丁俊霞, 陳克龍,崔航, 巴丁求英, 周貴堯, 金彥香

高原鼠兔對(duì)高寒沼澤草甸土壤呼吸的干擾

丁俊霞1,2, 陳克龍2,3,*,崔航1,2, 巴丁求英1, 周貴堯4, 金彥香1,2

1. 青海師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 西寧 810008 2. 青海省青海師范大學(xué)青藏高原地表過(guò)程與生態(tài)保育教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西寧 810008 3.高原科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究院, 西寧 810008 4. 華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 上海 200241

高原鼠兔()的穴居和啃食活動(dòng)改變土壤養(yǎng)分含量、微生物群落、團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)和孔隙度, 干擾生態(tài)系統(tǒng)土壤CO2排放, 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)產(chǎn)生重要影響。為了研究高原鼠兔干擾下的高寒沼澤草甸土壤呼吸動(dòng)態(tài), 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了高原鼠兔實(shí)驗(yàn)組和自然對(duì)照組, 采用LI-8100A土壤呼吸測(cè)量系統(tǒng)在2018年的生長(zhǎng)季監(jiān)測(cè)了高原鼠兔干擾下的土壤呼吸、土壤溫度及土壤含水量, 分析了高原鼠兔對(duì)高寒沼澤草甸土壤呼吸的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn): (1)在高原鼠兔活動(dòng)干擾下土壤呼吸速率增加了9.58%(高原鼠兔實(shí)驗(yàn)組的土壤呼吸速率值為5.27 μmol·m-2·s-1, 自然對(duì)照組為5.22 μmol·m-2·s-1,<0.05), (2)在高原鼠兔干擾下高寒沼澤草甸土壤呼吸對(duì)土壤溫度的敏感程度(10)降低了21.02%; (3)土壤呼吸變化深受5 cm土壤溫度變化的影響(<0.05)。研究結(jié)果表明高原鼠兔活動(dòng)深刻干擾高寒沼澤草甸土壤呼吸, 影響高寒沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)。因此, 在全球氣候變暖的背景下, 加強(qiáng)高原鼠兔活動(dòng)對(duì)高寒沼澤草甸土壤碳排放的干擾研究具有重要的科學(xué)與現(xiàn)實(shí)意義。

土壤呼吸; 高原鼠兔; 高寒沼澤草甸; 土壤溫度敏感性(10)

0 前言

土壤呼吸是土壤向大氣釋放CO2的過(guò)程, 是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分[1], 影響地球大氣CO2濃度, 決定土壤碳循環(huán)速率, 指示生態(tài)系統(tǒng)演替過(guò)程與方向[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì), 全球每年因土壤呼吸產(chǎn)生大約80.4 Pg的碳, 相當(dāng)于化石燃料燃燒和砍伐森林釋放碳的10倍[3]。因此, 土壤呼吸的微小變化會(huì)改變土壤碳周轉(zhuǎn)速率(特別是大氣CO2濃度), 進(jìn)而加劇或減緩全球氣候變暖[4]。作為全球氣候變化敏感區(qū)的青藏高原, 其中的高寒沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)占據(jù)大約0.49×105km2, 且土壤中的有機(jī)碳儲(chǔ)量有19.8×102Pg, 在高寒生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸研究中起著極其重要的作用[5]。但近幾十年來(lái), 高原鼠兔活動(dòng)猖獗, 已造成大面積的高寒沼澤草甸退化, 導(dǎo)致大量的土壤碳流失, 影響土壤呼吸動(dòng)態(tài)[6–7–8]。

