玉米生长中的土壤呼吸及其受氮肥施用的影响

运用盆栽试验研究了玉米生长和施氮水平(N 150 mg kg-1和300 mg kg-1)对土壤呼吸的影响。结果表明种植玉米的土壤呼吸速率(C)的变化范围为19. 6 ~ 762. 1 mg m-2h-1,而裸土为4. 3 ~ 36mg m-2h-1。在玉米生长的条件下,苗期土壤呼吸最低,73%的土壤呼吸分配在拔节孕穗期和成熟期。玉米生长中各阶段根际呼吸对土壤呼吸的贡献在58%~98%,苗期最小。施氮对裸土呼吸速率无显著影响;在玉米生长的条件下,施用高氮的土壤呼吸比施用低氮高28%,且两种施氮水平下土壤呼吸的差异主要发生在生长中后期。玉米生长的条件下土壤呼吸与温度的相关性不显著,而裸土下土壤呼吸速率与气温、表土温度、5 cm土壤温度均呈极显著的相关性;裸土施用高氮下的土壤呼吸与温度的相关性大于低氮。总之,玉米生长和土壤施氮不仅影响土壤呼吸速率和呼吸量,也影响土壤呼吸在各生长阶段的分配,还影响到土壤呼吸与温度的关系。     

连作对杨树人工林土壤呼吸及各组分的影响

土壤呼吸是整个陆地生态系统碳循环的关键过程之一.以山东大汶河沿岸沙地不同连作代数杨树人工林(1代林、2代林和3代林)为研究对象,利用ACE自动土壤呼吸监测系统(UK),对3种林分一个生长季(4-10月)的土壤呼吸速率及温湿度进行测定,同时采用壕沟法对3种林分的土壤呼吸进行组分分离,并对土壤呼吸及各组分与土壤温湿度的关系进行模型模拟.结果表明:3种林分的土壤呼吸速率(RS)、自养呼吸速率(RA)和异养呼吸速率(RH)的月变化均为明显的单峰格局;生长季内,3种林分RA贡献率月差异明显,平均贡献率为40.04％;RS及其组分与5 cm处土壤温度存在显著指数关系,与土壤体积含水量没有相关性,土壤温度与土壤体积含水量的复合模型对土壤呼吸速率变化解释能力为80％ ～ 94％;3种林分生长季平均土壤呼吸速率分别为3.12、3.08和2.66μmol/(m2·s),3代林RS和RH均显著低于1代林和2代林.连作导致杨树人工林地土壤呼吸速率减弱,土壤理化性质和微生物量的差异是导致林分间土壤呼吸速率差异的主要原因.揭示连作对杨树人工林土壤呼吸及各组分的影响,以及作用机制,为全面探究杨树人工林连作效应及土壤碳循环,提供数据支撑.     

干旱区不同生育期白刺灌丛沙堆土壤呼吸空间异质性

[目的]对干旱区白刺灌丛沙堆不同生育期土壤呼吸空间异质性进行研究,为今后估算绿洲荒漠区土壤CO2排放量以及区域碳收支状况提供科学依据。[方法]利用Li-8100土壤呼吸测定系统,于2014年在巴丹吉林沙漠南缘绿洲—荒漠过渡带对白刺灌丛沙堆不同部位的土壤呼吸速率进行野外观测,分析沙堆上不同位点土壤呼吸日动态变化、不同生长时期的季节变化特征。[结果](1)白刺灌丛沙堆在不同生长时期各部位土壤呼吸日动态变化曲线不同,生长初期和生长休眠期各部位日变化呈"单峰"曲线变化,在生长旺盛期各部位变化既有"单峰"曲线又有"双峰"曲线;同时,日变化峰值出现的时间不一致:生长初期各位点的峰值出现在上午11:00左右,旺盛期上午出现在10:00前后,下午出现在17:00左右,休眠期出现在下午14:00前后。(2)沙堆上不同部位土壤呼吸速率具有时空异质性,生长初期和休眠期各部位土壤呼吸速率异质性不显著(p0.05),旺盛期各部位空间差异显著(p0.01),异质性增强;沙堆各时期平均土壤呼吸速率差异显著(p0.01),大小排序为:旺盛期生长初期生长休眠期。[结论]白刺灌丛沙堆上不同部位的土壤呼吸速率日动态变化在不同的生长时期表现不同,具有明显的时空异质性,主要是沙堆不同部位近地表层大气水分条件、土壤20cm深处的温度和水分含量的差异共同作用导致了各个位点土壤呼吸通量具有明显的差异性。     

