soil respiration

定義：土壤空氣中二氧化碳不斷向大氣中擴(kuò)散，大氣中的氧氣不斷進(jìn)入土壤的過程。

學(xué)科：土壤學(xué)_土壤物理

相關(guān)名詞：土壤溫度 土壤濕度 碳氮比

圖片來源：視覺中國(guó)

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土壤呼吸嚴(yán)格意義上是指未經(jīng)人為擾動(dòng)的土壤中產(chǎn)生二氧化碳的所有代謝過程，包括三個(gè)生物學(xué)過程和一個(gè)非生物學(xué)過程。生物學(xué)過程包括土壤微生物呼吸、植物根系呼吸、土壤動(dòng)物呼吸。非生物過程是指土壤含碳礦物質(zhì)化學(xué)氧化過程。土壤呼吸以根系呼吸和微生物呼吸為主，占土壤總呼吸的90%，土壤動(dòng)物呼吸和含碳礦物質(zhì)的氧化釋放所占的比例很小。

土壤呼吸是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過程，受多種因素影響。

一、非生物因素。主要包括土壤溫度、濕度、降水、土壤碳、氮含量。

1.土壤溫度、濕度。土壤呼吸與溫度具有顯著的相關(guān)關(guān)系，溫度升高一般會(huì)促進(jìn)土壤二氧化碳排放。土壤濕度大或過于干旱均會(huì)導(dǎo)致土壤呼吸量銳減，在一定濕度范圍內(nèi)，土壤呼吸隨著濕度的增加而增加；但當(dāng)土壤濕度達(dá)到一定程度時(shí)，土壤呼吸隨著濕度的增加而減小。

2.降水。降水通過影響土壤中生物活動(dòng)和根系生長(zhǎng)所需要的水量、土壤含水量以及土壤溫度來影響土壤呼吸。土壤呼吸一般隨著季節(jié)降雨量的變化而呈正相關(guān)關(guān)系，但也會(huì)出現(xiàn)降雨后土壤呼吸量減小的情況，這主要是由于降雨降低了二氧化碳在土壤中的傳輸速率，而且降雨也會(huì)改變土壤的物理性質(zhì)（如黏土含量、土壤緊實(shí)度等），導(dǎo)致土壤二氧化碳通量降低。

3.土壤碳、氮含量。土壤有機(jī)碳含量增加，微生物活性增強(qiáng)，土壤呼吸速度增加。土壤氮含量高，會(huì)降低土壤中的碳氮比，影響微生物活性，最終影響土壤二氧化碳的排放。

二、生物因子。包括植被類型、葉面積指數(shù)、凋落物等。

植被類型不同，其凋落物的質(zhì)量和儲(chǔ)量、纖維素含量不同，這會(huì)影響土壤表層微生物或真菌進(jìn)行異養(yǎng)呼吸的分解時(shí)間。葉面積指數(shù)是衡量植被覆蓋度的一個(gè)指標(biāo)，其大小可以直接影響植被覆蓋下土壤的微氣候，進(jìn)而影響土壤呼吸。植被根系生物量、密度、分布深度會(huì)影響根系的呼吸強(qiáng)度，土壤呼吸釋放的二氧化碳中約30%~50%來自根系的活動(dòng)。凋落物是土壤有機(jī)碳輸入的主要來源，是微生物進(jìn)行生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。凋落物也會(huì)對(duì)土壤溫、濕度產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響土壤呼吸。

三、人為因素。包括耕作、施肥、土地利用方式改變。

1.耕作。耕作可增大土壤孔隙，有助于氧氣的進(jìn)入和二氧化碳的排出。而且耕作使不同層位的土壤暴露在空氣中，改變土壤的溫度、濕度，使深層土壤有機(jī)質(zhì)加速氧化以二氧化碳的形式釋放出來。耕作還會(huì)將表層的凋落物帶進(jìn)土層，加快凋落物分解速度。

2.施肥。施化肥通常會(huì)增加土壤的碳、氮、磷含量，改變土壤化學(xué)元素組成，增加土壤中分解有機(jī)質(zhì)的量，增加土壤呼吸底物和根系的生物量，進(jìn)而促進(jìn)微生物分解活動(dòng)和根系呼吸。有機(jī)肥的施用會(huì)促進(jìn)微生物活動(dòng)，從而提高土壤呼吸。

3.土地利用方式改變。土地利用方式影響微生物活性和生物量、土壤呼吸。草地開墾會(huì)破壞致密的根系層，使土壤深層的有機(jī)碳暴露于空氣中，加速土壤呼吸。放牧利用會(huì)加快草地土壤呼吸，這是由于動(dòng)物的踐踏造成土壤物理性質(zhì)改變，特別是表層孔隙度、透氣性等。森林砍伐會(huì)使土壤溫度升高、濕度降低和凋落物分解速度加快，從而導(dǎo)致土壤呼吸增強(qiáng)。

（延伸閱讀作者：吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所副研究員 張秀芝）

責(zé)任編輯：張鵬輝