长期施肥对休闲季土壤呼吸温度敏感性的影响

【目的】在农作物-休闲轮作系统中,研究长期施肥条件下休闲季土壤呼吸温度敏感性(Q10)的变化机理,为科学调控黄土高原雨养区的农田温室气体排放提供依据。【方法】依托长武农田生态试验站的长期定位施肥试验,在小麦收获后的休闲季测定不同施肥处理下(CK、N、NP、M、NPM)的土壤呼吸速率、土壤温度、土壤水分、底物的数量(土壤有机碳和根茬碳)和质量(土壤碳氮比和根茬碳氮比,依次简写为土壤C﹕N和根茬C﹕N),研究长期施肥影响休闲季Q10变异的机理。【结果】在休闲季,不同施肥处理下的土壤呼吸速率差异显著(P0.05),长期施肥导致土壤呼吸速率增加了6%—127%。土壤温度、土壤水分、底物的数量和质量均是影响土壤呼吸速率的重要因素(P0.05)。土壤温度对土壤呼吸速率的影响,利用指数关系模型进行拟合(P0.05),且土壤温度可以解释40%—57%的土壤呼吸变异性。而土壤呼吸速率对土壤水分的响应则用抛物线关系模型进行拟合(P0.05),且土壤水分可以解释56%—74%的土壤呼吸变异性。同时,底物的数量和质量对土壤呼吸速率的影响,利用线性关系模型进行模拟(P0.05),且底物的数量和质量可以解释高达66%—94%的土壤呼吸变异性。长期单施氮肥处理(N)对土壤有机碳影响不显著(P0.05),而NP、M和NPM处理下的土壤有机碳则增加了12%—36%。同时,N处理下的根茬碳减少了34%,而NP、M和NPM处理下的根茬碳则增加了15%—63%。N和NP处理下的土壤C﹕N影响不显著(P0.05),而M和NPM处理下的土壤C﹕N则增加了12%—13%。不同施肥处理下的根茬C﹕N则降低了8%—38%。在休闲季,长期施肥导致Q10降低了12%—56%,而长期施肥处理下Q10的差异与底物的数量(土壤有机碳和根茬碳)和质量(土壤C﹕N和根茬C﹕N)或者二者的交互作用密切相关(P0.05)。Q10随着底物数量和土壤C﹕N的增加均呈现出线性降低的趋势(P0.05),且底物的数量和土壤C﹕N可以解释61%—95%的Q10变异性,而Q10随着根茬C﹕N的增加呈现出线性增加的趋势(P0.05),且根茬C﹕N可以解释72%的Q10变异性。同时对Q10的贡献呈现出根茬碳根茬C﹕N土壤有机碳土壤C﹕N的趋势(2.16 vs.1.22 vs.0.48 vs.0.03)。【结论】在农作物-休闲轮作系统中,长期施肥通过影响底物的数量和质量影响休闲季Q10的变化,对科学评价黄土高原雨养区的农田温室气体排放具有重要意义。     

生物炭对宁南山区马铃薯土壤理化性状及水分运移的影响

为宁南地区马铃薯种植中高效利用有限降雨提供参考,通过使用生物炭改良土壤理化性状,比较不同用量生物炭对土壤水分保蓄能力的影响,明确生物炭在宁南地区的合理用量。结果表明:在宁南山区,生物炭对马铃薯土壤物理性状及水分运移有明显影响,可显著提高马铃薯耕层土壤田间持水量和含水量,降低土壤容重,增加毛管孔隙度,进而提高土壤水分利用效率,实现高产。马铃薯生产中生物炭的最佳施用量为20t/hm2,该条件下田间持水量为14.91%,比对照(空白)提高1.23~3.07百分点;容重1.24g/cm3,比对照增加0.01~0.18g/cm3;毛管孔隙度18.38%,较对照增加0.65~1.36百分点;提高马铃薯单株结薯个数、单株块茎重、单薯重、商品薯率;马铃薯平均产量2 480kg/667m2,水分利用效率85.92kg/(hm2·mm),产量和水分利用效率较对照分别增加49.04%和48.14%。     

