土壤有机碳矿化对温度敏的感性问题探究(5)

　　土壤有机碳中不同组分对温度的响应不同，其中对不同质地土壤有机碳而言，粘土土壤有机碳的温度敏感性大于砂土土壤[87].Zhou 等[88]亦发现相同的结果，其研究通过室内培养三种不同粘粒含量的土壤（ 砂壤土、黏壤土、粉质粘土） ,发现 CO2的排放量表现为黏壤土>粉壤土>砂壤土，温度敏感性亦表现为黏壤土>粉壤土>砂壤土，但该研究认为土壤有机碳温度敏感性主要受到底物有效性的影响，而不是土壤粘粒含量的影响。同时，亦有研究不同颗粒大小团聚体中土壤有机碳的温度敏感性，如 Arevalo 等[25]的研究结果表明山杨土壤有机碳的温度敏感性随着团聚体粒径的减小而增大； Chevallier 等[89]则研究土壤团聚体中受物理保护的碳的温度敏感性，其研究发现当土壤大团聚体破碎后，土壤有机碳的 Q10略微下降，虽然其中有许多大团聚体保护的碳，而这主要的原因可能是大团聚体保护的有机碳的 Q10为 1.但有研究表明基于分离土壤有机碳得到的有机碳矿化的温度敏感性可能不适于有机碳丰富的北方森林土壤[90],这暗示着分离土壤有机碳可能适于有机碳比较贫瘠的地方。
　　
　　目前为止有关土壤有机碳分解的温度敏感性仍存在许多争议的地方[62],特别是可溶性有机碳和难分解性有机碳之间温度敏感性的高低。根据动力学理论，当土壤有机碳的活化能越高时，温度升高后其反应速率增加得越快，反应速率对温度也就越敏感。Xu 等[28]的研究结果均表明温度敏感性随土壤有机碳难分解性的增加而增加。一般情况下，土壤中难分解有机质需要的活化能比可溶性有机质的高，也就意味着，难分解有机质分解的温度敏感性在温度升高的情况下比可溶性有机质来的高。Conant 等[91]和 Lefèvre 等[29]的研究结果均支持了该结论，他们的研究发现有机质分解的温度敏感性随有机质可溶性降低而升高，即难分解的有机质Q10值高于可溶性有机质。由于土壤中难分解有机质含量比可溶性有机质高的多，意味着土壤有机碳在未来将损失更多的碳。目前诸多研究结果均与此相似，均发现难分解有机碳分解的温度敏感性高于可溶性有机碳[92-93]; 但也有反对该观点的结论，如 Davidson and Janssens[62]与 Davidson 等[94],他们的研究中就认为可溶性有机碳的温度敏感性比稳定性有机碳高。除此之外，亦有研究认为二者的温度敏感性相同[21,95].与此相类似的是，研究中发现温度升高对难分解有机碳的分解具显着促进作用[96]或无作用[97].产生以上结果一方面由于土壤有机碳库的时空异质性，研究方法和统计方法的不同，使得各个研究得出相同或截然不同的结果，亦造成目前有关可溶性碳库和难分解碳库之间的温度敏感性高低关系具极大不确定性。
　　
　　另一方面，影响土壤有机碳分解速率和温度敏感性的因素主要受土壤有机碳质量和数量控制[63],而且土壤有机碳来源复杂，并不是生物化学或动力学中分子一致的单一库[98],造成研究中常常无法通过实验方法完全定量分离可溶性有机碳和难分解有机碳[27],因此研究者们通过各种物理化学分组方法以区分可溶性有机碳和难分解有机碳，如使用不同底物浓度的土壤有机碳进行区分[99]; 有机层土壤和亚表层矿质土来区分[21,93],其中有机层比矿质层中含有较多的可溶性有机碳； 或通过物理化学分组方法，即提取颗粒有机碳和加酸水解后代替为难分解有机碳[27,49].还有通过短期培养区分，他们认为在短期培养中释放的 CO2基本来自可溶性有机碳[100-101],抑或是通过培养初期耗尽可溶性有机碳后，观察培养后期温度升高难分解有机碳的温度敏感性[102].虽然各研究采用不同的方法以区分可溶性有机碳和难分解有机碳，但这二者之间并无明确的区分分界，造成不同研究之间可溶性有机碳和难分解有机碳的温度敏感性缺乏可比性。
