土壤呼吸，是指土壤中的植物根系、食碎屑動物、真菌和細菌等進行新陳代謝活動.消耗有機物，產生二氧化碳的過程。土壤呼吸的嚴格意義是指未擾動土壤中產生二氧化碳的所有代謝作用.包括三個生物學過程，即土壤微生物呼吸、根系呼吸和土壤動物呼吸，以及一個非生物學過程，即含碳礦物質的化學氧化作用。土壤呼吸可分為自養呼吸和異養呼吸，前者指根呼吸和根際微生物呼吸，後者指土壤微生物和動物呼吸。自養型呼吸消耗的底物直接來源於植物光合作用產物向地下分配的部分，而異養型呼吸則利用土壤中的有機或無機碳。土壤呼吸強度常用於衡量土壤微生物總活性，也被用於評價土壤肥力。森林土壤呼吸是陸地生態系統土壤呼吸的重要部分，其動態變化將對全球碳平衡產生深遠的影響。
基本介紹
- 中文名：土壤呼吸
- 外文名：Soil Respiration
- 作用：土壤產生並向大氣釋放二氧化碳
- 學科：氣候生態領域
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簡介
森林土壤呼吸是陸地生態系統土壤呼吸的重要部分，其動態變化將對全球碳平衡產生深遠的影響。全球森林過度採伐和其他土地利用變化導致土壤CO2釋放的增加量，占過去兩個世紀來因人類活動釋放的CO2總量的一半，是除化石燃燒釋放CO2導致大氣CO2濃度升高的另一重要因素。森林土壤呼吸也是已建立的長期監測CO2通量網站的重要研究對象之一。是研究世界碳循環的重要課題。對生態學、環境科學及地球表層系統科學意義重大。
土壤呼吸作用，一般指土壤釋放CO2或吸收O2的強度，可分為自養型呼吸(根呼吸和根際微生物呼吸)和異養型呼吸(微生物和動物呼吸)，自養型呼吸消耗的底物直接來源於植物光合作用產物向地下分配的部分，而異養型呼吸則利用土壤中的有機或無機碳。
很早以來，人們把測定土壤呼吸作用強度看作是衡量土壤微生物總的活性指標，或者作為評價土壤肥力的指標之一。但必須指出土壤微生物活動是土壤呼吸作用的主要來源；因此影響土壤微生物活動的諸因子，如土壤有機質含量、pH、溫度、水分以及有效養分含量都能影響土壤呼吸作用強度，並從土壤呼吸作用強度的變化中反映出來。
土壤呼吸是陸地植物固定CO2爾後又釋放CO2返回大氣的主要途徑，是與全球變化有關的一個重要過程。綜述了全球變化下CO2濃度上升、全球增溫、耕作方式的改變及氮沉降增加的土壤呼吸效應。大氣CO2濃度的上升將增加土壤中CO2的釋放通量，同時將促進土壤的碳吸存;在全球增溫的情形下，土壤可能向大氣中釋放更多的CO2，傳統的土地利用方式可能是引發溫室氣體CO2產生的重要原因，所有這些全球變化對土壤呼吸的作用具有不確定性。認為土壤碳庫的碳儲量增加並不能減緩21世紀大氣CO2濃度的上升。
概念相關介紹
大家都知道，人活著就必須得呼吸，一旦呼吸停止，生命也將終止。通過呼吸，人體從大氣攝取新陳代謝所需要的氧氣（O2），排出二氧化碳（CO2），那你可知道土壤也有呼吸？呼吸過程對它來講也同樣重要？它的呼吸又怎樣與我們的生活環境息息相關？
土壤的呼吸——釋放二氧化碳
土壤呼吸（Soil Respiration），簡單的說就是指土壤釋放二氧化碳的過程，和人的呼吸一樣。土壤中的微生物的呼吸、作物根系的呼吸和土壤動物的呼吸都會釋放出大量的二氧化碳。土壤呼吸是表征土壤質量和土壤肥力的重要指標，也可以反應生態系統受到環境變化的影響，當然，土壤呼吸還為植物提供光合原料——二氧化碳。