高原鼠兔(亦稱黑唇鼠兔), 是一種小型晝行性無(wú)冬眠的食草哺乳動(dòng)物[9]。屬于兔形目, 鼠兔科, 鼠兔屬, 是全球30多種鼠兔之一[10], 主要分布在中國(guó)的青海、西藏、甘肅南部、四川西北部及毗鄰區(qū)的尼泊爾、錫金等地區(qū)[11]。為了防御天敵, 高原鼠兔多選擇視野開(kāi)闊的生境, 選擇有機(jī)質(zhì)含量低, 相對(duì)靠近水源, 土壤含水量在10%—30%的土壤環(huán)境[8]。在此種生境內(nèi)高原鼠兔通過(guò)采食、挖掘洞穴、排泄等活動(dòng)深刻干擾土壤有機(jī)碳庫(kù), 影響土壤呼吸動(dòng)態(tài)[12]。Yu等認(rèn)為高原鼠兔穴居活動(dòng)使土壤大量的CO2從敞口洞穴逸散, 增加土壤CO2進(jìn)入大氣的量, 加速土壤呼吸, 使生態(tài)系統(tǒng)碳交換速率加快[7]。但Peng等[13]研究發(fā)現(xiàn)高原鼠兔數(shù)量增加將導(dǎo)致調(diào)控土壤碳、氮的植物量減少, 減弱了土壤呼吸與生態(tài)系統(tǒng)呼吸。由此可以肯定高原鼠兔活動(dòng)影響著土壤呼吸及生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán), 但目前國(guó)內(nèi)對(duì)此方面的研究較少, 具體的機(jī)理還有待進(jìn)一步深入研究。

青海湖流域位于青藏高原東北部, 是維系青藏高原東北部生態(tài)安全的重要屏障, 在一定程度上抑制著西北荒漠向東蔓延[14]。由于其重要的生態(tài)地位, 其流域內(nèi)的土壤呼吸研究對(duì)青藏高原甚至整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)意義深遠(yuǎn)。此外, 青海湖流域內(nèi)廣泛分布著草層低矮和植株密聚的高寒沼澤嵩草()草甸, 是高原鼠兔規(guī)避捕食風(fēng)險(xiǎn)最佳的生境[15-16], 其內(nèi)部高原鼠兔活動(dòng)頻繁, 是研究高寒沼澤草甸高原鼠兔活動(dòng)影響土壤呼吸的理想場(chǎng)所。由此本文利用土壤呼吸測(cè)量系統(tǒng)LI-8100A, 開(kāi)展了對(duì)高原鼠兔干擾下的高寒沼澤草甸土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征監(jiān)測(cè), 分析了高原鼠兔對(duì)土壤呼吸、土壤溫度和水分的影響, 以期在全球氣候變化日趨顯著、高寒草甸退化加劇及高原鼠兔種群數(shù)量激增的背景下, 能夠更加深入、準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)高原鼠兔對(duì)土壤碳庫(kù)的干擾, 為進(jìn)一步明確高原鼠兔活動(dòng)對(duì)高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響提供切實(shí)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

在2018年5月13—9月24進(jìn)行了野外實(shí)驗(yàn)。本次野外實(shí)驗(yàn)選擇在青海湖北部海北藏族自治州剛察縣伊克烏蘭鄉(xiāng)的瓦顏山季節(jié)性水淹濕地(37°44′34″N, 100°5′41″E, 海拔為3800 m, 如圖1)。該地區(qū)氣候主要以高寒大陸性季風(fēng)氣候?yàn)橹? 日照時(shí)間長(zhǎng), 太陽(yáng)輻射強(qiáng), 夏季涼爽, 冬季寒冷干燥。1月平均氣溫-17.5 ℃, 7月平均氣溫11 ℃, 最高氣溫為33.3 ℃, 最低氣溫為-36.3 ℃, 年平均氣溫為-3.31 ℃—1.4 ℃。年平均降水量為426.8 mm, 最高降水量為479.4 mm, 最低降水量為341.1 mm。年蒸發(fā)量1500.6 mm—1847.8 mm[14]。研究區(qū)域內(nèi)主要為高寒沼澤草甸, 小嵩草()為主要優(yōu)勢(shì)種。苔草()、火絨草()、鵝絨委陵菜()為主要伴生種。5月中旬植物進(jìn)入生長(zhǎng)初期; 7月中旬后—8月為植物生長(zhǎng)最旺盛時(shí)期; 9月中旬后植物進(jìn)入生長(zhǎng)末期。

