李元鴻，趙芯，袁心潔，蔡儀威，李桂英*，安太成

（1.甘肅祁連山國家級自然保護區(qū)管護中心（大熊貓祁連山國家公園甘肅省管理局張掖分局），甘肅 張掖 734000；2.廣東工業(yè)大學環(huán)境健康與污染控制研究院，環(huán)境科學與工程學院，粵港澳污染物暴露與健康聯(lián)合實驗室，廣東省環(huán)境催化與健康風險控制重點實驗室，廣州 510006）

研究冰川是探究現(xiàn)代環(huán)境和歷史氣候變化的有效手段，冰川的地質(zhì)歷史時期和近代變化對全球氣候有著重要影響。大氣中各種自然來源和人為來源的有機無機化合物通過大氣循環(huán)、降雨等途徑沉降在冰川土壤表面，并隨各種地質(zhì)變化作用進入到土壤內(nèi)部。冰川的土壤呼吸是指土壤表面釋放CO的過程，也可以指未擾動土壤中產(chǎn)生CO的所有代謝作用，包括3個生物學過程，即土壤微生物呼吸、土壤動物呼吸、根系呼吸，和一個非生物學過程，即含碳礦物質(zhì)的化學氧化作用。土壤呼吸作用強度常被作為衡量土壤微生物總的活性指標，其也是評價土壤肥力的指標之一。影響土壤微生物活動的諸多因子，如土壤有機質(zhì)含量、pH、溫度、水分以及有效養(yǎng)分含量等均能影響土壤呼吸作用強度，各因子的變化也可從土壤呼吸作用強度的變化中反映出來。因此，通過對冰川表面土壤呼吸強度變化的研究來判識環(huán)境中有機質(zhì)的來源和演化，將有助于推測過去冰川生態(tài)環(huán)境的變化及未來變化趨勢。

土壤呼吸釋放CO是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的一個重要環(huán)節(jié)，CO等溫室氣體不斷釋放到大氣中導致全球氣候變暖，進而改變了大氣環(huán)流和水文循環(huán)，其最直接的體現(xiàn)是土壤水分狀況的變化。目前對冰川土壤水分和土壤呼吸的研究很少，參考鄧東周等的研究可粗略得出土壤呼吸強度隨土壤水汽濃度的增大而增大。2019年的一項報道顯示，如果人類造成的全球變暖在未來幾十年內(nèi)繼續(xù)無限加劇，那么世界知名高海拔冰川阿爾卑斯山所覆蓋的冰川可能在2100年前消失。實際上，自20世紀60年代以來，所有極地地區(qū)就在以明顯高于全球平均水平的速度加速變暖，導致永久凍土區(qū)大面積融化，土壤有機碳被微生物降解加劇了土壤呼吸作用，進一步導致全球性氣候變化的進程被加劇。因此，研究冰川土壤呼吸強度變化以探索阻止世界冰川融化的關鍵策略至關重要。在全球氣候變暖的背景下，冰川在不斷退縮，其表層土壤環(huán)境也在不斷遭到破壞。根據(jù)冰川土壤呼吸強度變化的結(jié)果，可以評估各因子對土壤呼吸強度的影響。土壤呼吸受到土壤有機質(zhì)含量、pH、溫度、水分以及有效養(yǎng)分含量等因子的影響，但是這些因子與土壤呼吸強度的具體相關性目前仍未被闡明，其潛在的調(diào)控機制也未得到解釋。因此，研究梯度因子四季變化特征與土壤呼吸關聯(lián)性對闡釋土壤呼吸強度的調(diào)控機制至關重要。為了進一步研究祁連山冰川土壤的現(xiàn)狀和未來變化，為其保護提供一定的科學依據(jù)，本研究探究了不同時間段下祁連山冰川土壤中冰川梯度與冰川表面土壤呼吸強度的關聯(lián)性，在觀測時間段內(nèi)分別選取4個月份代表春、夏、秋、冬4個季節(jié)，從各梯度因子在4個月份中的光合有效輻射值和空氣溫度兩個變量入手，深入研究了這兩個變量對土壤CO濃度和土壤水汽濃度的影響，進而間接表征土壤呼吸強度，以期評估不同季節(jié)下各梯度因子對冰川生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸強度的影響。通過對梯度因子四季變化特征與土壤呼吸關聯(lián)性的研究，進一步闡明梯度因子對土壤呼吸的調(diào)控機理，為通過控制土壤呼吸來阻止冰川融化提供新的見解。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