Responses to elevated carbon dioxide in artificial tropical ecosystems

Carbon, nutrient, and water balance as well as key plant and soil processes were simultaneously monitored for humid tropical plant communities treated with CO(2)-enriched atmospheres. Despite vigorous growth, no significant differences in stand biomass (of both the understory and overstory), leaf area index, nitrogen or water consumption, or leaf stomatal behavior were detected between ambient and elevated CO(2) treatments. Major responses under elevated CO(2) included massive starch accumulation in the tops of canopies, increased fine-root production, and a doubling of CO(2) evolution from the soil. Stimulated rhizosphere activity was accompanied by increased loss of soil carbon and increased mineral nutrient leaching. This study points at the inadequacy of scaling-up from physiological baselines to ecosystems without accounting for interactions among components, and it emphasizes the urgent need for whole-system experimental approaches in global-change research.     

林火对长白山自然保护区风灾区土壤性质的影响

以2012年长白山国家级自然保护区西坡风灾区森林火灾为研究背景，采用常规土壤分析方法研究了不同火烧强度下土壤理化性质的变化情况．结果表明：火烧后土壤容重和土壤含水率随火烧强度的增强显著下降；0～6cm土壤pH，土壤有机质，土壤全C、全N、速效P、速效K质量分数经轻度和中度火烧后均呈显著增加趋势；在火烧强度因子的控制下，对各养分质量分数进行的偏相关分析显示，除土壤pH外，其他各养分间存在显著的相关性．     

土壤呼吸强度的影响因素及其研究进展

探讨了土壤呼吸的研究情况和各因素对土壤呼吸的影响,提出了土壤呼吸研究尚需解决的问题和研究方向,并进行了展望.     

土壤养分及棉花植株干物质量对大气CO2浓度升高的响应

通过田间小区试验研究不同大气CO2浓度对土壤养分及植株干物质量的影响.结果表明:正常大气CO2浓度(CK)下施氮降低了土壤pH值,C540、C720水平下,不施氮处理土壤pH值先降后升,施氮处理土壤pH值先升后降.随大气CO2浓度增加,土壤碱解氮增加;有机碳在不同土层表现出不同变化,0～20 cm土层呈现出下降趋势,20～40 cm土层先降后升.棉花地上部干物质量随大气CO2浓度升高而增加.CK水平下施用氮肥棉花根冠比减少,C540和C720并没有得出一致性结果.     

CO_2摩尔分数倍增对秋茄湿地碳、氮循环影响的模拟

为探知CO_2摩尔分数倍增对秋茄湿地碳、氮物质循环的影响,系统了解CO_2摩尔分数倍增环境下该生态系统中C、N转化过程及机理,采用开顶箱法,分别研究了350、700μmol·mol~(-1)CO_2下典型红树植物,即秋茄湿地模拟系统中C、N质量的变化。结果表明:CO_2摩尔分数倍增引起了水体总碳(TC)、总有机碳(TOC)质量浓度及土壤中总碳(TC)、总有机碳(TOC)质量分数的不显著增加,系统中总碳质量增加了2.8%;水体中总氮(TN)、硝态氮(NO_3~--N)、氨氮(NH_4~+-N)的平均质量浓度分别增加了13.1%、17.7%、8.6%,土壤中TN质量分数下降了8%,系统中总氮质量降低了8.7%。总体上,CO_2摩尔分数倍增,引起湿地系统中碳质量的增加,氮质量的降低。     

生物质炭输入对土壤CO2释放影响的研究

[目的]通过对比输入生物质炭的土壤和普通土壤中土壤含碳量和CO2释放量变化,分析两者的关系,研究土壤碳固定潜力。[方法]通过在自然土壤中输入不同含量的椰壳炭,研究生物质炭输入对土壤碳截留作用的影响,探讨土壤碳截留能力与CO2释放的关系。[结果]当施炭量为1%～8%时,平均每增加1%椰壳炭量,土壤有机碳量约增加5.9 mg/g,活性有机碳量约增加0.3 mg/g。施炭量1%～5%为土壤CO2释放量增加的阶段,施炭量3%～5%时土壤CO2释放量达到最大,为549 mg/m2,之后开始降低。[结论]生物质炭施用对土壤有机碳截获及CO2释放方面有重要影响,但所受影响的趋势与施炭量和试验时间有密切关系。     