圖1 瓦顏山地理位置示意圖

Figure 1 Geographical location of Wanyan mountain

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)在50 m×50 m的高寒沼澤草甸圍封樣地內(nèi)以高原鼠兔洞口和高原鼠兔出沒(méi)為基準(zhǔn)選擇高原鼠兔經(jīng)常出沒(méi)的新鼠丘樣地, 設(shè)高原鼠兔干擾的實(shí)驗(yàn)組和未經(jīng)鼠兔干擾的自然對(duì)照組, 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組各設(shè)3個(gè)重復(fù), 各重復(fù)之間的距離為1—2 m。在高原鼠兔挖掘洞穴后形成的敞口活動(dòng)鼠丘上插入露出地面3—4 cm的聚氯乙烯(PVC)土壤呼吸環(huán)(高14 cm, 內(nèi)直徑為20 cm)。為了避免操作實(shí)驗(yàn)對(duì)土壤碳排放的影響, 需在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的前一個(gè)月置入土壤呼吸環(huán)。并且在實(shí)驗(yàn)測(cè)量的前一天需將土壤呼吸環(huán)中的活體植物地上部分剪掉并移除, 地表的凋落物保持不動(dòng)。

1.2.2 土壤呼吸及其影響因子測(cè)定

實(shí)驗(yàn)在2018年植物生長(zhǎng)季(5月—9月)進(jìn)行, 每月中旬左右選擇1個(gè)晴天采用便攜式土壤呼吸測(cè)量系統(tǒng)(LI-8100A)每隔2 h測(cè)定一次高寒沼澤草甸日間(6:00—18:00)土壤呼吸, 每次測(cè)量時(shí)間為120 s。采用LI-8100A連接的溫度和濕度探頭同步測(cè)量5 cm土壤溫度和水分。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用5月、7月及9月份的數(shù)據(jù)分析春、夏、秋三季日間土壤呼吸動(dòng)態(tài)。由于青藏高原氣溫日間變率大, 采用9:00—15:00之間氣溫變率幅度較小的土壤溫度、水分及土壤呼吸數(shù)據(jù)進(jìn)行平均,得出生長(zhǎng)季實(shí)驗(yàn)組和處理組的土壤呼吸速率、土壤溫度及水分[17]。在SPSS中利用單因素方差分析進(jìn)行實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的差異分析(結(jié)果以平均值mean±標(biāo)準(zhǔn)差SE表示, 顯著性=0.05)。利用公式1和2在Sigmaplot 10.0軟件中進(jìn)行土壤呼吸與溫度及水分的關(guān)系分析。公式3用于計(jì)算土壤呼吸對(duì)溫度變化的敏感程度(10)。

5 cm土壤溫度與土壤呼吸采用指數(shù)模型擬合:

式中,為土壤呼吸,為0 ℃的土壤呼吸,為溫度反應(yīng)系數(shù),為溫度

溫度敏感性10計(jì)算:

式中,10為溫度增加10 ℃土壤呼吸的變化量,為溫度反應(yīng)系數(shù)

5 cm土壤含水量與土壤CO2排放采用線性函數(shù)擬合:

式中,R為標(biāo)準(zhǔn)土壤呼吸,θ為土壤含水量(%),為水分反應(yīng)系數(shù)

2 結(jié)果

2.1 土壤微氣候環(huán)境

在本次實(shí)驗(yàn)測(cè)量期間內(nèi), 高原鼠兔實(shí)驗(yàn)組與自然對(duì)照組的5 cm土壤含水量在6月份達(dá)到最大(圖2a),

二者之間差距較大, 高原鼠兔活動(dòng)干擾下的5 cm土壤含水量總體上要低于自然狀態(tài)(圖2b)。5 cm土壤溫度在生長(zhǎng)季旺期達(dá)到最大, 5 cm土壤含水量在初夏時(shí)節(jié)達(dá)到最大。高原鼠兔實(shí)驗(yàn)組和自然對(duì)照組的5 cm土壤溫度在8月份均達(dá)到最大值(圖2c), 且高原鼠兔干擾下的表層土壤溫度比未經(jīng)鼠兔干擾的土壤表層溫度高(圖2d)。