七一冰川位于甘肅省張掖市肅南裕固族自治縣祁豐藏族鄉(xiāng)的祁連山腹地，面積為2.698 km，長3.4 km，末端海拔4 304 m，平均海拔4 807 m，最高峰海拔5 159 m，海拔跨度855 m。該冰川規(guī)模小，其形態(tài)屬于冰川-山谷型冰川，根據(jù)冰川的物理性質(zhì)劃分屬于大陸型冰川。自2017年以來，祁連山國家公園張掖分局克服海拔高、施工難度大、無通訊網(wǎng)絡等實際困難，在七一冰川東側(cè)海拔4 600 m的山峰上建設了1座塔高25 m的生態(tài)定位觀測站。該塔掛載激光雷達掃描儀、智能變頻多普勒流速流量剖面儀、5層梯度多因子氣象觀測設備、碳廓線觀測設備、土壤呼吸測量儀等國內(nèi)外先進儀器設備20多臺套，可以對七一冰川的動態(tài)變化規(guī)律、冰川融面變化情況、土壤裸露情況、植被分布情況及野生動物活動情況進行全方位觀測監(jiān)測。

1.2 數(shù)據(jù)與處理方法

數(shù)據(jù)資料在2020年9月至2021年6月考察期間獲取。自動生態(tài)定位觀測塔塔群平臺搭載的AP200大氣廓線系統(tǒng)包括CO/HO濃度、空氣溫度、風速、土壤體積含水率和土壤溫度廓線，是國際首個具有上述擴展功能的AP200系統(tǒng)。AP200 CO&HO廓線系統(tǒng)能夠測量垂直剖面上CO和HO的含量，及它們從地表到冠層的傳輸和交換規(guī)律，并分析其在森林空間中的時序分布。觀測塔還配備了與CPEC310和AP200兼容且可實時數(shù)據(jù)通訊的土壤CO通量系統(tǒng)以及與氮素相關的痕量氣體分析儀等。觀察站點所在的位置為97°45'45.36″E，39°15'47.52″N。觀測塔可對冰川梯度為5、10、15、20 m和25 m處的風速、風向、光合有效輻射、空氣溫度等數(shù)據(jù)進行記錄，數(shù)據(jù)自動獲取，采集頻率為每30 min一次。由于設備數(shù)量有限，未設置采樣重復。七一冰川是整個亞洲地區(qū)距離城市最近的冰川，其融化必然對人類活動造成巨大影響，因此在七一冰川上設置采樣點進行研究極具代表意義?？紤]數(shù)據(jù)的完整性，本研究分別選取2020年的9、12月與2021年的3、6月作為秋、冬、春、夏4個季度的代表月份，探究各月份不同梯度的光合有效輻射值對土壤CO濃度的影響、空氣溫度對土壤水汽濃度的影響，從而間接分析梯度與土壤呼吸強度的關聯(lián)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤CO2濃度和土壤水汽濃度的相關性

生物在土壤中呼吸可產(chǎn)生CO，故土壤中CO濃度可直接表征土壤呼吸強度。此外，影響土壤呼吸強度的因素還包括土壤溫度、含水量、碳氮含量和pH等。其中土壤水汽濃度是一個重要因素，其對土壤呼吸的影響作用較為復雜，通常認為過高或過低的土壤含水量均會抑制土壤生物活性。土壤呼吸對土壤水汽響應的研究通常側(cè)重于土壤呼吸對降水、灌溉和地下水的響應。降雨或灌溉可以導致土壤呼吸速率被激發(fā)，土壤CO排放量激增，該現(xiàn)象稱為“Birch效應”。通過一系列不同土壤含水量的室內(nèi)控制試驗也可以發(fā)現(xiàn)增濕后土壤的呼吸速率比干土高。本研究4個季節(jié)中土壤水汽濃度和土壤CO濃度之間的相關性顯著（=-0.215*，=0.017，=122），說明土壤水汽濃度變化可影響土壤CO濃度，從而間接影響土壤呼吸強度。因此本研究重點以土壤CO濃度和土壤水汽濃度作為表征土壤呼吸強度的因子，探究冰川梯度因子四季變化特征與土壤呼吸強度間的關聯(lián)性。

