劉豐彩,楊燕華,江 軍,俞夢(mèng)笑,夏詩(shī)婷,閆俊華,王應(yīng)平

1 中國(guó)科學(xué)院華南植物園, 廣州 510650 2 廣東生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院, 廣州 510520 3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049 4 澳大利亞聯(lián)邦科工組織, 維多利亞 3195

工業(yè)革命以來(lái),人類社會(huì)的生產(chǎn)活動(dòng)向大氣排放了大量的硫氧化物(SO2)與氮氧化物(NOX),導(dǎo)致了不容忽視的酸雨問(wèn)題[1—2]。截至目前,世界上已先后出現(xiàn)了西歐、北美以及中國(guó)南方三大酸雨分布區(qū)[3—5]。如何最大限度 地降低酸雨對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響已成為許多環(huán)境與生態(tài)學(xué)家的共同關(guān)切。盡管自20個(gè)世紀(jì)80年代以來(lái),歐美等西方發(fā)達(dá)國(guó)家的酸雨問(wèn)題得到了有效緩解,許多遭受酸雨危害的生態(tài)系統(tǒng)正逐漸恢復(fù)[6—8],但中國(guó)的酸雨問(wèn)題依然十分嚴(yán)峻[5, 9—11]。特別是亞熱帶地區(qū),硫(S)和氮(N)的濕沉降速率已分別高達(dá)32.6 kg hm-2a-1和34.4 kg hm-2a-1[5]。如此高強(qiáng)度酸性物質(zhì)輸入在降低土壤pH的同時(shí),勢(shì)必會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)與微生物活性產(chǎn)生抑制作用,進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程的改變[10, 12—14]。

作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié),土壤呼吸(Rs)代表著土壤碳庫(kù)的氣態(tài)輸出形式,由異養(yǎng)呼吸(Rh)和自養(yǎng)呼吸(Ra)組成[15]。前者主要源于土壤有機(jī)質(zhì)與凋落物的分解進(jìn)程,后者則包括活體根系以及根系共生體的呼吸[16—17]。Rs是大氣與陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的第二大碳通量,其微小變化都會(huì)對(duì)大氣二氧化碳(CO2)濃度和氣候變化產(chǎn)生顯著影響[15, 18]。因此,在我國(guó)人為酸雨問(wèn)題未得到有效解決的背景下,充分認(rèn)識(shí)Rs及其組分對(duì)酸雨的響應(yīng)與反饋機(jī)制,對(duì)預(yù)測(cè)全球變暖趨勢(shì)以及國(guó)家固碳減排政策的制定都具有重要的科學(xué)意義。

許多學(xué)者基于不同尺度的數(shù)據(jù)源(長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)、站點(diǎn)數(shù)據(jù))、實(shí)驗(yàn)方法(原位觀測(cè)、盆栽實(shí)驗(yàn)、恒溫培養(yǎng)實(shí)驗(yàn))與分析手段(如模型模擬)對(duì)酸雨影響Rs的過(guò)程與機(jī)理進(jìn)行了探究[2, 5, 7, 19—23],但這些研究大多基于特定的研究站點(diǎn),由于受限于較小的時(shí)空尺度,所得出的結(jié)論在更大區(qū)域范圍內(nèi)的普適性較差,不利于對(duì)酸雨影響Rs與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程的準(zhǔn)確評(píng)估。因此,本研究將基于中國(guó)境內(nèi)所開(kāi)展的模擬酸雨實(shí)驗(yàn)的81篇論文的2683條數(shù)據(jù),運(yùn)用Meta分析方法,探究酸雨對(duì)我國(guó)主要陸地生態(tài)系統(tǒng)Rs及其組分的影響。本研究結(jié)果將對(duì)全球變化背景下生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)響應(yīng)與反饋機(jī)制的揭示,以及實(shí)現(xiàn)我國(guó)“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)提供科學(xué)借鑒。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)編譯