碳是地球上生命的基礎，它以多種形式廣泛存在於大氣和地殼和生物之中。地球系統各個所存儲碳的部分叫做碳庫，主要分為地質碳庫，海洋碳庫，土壤碳庫，生態系統碳庫等。通過衡量各碳庫對大氣二氧化碳的貢獻，又將碳庫分為碳源（向大氣中排放二氧化碳）和碳匯（吸收大氣二氧化碳）。陸地生態系統既有向大氣排放二氧化碳的呼吸過程（包括土壤與植物、動物的呼吸），還有最大的二氧化碳消費者——植物，植物通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳，並向大氣中釋放氧氣以供給地球上的動物包括人類呼吸，如此循環往復，生生不息。億萬年來大氣中的二氧化碳含量基本都維持在一個較為恆定的水平。
土壤呼吸與全球變化
現階段包括土地利用和土地植被的改變在內的人類活動，很大程度上改變了土壤呼吸，也改變了陸地生態系統中植物對二氧化碳的固定量。有研究表明，全球森林過度採伐和土地利用變化導致土壤二氧化碳釋放的增加量， 占過去兩個世紀來因人類活動釋放的二氧化碳總量的一半。土壤呼吸已經成為陸地生態系統中向大氣釋放二氧化碳最大的源。人類活動致使土壤碳庫漸成碳源，而生態系統的碳匯功能正在減弱。
首先，二氧化碳的另一個角色是最主要的溫室氣體之一。溫室氣體是指大氣中對地球具有保溫作用的氣體，大氣中的二氧化碳濃度升高會導致全球變暖，造成天氣乾旱或旱澇不均，使地面植物生長受影響，地面沙漠化加劇，沙塵暴頻繁發生，也必然會影響大氣質量。有人推測，隨著溫室氣體的增加，到本世紀中葉，地球的冰雪將融化一大半，從而造成海洋水位上升，有可能淹沒大量沿海城市，導致人類自然環境和生態環境的更大破壞。因此，溫室效應將給人類帶來綜合性災難。
也有研究指出，大氣中二氧化碳的升高也有一些有利影響：比如增加的二氧化碳可以給植物“施肥”，有利於植物生產力和水分利用效率的提高。但這必須有個前提，植物還活著！如果土壤被污染，土壤中正常生存的微生物和小動物就會被殺死，生長在上面的植物也會生病甚至死亡；如果森林被大面積砍伐、破壞，土地裸露，土壤流失，我們就失去了“氧氣工廠”和“空氣淨化器”，沒有了氧氣人類還能生存嗎？
“低碳生活”(low-carbonlife)其實就是從節電節氣和回收三個環節來指改變生活細節，儘量減少生活作息時所耗用的能量，從而減低碳——尤其是二氧化碳的排放量，減少對大氣的污染，減緩生態惡化。為了土壤的呼吸，為了人類的呼吸，讓我們都“低碳”起來吧！
影響
主要由土壤微生物(異養呼吸)和根系(自養呼吸)產生．除植被冠層光合作用，土壤呼吸作用是陸地生態系統碳收支中最大的通量．因此，精確預測陸地與大氣之間碳交換需要深入理解影響土壤呼吸作用的主導因子，特別是對其主要組成部分土壤微生物和根系呼吸作用的影響機理．土壤微生物和根系呼吸作用主要是土壤中生物代謝作用的結果，因此能夠影響生物活動的生態因子都會導致其呼吸強度的變化，如氣候因子、土壤因子、植被及地表覆被物等．此外，人類活動引起的大氣C0'濃度劇增及由此導致的增溫效應，不僅是人類所面臨的最嚴峻的全球環境問題，而且直接或間接地影響著土壤微生物和根系呼吸作用．同時，人類活動本身也會對土壤微生物和根系呼吸作用產生影響，如放牧、施肥、農藥、重金屬污染等。
影響因素
大氣CO2濃度升高的土壤呼吸效應
