淮北平原农林复合生态系统非生长季CO2通量变化特征

采用开路式涡度相关系统对淮北平原农林复合生态系统非生长季的CO2通量特征进行连续监测,并基于晴好天气10Hz高频数据直接计算而来的经过简单修正的通量数据来探讨河南省西平县杨树人工林非生长季节CO2涡度通量的变化特征。结果表明：（1）生态系统CO2通量具有明显的日变化和季节变化,在日尺度上整个生长季白天表现为碳吸收,在月尺度上秋末和初春表现为明显的碳汇功能;（2）通过对比生态系统CO2通量和土壤呼吸速率,发现土壤呼吸速率对生态系统碳通量的贡献小于植物对它的贡献;（3）5cm土壤呼吸与土壤温度的日内和日际相关关系显著,但生态系统CO2通量与其相关关系不够显著;（4）5cm土壤呼吸的日内变化与土壤含水量相关关系显著,而土壤呼吸日际以及生态系统CO2通量与其相关关系不显著;（5）降雨和复杂的降水过程（如雨夹雪等）过后,生态系统的碳吸收有增加的趋势;而降雪和雾天后生态系统的碳释放有增强的趋势。     

农田改为农林(草)复合系统对红壤CO2和N2O排放的影响

以鄂南玉米地、紫穗槐/玉米地、香根草/玉米地、紫穗槐林地、香根草草地与撂荒地6种土地利用类型为研究对象,利用静态箱法,对夏玉米生长期间土壤CO2和N2O通量及影响因子进行了测定,研究我国北亚热带丘陵红壤区农田改变为林(草)地和农林(草)复合系统后土壤CO2和N2O排放特征。研究结果表明:(1)土地利用方式改变后,撂荒地土壤CO2排放量明显低于其他5种土地利用类型,但紫穗槐/玉米地、单作玉米地、香根草/玉米地、紫穗槐林地、香根草草地5种土地利用类型之间土壤CO2排放量差异不显著。(2)玉米生长期间,6种不同土地利用方式下,土壤N2O排放总量从高到低依次为紫穗槐/玉米地(508 g·hm-2·a-1)、紫穗槐林地(470 g·hm-2·a-1)、撂荒地(390 g·hm-2·a-1)、香根草/玉米地(373 g·hm-2·a-1)、香根草草地(372 g·hm-2·a-1)、单作玉米地(285 g·hm-2·a-1)。(3)土壤CO2通量与土壤有机碳、土壤微生物生物量碳和土壤含水量无显著相关关系;土壤N2O通量与土壤氮素净矿化率呈显著线性相关,但与土壤无机氮和土壤含水量无显著相关关系。农田改变为农林(草)复合系统可能潜在地增加土壤CO2和N2O排放;农田改变为林(草)地可能潜在地减少土壤CO2排放,增加土壤N2O排放。     

华北低丘山地栓皮栎人工林土壤呼吸变化特征及其与撂荒地的差异

2010年4-10月,采用静态箱-气相色谱法,研究了晴天条件下华北南部低丘山地29a生的栓皮栎人工林林地土壤呼吸变化特征及其与撂荒地的差异。结果表明：（1）撂荒地和栓皮栎林土壤呼吸速率月变化趋势均呈单峰曲线,且土壤呼吸速率最大值均出现在7月份。测定时期内的栓皮栎林土壤呼吸速率平均值为601.69mg·m^-2·h^-1,比撂荒地的1007.96mg·m^-2·h^-1约低40.3%。（2）影响撂荒地和栓皮栎人工林地土壤呼吸速率的主要因子是土壤温度,与土壤湿度的相关性不明显,且撂荒地与栓皮栎林地在土壤5cm深处的Q10分别为2.702、2.573。     

辽东山区天然次生林和落叶松人工林的土壤呼吸

在2008-2009年生长季,利用Licor-8100对辽东山区天然次生林和落叶松人工林的土壤呼吸速率及其主要影响因子进行了测定。结果表明:辽东山区2种森林类型的土壤呼吸速率日变化均呈单峰型曲线;土壤呼吸速率与林地10cm的土壤温度相关性最好,相关关系分别为y=0.3614e0.1219x(R2=0.702 0,P<0.05)和y=0.9303e0.0812x(R2=0.816 4,P<0.05);与林地土壤湿度的相关性不显著;2种森林类型林地土壤年释放碳量分别为433.08,538.46gC/(m2.a),天然次生林土壤碳的年释放碳量比人工林低近20%。研究结果说明辽东山区天然次生林在森林的固碳增汇过程中具有更重要的作用。     