利用谷歌學(xué)術(shù)(http://scholar.google.com/)、Web of Science(http://apps.webofknowledge.com/)和中國(guó)知網(wǎng)(http://www.cnki.net/)文獻(xiàn)檢索系統(tǒng),搜集已發(fā)表的模擬酸雨實(shí)驗(yàn)的研究論文,文獻(xiàn)檢索時(shí)間截止到2020年12月31日。檢索關(guān)鍵詞為：“acid deposition”、“sulfur deposition”、“simulated acid rain”和“carbon cycle”、“soil respiration”、“microbial respiration”、“CO2efflux”以及“酸沉降”、“硫沉降”、“模擬酸雨”和“土壤呼吸”、“碳循環(huán)”、“微生物”、“CO2”等。根據(jù)檢索詞,總計(jì)搜集到127篇論文。為進(jìn)一步遴選出合適的文獻(xiàn),設(shè)定如下原則：(1)只收集在中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行的酸雨實(shí)驗(yàn)的論文數(shù)據(jù),其它國(guó)家或地區(qū)的相關(guān)研究被排除；(2)實(shí)驗(yàn)處理組和對(duì)照組最初的環(huán)境條件、植被類型與土壤特性基本一致,且兩組目標(biāo)變量的觀測(cè)值在相同時(shí)間獲得；(3)對(duì)于多因子交互實(shí)驗(yàn),只選取對(duì)照與模擬酸雨處理組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；(4)目標(biāo)變量的均值、標(biāo)準(zhǔn)差(誤)和樣本量可從文中圖表直接獲取或通過(guò)間接方式計(jì)算得出；(5)文中對(duì)實(shí)驗(yàn)方式(野外或溫室盆栽實(shí)驗(yàn))、酸雨形式(H2SO4/HNO3/H2SO4和HNO3)、酸雨強(qiáng)度(pH值)以及處理時(shí)間(年)都做了清晰闡述。

最后,81篇文獻(xiàn)的2683條有效觀測(cè)數(shù)據(jù)滿足要求,組成本研究的數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集除包含目標(biāo)變量(Rs、Ra和Rh)外,還包括土壤pH、植物地上、地下部分生物量(AGB和BGB)、凋落物量(LF)、微生物生物量碳(MBC)以及土壤有機(jī)碳(SOC)等變量。所涉及的主要陸地生態(tài)系統(tǒng)類型包括森林、草地和農(nóng)田。森林又細(xì)分為針葉林、針闊葉混交林以及闊葉林。各類研究數(shù)據(jù)從文章的文本或表格中直接提取,或利用圖形數(shù)字化軟件GetData Graph Digitizer (http://getdata-graph-digitizer.com/)編譯間接獲得。此外,各研究樣地的經(jīng)緯度、年平均氣溫(MAT)、年平均降水量(MAP)、土壤pH以及植被類型等數(shù)據(jù)也被一并收集。對(duì)于原始文獻(xiàn)中缺失的環(huán)境變量數(shù)據(jù),則從其參考文獻(xiàn)或全球數(shù)據(jù)庫(kù)(https://www.worldclim.org/)中獲取。

1.2 數(shù)據(jù)分析

本研究中,模擬酸雨處理的效應(yīng)值通過(guò)計(jì)算反應(yīng)比的自然對(duì)數(shù)(lnRR)進(jìn)行量化[24—25],即：

(1)

(2)

式中,nt、nc、st、和sc分別是目標(biāo)變量處理組(t)和對(duì)照組(c)的樣本量(nt和nc)和標(biāo)準(zhǔn)差(st和sc)；lnRR的加權(quán)平均值lnRR++和標(biāo)準(zhǔn)誤[s(lnRR++)]分別由公式(3)和(4)計(jì)算：

(3)

(4)

式中,m是組數(shù),k是第ith組比較次數(shù),w是權(quán)重。由于除了單個(gè)獨(dú)立研究?jī)?nèi)的方差(即抽樣誤差)外,各不同研究之間同樣存在著隨機(jī)變異(即研究間方差),因此用隨機(jī)效應(yīng)模型來(lái)計(jì)算lnRR++和s(lnRR++)。選擇隨機(jī)效應(yīng)模型還因?yàn)樵谔幚砩鷳B(tài)學(xué)的數(shù)據(jù)合成時(shí)原假設(shè)更容易被驗(yàn)證[26]。因此,每項(xiàng)研究的w由公式(5)計(jì)算：

w= 1/(v+τ2)

(5)

