培养方法对土壤呼吸温度敏感性影响的研究
土壤呼吸温度敏感性（Q10）在很大程度上决定着全球气候变化与碳循环之间的反馈关系。认识土壤呼吸温度敏感性有助于揭示土壤碳源/汇的形成过程及其对气候变化的响应，也为生态系统碳循环模型的构建与修正提供关键参数。本文研究了室内恒温培养和变温培养对土壤呼吸温度敏感性的影响。结果表明1）温度越高土壤呼吸速率（R）越大，随着培养时间的增加R呈减小的趋势且温度越高减小的速率越大；2）随着培养时间的增加土壤有机碳（SOC）、微生物量碳（MBC）及可溶性有机碳（DOC）含量呈减小的趋势，且随着培养温度的增加SOC、MBC与DOC降低的速率越大；3）对于土壤样品恒温培养估算的Q10值为1.9～2.4，变温培养的Q10值（3.0～3.8）约是恒温培养的1.5倍。表明恒温培养显著低估了Q10值，变温培养能得到更可靠的Q10值，在今后的培养试验中，应尽量采用变温培养试验估算土壤异养呼吸对温度变化的响应。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 土壤样品的采集与处理2
1.2 土壤理化性质的测定3
1.3 室内试验设计3
1.3.1 恒温培养实验3
1.3.2 变温培养实验4
1.3.3 数据处理与分析4
1.4 数据处理4
2 结果4
2.1 土壤呼吸速率随培养时间的变化4
2.2 土壤理化性质随培养时间的变化5
2.3 恒温和变温条件下Q10值的差异5
3 讨论 6
3.1 培养时间与温度对土壤呼吸速率及理化性质的影响6
3.2 恒温和变温培养对Q10的影响6
4 结论与展望7
致谢8
参考文献9 培养方法对土壤呼吸温度敏感性影响的研究
引言
全球气候变暖愈发成为人类社会面临的重要问题，精确地估算陆地生态系统碳源/汇特征是应对全球气候变暖问题的重要基础[1]。土壤是陆地生态系统最大的碳库，全球土壤有机碳库约1500 Pg，约为
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
植被碳库的3倍和大气碳库的2倍[2]。全球土壤以CO2的形式每年向大气中排放约68～100 Pg的碳 [3]，对全球碳循环起着重要的平衡作用。土壤呼吸的温度敏感性是指在其他因子不变的条件下呼吸速率对温度变化的响应[4]，通常用Q10值来描述，即温度每升高10℃土壤呼吸速率升高的倍数。土壤呼吸的温度敏感性在很大程度上决定着全球气候变暖与碳循环之间的反馈关系。因此，深刻理解土壤呼吸的温度敏感性不仅可以揭示地下生态过程对气候变化的响应和适应，还有助于改进全球碳循环模型。但是由于地下生态过程自身的复杂性，到目前为止有关土壤呼吸温度敏感性研究仍存在极大的不确定性。
测试方法是导致土壤呼吸温度敏感性不确定性的重要原因之一。例如，野外测量所得到的Q10值是多种因素综合作用的结果。土壤呼吸速率与温度的季节性变化不能直接揭示这两者之间的因果关系 [5]。因为，与温度的季节变化相类似的因素还包括土壤水分、有机质的输入以及土壤微生物等，这些因素都有可能影响Q10的估计值[6]。除了野外测量，在室内控制条件下培养土壤来估算Q10值是研究土壤呼吸温度敏感性的另一个重要途径。尽管室内培养同样受到许多因素干扰的影响 [7]，但是它被普遍用作野外测量的一种重要的补充手段，室内培养方法已被用于土壤呼吸温度敏感性研究的各个方面[8]。室内培养试验分为不同的固定温度培养和变温培养两种方法。前者是将土壤样品分为几组，分别在几个固定温度培养，通过分析同一时间点的土壤呼吸速率[9]或有机碳含量变化[10]，或者损失同样的有机碳所用的时间[11]来计算Q10值。此方法往往需要培养较长的一段时间（通常为几个月甚至几年），在培养过程中底物的可利用性或者微生物群落结构可能会发生变化 [9]，从而影响Q10值的估算。Fang 和 Moncrieff [4]采用了土壤变温培养的方法，即所有的样品都培养于相同的条件下，通过改变培养温度来观测土壤呼吸速率的变化[12]。变温培养方法往往在较短的时间（通常为几天至几周）内观测土壤呼吸速率随温度的变化，所以除了温度之外的其它因素（如有机质组成，微生物重量和数量等）可以被认为在试验的过程中保持恒定。
