 时 间越 长 , 侵入 但 根样方 内的可 能性 越 大 , 使 有 隔离 物 将 样 方与 周 围 即环境 隔 开 , 仍将 有根 从隔 离物 下 部侵 入 样方 中 。。 。 由于根 去 除 后 水 分 运 输 受 阻 , 壤 湿 度 的 增 土 加[ 。 从而 影 响 土 壤 呼 吸 和 凋 落 物 分 解 的速 率 , 虽 然湿 度对 其 影响 较 小 [ . 】但 在 一些 极 端 的 生 态 , 5 , 4维普资讯 http://www.cqvip.com易志刚 等 : 壤各组分 呼吸区分方法研 究进展 土6 7系统 或一 年 中的 某 些 特 殊 的 时 间 , 度 则 成 为 土 壤 湿题 , 从 这方 面考 虑 , 定 同 位 素 C较 放射 性 同 位 若 稳 素“ C好 , 也受 到 实 验 设 备 , 但 同位 素分 析 昂 贵 等 条 件 的限 制 。 2 3 2 连 续标 记法 该 法 是 指 在 植 物 生 长 期 限 的 ..呼 吸 的限制 因子 ; 度是 影 响土 壤 呼 吸的关 键 因 素。 温 两 者 的相关 性 较好 [ 84】当温度 在 l ~4 ℃ 化 时 . 6, , , 4 0 0 土 壤 呼 吸 速 率 随 温 度 的 升 高 而 增 加 ( 。=2~ Q, 25 , 温 度 超 过 4 ℃ 时 , 0 .) 当 0 C 2的 释 放 速 率 反 而 下 某 阶段 内, 在实 验 室 ( 密封 室 ) 野外 条 件下 。 植 物 或 对进 行 不 间断 标记 的一 种方 法 。实验 室可 进 行个 体 较 小植 物 ¨ C的 连 续 示 踪 标 记 【 , , ] 但 不 适 于 较 大 1 35 , 746降 [ , ] 因此 , 何 影 响土 壤 温 度 的 因 素均 必 须 加 15 , 36 任以考 虑 。 2 3 同位 素法 .的木 本 植物 。野 外 连 续 标 记 法 测 量 可 分 如 下 两 种 : 该 法是 一 次性 加 入示 踪 物 ( 通 ①利 用 核爆 炸 产 生 的HC; 利 用 植物 光 合途 径 不 同 ②2 3 1 脉 冲 标记 法 ..常为 ¨ C或 C标 记 的 C ) 一 定 时 间 内测 量 示 踪 02 , 物 的分 布 , 及 呼 吸 产 生 的 C 2中 示 踪 物 的 量 , 以 O 该 方法 适 合于 实验 室个 体 较 小 植 物 的 操 作 , 外 测 量 野 还有 一 定 的 难 度[ , , ] 1 3 5 。在 脉 冲标 记 法 的 基 础 上 68 6而改 变 其稳 定 同位 素 的特 征 。 2 0世纪 5 0年 代 和 6 0年 代 早 期 的 核 试 验 增 加 了大 气 中HC 的 含 量 , 实 际 上 造 成 了 全 球 范 围 内 这 长时 间 的 同位素 标 记 试 验 环 境 , 这 对 土 壤 和 植 物 且 C库 的 标记 是均 一 的 。 6 r [ ] 为可 以通 过 测 量 D r等 1认 8大气 、 壤 有 机 物 ( OM ) 土 壤 呼 吸 释 放 c 2中 土 S 和 0经过 改 进 , 得 到 另 外 一 种 方 法 ―― 重 复 脉 冲 标 记 可法, 即在 植 物 不 同 的 生 长 季 节 加 入 同 位 素 标 记 的 C 2 O 。该 方 法 成功 地 用 于 估 算 C的 积 累 量 [ , , ] 235 。 5 12 “C的 丰度 来估 算 根 呼 吸 占 土壤 呼 吸 的 比例 。 根 呼 吸 产生 的  ̄ 2 “ 0 中 C含 量 与 大 气 c 2中 “C含 量 接 0 近, S 而 OM 周转 的时 间长 , 与 大 气 C 2交换 相 对 且 0 少。 S 故 OM 分解 释 放 的 c z中“ o C含 量 小 。夏 季 根 呼 吸速 率 高 , 土壤 呼 吸产 生 的 c 2中 H o C含 量 高 , 意 不管 是脉 冲 标记 法 还 是 重 复 脉 冲 标 记 法 。 两个 关 有键 问题 必 须 注 意 : 捕 获 的 时 间 ; 植 物 的 生 长 阶 ① ②段。 捕 获 时 间是 标记 和 测量 的 时 间 间隔 。在捕 获 时 间内, 求 标记 物 能 完全 分 配并 运 输 到 植 物 的 目标 要 部 位[ ] 一般 而 言 , 4。 1 新合 成 的 碳化 合 物 在植 物 体 内 的运 输很 快 , 随 植 物 种类 和 生 长状 况 不 同 而 有 差 但 异 。提前 测 量 将 导 致 呼 吸 量 的 明显 变 化 , 为 植 物 因 C库 主要 受 新 合 成 的 光 合 产 物 的 影 响 , 这 些 物 质 而 较容 易标 记 , 同位 素 标 记 在 植物 C库 中是 不 均 一 且味 着土 壤 呼 吸产 生 的 c z大 部分 来 自于 根 呼 吸 , o 而 冬天 则 不 同 , 壤 呼 吸产 生 的 C 2中 ¨C含 量 接 近 土 0于S OM 分 解 产 生 的 c 2中HC的 含 量 [ lD6r o 。 