模擬酸雨對(duì)某一目標(biāo)變量(如Rs)總體效應(yīng)值的計(jì)算是假定所有研究均來(lái)自同一總體,總體異質(zhì)性(QT)由自由度為n-1的χ2分布檢驗(yàn)[26]。顯著的QT(P< 0.05)表明效應(yīng)值之間的方差大于抽樣誤差,需要引入其它解釋變量[26, 28]。因此,進(jìn)一步評(píng)估了分類變量和連續(xù)變量對(duì)Rs及其組分的影響。對(duì)于每一個(gè)分類變量,QT被分割成組內(nèi)異質(zhì)性(QW)和組間異質(zhì)性(QB),并使用混合效應(yīng)模型進(jìn)行評(píng)估。本研究中,編譯的數(shù)據(jù)集被分成生態(tài)系統(tǒng)類型(森林、草地和農(nóng)田)、森林類型(針葉林、針闊葉混交林和闊葉林)、實(shí)驗(yàn)方式(野外、溫室)和酸雨強(qiáng)度(pH≥4.5、3.5≤pH<4.5和pH<3.5)4個(gè)亞組。其中,酸雨強(qiáng)度的劃分主要是基于酸雨的定義(一般降雨 pH<5.6 稱為酸雨,pH<4.5 稱為重酸雨)和大多數(shù)模擬實(shí)驗(yàn)酸雨pH的取值范圍。所有亞組即為不同分類變量,將分別評(píng)估其對(duì)酸雨處理效應(yīng)的影響。為了增加研究結(jié)果的可信度,沒(méi)有足夠數(shù)據(jù)點(diǎn)的亞組(n<3)被逐一排除。采用Meta回歸的方法評(píng)估連續(xù)變量(緯度、MAT和MAP)與目標(biāo)變量(如Rh)之間的關(guān)系[27]；用一般線性回歸模型分析土壤pH、土壤碳庫(kù)(SOC、MBC和DOC)以及植被碳庫(kù)(AGB、BGB)對(duì)目標(biāo)變量(Rs、Rh和Ra)的影響。

本研究用漏斗圖的方法判斷發(fā)表偏倚,如果數(shù)據(jù)點(diǎn)以倒立的漏斗狀均勻分布,則不存在發(fā)表偏倚[29—30]。然而,當(dāng)目標(biāo)變量的樣本量非常小時(shí)(如n<10),很難直觀地用漏斗圖的方法判斷發(fā)表偏倚。因此,對(duì)于樣本量較小(如n<10)且有顯著差異的效應(yīng)值,將通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算失安全系數(shù)(N)來(lái)判斷發(fā)表偏倚；如果N遠(yuǎn)大于觀測(cè)值的樣本量(k) (即N> 5k+10),則該分析結(jié)果是真實(shí)可靠的[31]。所有統(tǒng)計(jì)分析均在Meta分析軟件OpenMEE (http://www.cebm.brown.edu/openmee/)中進(jìn)行[27],文中所有圖形用SigmaPlot 14.0繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH、土壤碳庫(kù)和植被碳庫(kù)對(duì)模擬酸雨的響應(yīng)

模擬酸雨對(duì)SOC無(wú)顯著影響(0.8%,P=0.544),但卻顯著降低了土壤pH、植被碳庫(kù)(AGB、BGB和LF)以及土壤活性碳庫(kù)(DOC、MBC)(P< 0.001)。其中,土壤pH降幅最小(-4.6%),LF次之(-6.8%),AGB、BGB、DOC與MBC的降幅均在10%左右(表1)。

表1 模擬酸雨對(duì)植被碳庫(kù)、土壤碳庫(kù)和土壤pH的影響

2.2 Rs及其組分對(duì)模擬酸雨的響應(yīng)

總體而言,模擬酸雨顯著降低了Rs(-9.6%)、Rh(-7.7%)和Ra(-11.7%)。不同生態(tài)系統(tǒng)中,森林、草地和農(nóng)田Rs對(duì)模擬酸雨的響應(yīng)一致,分別顯著降低了8.0%、10.8%和14.7%；模擬酸雨對(duì)農(nóng)田Rh的影響不明顯(-1.3%),但卻顯著降低了森林和草地Rh (-6.9%和-17.0%)；森林和草地Ra在模擬酸雨處理下分別顯著降低(-21.7%)和顯著增加(25.4%),但農(nóng)田Ra響應(yīng)不明顯。盡管針葉林、針闊葉混交林和闊葉林Rs、Rh和Ra在模擬酸雨處理下均表現(xiàn)出不同程度的降低趨勢(shì),但各林型間的差異不顯著(圖1)。