以往大量的研究都说明长期恒温培养可能会低估了Q10值，然而目前为止主要还是通过此方法计算Q10值，很少有研究通过短期变温培养的方法，更未发现这两种方法的对比研究。为此，本立项拟通过为期120天的恒温培养和变温培养试验，对比两种方法所得Q10值的差异及其影响因素。本研究将推进人们对土壤呼吸温度敏感性的进一步认识，对不同方法得到的Q10值的界定和使用，以及对碳循环模型中Q10值的使用都具有重要的科学意义。
1 材料与方法
1．1 土壤样品的采集与处理
土壤样品采集于江苏省宜兴市农田（119°44′42″ N，31°22′26″ E），农田种植模式为水稻－小麦轮作。当地年平均气温15.7℃，年平均降水量1177 mm。样品采集时间为2015年11月，取样时在样地随机选取5个采样点，每个采样点相距510 m，采集020 cm土层土壤，每个样点采集约4 kg土壤并迅速带回实验室。采样时同时用环刀采集土样用于土壤容重的测定。
土壤样品在室内风干至可过2 mm筛，挑去肉眼可见的根系、沙子等杂物，并将5个采样点的土壤进行等量充分混合。一部分土壤保存在4℃用于土壤培养、土壤微生物量碳和可溶性有机碳的测定，一部分土壤风干用于测定土壤别的理化性质。供试土壤的基本性质见表1。
表1 供试土壤的基本理化性质
Table 11 The basic properties of soil
SOC
(g/kg）
TC
(g/kg)
TN
(g/kg)
pH
(H2O)
容重(g/cm3)
27.15
29.05
2.48
6.43
1.27
1．2 土壤理化性质的测定
土壤pH值采用电位法测定，测定时水和土的质量比为1: 2.5。田间最大持水量（WHC）测定：先让土壤淹水2 h后沥水2 h，然后在105℃烘48 h通过称重法测定。
土壤总碳（TC）和总氮（TN）的测定使用元素分析仪（FlashEA 1112，Thermo，意大利）；土壤有机碳（SOC）含量采用重铬酸钾外加热法测定[13]；微生物量碳（MBC）的测定采用氯仿熏蒸－提取法测定[14]。
可溶性有机碳（DOC）测定：称取10 g过10目筛的鲜土样于50 ml离心管中，加入40 ml 0.5 M的K2SO4溶液，在震荡器上以250 rpm的速度震荡30 min，再以4000 rpm的速度离心10分钟，上清液通过已做去碳处理的0.45 um玻纤滤膜，用TOC仪（TOC－VCPH）测定浸提液中的碳浓度。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 土壤样品的采集与处理2
1.2 土壤理化性质的测定3
1.3 室内试验设计3
1.3.1 恒温培养实验3
1.3.2 变温培养实验4
1.3.3 数据处理与分析4
1.4 数据处理4
2 结果4
2.1 土壤呼吸速率随培养时间的变化4
2.2 土壤理化性质随培养时间的变化5
2.3 恒温和变温条件下Q10值的差异5
3 讨论 6
3.1 培养时间与温度对土壤呼吸速率及理化性质的影响6
3.2 恒温和变温培养对Q10的影响6
4 结论与展望7
致谢8
参考文献9 培养方法对土壤呼吸温度敏感性影响的研究
引言
全球气候变暖愈发成为人类社会面临的重要问题，精确地估算陆地生态系统碳源/汇特征是应对全球气候变暖问题的重要基础[1]。土壤是陆地生态系统最大的碳库，全球土壤有机碳库约1500 Pg，约为
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
植被碳库的3倍和大气碳库的2倍[2]。全球土壤以CO2的形式每年向大气中排放约68～100 Pg的碳 [3]，对全球碳循环起着重要的平衡作用。土壤呼吸的温度敏感性是指在其他因子不变的条件下呼吸速率对温度变化的响应[4]，通常用Q10值来描述，即温度每升高10℃土壤呼吸速率升高的倍数。土壤呼吸的温度敏感性在很大程度上决定着全球气候变暖与碳循环之间的反馈关系。因此，深刻理解土壤呼吸的温度敏感性不仅可以揭示地下生态过程对气候变化的响应和适应，还有助于改进全球碳循环模型。但是由于地下生态过程自身的复杂性，到目前为止有关土壤呼吸温度敏感性研究仍存在极大的不确定性。