土壤养分及棉花植株干物质量对大气CO2浓度升高的响应

通过田间小区试验研究不同大气CO2浓度对土壤养分及植株干物质量的影响。结果表明：正常大气CO2浓度（CK）下施氮降低了土壤pH值,C540、C720水平下,不施氮处理土壤pH值先降后升,施氮处理土壤pH值先升后降。随大气CO2浓度增加,土壤碱解氮增加;有机碳在不同土层表现出不同变化,0~20 cm土层呈现出下降趋势,20~40cm土层先降后升。棉花地上部干物质量随大气CO2浓度升高而增加。CK水平下施用氮肥棉花根冠比减少,C540和C720并没有得出一致性结果。     

开垦天然草地种植冰草和小麦对草地生产力和土壤碳储量的影响

[目的]为更加合理地利用和管理草地,保证草地可持续发展提供理论指导。[方法]选取代表性品种多年生牧草冰草和一年生作物小麦研究开垦天然草地对草地地上净初级生产力ANPP和草地土壤碳储量的影响 选取2个植被组成和土壤类型均不同的样地进行ANPP和土壤碳储量的对比研究。[结果]结果表明：ANPP和0~2×109、0~12×109g/hm2土壤碳储量显著受到样地和种植处理的影响（P〈0.05）。开垦天然草地种植冰草13/12年后,ADRI和Onefour样地的ANPP降低,而种植小麦使ANPP增加。开垦天然草地种植冰草13/12年土壤碳储量和对照相比无显著变化而种植小麦使土壤碳储量显著降低。ADRI样地3个处理的ANPP和土壤碳储量均显著高于Onefour样地的ANPP和土壤碳储量（P〈0.05）。加拿大混合普列里草地类型上,草地ANPP和土壤碳储量呈线性正相关关系（P〈0.0001）。[结论]加拿大混合普列里草地类型上,开垦天然草地种植冰草和小麦13或12年后使草地生产力发生明显变化。     

降雨对不同密度栓皮栎林土壤温湿度及水分运移的影响1）

以黄河小浪底库区3种密度栓皮栎林为研究对象,运用稳定同位素技术,结合大气、土壤温湿度及土壤水分氘同位素（δD）值,探讨不同季节降雨对土壤剖面温度、水分动态及运移的影响。结果表明,降雨前后高密度林分土壤温度均最高,且下层土壤具保温效果。土壤湿度随密度增大而增加,且低密度林分下层湿度大,而中高密度林分表层湿度大。雨前土壤水分δD值与枯落物δD值变化趋势相同,均随密度增大而减小。低密度林分,降雨在枯落物及土壤表层滞留时间较短,均可较快入渗到深层土壤,随后涵养在上层水分以活塞流形式下渗。且前期降水较多时,混合水可侧向流动补给壤中流。中高密度林分,在前期土壤湿度较大的雨季和旱季初期,降雨也可较快入渗到深层,除高密度林分在前期降雨较多的雨季下渗到中层。而前期降雨较少时,降雨在中高密度林分的枯落物及表层土壤滞留时间较长。表明土壤湿度低时,中密度林分土壤可较好的蓄积水分,而高密度林分在湿度低或高时均能较好的调控土壤水分。此外,在前期降水充足和高强度降雨后,降雨在低中密度林分均可通过优先流形式快速入渗,补给深层土壤。泉水和地下水δD值没有明显改变,可为干旱季节植被生长提供重要水源。     