2.2 土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征

2.2.1 土壤呼吸日間動(dòng)態(tài)與季節(jié)變化

青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)土壤CO2排放日變化呈單峰曲線, CO2排放最高點(diǎn)出現(xiàn)在當(dāng)?shù)貢r(shí)間14:00左右, 最低點(diǎn)出現(xiàn)在當(dāng)?shù)貢r(shí)間凌晨5:00左右, 年變化有明顯的季節(jié)性, 夏季增強(qiáng), 冬季明顯減弱[18]。在本次實(shí)驗(yàn)測(cè)量期間內(nèi), 土壤CO2排放最高值也出現(xiàn)在14:00左右, 且有明顯的季節(jié)差異。春季時(shí)高原鼠兔干擾下的日間土壤呼吸速率為2.41 μmol·m-2·s-1, 未經(jīng)高原鼠兔活動(dòng)干擾的日間土壤呼吸速率為2.85 μmol·m-2·s-1; 夏季高原鼠兔干擾下的日間土壤呼吸速率為10.78 μmol·m-2·s-1, 未經(jīng)高原鼠兔活動(dòng)干擾的日間土壤呼吸速率為10.73 μmol·m-2·s-1; 秋季時(shí)高原鼠兔干擾下的日間土壤呼吸速率為2.74 μmol·m-2·s-1, 未經(jīng)高原鼠兔活動(dòng)干擾的日間土壤呼吸速率為2.08 μmol·m-2·s-1。由此可見(jiàn), 夏季的日間土壤呼吸速率明顯高于春秋兩季, 6:00—18:00土壤呼吸速率變化相較于春秋季大, 且在夏秋季時(shí)高原鼠兔活動(dòng)干擾下的實(shí)驗(yàn)組日間土壤呼吸速率要高于未經(jīng)高原鼠兔干擾的自然對(duì)照組(圖3a-c)。

2.2.2 高原鼠兔活動(dòng)干擾下的土壤呼吸

高原鼠兔活動(dòng)干擾下的5—9月的日間平均土壤呼吸速率為5.27 μmol·m-2·s-1; 而未干擾草地的土壤呼吸速率為5.22 μmol·m-2·s-1。二者差距不大, 但土壤呼吸微小的變化將會(huì)影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán), 在高原鼠兔的干擾下土壤呼吸速率增加了9.58%(圖4)。

圖2 高原鼠兔干擾下的5 cm土壤溫度及土壤含水量變化(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤, P<0.05)

Figure 2 The change of soil temperature and moisture content at 5 cm depth under disturbance of(mean±SE,<0.05)

2.3 土壤溫度、含水量與土壤呼吸

在高寒生態(tài)系統(tǒng)中, 由于低溫對(duì)土壤代謝的限制, 土壤溫度顯著影響著土壤呼吸[19]。土壤呼吸與土壤溫度之間常常呈線性、指數(shù)或二次方程關(guān)系[17-20]。在高寒沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)中,土壤CO2排放通量與 5 cm土壤溫度有指數(shù)關(guān)系[21]。本次研究與以往研究結(jié)果相同, 5 cm土壤溫度顯著影響土壤呼吸, 二者呈指數(shù)相關(guān)關(guān)系(<0.01)(圖5a, 公式1)?；谕寥罍囟葘?duì)土壤呼吸的影響, 高原鼠兔活動(dòng)干擾下的土壤呼吸對(duì)土壤溫度的敏感程度(10)為1.05, 而自然狀態(tài)下的土壤呼吸對(duì)土壤溫度的敏感程度(10)為1.33(公式2), 可以看出高原鼠兔活動(dòng)干擾使土壤溫度敏感性(10)降低了20.05%(圖6)。

圖3 土壤呼吸春季、夏季和秋季日動(dòng)態(tài)變化

Figure 3 Diurnal dynamics of soil respiration in spring, summer and autumn

圖4 高原鼠兔干擾下的土壤呼吸動(dòng)態(tài)變化

Figure 4 Dynamic changes of soil respiration fromOchotonacurzoniaesdisturbance

圖5 5 cm土壤溫度和土壤含水量與土壤呼吸的關(guān)系

Figure 5 The relationship between soil respiration with soil temperature and soil moisture content at 5 cm depth

圖6 高原鼠兔干擾下的土壤溫度敏感性(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤, P<0.05)

