干旱区土壤呼吸温度阈值受植被类型与气候共同调控及其碳循环启示

本综述系统分析干旱区土壤呼吸（SR）的动态机制，揭示其从温度控制向水分限制转换的临界温度阈值（STTSR

　　

Highlight

本研究通过整合多源数据，揭示了干旱生态系统土壤呼吸（SR）对温度响应的非线性特征，明确了从温度主导到水分限制转换的临界温度阈值（STT_SR）的存在及其生态意义。

数据来源与筛选标准

以ISI Web of Science为核心文献源，结合灰色文献与未发表数据集，使用"土壤呼吸/土壤CO₂通量/土壤CO₂排放"、"干旱/半干旱/地中海/缺水"及"生态系统/气候"等关键词进行系统性检索。纳入标准要求研究必须包含连续监测的土壤温度、水分与呼吸速率数据，且覆盖完整季节动态。

数据集概览：环境因子与土壤呼吸速率的跨站点变异

研究站点海拔跨度达35-2317米，干旱指数（Gaussen-index）介于4.7-37.6之间（图2）。年均温（MAT）与年降水量（MAP）范围分别为9.1-22.4°C和138-895 mm，且呈显著负相关（r = -0.308, P = 0.038）。除澳大利亚站点外，所有站点均经历6-10月的暖干季节，土壤温度与水分呈显著负相关（r = -0.541, P < 0.001）。

不同植被类型下土壤呼吸对环境驱动因子的响应

土壤呼吸速率与MAP、土壤水分和土壤有机碳（SOC）储量呈正相关，凸显了水分与基质可用性在干旱生态系统中的主导作用。值得注意的是，尽管SR与年均温无关，但与土壤温度呈负相关（r = -0.416, P = 0.003），这一现象与温带生态系统的经典认知截然不同。

跨植被类型的土壤呼吸温度阈值（STT_SR）变异

SR对土壤温度的二次函数响应在所有植被类型中均显著（P < 0.001）。STT总体均值为17.9±5.3°C，其中森林显著低于灌木丛和草地（P < 0.001）。STT_SR与MAT呈显著正相关（r = 0.658, P < 0.001），表明生物群落通过代谢适应机制调整其温度敏感性。

结论

本研究证实地中海气候型生态系统发现的SR-温度二次响应关系可推广至不同植被类型与干旱梯度。当前基于线性或指数模型的碳通量预测会高估干旱区SR速率，而气候变暖与植被演替（向灌丛/草地优势转化）可能通过改变STT_SR深刻影响区域碳循环。