r 等 8用该 方 法 计 算 得 到 了 根 呼 吸 占 土 壤 呼 吸 4 % ~ 0 5 %的结 论 。 0 不 同 光 合途 径 ( 3 径 或 C 途 径 ) C途 4 的植 物 其 同 性标 记 。 般 糖 类 和 不 稳 定 的化 合物 容 易 标 记 [ ] 一 3。 3 正 因为 易分 解 的 含 碳 化 合 物 优 先 得 到 标 记 , 脉 冲 故标 记 法 得 到 的 根 呼 吸 数 据 高 于 实 际 的 根 呼 吸[ , , ] 2 3 3 。在 毒麦 草 ( oim ) 落 中, 一 脉 783 Ll “ I, 群 单 冲 标记 法得 到 的根 呼吸速 率 是 预 标记 法 所得 结果 的 3 0倍 。 要 原 因是 后 者 HC 标 记 物 的 分 配 更 为 充 主 分[ 3 引。 利 用 同位 素 标 记 法 测 量 根 呼 吸 时 , 物 的 生 长 植位素 碳 的组 成 相 差 14 , C 植 物 的 C值 . %[ 即 3平均 为 一1 2 c 植 物 的 C值 平 均 为 一2 6 . %。 4 . %。 而 且 , 物 呼 吸 产 生 的 C 2中 的 C C值 与 植 物 植 0 /中的该 比值 相 似 , O 分 解 产 生 的 C SM 02中 C C / 值 与相 应 生 长 C 或 C 植 物 土 壤 S 3 4 OM 中 的该 比值 一致 引。通 过改 变 植 物 的 生 长 环 境 ( C 如 4植 物 栽 种 在原 来 生长 植 物 的 土 壤 中 ) 测 量 土 壤 呼 吸 产 ,阶段 非 常重 要 。 随 植 物 的 生 长 阶段 不 同, 合 成 的 新 ¨ C化合 物 运 输 到 地 上 和 地 下 的 比例 不 同 [ , , ] 233 , 5 12 例如 , 大 麦 ( r e m I, 和 小 麦 ( r i m I. 在 Hod u ) T ic ) tu 的幼 苗 时期 。 ¨C化 合 物 主 要运 输 到 根 部 , 植 物 成 随 熟 , 和 枝 条 中 HC化 合 物 的 比例 增 加 [ 芽 引。从 这 方 面考 虑 。 复脉 冲标 记 法 比脉 冲 标 记 法 得 到 的 结 果 重更 准确 。 生的 c 2 0 中 c值 的 变 化 来 计 算 根 呼 吸 占 土 壤 呼 吸 的 比例 : R = ( 一 4/ 3一 4 C )( ) () 2 式 中 , C 为 根 呼 吸 占 土 壤 呼 吸 的 比例 , 为 土 壤 R C 2 C值 , O 4为 C 4植物 C值 ( 根 呼 吸产 生 与的 C 2 C值 相 近 ) 艿 为 生 长 C o8 ,3 3植 物 土 壤 S OM C值 ( S 与 OM 分 解 产 生 的 C 2的 0近 ) 。C值 相 尽 管 脉 冲 标 记 法 在 野 外 条 件下 可 行 且 看 似 简 单 , 仍然 有 其 局限性 , 但 主要 是 健 康和 安全 方 面 的问 R c et 等 6将 玉 蜀 黍 ( e y ) 一 种 oht e J Z a ma sL. (维普资讯 http://www.cqvip.com生态学杂志第2 2卷第 2期 C 植物 ) 种 在 生长 C 植物 的土 壤 中, 过 试 验 地 4 栽 3 通和 对照 地 之 间碳 同位 素 的 比例 比较 , 出根 呼 吸 占 得关 土壤 呼 吸的 研 究 工 作 较 少 , 要 集 中 在 北 方 温 带 主 森林 和 草 地 生 态 系 统 【 3 6 ] 热 带 和 亚 热 带 很 1-,, , 8 少 [ , 有关 森林 土 壤 呼 吸 各 组 分 的 区分 工 作 在 而 ?国 内未见 报道 。有关 这 方 面 的工 作将 让 我 们进 一步 土 壤 总 呼吸 5 ~5 %, 最 大 值 出 现 在 植 物 生 长 % 0 且季 节 , 时 土壤 C 2的 此 O C最 高 。 稳 定 同 位 素 法 与 与 其 他 标 记 法 相 比 有 如 下 优 了解 土壤 碳循 环 和 碳 平 衡 , 于 探 讨 在 全 球 气 候 变 对化条 件 下 森 林 和 森 林 土 壤 作 为 C源还 是 C库 的 问 题 具 有深 远 的意 义 。 致谢 本文得到 丁明懋老师 的热情导和 帮助, 此致谢 ! 特 点: ①植 物 和土 壤 是统 一 的 自然 标记 ; 无放 射 安 全 ②方 面 的 问题 。 利 用稳 定 同 位 素 区分土 壤各 组 分 呼吸 时有 几 个 关 键 性 的 问题 值 得注 意 : 当光 合途 径 没 有差 异 时 , ① 根 呼 吸和 S M 分解 产 生 的 C 2中 O 0 C相 差 较 小 , 不适 于 区分 土 壤 各 组 分 呼 吸 ; 通 过 呼 吸 或 分 解 产 ②生 的 C 2中 C比 例 小 于 呼 吸 底 物 中对 应 的 比 例 ; 0 ③土 壤 c z中 C比例 比地 表 释 放 的 C o 02中 C高 参 考 文 献 [ ] 刘 绍 辉 , 精 云 .9 7 土 壤 呼 吸 的 影 响 因 素 及 全 球 尺 度 下 温 1 方 19 . 