圖1 Rs、Rh和Ra對(duì)模擬酸雨的響應(yīng)在不同生態(tài)系統(tǒng)和森林類型間的差異Fig.1 Differences in responses of Rs, Rh and Ra to simulated acid rain across different ecosystems and forest typesRs：土壤呼吸 Soil respiration；Rh：異養(yǎng)呼吸 heterotrophic respiration；Ra：自養(yǎng)呼吸 autotrophic respiration;誤差線表示95%的置信區(qū)間(CI),后面數(shù)字表示對(duì)應(yīng)的樣本量,如果lnRR++的95% CI不與零線相交,則認(rèn)為目標(biāo)變量的處理效應(yīng)是顯著的;*** P<0.001, ** P<0.01, *P<0.05

野外原位模擬酸雨對(duì)Rs、Rh和Ra的負(fù)效應(yīng)大于溫室盆栽實(shí)驗(yàn)(圖2)。在野外原位觀測(cè)條件下,Rs、Rh和Ra分別顯著降低了8.7%、9.7%和14.7%；在溫室盆栽實(shí)驗(yàn)條件下,模擬酸雨顯著降低了Rh(-3.2%),但對(duì)Rs和Ra的影響不明顯。模擬酸雨對(duì)Rh和Ra的負(fù)效應(yīng)隨酸雨pH的降低而增強(qiáng),當(dāng)酸雨pH<4.5時(shí),Rs也表現(xiàn)出類似的規(guī)律性(圖2)。

圖2 Rs、Rh和Ra對(duì)模擬酸雨的響應(yīng)在不同實(shí)驗(yàn)類型和酸雨pH下的差異Fig.2 Differences in responses of Rs, Rh and Ra to simulated acid rain under different experiment types and pH of acid rain

2.3 Rs及其組分與土壤pH、土壤碳庫(kù)和植物生物量的關(guān)系

線性回歸分析表明,Rs、Rh與土壤pH顯著正相關(guān),但Ra與土壤pH的線性關(guān)系不顯著；Rs、Rh與SOC顯著負(fù)相關(guān),但與MBC或DOC的關(guān)系不顯著；Rh與AGB顯著正相關(guān),Ra與BGB顯著正相關(guān),但Rs與AGB和BGB的線性關(guān)系都不顯著(表2)。

表2 模擬酸雨條件下Rs、Rh和Ra效應(yīng)值與土壤pH、土壤碳庫(kù)以及植物生物量效應(yīng)值的關(guān)系

2.4 Rs及其組分與緯度、MAT和MAP的關(guān)系

Meta回歸分析表明,Rs、Ra的效應(yīng)值與緯度之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系,隨著緯度升高,模擬酸雨對(duì)Rs和Ra的負(fù)效應(yīng)逐漸減弱,正效應(yīng)逐漸增強(qiáng)；Rs、Ra的效應(yīng)值與MAT顯著負(fù)相關(guān),隨著MAT的升高,模擬酸雨對(duì)Rs和Ra的正效應(yīng)逐漸減弱,負(fù)效應(yīng)逐漸增強(qiáng)；Rs、Rh和Ra的效應(yīng)值都隨MAP的升高而降低,但僅有Rs與MAP的關(guān)系達(dá)到顯著水平(R2=0.005；P=0.04),隨著MAP的增加,模擬酸雨對(duì)Rs的負(fù)效應(yīng)逐漸增強(qiáng)(圖3)。

圖3 模擬酸雨條件下Rs、Rh和Ra與緯度、年均溫及年均降水量的關(guān)系Fig.3 Relationships between lnRR of Rs, Rh and Ra and latitude, MAT and MAP in response to simulated acid rain