大兴安岭北部天然落叶松林土壤水分空间变异及影响因子分析

从坡面尺度对大兴安岭北部多年冻土区天然落叶松林的土壤水分空间变异特征以及冠层结构、土壤温度、降 雨对土壤水分分布的影响进行了研究。结果表明:自坡上至坡下,0 ~5 cm 土层土壤含水量逐渐降低,样带12 比样 带1 降低了19.95%,5 ~10 cm 和10 ~15 cm 土层土壤含水量随坡位的降低而逐渐升高,从样带1 至样带12 分别增 加15.55%和29.16%;0 ~15 cm 土层土壤平均含水量在17.61% ~18.77%之间波动,从坡上至坡下有逐渐增大的 趋势;坡上和坡下样带垂直变异系数明显高于坡中,样带1、11 及12 的垂直变异系数最高,分别为10.17%、 13.39%及15.02%,属于中等变异程度,而各样带间的水平变异程度很弱;0 ~5 cm 土层土壤含水量与叶面积指数 和林冠开度分别呈极显著正相关和极显著负相关关系,5 ~10 cm 和10 ~15 cm 土层土壤含水量与叶面积指数呈极 显著负相关关系,而与林冠开度相关性不显著;土壤温度与土壤含水量呈极显著负相关;雨后4 d 内,各样带土壤含 水量均逐渐降低,表层土壤含水量降幅明显大于下层,说明降雨对表层土壤水分影响较大,而对下层土壤水分影响 较小。      

不同改良剂对旱地苹果园温室气体排放的影响

为探讨不同土壤改良剂对黄土丘陵区旱地苹果(Malus pumila Mill)园温室气体排放的影响,设置空白对照(CK)、胶质芽孢杆菌(JZ)、枯草芽孢杆菌(KC)及生物炭(BC)4个处理,采用静态暗箱-气相色谱法监测温室气体(CH4、CO2和N2O)排放情况,并综合分析和评价不同土壤改良剂在旱地果园的固碳减排效果。结果表明:试验期内,CK、JZ、KC和BC平均土壤(0~25 cm)温度分别为17.4、17.5、17.7℃和16.9℃;表层(0~20 cm)土壤平均孔隙含水率(WFPS)分别为38.23%、45.66%、38.93%和44.46%,JZ和BC较CK处理显著增加了表层土壤水分(P<0.05)。JZ、KC和BC处理CH4吸收总量较CK处理分别减少15.4%、13.4%和28.4%;3种处理的CO2排放总量较CK处理分别减少0.06%、4.0%和28.8%,N2O排放总量较CK处理分别增加了-6.3%、7.2%和103.1%。整体上,3种改良剂中,生物炭在增加土壤水分含量和N2O排放,并减少CH4吸收和CO2排放方面的综合效果最突出。综合分析土壤水分和温度等环境因子对温室气体排放的影响,土壤温度与3种温室气体排放呈正相关,土壤水分与CO2、N2O排放呈负相关。因此,推荐旱地果园施加生物炭,以达到保水固碳效果。     

降雨强度对西南喀斯特坡地土壤水分及产流特征的影响

降雨强度是水文过程的重要影响因素,为揭示其对喀斯特坡地土壤水分及产流特征的影响,本研究以桂西北典型喀斯特坡地为研究对象,采用野外人工模拟降雨方法,在相同降雨量（200 mm）下,对不同降雨强度下（34.8 mm/h、73.2 mm/h、100.0 mm/h 和136.4 mm/h）坡地土壤水分动态变化及产流过程进行研究。结果表明：1）随着土层深度的增加,土壤水分对降雨的响应趋于迟缓;由于喀斯特坡地土壤导水率较大,在不同坡位和土层深度,土壤水分变化迅速,通常在24 h 内恢复到降雨之前的水平,表明土壤层蓄水能力低,水文过程迅速。2）随着降雨强度的增大,累积地表径流量、壤中流量及表层岩溶带径流量均呈增加的趋势,表明随雨强的增加,喀斯特坡地水分由垂向（深层渗漏为主的慢速流）转为侧向运移（不同径流成分的快速流）。3）地表径流、壤中流及表层岩溶带径流与土壤含水率存在明显的产流阈值关系,且径流产生与消退过程和土壤含水量存在滞后效应,表现为顺时针（壤中流）或逆时针（表层岩溶带径流）的“绳套关系”。本研究表明喀斯特坡地产流主要受控于土壤- 表层岩溶带界面稳定入渗率,表现为受降雨强度的影响较大,研究结果有助于深入了解喀斯特关键带水文循环。     