2.2 光合有效輻射與土壤呼吸強度的關系

光合有效輻射是綠色植物進行光合作用時，吸收的太陽輻射中使葉綠素分子呈激發(fā)狀態(tài)的那部分光譜能量，可用于表征植被光合作用能力和生長狀態(tài)，是反映全球氣候變化的重要因子之一。從圖1可看出各梯度的光合有效輻射值整體趨勢為6：00—13：00呈逐漸上升的趨勢，并在13：00左右達到最大值，秋、冬、春、夏4個季度在5、10、15、20 m和25 m梯度層的平均光合有效輻射最大值分別為1 712.6、974.12、1 557.4、1 958μmol·m·s；14：00—19：00呈下降趨勢，隨后輻射值趨向于0，即光合有效輻射值早、晚時間段較低，正午前后最高且穩(wěn)定。12月份的光合有效輻射值明顯低于其他參考月份，而光合有效輻射最高值出現(xiàn)在6月份，因此可以得出光合輻射值夏季偏高、冬季偏低的結(jié)論，這也符合生物體季節(jié)性呼吸的一般規(guī)律。對4個季節(jié)中不同梯度的光合有效輻射值進行分析發(fā)現(xiàn)，冰川觀測塔15 m層的光合有效輻射值最大，25 m層的光合有效輻射值最小。進一步選取2021年3月份某天不同梯度的光合有效輻射值進行分析（圖1b），可以直觀看出在光合有效輻射值達到最高峰的時間段，冰川觀測塔上15 m高度處的光合有效輻射值為1 657μmol·m·s，略高于其他高度處的光合有效輻射值，25 m層的光合有效輻射值為1 319μmol·m·s，是各梯度層光合有效輻射值中的最低值，其原因可能是25 m處的空氣溫度低且稀薄，生物成活率低，符合一般規(guī)律。15 m層的光合有效輻射值略高的可能原因：①數(shù)據(jù)誤差，風向、氣候等外在因素導致儀器測量的光合有效輻射值無法達到精確水平，且各層之間的高度差異對于對流層來說可以忽略；②太陽輻射可直接提升15 m層處的光合有效輻射值，該假設待后續(xù)相關海拔經(jīng)緯度數(shù)據(jù)輔助研究。

圖1 光合有效輻射值與時間的關系Figure 1 The relation diagram of photosynthetic ally active radiation with the time

從各季節(jié)土壤CO濃度隨時間的變化（圖2）可以看出，4個代表月份土壤CO濃度為12月（平均值為441.3μmol·mol）≈9月（平均值為441.6μmol·mol）＞3月（平均值為418.1 μmol·mol）＞6月（平均值為413.2 μmol·mol），表明土壤CO濃度在秋、冬季較高。同時發(fā)現(xiàn)在一天內(nèi)，秋、冬兩個季節(jié)土壤CO濃度的變化幅度較春、夏兩個季節(jié)小，說明秋、冬季節(jié)可能存在外界因素的影響，導致其CO濃度值穩(wěn)定在較高水平。

圖2 各季節(jié)土壤CO2濃度隨時間的變化Figure 2 Variation of soil respiration carbon dioxide concentration with the time in each season

