土壤呼吸（Rs）是碳循环中的关键过程，因为它是陆地植物固定的二氧化碳释放回大气的主要途径。随着气候变暖，土壤呼吸逐渐加强。作为继陆地全球总初级生产力（GPP）之后的第二大碳通量过程，这种变化强烈影响大气中CO2浓度，并对全球碳平衡产生显着影响。因此，阐明土壤呼吸的时空变化及其对气候变化的响应具有重要意义。
受地理、气候、生物、土壤和人类活动的因素及交互作用的影响，不同研究得出的土壤呼吸对各种环境因素的响应模式和强度存在很大的异质性。环境要素具有时空异质性，不同时空尺度的研究涵盖各要素的不同范围，这是必然原因之一。另一个重要的原因可能是目前大多数研究没有区分土壤呼吸对环境的空间响应和时间响应。Rs的地理空间变化至少部分是由于土壤微生物群落和植物群落通过长期适应气候和地理条件而产生的空间分化造成的。Rs在空间尺度上对环境响应的生态意义和生物地理学机制可能与Rs随环境要素时间变化的响应有很大不同，主导因素也可能不同。时空响应的叠加最终形成区域土壤呼吸的时空格局。
中国幅员辽阔，东南部森林沿纬度呈现明显的气温梯度，西北草原沿经度呈现明显的降水梯度，青藏高原也具有明显的海拔梯度，使中国成为区域乃至全球气候变化和全球碳循环的重点地区之一。然而，目前中国的土壤呼吸研究大多是在个别地点或特定生态系统中进行的，很少有针对区域尺度的研究。缺乏对土壤呼吸时空变化机制的研究。
本研究基于多源数据收集，整合了中国陆地生态系统土壤呼吸的原位观测，数据量比现有区域研究增加了约3倍。研究目标是（1）利用扩展数据集分析土壤呼吸的空间格局和年际变化；（2）比较和分析土壤呼吸对环境因素的响应模式和响应敏感度的差异和一致性。这将有助于减少中国及全球土壤呼吸评估的不确定性，增强对土壤呼吸过程的认识，为应对未来气候变化挑战提供科学依据。
基于1993年至2020年扩大的年度土壤呼吸数据集，研究评估了中国陆地生态系统的土壤呼吸及其对环境因素的响应。我国陆地生态系统年土壤呼吸算术平均为777.90±489.43 g C m-2 yr-1，面积加权年平均为595.52 g C m-2 yr-1，湿地土壤呼吸高于森林、草原、灌木丛、农田和沙漠。2000-2017年土壤呼吸呈显着上升趋势，主要是由于降水增加导致草地土壤呼吸显着增加所致。此外，研究发现影响土壤呼吸年际和空间变异的环境因素存在差异。不同生态系统类型土壤呼吸对环境变化的响应敏感性存在显着差异；然而，在比较年际和空间尺度时，这些差异并不显著。这项研究提供了中国陆地生态系统土壤呼吸的信息，并强调了考虑土壤呼吸对时间和空间环境变化的二维响应的重要性。
表1 不同生态系统类型的土壤呼吸
图1.不同生态区之间算术平均的年平均土壤呼吸（平均值±标准误差）（a）和使用面积加权的年平均土壤呼吸（b）。CF：寒温带湿润针叶林；TF：温带湿润混交林；WF：暖温带落叶阔叶林；SF：亚热带常绿阔叶林；RF：热带雨林和季雨林；GD：半干旱草原和荒漠草原；SD：干旱半荒漠和沙漠；QM：青藏高原高寒草甸。
图2.时间和空间尺度上Rs对环境因素的主导因素和线性响应灵敏度的比较。红色双箭头表示两种响应灵敏度之间存在显着差异。黑色双箭头表示没有显着差异。Rs 和 SOC 之间没有观察到线性关系。
该论文以“The temporal response of soil respiration to environment differed from that on spatial scale”为题发表于国际学术期刊Agricultural and Forest Meteorology (Q1,IF=6.2)，收录于ChinaFLUX20周年专刊“Carbon, nitrogen and water fluxes of terrestrial ecosystems in China”，论文第一作者为中国科学院地理科学与资源研究所在读博士生赵薇，通讯作者为中国科学院地理科学与资源研究所杨萌副研究员。研究受到国家自然科学基金项目(31988102, 42261144688, 31800406)等资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109752