黄土丘陵区不同土地利用类型土壤呼吸及其与温度和水分的关系

[目的]分析黄土丘陵区不同土地利用类型土壤呼吸速率释放特征,为揭示该区域不同立地类型C循环特征奠定基础。[方法]采用LI-8100土壤碳通量测量系统于2014年11月至2015年7月,对标准径流小区红豆草、苜蓿、撂荒地和梯田苜蓿、沙打旺5种地类土壤呼吸速率及其地表温度、土壤温度(5cm)、土壤含水量进行观测。[结果](1)土壤呼吸速率日变化表现为昼高夜低的单峰型曲线,与温度的变化趋势一致,年均土壤呼吸速率表现为:沙打旺(梯田)2.27μmol/(m^2·s)>红豆草1.79μmol/(m^2·s)>苜蓿1.77μmol/(m^2·s)>苜蓿(梯田)1.62μmol/(m^2·s)>撂荒地0.77μmol/(m^2·s);(2)土壤呼吸速率呈现明显的季节变化特征,夏季最高,春季和秋季次之,冬季最低。夏季与春、秋、冬3季土壤呼吸速率差异显著(p<0.05);(3)土壤呼吸速率与地表温度和土壤温度(5cm)的相关性均达到显著水平(p<0.05)。除撂荒地外,各样地土壤呼吸速率与土壤温度(5cm)的相关度均高于其与地表温度的相关度,各样地土壤温度(5cm)Q10值介于1.94~3.00;(4)土壤呼吸速率与土壤含水量之间线性相关不显著(p>0.05),但与土壤温度(5cm)和土壤含水量的交互作用显著相关(p<0.01)。[结论]梯田土壤呼吸速率总体表现优于坡地,裸露地表在恢复植被的过程中,土壤环境质量显著提升。     

水蚀风蚀交错区土壤呼吸影响因素及其对土地利用方式变化的响应

为准确评估黄土高原水蚀风蚀交错区土壤呼吸速率季节变化影响因素及其对不同土地利用方式的响应,于2009~2012年植物生长季节,选取6 种当地典型的土地利用类型,应用红外气体分析法对土壤呼吸速率进行测定,并结合土壤水、热与养分因子进行分析。结果表明, 水蚀风蚀交错区退耕会显著改变土壤呼吸强度,该区典型农地的土壤呼吸速率为1.06～1.39 mol/（m2s）,农地转变为裸地的过程中,土壤呼吸速率下降为原来的42%～63%,尤其在植物生长旺季的7、 8、 9 三个月下降明显。 农地弃耕后建设人工草（灌木）地使土壤呼吸速率提高了109%～200%,农田撂荒样地土壤呼吸速率约为农地的79%～179%,农地略高于长芒草地和荒草地。该区土壤呼吸速率变化的主导因子为土壤温度,尤其与10 cm土层的土壤温度相关性最好,土壤呼吸速率与土壤含水量之间拟合优度较差, 但土壤温度与含水量双因子指数模型Rs=aebTc 对该地区土壤呼吸速率的拟合均优于相应的单因子模型。10 cm土层的土壤呼吸温度敏感性系数（Q10值）排序为:无植被生长样地（裸地,2.09）农地（农地、坡地农地,2.07～1.69） 撂荒地（坡地撂荒地、撂荒地、梯田撂荒地,1.71～1.53）草（灌木）地（柠条地、苜蓿地、长芒草地、荒草地,1.51～1.42）,可见随着未来气温的升高,在生态系统土壤呼吸整体有可能增加的背景下,退耕还林（草）会降低土壤呼吸对温度的敏感性,且Q10值随土壤含水量降低而降低。土壤呼吸速率与土壤有机质、全氮之间有极显著的正相关关系。因此,水蚀风蚀交错区土壤呼吸受到土壤温度、水分、养分及土地利用方式的显著影响。     

下辽河平原潮棕壤撂荒地和人工林N2O、CH4排放研究

采用静态箱(暗箱)气相色谱法对下辽河平原潮棕壤撂荒地和人工林N2O、CH4排放进行了为期1年的原位测量,同时测量了土壤温湿度、气温,土壤NO3-N、NH4 -N含量等相关因子.结果表明,在观测期间内人工林地土壤的N2O排放通量明显高于撂荒地.撂荒地是大气CH4的源,而人工林则是CH4的汇.对人工林的观测结果表明,N2哦O排放与CH4排放之间存在负相关关系(R2=-0.351,p＜0.05,n=36);而撂荒地两种气体排放之间无明显相关关系.N2O排放通量和温度变化有很好的相关性.当土壤含水量在200 g/kg以上时,土壤含水量与CH4气体排放具有较好的正相关关系.     