度 的 影 响 []生 态学 报 ,7 5 :6 ~4 6 J. 1 ( )4 9 7 . [ ] 吴仲民, 2 曾庆波 , 李意德 , .9 7 尖峰岭热 带森林 土壤 C储 等 19 . 量 和 c ) 排 放 量 的 初 步 研 究 [] 植 物 生 态 学 报 , 1 5 :1 (2 J. 2 ( )46~4 3. 2 0 4 因 为 c z比 c . %, o oz的 扩 散 速 度 要 快 l 】 因 ¨, 此 在用 稳 定 同位 素法 时 , 区分 土 壤 c z与 地 表 释 应 o放 的 c 这 两个 概 念 ; l o2 ④ d中土 壤大 气 压 的改 变 将 [ ] 李凌浩, .0 0 锡 林河流域 羊草草 原群落 土壤 呼吸及 其影 3 等 20 . 响 因 子 的 研 究 [] 植 物 生 态 学 报 ,4:8 6 6 J. 2 60 8 . [ ] 李凌浩, 4 陈左 忠.9 8 草地群落 的土 壤呼吸[ ]生 态学杂志 , 19 . J. 1 ( )4 ~5 . 7 4 :5 1 影 响土 壤 C 2中 C同 位 素组 成 的变 化 , 而 影 响到 O 从土 壤 各组 分 呼吸 所 占 比例 的改 变 。 与脉 冲 标记 法 相 比 , 续 标记 法 有 的主 要优 点 : 连 ① 对 植物 C库 的 标记 是 均 匀 的 ; 植 物 生 长在 自然 ② 状态下, 其结 果较 接 近 于真 实 水平 ; 在森 林 生 态 系 ③统 中可 以进 行 , 这 正 是 脉 冲 标 记 法 和 重 复 脉 冲标 而 记 法很 难 做到 的。 有研 究表 明 , C 同 位 素 标 记 法 得 到 的 根 呼 吸 [ ] 陈四清 , 5 崔骁 勇, 周广胜, . 9 9 内蒙 古锡林 河流域 大针 茅 等 19 . 草原土壤 呼吸和 凋落 物分 解的 C h排放 速率 研究 [ ] 植物 ( J. 学报 ,165 5 4 :4 ~60. [ ] 崔 玉亭 , 纯 儒 , 进 登 .9 7 集 约 高 产 农 业 生 态 系 统有 机 物 6 韩 卢 19 . 分 解 及 土 壤 呼 吸 动 态 研 究 [] 应 用 生 态 学 报 , ( ) 5 - 6 J. 8 1 :9 4. [ ] 黄 承才, 7 葛滢, 常杰, .9 9 中亚热 带 东部 三种 主要 木本 群 等 19 . 落土壤 呼吸的研究 [] 生态学报, 9 3 4 3 8 J. 1 :2 - 2 . [ 】 蒋 高 明 , 银 晓 .9 7. 京 山 区 辽 东 栎 林 土 壤 释 放 c ) 8 黄 19 北 (2的模 拟 实验 研 究 [ ]生 态 学 报 ,7 5 :7 -4 2 J. 1()46 8 .[ ] A dro M .9 1 T e f cs f l t hn e ndcmp s 9 n esnJ 1 9 . h f to i e ag eo oi e e cma c o - t npoessi rsln n o iru rs [ ] E o . - i rcse gas dad cnfo sf et J . c1 却 o n a e o s. ,1: 2 3 6~ 3 7. 4 [O B lC aa da , lrJL u e u 1 9 Kiei f a― 1 ] et hru euC Muh , ad l t . o H.90. nt s r co c o ixd v lt b n d o i e e o u i n r lt n t c o i o s d tr ― on i e a i O mir ba bima s a e n o l n占土 壤 呼 吸 的值 与 根 去 除法 得 到 的结 果 相 近 , 者 两均 为 测量 土壤 呼 吸 和根 呼吸 的行 之有 效 的方 法 - 4 引。 3 结 论 p rtr[ ]S i S i o .Am .J.5 :3 4 12 . eaueJ . ol c .S = , 4 12 - 3 8 [1 B wd nR N d h f r , on D, ta . 9 3 C nr u 1 ] o e D, a d o e B o eR e 1 1 9 . o ti . bt n b v - r u te , e o g u d l tr a d r o e p r ― i sof o e g nd l tr b lw. r n i e , o a o i o t n o t s ia r t n t t t l o l e p r t ni e p r t i O o a i r s ia i n at m e a emi d h r wo d f r s o s o xe a d o o e t3 1 同 位 素方法 与 其 他 方 法 相 比有 不 可 替 代 的优 .