土壤的呼吸作用與全球氣候變化的關(guān)系

1、    土壤的呼吸作用與全球氣候變化的關(guān)系日期: 2010-8-15 19:32:30瀏覽: 92來源: 學(xué)海網(wǎng)收集整理作者: 佚名摘要：通過相關(guān)研究進(jìn)展了解到：土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)之一,其對(duì)溫度升高的敏感程度在相當(dāng)大的程度上決定著全球氣候變化與碳循環(huán)之間的反饋關(guān)系。相關(guān)研究得出：（1）土壤呼吸隨溫度的升高而增加，將極大地提高土壤碳的釋放,氣候變暖后土壤是一個(gè)相當(dāng)大的碳源;（2）土壤呼吸對(duì)溫度升高的具有適應(yīng)性,其表現(xiàn)形式主要為隨著溫度的持續(xù)升高和升溫時(shí)間的延長(zhǎng),土壤呼吸對(duì)溫度升高反應(yīng)的敏感程度下降。其原因包括溫度及其他因子協(xié)同變化的作用

2、。 關(guān)鍵詞: 土壤呼吸 氣候變化 引言 地球表面溫度升高是未來氣候變化的主要趨勢(shì)之一。全球溫暖化勢(shì)必要對(duì)大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和土壤圈之間的物質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。IPCC根據(jù)最新的氣候模型預(yù)測(cè),到2100年左右,地球表面的溫度將平均上升1.45.8,在高緯度地區(qū)的上升幅度甚至可能更大1。溫度是調(diào)節(jié)和控制許多生態(tài)學(xué)過程的關(guān)鍵因素。由于很多生物地球化學(xué)過程與氣候變化之間存在著反饋關(guān)系,它們對(duì)溫度變化響應(yīng)的研究就顯得尤為重要。碳循環(huán)重要環(huán)節(jié)之一的土壤呼吸對(duì)溫度變化非常敏感，對(duì)于土壤呼吸來說,溫度是其主要驅(qū)動(dòng)因子之一，最終產(chǎn)物是主要的溫室氣體CO2，所以，土壤呼吸與全球溫暖化之間的關(guān)系不僅會(huì)影

3、響到陸地生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)方面的源匯功能，而且，全球溫暖化的趨勢(shì)和時(shí)空格局也會(huì)因此產(chǎn)生重大變化2。所以，探討土壤呼吸對(duì)溫度變化的響應(yīng)強(qiáng)度及其機(jī)制,對(duì)于了解未來氣候變化的趨勢(shì)和陸地生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)方面的源匯功能具有重大意義。 1.研究進(jìn)展 關(guān)于土壤碳動(dòng)態(tài)對(duì)全球氣候變化所產(chǎn)生的結(jié)果,目前存在兩種觀點(diǎn)3:一種觀點(diǎn)認(rèn)為,溫度上升將極大地提高土壤碳的釋放,氣候變暖后土壤是一個(gè)相當(dāng)大的碳源;另一觀點(diǎn)認(rèn)為,土壤對(duì)氣候變暖有較強(qiáng)的適應(yīng)能力,土壤呼吸會(huì)隨著氣溫的升高而降低對(duì)溫度的敏感性從而減少向大氣的二氧化碳排放量。這兩種觀點(diǎn)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)在于土壤對(duì)氣候變化反饋能力的大小。由于資料收集和實(shí)驗(yàn)方法的有限,這兩種觀點(diǎn)都有

4、較大的不確定性,而要對(duì)全球氣候變化下土壤碳變化加以精確的估算和預(yù)測(cè)就顯得相當(dāng)復(fù)雜和艱難。 2溫度升高對(duì)土壤呼吸的影響 土壤呼吸是指從土壤排放CO2的過程,主要來自于土壤微生物、植物的根系和土壤動(dòng)物的呼吸所排放的CO2。土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳素循環(huán)的主要環(huán)節(jié)4。溫度對(duì)土壤微生物呼吸的影響一般用Q10函數(shù)關(guān)系表示,即溫度增加10,微生物呼吸作用增加的倍數(shù),通常Q10=2,但在不同的生態(tài)系統(tǒng)中Q10值不同,在溫暖的地區(qū)Q10值較低,而在寒冷地區(qū)Q10值則較高。盡管Q10不同,但溫度和土壤呼吸的相關(guān)關(guān)系是明顯的。土壤CO2通量對(duì)地表溫度變化很敏感，土壤表面溫度較小的變化會(huì)對(duì)土壤CO2通量產(chǎn)生很大的影

5、響5。許多模型研究表明，全球變暖將導(dǎo)致土壤碳的損失。除了一些沙漠地區(qū)，土壤呼吸隨溫度的升高而增加6，溫度升高明顯提高了土壤的呼吸速率，這可能是溫度升高提高了微生物或根系的代謝活性造成的7。土壤呼吸對(duì)溫度升高的響應(yīng)在較冷的高緯度地區(qū)比較大8。由于未來高緯度地區(qū)溫度升高比較大，高緯度生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳含量又比較高9.因此，全球升溫將導(dǎo)致高緯度生態(tài)系統(tǒng)向大氣排放大量的碳。隨著氣溫的升高,高緯度地區(qū)的土壤在不斷升溫,從而促進(jìn)土壤呼吸,增加土壤二氧化碳的排放,造成土壤中二氧化碳的流失。 3土壤呼吸對(duì)溫度升高的適應(yīng)性 有證據(jù)表明,土壤呼吸對(duì)溫度變化的反應(yīng)并不是一成不變的,在不同的環(huán)境條件下,土壤呼吸往往具

