极端干旱对科尔沁沙地小叶锦鸡儿（ Caragana microphylla ）灌丛土壤呼吸的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00174

摘要/Abstract

摘要：

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分，研究极端干旱下科尔沁沙地土壤呼吸与环境因子的动态变化，以期揭示降水格局变化对小叶锦鸡儿灌丛土壤呼吸的影响。本研究基于2024年在科尔沁沙地腹地开展的野外控制试验，设置了自然降水、减雨50%、6月干旱、7月干旱和8月干旱5个水平。结果表明：生长季土壤呼吸速率均呈现先上升后下降的趋势；生长季长于1个月的持续干旱期间灌丛土壤呼吸显著降低，减雨50%对土壤呼吸速率有影响但不显著；土壤呼吸速率与土壤温度呈显著的指数关系，与土壤含水量线性关系不显著；土壤水热因子、植物特征和酶活性可解释土壤呼吸速率变异的48%，其中土壤水热因子对其有最高的独立解释力（37%）。

关键词: 极端干旱, 土壤呼吸, 科尔沁沙地, 小叶锦鸡儿

Abstract:

Soil respiration is a crucial component of the terrestrial ecosystem carbon cycle. This study investigated the dynamic changes in soil respiration and environmental factors under extreme drought conditions in the Horqin Sandy Land， aiming to reveal the impacts of precipitation pattern alterations on soil respiration in Caragana microphylla. Based on field control experiments conducted in 2024 in the hinterland of Horqin Sandy Land， five treatments were established： natural precipitation， 50% rainfall reduction， June drought， July drought， and August drought. The results showed that： The soil respiration rate during the growing season initially increased and then decreased； Continuous drought lasting over one month during the growing season significantly reduced soil respiration， while 50% rainfall reduction had non-significant effects； The soil respiration rate exhibited a significant exponential relationship with soil temperature， but showed no significant linear correlation with soil moisture content； Soil hydrothermal factors， plant characteristics， and enzyme activities collectively explained 48% of the variation in soil respiration rates， with soil hydrothermal factors demonstrating the highest independent explanatory power （37%）. This study provides important scientific references for accurately estimating carbon emissions in Horqin Sandy Land under future precipitation change scenarios.

Key words: extreme drought, soil respiration, Horqin Sandy Land, Caragana microphylla

中图分类号:

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图/表 8

图1 2024年研究区5—9月平均气温和月降水量

Fig.1 Monthly precipitation and average temperature in the study area in 2024

表1 干旱处理、生长季及其交互作用对各月份土壤呼吸速率的影响

Table 1 Repeated measurement ANOVA of drought treatment and growing season on soil respiration rate in a desert steppe

差异来源	自由度	F
干旱处理	4	5.323^**
生长季	9	81.735^**
干旱处理×生长季	11	4.105^**

图2 干旱处理对小叶锦鸡儿灌丛土壤呼吸速率的影响（均值±标准误）注：W1、W2、W3、W4、W5分别代表自然处理、减雨50%、6月干旱、7月干旱、8月干旱。不同小写字母表示同一测量时间不同干旱处理间具有显著差异（P<0.05）

Fig.2 The impact of drought treatments on soil respiration rate in Caragana microphylla

图3 干旱处理对小叶锦鸡儿月累积土壤呼吸的影响注：W1、W2、W3、W4、W5分别代表自然处理、减雨50%、6月干旱、7月干旱、8月干旱

Fig.3 The effect of drought treatment on cumulative soil respiration in Caragana microphylla

表2 干旱处理对小叶锦鸡儿灌丛土壤水热因子、植物特征、酶活性的影响（平均值±标准误）

Table 2 Effects of different drought treatments on soil hydrothermal factors， plant characteristics， and enzyme activity of Caragana microphylla （mean±SE）

项目	处理
项目	W1	W2	W3	W4	W5
土壤温度	20.90±0.032^c	21.80±0.054^b	21.26±0.183^c	20.94±0.068^c	22.90±0.114^a
土壤含水量	0.017±0.001	0.023±0.004	0.028±0.004	0.023±0.002	0.010±0.003
根生物量	0.396±0.099	0.408±0.160	0.380±0.119	0.768±0.213	1.070±0.377
优势度指数	0.559±0.109	0.522±0.048	0.659±0.056	0.516±0.085	0.465±0.093
多样性指数	0.168±0.046	0.243±0.031	0.206±0.041	0.211±0.045	0.208±0.042
均匀度指数	0.097±0.023	0.163±0.026	0.106±0.022	0.195±0.081	0.142±0.041
脱氢酶	3.234±0.323	3.667±0.441	3.542±0.432	3.917±0.107	3.917±0.734
蔗糖酶	19.354±3.265^a	16.262±3.106^ab	21.867±1.712^a	14.916±2.766^ab	10.848±3.230^b
纤维素酶	13.632±0.771	12.819±1.027	13.812±0.475	13.271±1.004	13.063±1.066

图4 土壤呼吸速率（SR）与土壤温度（T）和含水量（W）的拟合关系注：W1、W2、W3、W4、W5分别代表自然处理、减雨50%、6月干旱、7月干旱、8月干旱

Fig4 The fitting relationship between soil respiration rate and soil temperature and moisture content

图5 土壤呼吸速率与土壤水热因子、植物特征、酶活性的相关性分析注：A1~A10分别代表土壤温度、土壤含水量、根生物量、Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数、均匀度指数、脱氢酶（U·g-1）、蔗糖酶（U·g-1）、纤维素酶（U·g-1）、土壤呼吸速率

Fig.5 Correlation analysis of soil respiration rate with Soil hydrothermal factors， plant characteristics， and enzyme activity

图6 土壤水热因子、植物特征和酶活性对土壤呼吸速率的方差分解注：单个圆圈内数字代表该环境因子组合能解释的方差。圆圈重合部分内数字代表几个环境因子组合共同解释的方差。X1组包括土壤温度、含水量。X2组包括根生物量、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数。X3组包括土壤脱氢酶、纤维素酶和蔗糖酶含量

Fig.6 Variation partitioning of soil respiration rate by environmental factor groups

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