3 討論

3.1 生態(tài)系統(tǒng)類型對(duì)Rs、Rh和Ra的影響

本研究發(fā)現(xiàn),森林Rs在模擬酸雨處理下降幅最小,草地次之,農(nóng)田最大(圖1),表明陸地生態(tài)系統(tǒng)類型不同,Rs對(duì)酸雨的響應(yīng)不同。在森林生態(tài)系統(tǒng)中,林冠層、林下植被層以及地表凋落物層的截留作用都會(huì)降低酸雨對(duì)土壤微生物和植物根系的負(fù)效應(yīng)[32],而在草地或農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),由于地被層酸緩沖物質(zhì)的相對(duì)缺乏,酸性物質(zhì)(如H+)更易直接進(jìn)入土壤,抑制微生物活性,降低Rs[33]。另外,農(nóng)田由于長(zhǎng)期耕作和施加氮肥,土壤酸化嚴(yán)重[13],其抗酸能力相較于森林和草地更差[34],因而導(dǎo)致更低的Rs。盡管Rs、Rh在各生態(tài)系統(tǒng)均出現(xiàn)不同程度的降低,但草地Ra在模擬酸雨處理下卻顯著增加(圖1),這一發(fā)現(xiàn)與Chen等的研究結(jié)果一致[35]。究其原因,可能是酸雨導(dǎo)致的土壤酸化驅(qū)使草地植物群落結(jié)構(gòu)由多年生叢生禾草向根莖禾草轉(zhuǎn)變,而后者具有更大的BGB和更高的比根呼吸速率[35]。在不同森林類型中,梁國(guó)華等的研究發(fā)現(xiàn),闊葉林Rs對(duì)酸雨響應(yīng)的敏感性最強(qiáng),針闊葉混交林次之,針葉林最弱[36],因?yàn)獒樔~林土壤鹽基飽和度高于闊葉林,酸緩沖能力更強(qiáng)[37]。同時(shí),闊葉林凋落物分解速率大于針闊葉混交林和針葉純林[38],因而地表現(xiàn)存凋落物量最少,不利于酸的緩沖,導(dǎo)致Rs的降低。然而本研究表明,盡管模擬酸雨引起針葉林、針闊葉混交林和闊葉林Rs、Rh和Ra的顯著降低,但各林型之間的差異并不顯著(圖1),這與前人的研究結(jié)果不一致。因?yàn)楸狙芯渴腔诟罂臻g尺度,各個(gè)森林類型跨越了不同的緯度和氣候帶,土壤本底條件并不一致,從而掩蓋了林型對(duì)Rs的影響,而梁等的研究則是基于我國(guó)南亞熱帶某單一站點(diǎn),各林型土壤發(fā)育于相同的成土母質(zhì)[36],因而林型的效應(yīng)得到進(jìn)一步凸顯。

3.2 實(shí)驗(yàn)方式與酸雨pH對(duì)Rs、Rh和Ra的影響

本研究發(fā)現(xiàn),模擬酸雨對(duì)Rh和Ra的負(fù)效應(yīng)在野外實(shí)驗(yàn)條件下要強(qiáng)于溫室盆栽實(shí)驗(yàn)(圖2),這可能與處理時(shí)間和酸雨強(qiáng)度有關(guān)。在本研究所構(gòu)建的數(shù)據(jù)集中,野外實(shí)驗(yàn)的處理時(shí)間和酸雨強(qiáng)度普遍大于盆栽實(shí)驗(yàn),因而導(dǎo)致Rh和Ra更為強(qiáng)烈的響應(yīng)。Rs、Rh和Ra在pH<3.5酸雨處理下降幅最大進(jìn)一步證明了這一點(diǎn)(圖2)。一方面,隨著酸雨pH的降低,外源H+的輸入增加,土壤交換性陽(yáng)離子庫(kù)和土壤pH的降低進(jìn)程加速[5, 10],進(jìn)一步抑制了微生物活性,減少了微生物生物量[2, 35, 39—40],降低Rh；另一方面,隨著酸雨pH的降低,過(guò)量H+的輸入會(huì)進(jìn)一步破壞葉組織與細(xì)胞結(jié)構(gòu)[41],同時(shí)植物根系中硝酸還原酶與谷氨酸合成酶的活性也會(huì)受到抑制,從而導(dǎo)致植株吸收利用氮素能力的降低[42—43],抑制植物生長(zhǎng),降低Ra[44]。