早期的土壤呼吸的測定基於表土層CO2的釋放，開始於80多年前。隨著科學研究的發展，土壤呼吸因為其全球的CO2總釋放量已被認為是全球碳循環的最大通量之一，並已引起了科學界的高度重視。由於其量之大，土壤呼吸數量上的一個小的改變可能對大氣中CO2濃度的變化有相當大的影響。正因為如此，對於各國政策制定者來說，充分認識伴隨著全球大氣CO2濃度升高、土壤呼吸通量可能發生的一些變化至關重要。
全球升溫的土壤呼吸效應
如果地球的升溫歸結於溫室效應，預計全球土壤將會變得更溫暖，特別是高緯度地區。除一些沙漠外，土壤呼吸隨溫度的升高而增強，這可以從集中於土壤變暖的研究中找到依據。溫度每升高10℃，土壤呼吸的增加值，即Q10關係值大約為2.0。對表層碎屑樣品以及寒冷氣候區的土壤研究表明，土壤呼吸有最大的回響值，根呼吸對溫度的回響顯著，Q10值高達4.6。國內學者根據文獻綜述了土壤呼吸的影響因素及全球尺度下溫度的影響，分析了全球範圍內濕潤地區森林植被的土壤呼吸與緯度、年均溫的關係，得出了全球範圍的Q10值為1.57。對海南島尖峰嶺熱帶森林土壤碳儲量和CO2排放量的研究表明，土壤CO2的排放率與地表溫度之間具有極顯著的指數函式關係。溫帶森林的土壤呼吸與地下5cm土壤溫度相關性也較好。幾乎所有全球氣候變化的模型都預測土壤碳的損失是全球氣候變暖的原因之一，而全球變暖將促進土壤碳素損失，尤以熱帶生態系統為敏感。
CO2濃度和溫度上升的土壤呼吸效應
在CO2濃度上升和全球變暖同時相互作用下，土壤呼吸效應是科學研究中需要解決的一個最重要的科學問題。但這也是人們知之甚少的問題。在未來的全球環境下，土壤是碳的淨“源”還是“匯”?已有科學家大膽地認為自然界已經為我們完成了這個試驗:熱帶雨林具有最大的NPP(隨著CO2濃度的上升)，具有溫暖濕潤的環境，但是熱帶土壤的碳含量遠遠小於北方地區土壤的碳含量。對世界主要生物群系的研究，有結果表明，土壤呼吸與NPP之間存在直接相關(r2=0.87)，當土壤有機碳含量增加時，土壤呼吸速率增加，在熱帶地區，植物生長繁茂，環境對分解者很理想，土壤被發現具有最大的呼吸速率。這就說明CO2和溫度的上升並不意味著土壤碳含量的增加。另一方面，在世界上的生物群系中，土壤有機質庫和NPP之間只存在很弱的相關關係，很明顯，土壤有機質的大量積累並不是來自大的輸入量，而更正確的是，土壤有機質在其它因素(如溫度)限制分解者的地方累積。土壤中CO2的通量與植物的生長是緊密聯繫在一起的，因為土壤中有機殘餘物是由植物供給分解者的。隨著地球的變暖，分解作用受溫度限制的區域將減少，而於此同時土壤將日益成為大氣CO2的源頭。
耕作的土壤呼吸效應
當土壤受耕作干擾時，它們的土壤有機質含量下降。這種下降是可見的，因為分解條件如土壤透氣性及土壤含水量，當土壤被干擾時得到改善。而自然植被地轉化為農業用地時，新鮮植物碎屑的輸入量較以前減少。耕作也破壞了土壤的團粒結構，使穩定的、被吸附的有機質易受分解，全球受耕作影響而產生的碳丟失高達0.8×1015gC/a。指數式的人口增長，要求作物的產量不斷提高，在21世紀這將需要更多的新的土地變成耕作地，而現有的農業土地將被集約經營。實施“免耕”農業，土壤有機質的丟失將降低。對先前的耕地實行“免耕”技術制度，事實上可能恢復土壤有機質。不過，在美國農業廣泛利用的“免耕”措施，在隨後的30年裡僅能發揮277×1012～452×1012gC的碳匯作用，約為1%的化石燃料的釋放量。同樣在歐洲，土地經營的改良及土地的輪番使用，其潛在的碳匯只是世界化石燃料燃燒釋放的CO2總量的0.8%。