势, 因为 该方 法 对土 壤 和根 系统 的影 响 小, 在 同 位 而[] C n.J.F , e .2 10 - 10 . J .a D .R s ,3:4 2 4 7 [2】 Bu 19 . ca i f ab nad n te t ees d 1 rmeR. 9 5 Meh ns o r ur n laea ms c o n i r n rtni ec r t as J . a tSi, 6 / 6 : 9 ee t ni beh f e p [ ] Pln ol 1 8 1 9 5 3~ o n os g6 0. 6 素方 法 中, 利用 光 合途 径 的不 同 , 稳定 同位 素方 法 是 区分 根 呼 吸较 可 靠 的 方 法 ; 炸 性 ¨C方 法 是 区分 爆 土壤 C 来源 的最 好方 法 , 分析 的难 度 和 开 支 限 02 但制 了该 方 法 的应 用 。 3 2 综 合考 虑 各 种 因素对 不 同方 法 的影 响 , 去 除 . 根[3 C sel AJ Gao yJ 19 . ab ndo iei c r t 1] atl , l wa N. 9 0 C r ixd n ai f e e l o do s si hn no hNain ak Vrii[] S i Si O c oli S ea da t a P r , i na J . ol c.S . sn o l g Ame r.J. 5 25 , 4: 2~ 2 7. 5 [4 C dn E, o mo 1 ] e igT S l nDK, aeJ e 1 19 . ei tp o Qud ,t .9 1 Ont o i a h s o c cmp s i fab ni oicr ndo ieJ . eci c o- o oio o r t n c o ns l b ixd [] G ohmi ao aC s mo h mia Ac a. 5: 4 3~ 3 05. ci c t 5 3 0 4 法 是 区分 土 壤各 组 分 呼 吸的 一种 比较 切 实可 行 的方 法[ l 。 6 [5 C egW ,ta . 9 3.ns umesrmeto o tr prt n 1 ] hn e 1 19 I i aue n fro e i i t s ao n u l c nr i n t e r i p ee[ ] S l i a d slbe C c n e t t n i h hz s h r J . i B o . o o ao o o 1 Boh m .2 ( ) 18 ~ 1 9 . ice 。S 9 : 19 1 6 [6 C egW ,t 1 19 .n et aigsottr cr nf wsi 1 ] hn e a .9 4 Iv i t hr- m ab o s g n e o l nt e r z s h rs o fe e tp a ts e i , s l s t p ct a p n h hi p e e fd f r n l n p ce u ig i o i r p i g o i s r o3 3 不 管选 用 何 种方 法 区分 土壤 各 组分 呼 吸 , 必 . 都 需进 行 长 时 间 的跟 踪 实 验 , 而 得 到 土 壤 各 组 分 呼 从 吸的 季节 变 化 , 保持 实 验结 果 的 准确 可靠 。 区分 土 壤 呼吸 的 各 组成 成分 对 于研 究全 球 碳 循 环 、 球变 暖 以及 森林 植 物 生 理 生 态 和 土 壤 生 态 都 全 非常 重要 , 国外 早 已开 展 了这 方面 的工作 , 国 内有 但[ ]Ago .J.8 :8 -7 8 J . rn ,672 8 . [7 C ehr 1 ] h i MV, n deC .9 0 Orai m t rcnr ue s e Mu i M 1 9 . g ca t tb t t n e o i d Oo l y p a o t d g t eg s i b l tr o sdu n h r wt d d c m p st n o i n o h a e o o ii fma z n o e[ ]P n i 11 17 1 4 J . l t l 2 :0 ~ 1 . a S , o [ 8 D r M i nc 1 ] 6r H, i i K0.9 7. n m vr t n oleprt n n h 18 A u ai i si sirsi i n ao n aoi s l t ra ft e tmp r t z n [ 】 T lu , 9 1 4~ n ee e a es o h e e ae o e J . el s 3 B: 1 cd 1 21. [9 D r H, inc 1 ] 6r M i ihKO. 9 6 A n av r t n nte Ccnet n 1 8 . u a ai si h o t n l i o n o siC 2J . a i ab n 2 :3 ~3 5 f l 0 [] R do ro , 8 3 8 4 . o c维普资讯 http://www.cqvip.com易 志 刚 等 : 壤 各 组 分 呼 吸 区 分 方 法 研 究 进 展 土wa ds NT, [0 Ed r 2] Nor y l .1 9 b 9 9.B l w? r u r s ia o y r ― e o g o nd e p r t r e 6 9d CO2 o h z p e e c r o l w d s i mi r b a r c s e e n r io h r a b n f s o a l c o ilp o e s s n o s o sso u a n p p n e f s g r r a h a d r d ma l a l g o a mo p e c n e pe s p i s t t s h r n i[ ] Gl a ^ n eB o . 