結(jié)合各月份不同梯度光合有效輻射值與土壤CO濃度變化結(jié)果可知，12月份的光合有效輻射值波動最小，各時間點土壤CO濃度值平穩(wěn)且保持在一個較高水平，即冬季各梯度的光合有效輻射值與土壤呼吸強度之間的關聯(lián)性較小。秋季在正午土壤CO濃度出現(xiàn)最高峰時對應的各梯度光合有效輻射值也會出現(xiàn)小高峰，在21：00左右土壤CO濃度值達到最低峰時各梯度光合有效輻射值也回落至最低值，隨后趨向平穩(wěn)，即秋季各梯度光合有效輻射值與土壤呼吸強度之間具有一定的正相關關系（21：00后，＜0.01）。夏季的土壤CO濃度在4個季節(jié)中相對較低；在早晚時間段，土壤CO濃度與各梯度光合有效輻射值呈負相關關系（0：00—7：00，＜0.01；19：00—20：30，＜0.05），即在0：00—7：00，土壤CO濃度從451.0μmol·mol下降至398.7 μmol·mol，對應的光合有效輻射值（以15 m梯度層為例）從0上升至88.90μmol·m·s，在19：00—20：30，土壤CO濃度從392.8 μmol·mol上升至434.4 μmol·mol，對應的光合有效輻射值（以15 m梯度層為例）從671.80 μmol·m·s下降至27.12μmol·m·s，隨后趨于平穩(wěn)；在正午時間段，土壤CO濃度與各梯度光合有效輻射值呈正相關關系（12：30—13：00，＜0.05），即在12：30—13：00，隨著土壤CO濃度升高，各梯度光合有效輻射值也升高，且均在12：30達到一個小高峰。春季早上，從0：00—10：00，土壤CO濃度穩(wěn)定在426.7μmol·mol，各梯度光合有效輻射值波動較小且較穩(wěn)定（13.36μmol·m·s）；10：00—11：30，土壤CO濃度值急速下降，光合有效輻射值急速上升，在11：30左右光合有效輻射值達到一個高峰，土壤CO濃度達到一個低峰；在11：30—13：30，土壤CO濃度隨各梯度光合有效輻射值升高而下降，兩者呈顯著負相關關系（＜0.05）；在正午時分過后，土壤CO濃度與各梯度光合有效輻射值無顯著相關性（14：00—23：30，＞0.05）；18：00之后，光合有效輻射值呈下降趨勢，但土壤CO濃度仍在415.9 μmol·mol上下小范圍波動。整體而言：秋季各梯度光合有效輻射值與土壤呼吸強度之間呈正相關關系；冬季各梯度光合有效輻射值與土壤呼吸強度之間關聯(lián)性較小；春季早上光合有效輻射值與土壤呼吸強度呈負相關，正午時間段過后兩者無顯著相關性；夏季在早晚時間段的光合有效輻射值與土壤呼吸強度呈負相關關系，在正午時間段兩者呈正相關關系。為了驗證結(jié)論的準確性，進一步選取6月份光合有效輻射值與土壤CO濃度進行分析（圖3），由于在同一月份內(nèi)各天的同一時間點的光合有效輻射值和土壤CO濃度趨于穩(wěn)定，故選取一個月各天不同時間點作為樣本更具代表性。從圖中可以清晰觀察到上述土壤CO濃度與各梯度光合有效輻射值之間的關聯(lián)性。

圖3 2021年6月份各梯度光合有效輻射與土壤CO2濃度關系Figure 3 Relationship between photosynthetically active radiation of each gradient and soil respiration carbon dioxide concentration in June，2021

2.3 空氣溫度與土壤呼吸強度的關系

從圖4可以看出，3、6、9月份土壤水汽濃度均隨空氣溫度波動而變化，而12月份土壤水汽濃度穩(wěn)定在0.479 mmol·mol。同時發(fā)現(xiàn)夏季冰川不同海拔間的氣溫梯度絕對值小于冬季，這是因為夏季降水量略大于冬季，降水梯度小，不同海拔間的溫差絕對值較冬季小，而冬季風速相對較大，降水量少，降水梯度較夏季大，氣溫梯度比夏季大，這與晉子振等的研究結(jié)果一致。進一步分析發(fā)現(xiàn)4個季節(jié)中冰川最低溫出現(xiàn)在12月份的25 m層（-23.43℃），最高溫出現(xiàn)在9月份的5 m層（7.73℃）。祁連山冰川冬季溫度低符合一般規(guī)律，但最高溫出現(xiàn)在秋季可能受到外界因素的影響。