艾比湖地区棉花与芦苇群落光合和土壤呼吸特性对比整合初探

[目的]分别从拟合方程和CO2通量差值计算两个方面对棉花与芦苇的光合速率和土壤呼吸速率进行整合分析研究,旨在分别从光合速率和土壤呼吸速率的定量分析中寻找定性分析途径,探讨干旱区两大碳循环过程之间的异同,揭示干旱区棉花群落与芦苇群落植物光合和土壤呼吸对生态系统CO2源/汇效应的贡献特征.[方法]利用LI - 6400便携式光合作用测定系统和LI - 8100自动土壤呼吸测量系统,于2009年6月、9月同步测定艾比湖地区棉花(Gossypium)和芦苇(Phragmites australis)群落光合与土壤呼吸速率时间动态及主要环境影响因子,在对二者日变化动态及水热因子对比分析的基础上,分别从拟合方程和CO2通量差值计算两个方面进行整合研究.[结果]棉花和芦苇的光合与土壤呼吸速率在午前(约07:00～11:00)与午后(约15:00～17:00)具有相同变化规律,正午(约11:00～15:00)植物通过自身调控使光合和土壤呼吸丧失同步性;棉花和芦苇群落白天具有不同的净光合日总量和土壤呼吸日总量特征,棉花为1.207×103和0.613×103 mmol/(m2·d),芦苇为0.346×103和0.612×103 mmol/(m2·d).[结论]共同作用于棉花与芦苇光合和土壤呼吸速率的影响因子,彼此之间表现出的相关性和差异性,可在一定程度上解释两者同步变化时各自的特征;从芦苇群落到棉花群落不仅改变了植物光合和土壤呼吸的强度,在某种程度上也改变了土壤碳库、植物碳库和大气碳库比重,对干旱区碳循环过程产生不可忽视的作用.     

海南岛文昌市不同森林类型土壤有机碳分布特征及其影响因素

土壤有机碳分布对于生态系统碳循环过程有重要意义,热带森林土壤存在高度空间异质性,不同森林类型下土壤有机碳的分布仍存在很大不确定性。因此,以海南岛文昌市五种森林类型的表层土壤为研究对象,探究其有机碳分布特征,并通过相关性分析、逐步回归分析和冗余分析阐明影响土壤有机碳分布的主要影响因子,结果表明:文昌市五种森林类型土壤有机碳含量范围在6.18－35.71k/kg,木麻黄人工林土壤有机碳含量最低,不利于土壤碳固存,有机碳分布表现为桉树人工林>人工混交林>次生林>相思人工林>木麻黄人工林；不同森林类型中有机碳含量变化与土壤中全氮含量、碳氮比变化一致；影响有机碳分布的主要因素为土壤全氮含量和碳氮磷化学计量比。研究结果可以为热带地区土壤碳固存及森林生态系统管理保护提供理论依据。     

Plant genotypic diversity predicts community structure and governs an ecosystem process

Theory predicts, and recent empirical studies have shown, that the diversity of plant species determines the diversity of associated herbivores and mediates ecosystem processes, such as aboveground net primary productivity (ANPP). However, an often-overlooked component of plant diversity, namely population genotypic diversity, may also have wide-ranging effects on community structure and ecosystem processes. We showed experimentally that increasing population genotypic diversity in a dominant old-field plant species, Solidago altissima, determined arthropod diversity and community structure and increased ANPP. The effects of genotypic diversity on arthropod diversity and ANPP were comparable to the effects of plant species diversity measured in other studies.     