3 3 3 7 . J . o l a g i1 , : 6 ~3 7 b cC h r h n n lvt i tmprtr [ ] Pa tS i. - e i me t d e ae ar e eaue J . ln ol X nc a e d 2 6: O 85~ 9 7.[2 P s 4 ] otwM , t 1 18 . i po a dwol lezn [ ] Na e .9 2 S l o l r i o e J . . a o n d f st e 2 8: 5 ur . 9 1 6~ 1 9. 5 [ 1 Ed r sNT. 97 Efe t ft mp r t r 2] wa d 1 5. fc s o e e a u e a nS / S c.A r Pr c. 3 3 ~ 3 5. c. o . o . 9: 61 6 d mos u e o a . it r n c r [ 3 P bcvrD V t 4 ] u l e A. o KA.9 3 A cmp ro f to sfr . i o g 19 . o ai no mehd o e s st t g f r tfn o t p o u t n wih r p c o s u c fe . i i o e i e r o r d c i t e e t t o r e o r a m n s o so ixd v lt x d d osf etf o [ ] S / b ndo ieeouini amie eiu u rs o rJ . ol o n d c o l [2 Ed r 2] wa d NT.1 91 Ro t a d s i r s ia o e P n e o o o a 9 . o l e p r t n rS n o i O s s t z ne i iu ad se lg [] Ne P yo .l8:1 ~3 1 nPn steaL.edi sJ . w h t1 , 1 3 5 2 . n lKC. o p r W PJ .1 87. ol O2e ou in i Foi a Cr p e r 9 Si C v lto n l rd l [3 Ewe 2] s s iepatt n.Ⅱ. mp r c fr trs i t n[ ] l hp l ai s a n n o I ot eo o epr i J . n a aoC an.J. F r.R . 1 3 0~ 3 3. 0 . 7: 3 3 o [] C rrJ . n. a J.F r 0 .Re.2 : 19~1 8 . s .3 17 16 [4 R ihJ . c l igrWH.9 2 Th lbl abnd x ef 4 ] a S he n e c W s 19 . eg a cr i i u o o odl x i sir prd nadi e t ovgtt na dcm t [] no le i o srl i t ee i l e J . s a n t ao n a on i s al s 4 B: ~ 9 u 。 4 81 9.[5 R cet P Fsaa B, eo c G. 9 9. prt g si 4] oh t , l gn L Grg r h E 19 S aai l e n i e n o r p r t n i o p a t a d s l o p n nt i a u a b n― s e ia i nt l o n n l m o e s u n n trla u o c s g[4 F r a d zI , ta . 9 3. i cr o ixie c aa trsisu . 2 ] en e J e 1 1 9 S l a b n do d h r ceitc s n o d r iee tfrs y e datrhret J . olS/ S c e f rn oettp sa f avs [ ] S i c. df n e O .Am . 。 7: 1 5~ 1 21 J. 5 l 1 1 . e o P , wdl J. 9 . eft fc ro i us-a e e y B 1 91 Th aeo a b n n p lelb 1 ] d [5 Grg r J At 2] c p f al ndwha[] P t o r so r ya b e etJ . n & . 3 2 5 3 . 16:0 ~2 1 a1 n [6 Ha s n P, t . 