敦煌市葡萄园土壤呼吸及其组分变化

[目的]分析西北干旱区葡萄园土壤呼吸及其组分变化特征,同时探究其与土壤温湿度的关系,为西北干旱区的土壤碳排放估算及其特色农业发展提供一定的参考。[方法]于2019年6-12月采用LI-8100 A土壤呼吸测量系统和自动气象站观测甘肃省敦煌市南湖绿洲葡萄园的土壤呼吸及环境因子,通过根排除法区分土壤呼吸组分。[结果]①观测期内,葡萄园的土壤呼吸速率在7月3日达到最大。在生长季的6-9月,土壤呼吸速率波动变化明显;而非生长季的10-12月,土壤呼吸速率逐渐减小。该区土壤呼吸以异养呼吸为主,平均异养呼吸贡献率约为65%。②在小时尺度上,土壤呼吸及其异养组分与土壤温度由于时间滞后效应均呈回环关系。而在日尺度上,非生长季的10-12月,土壤呼吸、异养呼吸随土壤温度的增加呈指数增加趋势;但生长季的6-9月,灌溉和较大降雨会引起土壤含水率波动进而干扰上述指数响应。③生长季的6-9月,土壤呼吸及其组分与土壤含水率具有二次函数关系,土壤呼吸的最适含水率约为8.1%~9.9%;而非生长季10-12月则呈指数关系,二者关系差异主要是由于非生长季的10-12月土壤含水率下降的同时土壤温度也在持续降低,且葡萄埋土冬藏,造成异养、自养呼吸均迅速降到低值,然后处于稳定状态所致。[结论]土壤呼吸受到土壤温湿度的综合调控,其双因子模型可以较好地解释非生长季的土壤呼吸变化,但在生长季仅能解释土壤呼吸变化的32%,因此应进一步建立生长季土壤呼吸的多因子模型以便更好地模拟生长季土壤呼吸的变化。     

模拟降水氮沉降对藏北高寒草甸土壤呼吸的影响

全球范围内大气氮沉降量的升高,增加了陆地生态系统的氮输入,从而影响土壤CO₂的排放。2014年采用生长季（6-8月）喷洒添加定量NH4NO3液体的方式模拟降水氮沉降,参照中国氮沉降分布格局决定氮素添加剂量为40kgN·hm^-2·a^-1（N40）,以喷洒等量清水为对照（CK）。生长季内定期测定植物群落生物量,并利用LI-8100土壤碳通量测量系统,选两个典型晴天进行土壤呼吸速率日动态变化过程测定,同时在6月下旬-9月初定期测定土壤呼吸速率,以探究氮沉降增加对藏北高寒草甸土壤呼吸的影响。结果表明：（1）氮沉降使高寒草甸地上生物量显著增加（P<0.05）。（2）高寒草甸生长季土壤呼吸具有明显的典型日动态变化和生长季变化。典型日动态呈双峰曲线,土壤呼吸速率最大值出现在13：00-14：00和16：00;生长季变化呈单峰曲线,最大值出现在8月,生长季初期和末期土壤呼吸速率较低。（3）氮沉降极显著促进了高寒草甸的土壤呼吸,与对照相比,生长季平均土壤呼吸速率增加66.1%（P<0.001）。（4）土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度和地上生物量呈极显著正相关关系（P<0.001）。（5）氮沉降对土壤呼吸的温度敏感性无显著影响。研究结果说明在高寒草甸,由于氮沉降导致地上地下生物量增加,从而导致土壤呼吸速率的增加。     

不同施肥处理对黑土土壤呼吸的影响

基于中国科学院海伦生态实验站的长期定位试验,采用静态箱式法研究了玉米生长期间不同施肥处理对黑土土壤呼吸的影响。结果表明,在玉米生长期间,土壤呼吸速率表现出明显的季节性变化,分别在出苗后23、37、50、63、87、110 d出现峰值,其中最大峰值出现在出苗后第87天,其后土壤呼吸速率呈下降趋势,直到玉米收获,而根际呼吸速率的季节性变化规律与土壤呼吸相似,土体呼吸速率则主要受气温变化影响;玉米生长显著影响土壤呼吸,土壤呼吸速率的变化基本与玉米生长规律相一致,随生长而增加,随衰老而减小;施肥对土壤呼吸速率、根际呼吸速率有明显的影响,但对土体呼吸速率影响较小,从整个玉米生长期来看,NPKOM处理的土壤呼吸速率和根际呼吸速率最高,其中NPKOM处理土壤呼吸速率为C 27.5~474 mg m-2h-1,NPK处理和NP处理变化范围相近,分别为C 25.9~339 mg m-2h-1和C 29.5~358 mg m-2h-1,NK处理与CK处理变化范围分别为C 28.4~208 mg m-2h-1和C 22.1~184 mg m-2h-1;施肥对土壤呼吸量和根际呼吸量有显著的影响,表现为NPKOM>NPK>NP>CK>NK;在整个玉米生育期中,土壤呼吸累积量在拔节孕穗期和乳熟期出现两个峰值,表现为双峰曲线的变化规律,而土体呼吸累积量只在拔节孕穗期出现峰值,呈抛物线型,根际呼吸量在苗期最低,乳熟期最高,乳熟期后,根际呼吸量下降。     

