土壤呼吸不仅是导致全球气候变化的关键性生态学过程，而且在陆地
生态系统碳循环过程中具有极其重要的作用。黄土高原沟壑区地形复杂，
土地覆盖多样。研究不同土地利用条件下土壤呼吸变化规律是准确估计黄
土区碳循环的基础。以中国科学院长武黄土高原农业生态试验站为研究基
地，针对退耕人工林地、退耕草地，利用Li-8100 系统(Li-COR, Lincoln, NE,
USA)监测土壤呼吸动态变化、并同时测定了土壤温度、土壤水分变化，研
究了退耕还林还草条件下，黄土高原沟壑区农地、草地、林地土壤呼吸变
化及其与土壤水分、温度的关系，重点回答以下科学问题：
刺槐人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献？
退耕还草是否导致土壤呼吸的改变？
退耕还林还草条件下非生物因素（水分、温度）的变化是否影响土壤
呼吸？
主要获得以下结果：
地表凋落物积累影响土壤呼吸及其陆地生态系统碳蓄积
添加或去除凋落物显著影响土壤呼吸（p = 0.091–0.099），与对照（CK）
的土壤呼吸速率（3.23 μmol m-2 s-1）相比，添加凋落物（DL）使土壤呼吸
速率增加26%，去除凋落物使土壤呼吸速率减少22%。NL、CK 和DL 的累
积土壤呼吸分别为631、787 和973 g C m-2 year-1。地表凋落物对土壤呼吸
年平均贡献量为20%。刺槐人工林地表凋落物的输入量为213 g C m-2 year-1，
大于凋落物引起的呼吸量156 g C m-2 year-1。因此，在黄土区通过植被恢复
治理水土流失过程中，随着地表凋落物的积累，林地生态系统的碳汇功能
将逐步得到加强。相似条件下土地利用方式变化影响土壤呼吸
土壤呼吸速率因土地利用方式的改变而发生了显著的变化。整个试验
期间，草地土壤呼吸速率较农田提高了24%（p < 0.05）。农田土壤呼吸速率
平均值1.35μmol·（m2·s）-1；草地土壤呼吸速率平均值1.67μmol·（m2·s）-1。
2011 年，农田和草地累积土壤呼吸分别为413 g·m-2 和517 g·m-2，草地比农
田提高了25%。本研究表明，两个生态系统中，土壤水分（0~5 cm）与土
壤呼吸无显著相关关系；土壤温度是土壤呼吸变化的重要驱动因素。协方
差分析（ANCOVA）表明，草地和农田生态系统中土壤呼吸对土壤温度的
响应存在本质差异。
环境变化（水分、温度）对土壤呼吸的影响
在林地生态系统中，试验期间各处理平均土壤温度高低趋势为DL > NL
> CK，但差异不显著（p = 0.48）。与土壤温度变化相似，试验期间各处理
土壤水分随时间逐渐升高，各处理土壤水分平均值差异显著（p < 0.01）。
DL，NL 和CK 处理土壤呼吸速率与土壤温度呈显著的指数关系（R2 =
0.81–0.90，p < 0.0001），但与土壤水分的关系不明显。NL、CK 和DL 的
Q10 依次为1.92、2.29 和2.31。相关性分析表明，各测定日地表凋落物贡献
与土壤温度（r = 0.54，p < 0.05）或土壤水分关系显著（r = 0.68, p < 0.05）。
在农田和草地生态系统中，试验期间，农田与草地的土壤温度差异显
著，草地平均土壤温度（14.9℃）较农田（12.4）高2.5℃（p < 0.05）。农田
平均土壤水分含量农田15.5 %，草地14.4%,二者的差异并不显著。农田和
草地生态系统土壤温度与土壤呼吸均呈显著的指数关系（p < 0.0001）。但农
田和草地生态系统中土壤呼吸对温度响应存在本质差异（α = 0.05），农田土
壤呼吸的温度敏感性（Q10）（2.13）高于草地（1.81）。农田与草地的土壤温
度差异能够解释两种土地利用方式导致的土壤呼吸差异,但土壤水分与土
壤呼吸无显著相关关系，土地利用方式间土壤水分变化不能解释农田与草
地条件下土壤呼吸的显著差异。
关键词: 刺槐人工林；土壤呼吸；黄土高原; 农田; 草地