9 3. e s n la d t p g a hi pa t r so o ― 2 ] n o e 1 9 S a o a n o o r p c te f f r s f et o rC f xf m nu l do kfr tJ . e P yi . l O2 u r a pa a oe [ ] Tr h s , l o n s  ̄ 1 1~ 1 3: 5.d c f [] S i Si Oc n a eo ”c J .ol c.S .Ame .J.6 :2 7 1 1 . r , 3 10 ~ 2 3 [6 R c et . l aa B.9 7 Q a tyn h op eer p a 4 ] ohteP Fs g L 19 . u ni i ri h r e i ― n n fg z s s r t ni on co drf l n t n [ ] S i S i O c i acr rp u e id c d i s J . ol c .S . o n n e o io AM .J. 1 7 6 4 6~ 4 4. , 99 , 1: 6 7 [ 7 Shei e H.9 0 Er ec o crn eun e tde r 4 ] cl n r sg W 1 9 . 、dnef m h o q e c u i f i r os s soal c b n s rg t t lo i [ ] Na u e 3 8: 3 w a o ―t a e p e i f s l J . t r . 4 2 2~ o r o o na o s2 4. 3 [8 Sh wi Si h , i l 18 . 4 ] eo t R. t h rW Ze e H. 9 6 8”C vle fC n z c gr a s o 02 ufo si r pr t no i wi r p fC3a d已 tp h t ― r m o l e iai nst s o s e t co so h n y ep o o [7] 2 Ho wa h W R, e iz r KS r t Pr g t e ,Pa l EA.1 9 u 9 4.1 a o a in i 4 C U c t n ot esisse [ ] T e h s l1 : 13 17 . r - l yt eo msJ . reP yi , 4 16 ~ 16 on aeBA, J d EA. ak o a J c s n RB。e 1. 9 . e ft f ta 1 97 Th ae o [8 Hu g t Holn 2]c b ni rs l d s e ab n do ie e r h n [ ] Na r ao g as n s u d rc o ixd n c me t J . ― n a r it e 3 8: 7 ur , 8 5 6~ 5 9. 7 snh i J . c/ /, 9 3 5 3 8. y te s ] Oeo ga 6 :0 0 s [ o [9 S g S G p R.9 7 Patd o o s i d sirsi ― 4 ] i hJ , u t S 17 . l e mp io a ol ep a n a n c t nn r t ni er tilc ytm[] B t i ntre r o se J . o.R∞ .4 ( )4 9~5 8 o s a es .3 4 :4 2. [0 S r D F r RtheK.t 1 1 9 . h s f t i 5 ] mat R, er A, i i o c e a .9 5 Onteueo i . n a b o i o r u er io p e e mir b a- p l t n o tp y il ― tc t e c h z h r c ilp u a o si r o h so o s d s o o i n[9 2]I CC.1 9 P 9 6.Cl t Ch n e 9 5.I p cs i e ma a g 1 9 m a t .Ad p a in a d a tt s n oMig t no l t hn e M ] C mbi eUK: a r e i o t ai fCi eC ag [ . a r g ma d C mb d i gUn v r i e s i e st Pr s . yg deooyiv t ao [] P y// ln ,5 53~5 0 Ya clg ei t n J . hs P t9 :3 n n s gi o a 4. [ 1 S t . o snDS Gednn . t 1 19 . oe tlfr 5 ] mi P P wl , I ii MJ e .9 7 P tni h o n g a aoc b n s q e ta in i r p a o l : e mi a t t r r a o e u r t n Eu e n s i pr l n r e i e f s o o s i y s m s o a[0 J n is n DS 3 ] e kn o .Ad ms DE. W i .1 91. o e t t f a l A 9 d M d le i s ma e o s C) si sf m ii ep net lblw r n [ ] Na ( e s n r s lnrs s og a amig J . ? 