Figure 6 Temperature sensitivity under the disturbance of(mean±SE,<0.05)

土壤水分是影響土壤呼吸的關(guān)鍵因素。土壤水分與土壤呼吸二者之間呈線性、對(duì)數(shù)、二次式和拋物線等多種函數(shù)關(guān)系[23]。在本研究中5 cm土壤含水量與土壤呼吸之間的相關(guān)性不高(>0.05)(圖5b, 公式2)?？赡艽嬖诘脑蚴峭寥浪謱?duì)CO2產(chǎn)生和傳輸過(guò)程的復(fù)雜調(diào)控機(jī)制, 也有可能是野外濕度狀況的波動(dòng)[22]。

3 討論

3.1 高原鼠兔干擾下的土壤呼吸變化影響高寒沼澤草甸土壤碳循環(huán)

高寒沼澤草甸作為青藏高原主要的生態(tài)系統(tǒng)之一, 具有很大的碳、氮等溫室氣體排放潛力。近年來(lái), 一些自然和非自然因素引起高寒沼澤草甸大面積退化, 而鼠兔活動(dòng)是頗有爭(zhēng)議的干擾因素。高原鼠兔作為土壤主要的生物干擾者, 其在高原生態(tài)系統(tǒng)中地位頗受爭(zhēng)議[11-19]。研究表明, 在全球氣候變暖的影響下高寒沼澤草甸日趨旱化, 高原鼠兔種群數(shù)量增加, 活動(dòng)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大, 打破生態(tài)系統(tǒng)CO2的原有平衡交換[7]。具體表現(xiàn)同本研究發(fā)現(xiàn)高原鼠兔活動(dòng)能夠加速土壤呼吸速率, 刺激生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)節(jié)律一致。但由于土壤活性C庫(kù)是有限的, 且高原鼠兔活動(dòng)啃食草根, 在一定程度上減少了土壤碳的輸入量, 所以高原鼠兔活動(dòng)能夠在短時(shí)間內(nèi)增強(qiáng)土壤呼吸速率, 對(duì)土壤呼吸的長(zhǎng)時(shí)間效應(yīng)還有待進(jìn)一步研究。

3.2 高原鼠兔的挖洞、啃食及排泄活動(dòng)改變土壤呼吸速率

高原鼠兔通過(guò)挖洞、啃食、排泄及其尸身分解等活動(dòng)參與高寒生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)[13]。本研究結(jié)果顯示高原鼠兔活動(dòng)干擾造成土壤呼吸速率增加9.58%, 夏季的日間土壤呼吸速率明顯高于春秋兩季, 從早晨6:00—18:00的土壤呼吸速率變化相較于春秋季大, 且在夏秋季時(shí)高原鼠兔活動(dòng)干擾下的實(shí)驗(yàn)組日間土壤呼吸速率要高于未經(jīng)高原鼠兔干擾的自然對(duì)照組。

這與高原鼠兔穴居活動(dòng)、啃食活動(dòng)和排泄活動(dòng)密切相關(guān)。高原鼠兔在挖洞過(guò)程中疏松土壤, 土壤孔隙增大, 加之挖成的洞穴構(gòu)成地下網(wǎng)狀洞道系統(tǒng), 土壤的透氣性增強(qiáng), CO2氣體沿土壤剖面?zhèn)鬏數(shù)乃俾试鰪?qiáng)[13], 導(dǎo)致土壤中CO2逸散至大氣中的量增多[7]。此外, 高原鼠兔穴居活動(dòng)改變了土壤結(jié)構(gòu), 加速土壤微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解, 進(jìn)而增強(qiáng)土壤呼吸。從高原鼠兔啃食行為來(lái)考慮。高原鼠兔啃食植物根系和挖洞時(shí)會(huì)掩埋地上植物, 殘留的死亡根與掩埋的植物體被微生物分解, 增加了土壤有機(jī)碳輸入, 進(jìn)而刺激微生物活性、壯大微生物種群, 增強(qiáng)土壤微生物的異氧呼吸。從高原鼠兔的排泄活動(dòng)來(lái)考慮, 大量的排泄物刺激土壤微生物活性, 增強(qiáng)土壤微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解, 從而加速土壤碳排放[13]。以上從高原鼠兔穴居、啃食與排泄方面分析了本實(shí)驗(yàn)得出的高原鼠兔活動(dòng)能夠在短時(shí)間內(nèi)加速土壤呼吸速率。