圖4 土壤水汽濃度、降雨量與各梯度空氣溫度的關系Figure 4 Relationship between soil respiration water vapor concentration，precipitation and air temperature of each gradient

結(jié)合各月份不同梯度空氣溫度與土壤水汽濃度變化可知：12月份空氣溫度最高值出現(xiàn)在12月25日15：00，溫度為-11.16℃，在此時間點10 m層的溫度最高，25 m層的溫度最低；空氣溫度最低值出現(xiàn)在12月29日2：30，溫度為-24.59℃，在此時間點10 m層的溫度最高，5 m層的溫度最低。同時發(fā)現(xiàn)整個月份內(nèi)土壤水汽濃度與土壤呼吸強度均無變化，若排除觀測站數(shù)據(jù)錄入不精準原因，則可認為冬季各梯度空氣溫度與土壤呼吸強度之間無相關性。

9月份空氣溫度最高值出現(xiàn)在9月7日16：30，溫度為9.63℃，此時5 m層溫度最高，20 m層溫度最低；空氣溫度最低值出現(xiàn)在9月22日8：00，溫度為-6.68℃，此時10 m層溫度最高，25 m層溫度最低。土壤水汽濃度與各梯度空氣溫度呈正相關關系（＜0.05），即水汽濃度隨溫度升高而增大，隨溫度下降而減小。土壤水汽濃度在9月7日16：00達到最高值，在9月26日10：00達到最低值，此時空氣溫度也會相應的達到小高峰與小低峰。

6月份空氣溫度最高值出現(xiàn)在6月26日19：30，溫度為9.24℃，此時5 m層溫度最高，25 m層溫度最低；空氣溫度最低值出現(xiàn)在6月3日6：30，溫度為-3.45℃，此時10 m層溫度最高，25 m層溫度最低。2021年6月份各梯度空氣溫度與土壤水汽濃度變化曲線見圖5，可明顯看出土壤水汽濃度與各梯度空氣溫度的變化趨勢一致，在水汽濃度達到最高峰時各梯度空氣溫度也相應達到一個高峰值，水汽濃度達到最低峰時各梯度空氣溫度也相應達到一個低峰值。

圖5 2021年6月份各梯度空氣溫度與土壤水汽濃度變化曲線Figure 5 Curves of air temperature and soil respiration water vapor concentration in each gradient in June，2021

3月份空氣溫度最高值出現(xiàn)在3月15日15：30，溫度為3.90℃，此時5 m層溫度最高，25 m層溫度最低；空氣溫度最低值出現(xiàn)在3月1日10：00，溫度為-18.06℃，此時10 m層溫度最高，5 m層溫度最低。在3月10日前土壤水汽濃度均穩(wěn)定在0處附近，此后，水汽濃度與各梯度空氣溫度波動趨勢一致。

綜上可知，冬季各梯度空氣溫度與土壤呼吸強度之間無相關性，秋、夏季二者呈正相關關系，春季二者前期無相關性，后期趨勢保持一致。

3 討論

受氣溫、雪深變化、融雪情況、微生物活性和土壤裸露面積等的影響，溫度、水分和光照對冰川土壤呼吸的調(diào)節(jié)作用尤其重要。CONTOSTA等在對森林生態(tài)土壤呼吸的研究中闡明了表層土壤溫度對冬季CO通量產(chǎn)生正影響，土壤濕度對冬季CO通量產(chǎn)生負影響，土壤濕度和溫度的變化由氣溫和雪深的變化驅(qū)動；郭朝霞等在對草原生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸的研究中發(fā)現(xiàn)積雪會降低生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率和土壤呼吸速率，土壤呼吸速率與積雪、溫度、空氣相對濕度密切相關。在相近研究中發(fā)現(xiàn)積雪對土壤呼吸有著重要影響，因此本研究不可忽略積雪這一外在因素。