2 mi o o o o o t r 。 5 3 4~ 3 6. u e 3 1: 0 0 f e s e a o i e u r m o ―e x r n [ . i c n r u n r l f v i sg s t o s s l tr e p i t J] g n m e me s Gl b lCh geB/ 1 . 6 o a an o . 3: 7~7 9.o o 一 ls-a l s i e e d n [1 J n n B. 9 Rhz d p st n b CO2pu elb l pr g 3 ] e s 1 93. io e ii y br ygo ns l f l pos nsn yl m [] S i Bo . al rwni malid lt a d e e o a o J . ol i1 , Bi c e o h m . 5: 5 3~ 1 5 2 15 5 9.[ 2 S n e , n i A, ecxR.9 4 ¨ l eh 1n f 5 ] win nJVa VenJ M rk 19 . C pu - b]g o s e if l - r wn s rn e t a e au t n o t s n r i p e e i d g o p g wh a : n v l a i fi u e i hz h r e i o s s oc bnb de et t n[ ] Si.Bi . oh m .2 1 1 r ao u t i i sJ . ol o Bi e .6:6 ~ g s m o a 1 c1 0. 7 ih H Oa e J s ri J 1 8 I p to a b n o s l n o [2 Ket , d M ,M a t K . 9 6. n u f cr o t i 3] f m wha l t[] S i Bo .Bohm . 1 :4 o r etpa sJ .ol i1 ice ,8 4 5~4 9 n 4. [3 K h sMR. irtdDH. 9 1 D sr u i f C lb 1 h . 3 ] u n Ges a 1 9 . it b t no - e e p i o a ] d o[ 3 S n e .9 4 E a a o fh se f 5 ] winnJ 1 9 . vl t no teu o d lhzdp sin ui amo eri e io o o tt h iu o sp r t o ta d mirba r prt n s i【 ] c e nq et e aa er o co i e i i i ol J . n l s ao n P n i 。 6 8 tS l 1 5: 9~ 1 . o 01 t y tae i lb 1 ie P n ste a) e d n sa fce y s o nh t l] pn ( i u d se l g sa etd b n o oy a i fsao n i fepsr[] T e P yi .8:5 2 1 esnadt o x ueJ . re h s 1 , 2 9 7 . me o o [4 Ll r t Kuk n , n e A. 9 4. a b n t s c ― 3 ] ie h E, ima P Va Ven J 1 9 C r r l a io o n a oto o t e r io p e e o ie a d wh a d i fu n e o a i n t h h z h r f maz e t a n l e c n n . s n n[ 4 T i rnV, adlu C nr ui f o tep ai ottl 5 ] heo L u e t r o H. o ti t no o i t t a b o r r r o s n o C fu rm tesio d iuu fr tJ . n O2 f xf el o h ol f e d o o e [] C .J.F r ac s s a o.Re . 9 6。 6: 1 s 。1 9 2 1 42~ 1 ' 8. I 4t esiog i matra df rn int gnl e [] P t i l ra c t t ieets l io e vl J . n vo n e f o r e sS i , 6 2 3~ 2 0. o l 1 1: 3 4 [ 5 T ma M, i h dD, d ms A,t 1 19 . ao a t 5 ] h sS Wht e A a e a .9 6 S sn lo o ea J e rd s r u in a ds i s r a e c r o fu e f ro e y a - l it b to n o l u f c a b n lx s o n - e o dPi ¥ i r nu rd/ t te s g o n t m b e t a d e e a e a b n d o i e a a a r e r wi g a a in n lv td cr o ixd [5 3]Lu de r . 