3.3 高原鼠兔活動(dòng)干擾下的環(huán)境因素變化影響土壤呼吸

土壤呼吸的變化受多種環(huán)境因子交互式影響, 土壤溫度與水分是其主要的影響因子[23]。在水分成為限制因子的干旱、半干旱區(qū), 土壤水分與土壤溫度共同影響土壤呼吸[24]。青海湖瓦顏山高寒沼澤草甸位于干旱、半干旱區(qū), 其土壤水分和溫度的變化是影響土壤呼吸的重要因素。在本次實(shí)驗(yàn)中5 cm土壤溫度顯著影響土壤呼吸, 土壤呼吸單峰型變化特征與5 cm土壤溫度變化趨勢(shì)基本一致。土壤水分通過(guò)影響根和微生物的生理過(guò)程直接影響土壤呼吸, 通過(guò)影響底物和氧氣的擴(kuò)散間接影響土壤呼吸[24]。本研究中5 cm土壤含水量與土壤呼吸的相關(guān)性不顯著, 主要由以下幾點(diǎn)原因?qū)е? (1)土壤濕度對(duì)土壤呼吸的影響可能在大時(shí)間尺度內(nèi)有明顯效應(yīng), 但本次實(shí)驗(yàn)時(shí)間尺度短, 土壤水分變化對(duì)土壤呼吸的影響不明顯; (2)土壤呼吸受土壤CO2排出、生物干擾及根際等其他復(fù)雜過(guò)程影響[25]。

土壤呼吸與植物群落及生物量密切相關(guān)。生物量能夠顯著影響土壤中凋落物和碎屑的數(shù)量, 改變呼吸底物的數(shù)量、性質(zhì)特征, 從而改變土壤呼吸[26]。高原鼠兔一定程度的活動(dòng)干擾下莎草科和豆科類植物將逐漸減少, 雜草科植物逐漸增加, 禾本科植物先增加后降低[13], 并且一只成年的高原鼠兔平均日采食鮮草量可高達(dá)77.3 g, 在4個(gè)月的生長(zhǎng)季一只成年高原鼠兔對(duì)牧草的消耗量高達(dá)9.5 kg[9]。由此可見(jiàn)高原鼠兔活動(dòng)對(duì)植被影響很大, 土壤呼吸中的植物根系呼吸深受其影響。

土壤養(yǎng)分狀況影響土壤呼吸[27-28]。研究表明全氮的增加會(huì)刺激土壤碳排放[29], 在高原鼠兔活動(dòng)干擾下0—20 cm的土壤養(yǎng)分會(huì)發(fā)生變化[30]。且每只高原鼠兔挖掘活動(dòng)所形成的鼠丘土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及無(wú)機(jī)氮分別增加162.3 mg·kg-1、355.1 mg·kg-1、497.7 mg·kg-1[31]。而銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及無(wú)機(jī)氮的增加引起土壤養(yǎng)分含量與結(jié)構(gòu)發(fā)生變化, 進(jìn)而使土壤呼吸發(fā)生變化。

綜上, 高原鼠兔活動(dòng)干擾使土壤溫度升高, 土壤含水量降低, 土壤養(yǎng)分發(fā)生變化, 使地表植被群落較大變化。這些環(huán)境要素的變化進(jìn)而引起生長(zhǎng)季(5—9月)日間土壤呼吸平均速率增加9.58%, 土壤溫度敏感程度(10)降低21.02%。

4 結(jié)論與展望

高原鼠兔活動(dòng)通過(guò)啃食、挖洞、排泄等行為改變土壤溫度、土壤結(jié)構(gòu)、土壤理化性質(zhì)、土壤微生物種群及數(shù)量, 影響著高寒沼澤草甸的土壤呼吸。在高原鼠兔的干擾下土壤呼吸增加9.58%, 土壤溫度敏感性(10)降低了21.02%。