测试方法是导致土壤呼吸温度敏感性不确定性的重要原因之一。例如，野外测量所得到的Q10值是多种因素综合作用的结果。土壤呼吸速率与温度的季节性变化不能直接揭示这两者之间的因果关系 [5]。因为，与温度的季节变化相类似的因素还包括土壤水分、有机质的输入以及土壤微生物等，这些因素都有可能影响Q10的估计值[6]。除了野外测量，在室内控制条件下培养土壤来估算Q10值是研究土壤呼吸温度敏感性的另一个重要途径。尽管室内培养同样受到许多因素干扰的影响 [7]，但是它被普遍用作野外测量的一种重要的补充手段，室内培养方法已被用于土壤呼吸温度敏感性研究的各个方面[8]。室内培养试验分为不同的固定温度培养和变温培养两种方法。前者是将土壤样品分为几组，分别在几个固定温度培养，通过分析同一时间点的土壤呼吸速率[9]或有机碳含量变化[10]，或者损失同样的有机碳所用的时间[11]来计算Q10值。此方法往往需要培养较长的一段时间（通常为几个月甚至几年），在培养过程中底物的可利用性或者微生物群落结构可能会发生变化 [9]，从而影响Q10值的估算。Fang 和 Moncrieff [4]采用了土壤变温培养的方法，即所有的样品都培养于相同的条件下，通过改变培养温度来观测土壤呼吸速率的变化[12]。变温培养方法往往在较短的时间（通常为几天至几周）内观测土壤呼吸速率随温度的变化，所以除了温度之外的其它因素（如有机质组成，微生物重量和数量等）可以被认为在试验的过程中保持恒定。
以往大量的研究都说明长期恒温培养可能会低估了Q10值，然而目前为止主要还是通过此方法计算Q10值，很少有研究通过短期变温培养的方法，更未发现这两种方法的对比研究。为此，本立项拟通过为期120天的恒温培养和变温培养试验，对比两种方法所得Q10值的差异及其影响因素。本研究将推进人们对土壤呼吸温度敏感性的进一步认识，对不同方法得到的Q10值的界定和使用，以及对碳循环模型中Q10值的使用都具有重要的科学意义。
1 材料与方法
1．1 土壤样品的采集与处理
土壤样品采集于江苏省宜兴市农田（119°44′42″ N，31°22′26″ E），农田种植模式为水稻－小麦轮作。当地年平均气温15.7℃，年平均降水量1177 mm。样品采集时间为2015年11月，取样时在样地随机选取5个采样点，每个采样点相距510 m，采集020 cm土层土壤，每个样点采集约4 kg土壤并迅速带回实验室。采样时同时用环刀采集土样用于土壤容重的测定。
土壤样品在室内风干至可过2 mm筛，挑去肉眼可见的根系、沙子等杂物，并将5个采样点的土壤进行等量充分混合。一部分土壤保存在4℃用于土壤培养、土壤微生物量碳和可溶性有机碳的测定，一部分土壤风干用于测定土壤别的理化性质。供试土壤的基本性质见表1。
表1 供试土壤的基本理化性质
Table 11 The basic properties of soil
SOC
(g/kg）
TC
(g/kg)
TN
(g/kg)
pH
(H2O)
容重(g/cm3)
27.15
29.05
2.48
6.43
1.27
1．2 土壤理化性质的测定
土壤pH值采用电位法测定，测定时水和土的质量比为1: 2.5。田间最大持水量（WHC）测定：先让土壤淹水2 h后沥水2 h，然后在105℃烘48 h通过称重法测定。
土壤总碳（TC）和总氮（TN）的测定使用元素分析仪（FlashEA 1112，Thermo，意大利）；土壤有机碳（SOC）含量采用重铬酸钾外加热法测定[13]；微生物量碳（MBC）的测定采用氯仿熏蒸－提取法测定[14]。
可溶性有机碳（DOC）测定：称取10 g过10目筛的鲜土样于50 ml离心管中，加入40 ml 0.5 M的K2SO4溶液，在震荡器上以250 rpm的速度震荡30 min，再以4000 rpm的速度离心10分钟，上清液通过已做去碳处理的0.45 um玻纤滤膜，用TOC仪（TOC－VCPH）测定浸提液中的碳浓度。
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