9 7. r n do d v l to i a d c p n g a dh H 1 2 C b ixie e o u i n ofs ln r a o o og wt[] S /S i, 3 4 7 5 o r hJ . ol c .2 : 1 ~4 3. o YQ, a k n RB, ed C a . 9 6. e a e ∞ 2i― Jc s o Fil B. 1 1 9 Elv td n [6 Lu 3] cessblw.ru drsi t ni ai ri gas n sJ . 一 rae e g n epr i C lo a rsl d[] o o ao n fn acl i 1 o n a. 08: 3 g 1 0~ 1 7. 3 o cnr i [ ] T e ^ cne t t nJ . reP ao .l :0 5 12 . ,6 11~ 0 1 [ 6 wae0 r R, al A. e S f O2 a0 ytcnqe r 5] rb ugF P u Th eo 。 E u C n p eh iuS0 c f mesr g cr0 rn f ho g h ln.o ytm [ . aui ab n t se tru h te pa t i ss n a r sl e J] P n , 9 3, 8: 31 3 . IS 1 7 3 3 ~ 45 [7 M as alJ Per . 9 7. a a d m an e a c epr t n 3] rh l D, r DA 1 8 B sla itn er iai y n n s o o crhzladn n crhzlro yt o o i r[ ] f myori o my ri o t se fcnf s J . an o a s m e a C n.J .F r.R . 1 8 2~ 87 0 . 7: 7 7. 。 hr Ki h m l 1 8 A o a i f r o l o c ow fo r m [8 M e a g AA. l a K. 9 8. c m p rs n o a b nf 3] pelb1 dp l ― b ldpa t[] Pa tS i, 1 :2 ~ r- e] a us l l l sJ . ln ol 1 2 2 5 a en d ea e n e2 31. [ 7 W i tHV. 9 7 C n r uin o ∞ t t 0e t o epr t n 5] a n 1 6 . o ti t fr s o f r i rS i i b 0 Ssl a0 [ ] A如 . ∞ IP .S , 8 1 3 1 7. J. n 2 . l : 6 ~ 6 [ 8 Win 5] at HV. 9 7 Ha ec nrb t no t r e a r s s i 1 6 st t ui fi e d cyt f e t ol h o i 0 lt oo rS i t nb e v rSiIt ? [ ] J epr i e no ee tr e a0 Ia d J . .FI . 6 : 0 ~4 9 ( ,5 4 8 0 . r [9 win 5] at HV.9 7 In n eo mprtr ntert f oJe. 1 6 .n u c fe eaue0 h aeo .rS t s p ain J . i t [ ] J.F r , 9 7 6 4 9 9 . r o 0 l . 1 6 . 5: 8 ~4 0 k n Ko n Ho o 1 9 Ro is [9 Na a e K, h o T, rk hiT. 9 6. o 3]tr p r t n b f r e ia i e o e s on ut atr ce rffn n a mau d cd o s a djs fe la .el g i tr e iu u .bo d. r i e ra 1 e a e dfrs[] Ec1 oetJ . o .Re.1 :1 ~1 9 s .l11 1 . [0 O’ er H. 9 8 Cabn i tpsi poo ytei J . i- 4] L a/M 1 8 . r o e htsnh s [ ] B o o s o n s s i n e, 8: 2 ~ 3 6. ce c 3 3 8 3 作者 简 介 易 志 刚 , 。 9 3年 生 , 士 研 究 生 。 从 事 生 态 男 17 硕 系统生态学研 究。 责 任 编 辑 王 伟 t ro Hal M Ra ta , 1 1 7. fcso lv t [ 1 Pae sn E. lJ , try EAS a . 99 Efe t fee a― 4]
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