　　
　　诸多研究表明土壤底物有效性亦会影响土壤有机碳的温度敏感性[16],而且该结果适用于如高山森林、草地等生态系统中。Fissore 等[16]通过室内培养研究底物供应对土壤有机碳分解的温度敏感性的作用，其研究结果发现当底物供应量高时，土壤有机碳的温度敏感性为 2.5,而当底物耗尽时，Q10为 1.4,该结果表明高山森林土壤中底物供应对于决定土壤有机碳分解对温度的响应具有十分重要的作用。Larionova 等[103]则发现易分解有机碳底物浓度和随温度而变化的底物释放是控制土壤呼吸温度敏感性的重要因素。而 Hamdi 等[104]土壤有机碳的温度敏感性主要控制因素是可溶性有机碳的数量而不是土壤呼吸中微生物对温度的适应。
　　
　　除此之外，土壤有机碳常常受到各种环境限制的影响，如物理保护、化学保护、洪水以及冰冻等，使得土壤有机碳常常产生不同的表观温度敏感性。例如有研究表明大团聚体中土壤有机碳周转比小团聚体的快的多[105],但也有研究结果显示大团聚体和小团聚体的土壤有机碳周转并没有显着差异[106].因此，团聚体对土壤有机碳的保护作用使土壤有机碳矿化速率对温度的响应变得更加复杂多变而难以估测。土壤有机碳矿化潜力和温度敏感性主要受有机碳质量以及由团聚体和吸附作用获得的物理保护[25].高温能减少矿物表面有机碳的吸附作用，导致碳有效性增加。相反，高温也能使土壤有机碳获得保护避免分解，同时降低碳的有效性[107].Marschner and Bredow[108]都发现温度的升高会促使系统朝着一个更充分利用非吸附反应物的方向进行，并且温度对需要更多的能量来解除吸附反应具有更大的影响； 升温也使扩散和溶解加强，这两者提高了对微生物的底物有效性，也加强了土壤碳的淋溶损失。
　　
　　3 研究展望。
　　
　　增温对土壤有机碳矿化的影响表现出不同的变化，这一过程主要受研究方法、生态系统类型、土壤有机碳性质等因素的影响。有关原位增温对土壤有机碳影响的结果和理论大都基于温带的研究，结果发现短期增温实验会显着促进土壤有机碳的排放，而长期增温则使土壤微生物通过改变其自身结构或调节代谢过程产生适应。虽然已有不同的理论提出以解释这一适应过程，但研究者们还未达成共识。同时，由于增温对热带亚热带地区土壤有机碳的影响，尚缺乏有力的直接证据，这将难以估计未来气候变暖对热带亚热带地区生态系统的影响，因此亟需在热带亚热带地区开展增温实验。采用移地重填的方法可以收集不同生态系统的土壤，消除时空异质性，非常值得用于开展增温实验。同时，野外增温方式及室内研究方式的多样均会造成不同研究之间的可比性降低，由实验方法本身的差异造成难以预估结果变异。目前已有研究通过收集数据利用综合分析采用不同模型估算土壤有机碳温度敏感性[109],却忽略研究方式的多样性对结果的影响。今后研究需通过整合分析现有研究方式对土壤有机碳温度敏感性的影响，并找寻最适方法使不同研究结果之间具有可比性，以利于找出其中的规律。除此之外，未来气候变暖的背景下引起降水输入和凋落物输入质与量的变化，再叠加气候变暖，使得土壤有机碳未来的去向变得更加难以估测。因此今后研究中需开展增温与其他因素交互作用的实验，以明晰多因素产生的叠加效应或抵消作用。
　　
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