3.3 土壤pH、植物生物量與土壤碳庫(kù)對(duì)Rs、Rh和Ra的影響

本研究結(jié)果表明,Rs、Rh都與土壤pH顯著正相關(guān)(表2),這與梁國(guó)華等[36]在亞熱帶森林和Chen等[35]在溫帶草原的研究結(jié)果一致,表明酸雨通過(guò)降低土壤pH來(lái)抑制Rs,而且這種抑制主要是通過(guò)減少Rh來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)樵谳^低pH (<4.2)的土壤環(huán)境,鋁被活化[5, 45],土壤溶液中增加的游離態(tài)鋁離子(Al3+)對(duì)土壤微生物產(chǎn)生了毒理效應(yīng)[46],從而導(dǎo)致微生物生物量與活性的降低,減少了微生物對(duì)SOC的分解[47],這也被本研究中 Rs、Rh與SOC之間顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系所證實(shí)(表2)。在酸雨條件下,由于Rh的降低,更多的碳被儲(chǔ)存在土壤中[48—49]。另外,酸雨除了直接作用于Rs,還能通過(guò)影響AGB和BGB間接影響Rs(圖4),因?yàn)锳GB和BGB分別是Rh和Ra的重要基質(zhì),兩兩之間均存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(表2)。本研究中,酸雨顯著降低了AGB、地上凋落物輸入以及BGB(表1),這與Shi等最新的研究結(jié)果一致[50]。一方面,酸雨會(huì)增加淀粉粒和酚類化合物在細(xì)胞中的累積,損害氣孔,引起光合作用與蒸騰作用的改變,抑制植物(尤其是葉片)生長(zhǎng),導(dǎo)致AGB和凋落物量的降低[51—52],減少Rh。另一方面,酸雨會(huì)抑制植物體的代謝活性,阻止碳水化合物由葉片向根部的傳輸,降低根系密度[53],減少Ra。

圖4 酸雨對(duì)土壤呼吸及其組分影響的機(jī)理Fig.4 The mechanism of the effects of acid rain on soil respiration and its components

3.4 緯度、MAT和MAP對(duì)Rs、Rh和Ra的影響

本研究中,模擬酸雨對(duì)Rs、Rh和Ra的負(fù)效應(yīng)表現(xiàn)出隨緯度降低而增加的模式(圖3),這一結(jié)果是我國(guó)南北方土壤酸化程度差異的具體體現(xiàn)。在我國(guó)南方地區(qū),由于長(zhǎng)期高強(qiáng)度人為酸雨的影響,土壤酸化比北方更為嚴(yán)重,許多森林土壤pH甚至低于4.2,土壤的酸緩沖能力更低[5]。在如此高酸的土壤上進(jìn)行模擬酸雨實(shí)驗(yàn),無(wú)疑會(huì)加大對(duì)Rs、Rh和Ra的抑制作用。同時(shí),這種緯度模式也與MAT和MAP隨緯度的變化有關(guān),Rs、Rh或Ra與MAT或MAP之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系正好說(shuō)明了這一點(diǎn)(圖3)。在高緯地區(qū),由于氣溫較低,植物或微生物的活性往往被抑制[54],因而降低了Rs對(duì)酸雨響應(yīng)的敏感性。在低緯地區(qū),較高的降水導(dǎo)致土壤交換性陽(yáng)離子的大量淋溶,促進(jìn)了土壤酸化[55—56],引起酸雨處理下Rs、Rh或Ra更大幅度的降低。此外,低緯地區(qū)較高的降水頻率或強(qiáng)度還可能導(dǎo)致土壤含水量過(guò)高而降低氧氣含量,進(jìn)一步抑制微生物活性和植物根系呼吸[57]。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)Meta分析的方法量化了我國(guó)主要陸地生態(tài)系統(tǒng)(森林、草地和農(nóng)田)Rs及其組分對(duì)酸雨的響應(yīng)。研究結(jié)果顯示,酸雨對(duì)Rs、Rh和Ra的影響因生態(tài)系統(tǒng)類型而異,同時(shí)受到實(shí)驗(yàn)方式、酸雨強(qiáng)度、土壤性質(zhì)以及土壤或植被碳庫(kù)的影響,并表現(xiàn)出明顯的緯度模式。本研究表明,在我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)中,酸雨一方面降低了土壤pH,抑制了植物生長(zhǎng),減少了植物體向土壤的碳輸入,另一方面也降低了微生物活性,抑制了Rh,導(dǎo)致SOC分解降低,因而未顯著改變土壤有機(jī)碳庫(kù)(圖4)。該結(jié)果將為全球變化背景下我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳預(yù)算提供科學(xué)借鑒。