通過本研究的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，土壤CO濃度為冬季（平均值為441.3 μmol·mol）≈秋季（平均值為441.6μmol·mol）＞春季（平均值為418.1μmol·mol）＞夏季（平均值為413.2 μmol·mol），土壤水汽濃度為夏季（平均值為9.5 mmol·mol）＞春季（平均值為2.8 mmol·mol）＞秋季（平均值為2.3 mmol·mol）＞冬季（平均值為0.2 mmol·mol），即12月份的土壤CO濃度比較穩(wěn)定且在四季中處于較高水平，土壤水汽濃度也較為穩(wěn)定但在四季中處于較低水平。為了核實該結(jié)果，本研究通過比對冬季12、1、2月份的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)與土壤呼吸相關的參數(shù)具有相似的趨勢且較為穩(wěn)定。

通過查閱資料，可以得出兩種解釋。第一種是考慮氣候、冰雪覆蓋、融雪等外界因子對冰川表面土壤呼吸強度的影響。冰雪期的低溫可能會抑制大部分微生物活性，使其處于休眠狀態(tài)，但有些耐低溫生物可以存活下來，因此冬季的土壤呼吸強度并不為零。在生物過程驅(qū)動下，冰雪融化期的微生物生物量高于凍結(jié)期，因此融化期的土壤呼吸速率高于凍結(jié)期，從而導致融化期間CO通量激增。但是結(jié)合觀測站所得的溫度數(shù)據(jù)（冬季平均溫度為-12.62℃，秋季為-1.16℃，春季為-1.12℃，夏季為8.18℃）可知，冰雪融化期在夏季，冬季不存在冰雪融化現(xiàn)象，因此排除第一種解釋。

第二種解釋是地下土壤水分有效度和地表溫度也是冬季土壤CO動態(tài)變化的主要驅(qū)動力。謝繼萍等的研究得出融雪期土壤含水量與最大土壤呼吸速率具有顯著正相關關系的結(jié)論。HIRANO和SCHINDLBACHER等均認為地下土壤水分有效度與寒溫帶森林冬季土壤呼吸呈正相關，且均認為融雪將不穩(wěn)定碳源帶入土壤，緩解了水分和土壤底物的限制，從而提高了土壤呼吸速率。來自高寒和亞高山地區(qū)的研究也表明，在主要融雪季節(jié)之前，冬季土壤呼吸作用會隨著土壤水汽濃度的增加而增加。然而DAVIDSON等研究發(fā)現(xiàn)，如果充滿水的孔隙降低了O的可用性并減緩了CO的擴散，則水分也會減少呼吸作用，即過多的水分會在一定程度上抑制土壤呼吸作用。本研究數(shù)據(jù)表明，夏季土壤呼吸相關參數(shù)之間的關系與冬季的相反，即夏季的土壤CO濃度平均值在四季中處于最低水平，而土壤水汽濃度平均值在四季中處于最高水平。土壤含水量過低無法滿足植物光合作用所需的水分，導致植物的光合作用減弱，另外土壤含水量過高會抑制植物的呼吸作用，從而影響蒸騰作用和光合作用的某些途徑。這也表明了在本研究區(qū)域內(nèi)，夏季處于冰雪融化期，土壤中較高的水分含量會刺激土壤表層附近的呼吸，抑制土壤剖面深處的呼吸，因此夏季的土壤CO濃度在四季中最低；而秋、冬兩季土壤水分含量適合微生物生長，在一定程度上促進了土壤呼吸，因此秋、冬兩季土壤CO濃度在四季中處于最高水平。

