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为深入了解土地利用类型对土壤呼吸（Rs）及其组分（自养呼吸 Ra 和异养呼吸 Rh）的影响，研究人员在北方农牧交错带开展实验。结果发现，不同土地利用类型下 Rs、Ra 和 Rh 存在差异，且受土壤温湿度调控。该研究有助于理解区域碳动态。
在地球的碳循环 “大舞台” 上，土壤呼吸（Rs）可是个关键 “角色”，它是光合作用固定的碳返回大气的主要途径。土地利用方式的改变，比如从草原变为农田、牧场，都会对土壤呼吸产生影响。然而，目前人们对不同土地利用方式下土壤呼吸及其组分（自养呼吸 Ra 和异养呼吸 Rh）的时间变化规律，以及背后的控制因素，了解得还不够透彻。而且，土壤温度、含水量、养分有效性和植物生产力等因素，也会让土壤呼吸的估算充满不确定性。在北方农牧交错带，大量天然草原被改造成牧场或农田，土壤二氧化碳排放增加，加上当地气候不稳定，给土壤呼吸的准确评估带来了很大困难。为了揭开这些谜团，提升对区域碳动态的认知，来自中国的研究人员开展了相关研究，研究成果发表在《Agriculture, Ecosystems 》。
研究人员在中国北方农牧交错带的张家口研究站（41°28′43.35′′N, 115°0′21.99′′E，海拔 1360 - 1375 m）开展实验。该地区属于半干旱大陆性气候，年降水量 383.6 mm，70% 集中在 6 - 8 月，年平均气温 1 °C 。研究人员设置了三种土地利用类型，包括两种多年生牧场（紫花苜蓿 Medicago sativa 或无芒雀麦 Bromus inermis）、两种一年生农田（燕麦 Avena sativa 或马铃薯 Solanum tuberosum），以及两种天然草原（围栏或每年刈割处理）。在 2021 - 2023 年的三个生长季里，测量了土壤呼吸及其组分，同时监测了一系列生物和非生物因素。
实验期间，研究人员记录了土壤温度、土壤含水量等环境数据，还测定了土壤呼吸及其自养呼吸、异养呼吸组分。通过对不同土地利用类型在不同年份的数据对比分析，研究人员探究了各因素对土壤呼吸及其组分的影响。
环境因素的变化
研究发现，土地利用类型、年份及其相互作用，对生长季的土壤温度和土壤含水量有显著影响。2022 年，草原的土壤温度显著高于其他土地利用类型。2021 年的土壤温度显著低于 2022 年和 2023 年，而土壤含水量在不同年份和土地利用类型间也存在差异。
土壤呼吸的年际变化及驱动因素
草原的平均土壤呼吸速率大致在 150 - 200 mg m?2 h?1之间，牧场的土壤呼吸速率为 148.6 - 270.2 mg?m?2·h?1 ，与温带地区未管理牧场相近，但低于集约管理且施肥灌溉的牧场。在不同土地利用类型中，牧场的土壤呼吸显著高于农田和草原。在农田和牧场之间，土壤呼吸变化的 53 - 72% 可归因于自养呼吸；在草原和牧场之间，异养呼吸和自养呼吸各占土壤呼吸变化的 50%。草原和农田的土壤呼吸年际变化不超过 50 mg m?2 h?1 ，而牧场的变化范围为 75 - 122 mg m?2 h?1 ，其中 60 - 80% 的变化归因于异养呼吸。这种差异主要是由于牧场中更高的地下生物量，以及异养呼吸对温度的敏感性更高。
研究表明，土地利用类型对土壤呼吸及其组分有显著影响，呼吸值的大小受土壤温度和土壤含水量调控。牧场的土壤呼吸显著高于其他土地利用类型，紫花苜蓿牧场主要通过增加异养呼吸实现，无芒雀麦牧场则主要通过增加自养呼吸实现。农田和草原的土壤呼吸年际变化较小，而牧场变化较大，且主要受异养呼吸的影响。
这项研究为理解中国北方农牧交错带土壤呼吸及其组分提供了重要依据，有助于深入认识不同土地利用类型下土壤呼吸年际变化对区域碳平衡的影响，为区域碳循环研究和土地管理政策的制定提供了科学参考。它让人们更加清楚地认识到，在土地利用方式不断变化、气候不稳定的背景下，如何更好地管理土地，维持生态系统的碳平衡，对于保护生态环境、应对气候变化具有重要意义。