节水灌溉稻田土壤呼吸变化及其影响因素分析

为了揭示节水灌溉稻田土壤呼吸变化特征及其影响因素,基于蒸渗仪试验结果,分析了不同灌溉模式对稻田土壤呼吸速率日变化的影响,阐明了土壤呼吸速率对节水灌溉干湿交替过程的响应;同时,分析了节水灌溉稻田土壤呼吸速率的影响因子。结果表明,在处理间土壤水分状况差异较小的生育阶段,节水灌溉和常规灌溉稻田土壤呼吸速率日变化规律基本一致;在处理间水分差异较大的生育阶段,控灌稻田土壤呼吸日变化幅度较大,且速率和变化幅度均要大于常灌稻田土壤。控灌稻田全生育期土壤呼吸速率日变化均值为常灌稻田的1.47倍。控灌稻田土壤一般在复水和脱水的临界点上会出现土壤呼吸速率峰值。控灌稻田土壤呼吸速率受土温和土壤水分影响较大。稻田土壤呼吸速率与5 cm土温有较好的指数相关性,控灌稻田土壤达到了显著水平(P0.05)。土壤体积含水率在35%~55%之间时,土壤体积含水率43%为控灌稻田土壤呼吸的一个临界值,当土壤体积含水率低于临界值时,土壤呼吸速率随着土壤含水率的升高而逐渐增大(P0.05),当土壤体积含水率超过临界值时,土壤呼吸速率随着土壤含水率的增大而降低(P0.05)。研究结果为更加全面地评价节水灌溉的生态环境效应,同时为准确评估稻田生态系统碳源/汇特征提供依据。     

橡胶林土壤呼吸速率及其与土壤温湿度的关系

利用Li-6400光合仪研究4 a、12 a和19 a橡胶林的土壤呼吸及其各组分(微生物呼吸、根系呼吸、凋落物呼吸)呼吸速率的日变化和年变化特征,探索土壤温度和湿度对土壤呼吸速率的影响。结果表明: 不同树龄橡胶林土壤呼吸速率在全天观测期间,出现最大值和最小值的时刻有很大差异,但在9:00~11:00时刻的测定值均接近日均值;在不同树龄橡胶林中各组分呼吸速率日变化大小虽不一致,但均表现为凋落物呼吸速率最小。4 a、12 a和19 a橡胶林土壤呼吸速率均有明显的月变化,月均值分别是2.45、2.63和2.96 μmol m-2 s-1;最大值出现在7月和8月,最小值出现在2月和3月;不同树龄橡胶林土壤呼吸速率月变化相互间差异不显著;土壤微生物呼吸占土壤呼吸的比例最高(为43.6%),根系呼吸次之(为36.1%),凋落物呼吸较小(为20.4%)。土壤呼吸速率与土壤温度之间具有显著的指数函数关系,但与土壤湿度的相关性不显著,从而得知海南橡胶林土壤温度与土壤呼吸速率有着密切的关系,土壤水分与土壤呼吸速率可能没有直接的关系。     

岩溶槽谷区黄壤菜地土壤呼吸动态变化及其对肥料施用的响应

采取野外原位观测的方法,监测4种不同处理(裸地、土壤种植蔬菜-不施肥、土壤种植蔬菜-施化肥和土壤种植蔬菜-施用化肥和有机肥)下的菜地在蔬菜生长期间土壤呼吸过程。通过分析土壤呼吸的季节变化和各影响因素之间的关系,探讨岩溶槽谷区黄壤菜地土壤呼吸动态变化及其对肥料施用的响应。结果表明:(1)土壤呼吸呈现季节变化,表现为夏季最高,春季次之,秋冬季最低。在蔬菜生长期间,PCFM、PCF、PNF、NPNF 4个不同处理下土壤呼吸速率表现为PCFMPCFPNFNPNF。(2)土壤温度、土壤溶解性有机碳含量与土壤呼吸速率呈显著正相关(P0.05),土壤硝态氮、土壤含水量与土壤呼吸速率相关性不显著。土壤温度是影响土壤呼吸速率最关键的因子。     

改变碳输入对南亚热带海岸沙地典型天然次生林土壤呼吸的影响

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的一个重要过程,开展环境因子和改变碳输入对土壤呼吸影响的研究具有重要意义.2015年3月-2016年2月,在南亚热带海岸沙地典型天然次生林中设置去除根系、去除凋落物、加倍凋落物和对照4种处理,采用LI-8100连续观测改变碳输入对土壤呼吸的影响.结果表明:改变碳输入没有显著影响l0cm土壤温度和湿度(P＞0.05);不同处理土壤呼吸速率存在明显的季节变化,表现为夏高冬低,最大值出现在5月或者6月,最小值出现在11月或12月;土壤呼吸速率的年均值为加倍凋落物＞对照＞去除根系＞去除凋落物,不同改变碳输入方式均降低了土壤呼吸的Q10值;矿质土壤呼吸、凋落物呼吸和根系呼吸对土壤总呼吸的贡献分别为41.24％、43.29％和15.45％;不同处理土壤呼吸速率分别与土壤温度和湿度呈显著的指数和线性正相关(P＜0.05),双因子模型能解释土壤呼吸变异的45％ ～ 69％;改变碳输入影响土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳,不同处理土壤呼吸速率与可溶性有机碳和微生物生物量碳呈正相关.因此,改变碳输入引起土壤易变碳的变化进而影响土壤呼吸.