土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要生态过程，侵蚀影响陆地生态系统碳收支与
平衡。但侵蚀条件下土壤呼吸的变化特征及其影响因素尚不清楚。本文在分析侵蚀土壤
呼吸特征的基础上，模拟研究了溅蚀对土壤呼吸的影响，探讨了溅蚀影响土壤呼吸变化
的因素，并通过选取退耕还草条件下的苜蓿与农田对比，了解水土流失治理对土壤有机
碳蓄积量的影响。
以长武站为依托，基于相似植被和管理条件，于（2011 ~ 2013 年）系统监测塬面和
坡地土壤呼吸速率、土壤温度、土壤水分的变化，分析非侵蚀和侵蚀条件下土壤呼吸的
季节和年际变化差异及其影响因素；在中科院水保所人工降雨大厅，在固定降雨强度条
件下，通过遮网覆盖模拟溅蚀（非遮网）与非溅蚀（遮网），测定土壤呼吸速率、土壤
团聚体颗粒变化，研究溅蚀对土壤有机碳矿化分解的影响及其影响因素；基于建立于
1984 年的长期定位试验，于 2011 年 3 月至 2012 年 12 月，利用 Li-8100 系统（Li-COR，
Lincoln, NE, USA）监测了退耕还草（苜蓿）处理和农田（冬小麦）土壤呼吸季节变化
以及土壤表层（0 ~ 5 cm）温度和含水量，研究了土地利用变化下土壤呼吸变化特征及
其与土壤温度、水分以及有机碳特性之间的关系。
主要获得以下结果：
与塬面相比 ， 坡地条件下土壤呼吸降低但温度敏感性提高
塬面果园与坡地果园土壤呼吸存在差异性。塬面果园平均土壤呼吸速率为 2.11
μmol•m -2 s -1 ，高出坡地果园（1.60 μmol•m -2 s -1 ）32%，且通常在 4 月份之后，二者土壤呼
吸差距开始增大，至 10 月份，差距逐渐减小，其中，2013 年二者土壤呼吸速率差异最
大，达 40%。塬面果园平均累积呼吸量为 570.6 g CO 2 ·m -2 ，高出坡地果园（443.4 g
CO 2 · m -2 ）29%。其中，2013 年二者累积呼吸量差异最大，为 50%，2012 年差异最小，
为 16%。
影响土壤呼吸的土壤温度、土壤水分等也存在差异：塬面果园平均土壤水分含量较
高，为 17%，高出坡地（14%）20%；3 年观测期间的平均土壤温度，坡地较高，为 15.7 ℃，
高于塬面（15.0 ℃）5%，其中 2011 年与 2013 年，坡地果园平均土壤温度高于塬面果
园，2012 年，塬面果园平均土壤温度与坡地果园接近（塬面 15.8 ℃、坡地 14.5℃）。
土壤呼吸与温度呈明显指数关系，而土壤水分对土壤呼吸的影响较为复杂。尽管塬
面果园土壤呼吸高于坡地果园，但 3 年观测期间，坡地果园温度敏感系数 Q 10 高于塬面
果园，坡地果园平均 Q 10 为 1.79，高出塬面果园（1.67）7%。
溅蚀影响土壤呼吸速率 ， 降低土壤碳蓄存能力
相同降雨强度（90 mm/h）下，溅蚀与非溅蚀土壤呼吸速率存在差异，并且二者呼
吸差异的大小与降雨历时存在一定关系：溅蚀条件下的土壤呼吸速率高于非溅蚀条件，
10 分钟降雨历时下的呼吸差异高于 5 分钟降雨历时。5 分钟降雨历时下，两种处理的土
壤呼吸速率在 0.75 ~ 1.65 μmol·m -2 s -1 之间，裸露处理平均土壤呼吸速率为 1.25
μmol·m -2 s -1 ，盖网处理平均土壤呼吸速率为 1.20 μmol·m -2 s -1 ，前者高出后者 4%。土壤呼
吸测定初期，两种处理呼吸差异较小，最低仅为 1%，后期逐渐增大，差异最大值出现
