土壤呼吸

土壤呼吸(Soil respiration)，生物在土壤中呼吸作用产生二氧化碳的过程，包含植物的根、根际、微生物和动物的呼吸。

土壤呼吸是重要的生态系统过程，碳在土壤中以二氧化碳(CO₂)的形式释放，其透过大气中取得，光合作用转换成有机化合物，植物再利用这些有机化合物来建造自己和借由呼吸作用释放能量。当植物地表下的根呼吸时，增加了土壤呼吸。
随着时间推移，异营生物会消耗植物的组成结构。异营生物和其它地表下生物释放的二氧化碳都被考虑进土壤呼吸中。生态系统中大量的呼吸作用受许多因素控制:土壤中温度、湿度、营养含量和氧气量都会使呼吸速率截然不同。

土壤呼吸与气候变迁

人类活动对土壤呼吸有极大影响，因为人类有能力且已经在长年中改变许多种土壤呼吸的因子。全球的土壤呼吸速率都会受以下因素影响，气候变迁中大气不断上升的二氧化碳，温度升高和骤变降雨模式，而人类增加氮肥也有可能影响其速率。土壤呼吸和其速率对于了解整个生态系统非常的重要，这是因为土壤呼吸在全球碳循环以及其他循环占了很重要的角色，植物的呼吸不仅释放二氧化碳，在植物结构本身中也包含了其他元素如氮。土壤呼吸对于全球气候变迁正回馈相关。正回馈是当系统当中改变时所产生的回应也是同一个改变方向，因此土壤呼吸速率当被气候变迁影响时回应会增强气候的变迁。

土壤二氧化碳来源

细胞呼吸把机化合物转换成能量、水和二氧化碳。所有发生在地底下的呼吸称为土壤呼吸。从土壤2到20毫米中的呼吸都是土壤呼吸，来源包括植物的根，细菌，真菌和土壤动物。

三羧酸循环
三羧酸循环（英语：Tricarboxylic acid cycle；TCA cycle），或柠檬酸循环（Citric acid cycle）或克雷伯氏循环（Krebs Cycle），是需氧生物体内普遍存在的代谢途径，因为在这个循环中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的柠檬酸，因此得名。该方法依赖氧气，被称为有氧呼吸，动植物、真菌和细菌利用这个循环将有机化合物转换成能量。这也就是土壤呼吸最基本的层面。

发酵
发酵是另一个过程，细胞从有机化合中物获得能量。在此代谢途径，能量从有机化合物而来却无需使用氧气。该反应的产物是通常是乙醇和二氧化碳或乳酸(比较少)。 [2] 由于缺乏氧气，这种途径被称为无氧呼吸。在泥炭沼泽和湿地的土壤呼吸，二氧化碳在氧气稀少的生态系统是重要来源。土壤中大多数透过呼吸释放二氧化碳，然而发生在植物的根部占了很极重要的地位。

根呼吸
植物呼吸作用中一些有机化合物是由光合作用产生的。呼吸作用发生在根部，它增加了土壤呼吸，大约占一半。然而，值的范围可以从10-90％受到生态系统中植物种类和环境中受哪一类优势植物影响。因此，通过根系呼吸产生的二氧化碳量由根生物质和根呼吸速率决定的。紧靠根的区域称为根际，也对土壤呼吸起重要的作用。

根际呼吸
根际是根表面紧邻其周边土壤的区域。在这区域植物和微生物之间密切的互动。根持续释放物质渗出或进入土壤，包括糖类、氨基酸、维生素、长链碳水化合物、酶和根细胞破裂而释放裂解产物。失去的碳为渗出液，会因植物种类差异很大。已经证明通过光合作用获取的碳，最多20％被根释放到土壤作。细菌主要分解这些流出物。呼吸作用通过三羧酸循环消耗有机化合物。其他如发酵作用也是存在的，氧气使用在根际和在离根较远的散土相比是缺乏的。在根际的另一个重要的有机体是感染根系的真菌或菌根，这些真菌增加植物根的表面面积，并允许根接触和获得更多植物生长必需的土壤中养分，而植物会将糖转移到真菌作为回报。真菌使用这些糖为能量作呼吸，土壤呼吸从而增加。真菌、细菌和土壤动物，也在枯枝落叶和土壤有机质的分解起到了很大的作用。

土壤动物
土壤动物豢养细菌和真菌，摄取和分解残余，增加土壤呼吸。
微型动物(Microfauna)是土壤动物最小的包括线虫和原生动物，这群专门对付土壤细菌和真菌。
中型土壤动物(Mesofauna)是长度从0.1到2毫米的土壤动物，摄取土壤中的垃圾。粪便保有大量的水分和更大的表面积将允许新的微生物侵袭和更大量的土壤呼吸。
大型土壤动物(Macrofauna)是从2到20毫米，如蚯蚓和白蚁。微生物侵袭大部分大型动物暴露的大面积垃圾碎片。其他大型动物的洞穴或垃圾摄取，降低土壤密度，打破土壤骨料并增加土壤通气和水的渗透。

参考资料

Wang Y, Amundson R, Trumbore S. (1999) The impact of land use change on C turnover in soils. Global Biogeochemical Cycles. 13, 1, 47-57.
Su B. (2005) Interactions between ecosystem carbon, nitrogen and water cycles under global change: Results from field and mesocosm experiements. University of Oklahoma, Norman, OK.
Flanagan L, and Veum A. (1974) Relationships between respiration, weight loss, temperature and moisture in organic residues in tundra. Soil Organisms and decomposition in Tundra. 249-277.