文山典型亚热带森林土壤氮组分的海拔分布及其影响因子

  目的  探究文山自然保护区不同海拔典型植被类型土壤氮组分沿海拔梯度的变化特征,及其与环境因子的耦合关系,以期为保护区土壤质量评估提供科学依据和参考资料。  方法  以文山自然保护区不同海拔3种典型亚热带森林为研究对象,采用主成分分析法,解析环境因子沿海拔变化对氮组分的影响。  结果  （1）土壤全氮、水解性氮、铵态氮和硝态氮沿海拔上升呈显著增加趋势（P < 0.05）,均在中山湿性常绿阔叶林达到峰值,其中全氮与水解氮增幅较大,分别增加了1.17 g/kg和142.05 mg/kg。（2）土壤氮各组分占比随海拔呈现不同的变化规律。相较于最低海拔亚热带季风常绿阔叶林,高海拔中山湿性常绿阔叶林水解性氮和硝态氮的占氮比分别减小了9.1%和0.26%,铵态氮占氮比则增加了0.61%。（3）环境因子沿海拔梯度呈现显著不同变化。凋落物厚度、土壤水分、养分（总有机碳、速效磷和速效钾）沿海拔上升总体呈增加趋势,而植物群落多样性和土壤温度呈减小趋势。（4）主成分分析表明,凋落物厚度和土壤总有机碳沿海拔梯度增加是决定全氮积累的主要因子,植被多样性和土壤密度的降低是影响全氮的另一个重要因素;土壤水分随海拔的增加是无机氮积累的主控因子,土壤速效磷和速效钾变化是影响水解氮的主要因素。  结论  文山土壤氮各组分能够敏感响应海拔引起的环境梯度变化,海拔通过改变凋落物输入、微气候（水热条件）、土壤坚实度（土壤密度）及土壤养分状况（如总有机碳、速效磷和速效钾）调控土壤微生物的活性和底物利用率,进而影响氮组分的变化。      

黄土丘陵区柠条人工林土壤呼吸速率对碳输入方式改变的响应

凋落物和植物根系作为土壤碳储量的主要植物性碳源,其质及量的改变可影响土壤碳汇功能。以黄土丘陵区柠条人工林为对象,设置移除凋落物、双倍凋落物、切根、移凋切根和保持原状5种碳输入方式,利用LI-8100土壤碳通量测量仪测定生长季（5-10月）土壤呼吸速率,以期阐明柠条人工林土壤呼吸速率对碳输入方式改变的响应。结果表明:1）各碳输入方式5-10月土壤呼吸速率呈单峰趋势,均在7月最高,10月最低;相比保持原状,双倍凋落物下5-10月累计土壤呼吸速率增加了22.73%,而移凋、切根和移凋切根的5-10月累计土壤呼吸速率分别减少27.57%、40.90%和33.83%;2）根系呼吸、凋落物呼吸和土壤矿质呼吸对土壤呼吸的相对贡献率由大到小分别为土壤矿质呼吸(68.58%)>根系呼吸(38.41%)>凋落物呼吸(24.65%);3）各碳输入方式下土壤呼吸速率与土壤温度呈显著指数相关,而与土壤湿度的二次关系不显著;土壤温度和湿度的双变量复合模型对土壤呼吸速率月变化解释率53%~93%,高于土壤温度和湿度的单因子模型对土壤呼吸速率月变化解释率53%~74%和0.6%~23.2%;相比保持原状,去凋、双倍凋落物、切根和移凋切根均降低了土壤温度敏感性。研究表明,柠条人工林地表凋落物的积累过多可能减弱土壤碳汇功能。     

草原土壤有机碳含量的控制因素

基于374个高寒草原和温带草原土壤样品的测试结果,运用多元逐步回归分析模型定量评估了土壤环境因子对土壤有机碳(SOC)含量的影响.结果表明:高寒草原土壤有机碳含量(20.18 kg C/m2)高于温带草原(9.23 kg C/m2).土壤理化生物学因子对高寒草原和温带草原SOC含量(10 cm)变化的贡献分别是87.84％和75.00％.其中,土壤总氮含量和根系对高寒草原SOC含量变化的贡献均大于对温带草原SOC含量变化的相应贡献.土壤水分是温带草原SOC含量变化的主要限制性因素,其对SOC含量变化的贡献达33.27％.高寒草原土壤C/N比显著高于温带草原土壤的相应值,揭示了青藏高原高寒草原较高的SOC含量是由于较低的土壤微生物活性所导致.