在试验开始的第六天（9 月 5 号上午），高出比例为 14%。
10 分钟降雨历时下，两种处理的土壤呼吸速率在 0.97 ~ 1.61 μmol·m -2 s -1 之间，所有
10 组数据均显示裸露处理土壤呼吸速率高于盖网处理。裸露处理平均土壤呼吸速率为
1.42 μmol·m -2 s -1 ，盖网处理平均土壤呼吸速率为 1.21 μmol·m -2 s -1 ，前者高出后者 17%。
10 分钟降雨历时下，两种处理的土壤呼吸差异明显高于 5 分钟降雨，测定初期，差异最
高达 28%，随着测定时间的延长，呼吸差异最小值为仅 6%。
溅蚀条件下 ， 土壤团聚体破碎影响有机碳矿化分解
溅蚀过程中，雨滴打击会对表层土壤团聚体颗粒产生一定影响，并且主要影响到粒
径 0.01 mm 以下的土壤团聚体。裸露处理土壤中该粒径团聚体颗粒含量高于盖网处理的
土壤。降雨前，0.01 mm 以下土壤团聚体含量为 32.5%，在雨滴打击作用下，团聚体分
散，0.01 mm 以下土壤颗粒均较降雨前有所增多： 5 分钟降雨历时下，盖网处理 0.01 mm
以下颗粒含量增至 36.3%，裸露处理增至 37.5%，分别较雨前提高了 12%和 14%；10 分
钟降雨条件下，0.01 mm 以下土壤团聚体含量，盖网处理为 35.5%，裸露处理为 36.2%，
分别较雨前提高 9%和 11%。同时，对比盖网与裸露两种处理，可以得出：裸露土壤直
接接受雨滴打击，0.01 mm 以下土壤颗粒较降雨前的增长量略高于盖网处理，5 分钟降雨条件下，裸露处理较盖网处理高出 3%，10 分钟降雨下，裸露处理较盖网处理高出 2%。
溅蚀对表层土壤矿化速率产生影响，降雨历时也是影响 CO 2 释放量的一个因素：5
分钟降雨条件下，盖网处理的平均土壤 CO 2 释放量为 29.58 ml/kg，裸露处理较之有所提
高，为 39.01 ml/kg，比前者高出 32%；10 分钟降雨条件下，盖网处理土壤 CO 2 释放量
为 39.80 ml/kg，裸露处理为 42.31 ml/kg，比前者提高 6%；降雨历时的延长，增加了降
雨后表层土壤 CO 2 释放量：盖网处理下，10 分钟降雨的土壤 CO 2 释放量高出 5 分钟降
雨 35%，裸露处理下，10 分钟降雨的土壤 CO 2 释放量高出 5 分钟降雨 9%。
退耕 30  年来 ， 草地苜蓿土壤呼吸较农田小麦增强 ，Q 10 提高 ， 水土流失治理提高了
影响土壤呼吸的生物因素 （SOC 、 微生物生物量碳 ） 含量
自 1984 年麦地转化为苜蓿地，土壤呼吸速率苜蓿地（3.55 μmol•m -2 s -1 ）达小麦地(1.36
μmol•m -2 s -1 )的 2.61 倍，累积呼吸量苜蓿地(981 g•m -2 )达小麦（357 g•m -2 )的 2.75 倍。土
壤呼吸温度敏感系数（Q 10 ）苜蓿地较小麦地 2011 年提高 24.5%，2012 年提高 2.4%。苜
蓿地 SOC 含量（10.5 g•kg -1 ）较小麦地（6.5 g•kg -1 ）提高 61.5%，微生物量碳（204 mg•kg -1 ）
较小麦地（152 mg•kg -1 ）提高 34%，0 ~ 5 cm 土壤水分含量同期高于小麦地，但二者土
壤温度差异不显著。土壤水分、SOC、微生物量碳等是造成二者呼吸差异的因素，水土
流失治理提高了土壤有机碳蓄积量。
关键词：土壤侵蚀；模拟溅蚀；土壤呼吸、土壤有机碳、退耕还草