色季拉山4种林型土壤呼吸及其影响因子

土壤碳是森林生态系统最大的碳库,是其森林生态系统碳循环的极其重要组分。森林土壤呼吸时陆地生态系统土壤呼吸的重要组成部分,其动态变化对全球碳平衡有着重要的影响,然而目前对藏东南地区森林土壤呼吸的研究还比较薄弱。为探讨不同林型土壤呼吸差异及其影响因子,采用Li-8100便携式土壤呼吸测定仪,研究了藏东南色季拉山4种原始森林生态系统(高山灌丛AS、方枝柏SS、杜鹃RF、急尖长苞冷杉AGSF)的土壤碳动态。结果表明:(1)藏东南色季拉山寒温带森林土壤呼吸具有明显的日变化和季节变化。在日变化方面,CO2的排放通量存在明显的日变化规律,排放通量在白天16:00左右最高,最低值出现在凌晨6:00左右,一天内土壤呼吸作用均呈单峰型曲线变化。季节变化方面,CO2排放的通量的季节变化趋势表现为6月份随着天气转暖和植被生长土壤呼吸作用逐渐增大,7月份气温最高时土壤呼吸作用也达到最大值随后,9月份气温逐渐下降,土壤呼吸作用也逐渐降低。(2)4种森林类型的土壤呼吸速率在植物生长季内与土壤表层(10 cm)土壤温度均呈不同程度的正相关,而与土壤含水量的相关性较弱。土壤温度是决定藏东南色季拉山土壤呼季节变化的主要因子。该研究为明确森林生态系统土壤呼吸变化规律及其影响因素的控制提供参考,同时对估算地区碳平衡、评估区域碳源汇具有重要意义。     

西南亚马逊草原和森林土壤CO_2流通研究

在西南亚马逊地区,由于森林的迅速砍伐,导致了土壤CO2的流通。研究结果表明:所有土地覆盖类型中,CO2通量在湿季最大而在干季降低。土壤呼吸与土壤持水孔隙显著相关,与温度无关。与成熟林和次生林相比,草原的CO2年通量最大,其中一些草原具有较大的土壤C储存量。草原土壤呼吸产生CO2的13C值证明草原具有高呼吸速率几乎全部是源自草根呼吸和草残留物的分解,说明草原生产力较高;与森林土壤相比,草原土壤C循环的通量更大,这可能是由于草原土壤具有更广泛的地下C的分布。次生林的土壤呼吸速率与成熟林近似,所以在土壤呼吸速率和林龄或森林生物量之间没有任何相关。因此,该地区C的地下分布并不与植被高度相关。这些森林和草原土壤呼吸速率的年/季差异,反映了土壤C的流通而非生态系统中C储量的大量净变化。     

东北黑土区旱作农田土壤CO2排放规律

为研究农田土壤CO2排放规律,调控农田碳平衡,通过对东北黑土区旱作农田土壤CO2排放的定位连续观测,研究了玉米、大豆农田土壤CO2排放的季节变化规律;并估算了农田碳平衡。结果表明:1)农田土壤CO2排放通量随季节呈单峰曲线变化,7月份出现最大值;秸秆覆盖还田明显增加了农田土壤CO2排放;玉米或大豆生长发育对土壤CO2排放影响较小。2)地温的季节变化与土壤CO2排放通量季节变化规律一致,用指数方程和二次方程均可很好地模拟土壤CO2排放通量与地温之间的关系,但指数方程优于二次方程,以20cm土层地温的相关性最高,5cm土层地温的相关性最低。3)玉米、大豆农田在通常情况下为大气CO2的"汇",玉米-玉米-大豆轮作周期(3a)的碳汇年平均为4.53t/hm2,该碳汇可为固碳减排提供参考。     

岩溶洼地土壤微生物指标对不同土地利用方式的响应

为探索岩溶洼地典型农业土地利用方式对土壤微生物性质的影响,对比分析研究四种不同农业土地利用方式下表层土壤微生物量碳、微生物量氮、微生物量碳氮比、土壤基础呼吸、代谢熵、微生物熵等土壤微生物指标。结果显示,不同利用方式下土壤微生物指标差异显著(P<0.05),土壤微生物量碳和微生物量氮变化趋势一致,且与其余四个土壤微生物指标与微生物碳(氮)变化趋势不同,结合土壤的物理化学性质分析发现,土壤微生物碳氮比、土壤微生物代谢熵和微生物熵比其它土壤微生物指标对土地利用方式的响应更加敏感,因此,利用土壤微生物代谢熵、微生物熵衡量土地利用方式对土壤肥力的影响比微生物量碳氮等土壤微生物指标更可靠。     