由本研究數(shù)據(jù)可知，在6月份，早晚時間段土壤CO濃度與各梯度光合有效輻射值呈負相關關系，正午時間段土壤CO濃度與各梯度光合有效輻射值呈正相關關系。四季中各梯度光合有效輻射最大值在6月份，同時6月份正午時間段的溫度普遍高于早晚時間段，因此太陽輻射量越大，土壤呼吸速率越大，加之植物光合作用會固碳，所以土壤CO濃度也隨之增大。9月份的光合有效輻射和土壤CO濃度變化趨勢與6月份一致。當土壤中植物的呼吸作用強于光合作用時，土壤CO濃度增加；當植物進行的光合作用強度大于呼吸作用強度時，土壤CO濃度降低。6月份早晚時間段光合有效輻射值下降并趨近于零，此時植物沒有進行光合作用或者進行微弱的光合作用，土壤CO消耗量下降，植物的呼吸作用強于光合作用，因此出現(xiàn)土壤CO濃度與各梯度光合有效輻射值呈負相關的現(xiàn)象，這與3月份早晚時間段的光合有效輻射和土壤CO濃度變化趨勢一致。

在空氣溫度方面，3月份的平均空氣溫度為-8.43℃，6月份的平均空氣溫度為1.81℃，9月份的平均空氣溫度為1.21℃，因此不可忽略積雪融化對土壤呼吸的影響。隨著空氣溫度升高，表層土壤的融雪現(xiàn)象使得土壤水汽濃度增加，因此3、6、9月份各梯度空氣溫度與土壤水汽濃度均呈正相關關系。由于夏季降水量大，降水梯度小，因此夏季氣溫梯度小于冬季。由于對流層的熱量主要直接來自地面輻射，所以其空氣溫度會隨著海拔升高而降低。但根據(jù)本研究的數(shù)據(jù)：3月份5 m層平均空氣溫度為-8.52℃，10 m層平均空氣溫度為-8.14℃，9月份5 m層平均空氣溫度為1.16℃，10 m層平均空氣溫度為1.41℃，即春、秋季節(jié)平均氣溫最高在海拔為10 m處，平均氣溫最低在海拔為25 m處。因此結(jié)合本文研究區(qū)所在的位置（祁連山中段北坡），可初步判斷5 m層平均空氣溫度低于10 m層可能是發(fā)生了逆溫現(xiàn)象，同時也可能是受到了太陽輻射、積雪厚度、融雪、冰川碎片等因素的影響。

4 結(jié)論

（1）春季各梯度光合有效輻射值和空氣溫度在一定程度上分別通過影響冰川表面土壤CO濃度和土壤水汽濃度來影響土壤呼吸強度。由于冰川表層有融雪現(xiàn)象，各梯度空氣溫度與土壤水汽濃度趨勢大致相似，當空氣溫度升高時土壤水汽濃度也會增大，即春季各梯度空氣溫度可影響冰川表面土壤水汽濃度值，從而導致土壤呼吸強度的變化。

（2）夏季降水量大，降水梯度小，不同海拔間的溫差絕對值較冬季小，因此夏季氣溫梯度小于冬季。加之冰川表層有融雪現(xiàn)象，土壤水汽濃度會隨著空氣溫度升高而增加，即夏季各梯度的空氣溫度與冰川表面土壤水汽濃度呈正相關關系，各梯度的空氣溫度變化可通過影響土壤水汽濃度從而影響土壤呼吸強度。

（3）秋季的平均空氣溫度較高，因此隨著各梯度光合有效輻射值的增加，土壤CO濃度值升高，即各梯度光合有效輻射值與土壤呼吸強度呈正相關；冰川表層有融雪現(xiàn)象，因此空氣溫度與土壤水汽濃度值呈正相關。

（4）在冬季，各梯度因子的光合有效輻射值與空氣溫度的變化對表層土壤呼吸強度影響較小，表層土壤呼吸強度主要受積雪、融雪、生物活性等其他因子的影響。冰川表面土壤的積雪，土壤層耐低溫生物的存在使得土壤呼吸強度不為零。冬季存在冰雪融化現(xiàn)象，導致冬季的土壤呼吸強度略高于春、秋季。較高的土壤水分總體上會抑制土壤呼吸，因此冬季的土壤CO濃度較高且較為穩(wěn)定，相應的土壤水汽濃度較低且為定值。