高原鼠兔干擾對(duì)土壤特性作用的有效性不僅取決于高原鼠兔干擾的存在, 而且還依賴于干擾強(qiáng)度, 而高原鼠兔密度大小是評(píng)估其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響有益或有害的重要指標(biāo)[16]。研究表明高原鼠兔對(duì)土壤的干擾程度較小則能促進(jìn)高寒沼澤草甸植物組分更新、改良土壤性質(zhì)、增強(qiáng)土壤植物與土壤之間的協(xié)同性, 利于高寒沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)正向演變, 但干擾程度較大則利于雜草類、毒草生長(zhǎng)、不利于禾本科植物生長(zhǎng), 且會(huì)使土壤性質(zhì)劣化、減弱植物與土壤間的協(xié)同性, 迫使高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)逆向演變[15]。因此, 確定高原鼠兔對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾強(qiáng)度至關(guān)重要, 其在準(zhǔn)確評(píng)估高原鼠兔活動(dòng)對(duì)土壤呼吸作用的研究中具有重大意義, 是以后研究工作的重點(diǎn)內(nèi)容。

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Disturbance ofon soil respiration in alpine marsh meadow plateau

DING Junxia1,2, CHENG Kelong2,3,*, CUI Hang1,2, BA Dingqiuying1, ZHOU Guiyao4, JING Yanxiang1,2

1. College of Geographical Sciences, Qinghai Normal University, Xining 810008, China 2. MOE Key Laboratory of Tibetan Plateau Land Surface Processes and Ecological Conservation, Xining 810008 3. Academy of Plateau Science and Sustainability, Xining 810008, China 4.School of Ecology and Environmental Science, East China Normal University, Shanghai 200241, China

The burrowing and gnawing activities ofalter soil nutrient content, microbial community and aggregate structure and porosity. Soil CO2emissions of the original ecosystem can be interfered, and than the carbon cycle of this ecosystem will be influenced. In order to study dynamic change of soil CO2emission under the disturbance ofin alpine swamp meadow, the experiment ofand natural control was designed to monitor soil respiration, soil temperature and soil moisture content at 5 cm depth under the disturbance of the plateau, using LI-8100A in the 2018 growing season, and to analyze the influence on soil respiration fromin alpine swamp meadow. The results of this experiment showed that: (1) Soil respiration rate increased by 9.58% under the disturbance of(soil respiration rate in the experimental group was 5.27 μmol·m-2·s-1,<0.05; soil respiration in the natural control group was 5.22 μmol·m-2·s-1,<0.05). (2) The sensitivity of soil respiration in alpine marsh meadow to soil temperature at 5 cm depth (10) was reduced by 21.02% under the disturbance of. (3) Changes in soil respiration were significantly affected by soil temperature at 5 cm depth (<0.05). The results showed that the activity ofprofoundly interfered with soil respiration and affected the carbon cycle in alpine meadow ecosystem. Therefore, in the context of global warming, it is of great scientific and practical significance to strengthen the research on the disturbance ofon soil carbon emissions in alpine marsh meadow.

soil respiration;; alpine marsh meadow; soil temperature sensitivity (10)

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.06.001

P935

A

1008-8873(2019)06-001-07

2019-05-20;

2019-06-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41661023); 青海省科技計(jì)劃項(xiàng)目基金(2014-ZJ-723, 2018-ZJ-T09, 2019-SF-A12)

丁俊霞(1994—), 女, 甘肅莊浪人, 碩士研究生, 主要從事高寒草甸碳循環(huán)研究, E-mail: 1550468709@qq.com

陳克龍(1965—), 男, 安徽蕪湖人, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事生物地理與濕地生態(tài)研究, E-mail: ckl7813@163.com

丁俊霞, 陳克龍, 崔航, 等.高原鼠兔對(duì)高寒沼澤草甸土壤呼吸的干擾[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(6): 1-7.

DING Junxia, CHENG Kelong, CUI Hang, et al. Disturbance ofon soil respiration in alpine marsh meadow plateau[J]. Ecological Science, 2019, 38(6): 1-7.