6、有不同的溫度敏感性。隨著溫度的升高或增溫時(shí)間的延長(zhǎng),土壤呼吸速率的增長(zhǎng)幅度往往下降甚至停止,其對(duì)溫度變化的敏感程度降低,表現(xiàn)出所謂的溫度適應(yīng)性10,齊曄等11又將其稱為土壤呼吸的溫度飽和性。一般,短期的升溫往往會(huì)強(qiáng)烈促進(jìn)土壤呼吸,但隨著增溫時(shí)間的延長(zhǎng),土壤呼吸對(duì)溫度變化響應(yīng)的敏感程度也會(huì)下降,升高溫度對(duì)土壤呼吸速率的影響不大。 氣候變暖時(shí)，土壤呼吸對(duì)溫度升高產(chǎn)生適應(yīng)的原因可能是:除了溫度之外,對(duì)土壤呼吸能夠產(chǎn)生影響的因子有多種,其中包括水分、土壤養(yǎng)分、光照、生物條件等,這些因子在一定條件下可以調(diào)控土壤呼吸對(duì)溫度變化反應(yīng)的敏感程度12。在溫度較低的情況下,對(duì)于植物根系和土壤微生物的活動(dòng)來說,溫度

7、是限制因子。隨著溫度的升高,溫度的限制逐漸得到解除,植物根系和微生物的活性隨溫度上升到一定程度后,其他因子則有可能轉(zhuǎn)而成為主導(dǎo)因子或限制性因子,植物根系和微生物需要作出必要的生理調(diào)整,從而對(duì)溫度的效應(yīng)產(chǎn)生限制、修飾或掩蓋作用13,使土壤呼吸的溫度敏感程度降低,導(dǎo)致土壤呼吸溫度適應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生。 4結(jié)論與問題 本文通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)得出一些結(jié)論并提出一些問題： （1）土壤呼吸隨溫度的升高而增加，將極大地提高土壤碳的釋放,氣候變暖后土壤是一個(gè)相當(dāng)大的碳源。 （2）土壤呼吸對(duì)溫度升高的具有適應(yīng)性,其表現(xiàn)形式主要為隨著溫度的持續(xù)升高和升溫時(shí)間的延長(zhǎng),土壤呼吸對(duì)溫度升高反應(yīng)的敏感程度下降。其原因包括溫度及其

8、他因子的協(xié)同變化共同的作用。 （3）土壤呼吸對(duì)溫度升高的適應(yīng)性可以部分減少因全球變暖的激發(fā)而增加的碳排放量,使氣候變化與碳循環(huán)的耦合作用在一定程度上有所減弱,今后全球變暖的程度也許會(huì)出現(xiàn)一定程度的緩和12。 （4）土壤呼吸作用隨溫度升高增強(qiáng)后對(duì)其他陸面過程有什么影響。土壤呼吸對(duì)溫度的敏感性可以達(dá)到多高。我們是否可將溫度敏感性作為預(yù)測(cè)未來氣候變化的一個(gè)因子呢。 人們對(duì)土壤呼吸對(duì)溫度的敏感性機(jī)理也進(jìn)行了大量研究,但仍沒有可靠的結(jié)論。因此深入研究土壤呼吸對(duì)溫度的敏感性仍是未來的一個(gè)重要的研究方向。 參考文獻(xiàn)： 1 Houghton JT, Ding Y, Griggs DJ,et al., edit

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10、培軍，孫睿，王紹強(qiáng).氣候變化對(duì)凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的影響.地理學(xué)報(bào)，2004，59(3):357一365. 7曹明奎，于貴瑞，劉紀(jì)遠(yuǎn)，李克讓.陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的多尺度試驗(yàn)觀測(cè)和跨尺度機(jī)理模擬.中國科學(xué)D輯(地球科學(xué))，2004，34(增刊11):1一34. 8王其兵，李凌浩，白永飛，邢雪榮.氣候變化對(duì)草甸草原土壤氮素礦化作用影響的實(shí)驗(yàn)研究.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24(6):687一692. 9 唐燕飛,王國兵,阮宏華. 土壤呼吸對(duì)溫度的敏感性研究綜述. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008，32(1). 10Oechel WC, Vourlitis GL, Hastings SJ,et al. Acclimation of ecosystem CO2exchange in the Alaskan Arctic in response to decadal cli-mate warming.Nature, 2000,406:978981. 11齊曄,唐劍武,徐明.全球變化研究中的生物圈模型(II):呼吸與分解.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社, 2002. 205212. 12陳全勝，李凌浩，韓興國等.土壤呼吸對(duì)溫度升高的適應(yīng).生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24 (11). 13Chen QS, Li