Effect of Land-Use History on Soil Carbon and Nitrogen in a Mediterranean Catchment

The impact of land use on soil organic matter was investigated. Five land cover types (pine forest, olive groves, wheat, wheat/maize cultivation systems, and a shrub pasture) belonging to three land-use categories from the same catchment in the island of Lesvos, Greece, were used. The soils developed under similar pedogenetic processes and accepted similar agricultural practices for at least 30 years. The results showed that the land-use and cover types ranged according to their total soil carbon (C) content as follows: forest > double cultivation > wheat > olive > pasture. Crop plantations contained 31 to 40% less C at their upper 0- to 45-cm layer than forest. Pasture had shallow soils with a small C accumulation but high C concentration, whereas olive groves had the lowest concentrations of both soil C and nitrogen (N). Olive grove soils were the most prone to degradation but possessed the greatest potential for C sequestration.     

苏打盐渍土地区芦苇地土壤盐分离子空间变异与群落关系研究

对松嫩平原西部苏打盐渍土地区芦苇小区土壤盐分离子和植被群落进行了分析,结果表明土壤盐分离子空间变异显著,四种阳离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)变异系数为0.60~1.22,四种阴离子(HCO3-、CO32-、C l-、SO42-)变异系数为0.35~1.41。离子中,Na+在阳离子中含量最高,HCO3-在阴离子中含量最高。群落间比较,碱茅+芦苇群落八大离子浓度均大于芦苇群落(p<0.05)。且土壤电导率、pH,以及株高、生物量、覆盖度也高于芦苇群落(p<0.01),因此随着土壤电导率、离子浓度的增加,芦苇小区土壤碱化程度加重,植被生长指标减小,植被群落也由芦苇群落向含有碱地植被的碱茅+芦苇群落过渡。     

密度修正对冬小麦/夏玉米轮作田潜热、CO2通量及其能量闭合度的影响

本文利用涡度相关技术对青岛农业大学现代农业科技示范园试验站2013—2014年冬小麦/夏玉米轮作田与大气之间CO_2、水汽和能量交换进行测量,分别对潜热和CO_2通量进行两种密度修正(WPL修正和Liu修正)并进行对比,计算了两种密度修正前后冬小麦/夏玉米轮作田的能量闭合度。结果表明:WPL修正与Liu修正可以提高潜热通量,WPL修正后夏玉米田潜热通量约提高6%,冬小麦田约提高2%;Liu修正后夏玉米田提高不足1%,冬小麦田提高约2%。因此WPL修正对于夏玉米田潜热的修正效果明显优于Liu修正,而对冬小麦田潜热修正两种方法效果相同。两种修正方法对于CO_2通量具有降低的修正效果,WPL修正后夏玉米田和冬小麦田CO_2通量分别降低3%和4%;Liu修正后夏玉米田和冬小麦田CO_2分别降低2%和3%。可以看出,WPL修正和Liu修正对CO_2通量修正前后差别非常小(差距均为1%)。通过对青岛地区冬小麦/夏玉米轮作田能量闭合度的分析,发现密度修正可以提高能量闭合度,但不同下垫面有不同的修正效果。裸地情况下,WPL修正可以提高能量闭合度约2.53%~9.76%,夏玉米田为4.05%,冬小麦田为1.35%;而Liu修正对裸地能量闭合度的提高小于2.53%,对夏玉米田和冬小麦田提高约为1.35%。显然WPL修正对于能量闭合度的修正幅度大于Liu修正。能量闭合度大小关系为裸地Ⅰ(夏玉米出苗前)裸地Ⅱ(冬小麦出苗前)夏玉米田冬小麦田。     

生态修复模式对淮南矿区重构土壤CO2通量日变化的影响

[目的]探讨淮南矿区不同生态修复模式(植被类型和覆土厚度)对土壤CO_2通量的影响,以期为该区域以及相似矿区的生态修复提供理论依据及参数。[方法]采用静态箱—碱液吸收法对淮南市采煤沉陷生态修复区土壤CO_2通量进行动态测定,分析土壤CO_2通量日变化特征,以及土壤呼吸速率对地表温度、地下5cm土壤温度和土壤含水量的敏感性。[结果]不同生态修复模式下土壤CO_2通量日变化格局均表现为单峰曲线,最高峰出现在14∶00,最低值出现在6∶00,其均值大小依次为:B区(灌木林)C区(灌木林)D区(乔木林)A区(草地),且B,C与A区差异显著(p0.05),其他区之间差异不显著(p0.05)。不同覆土厚度下土壤表层CO_2通量平均值的大小依次为:40—80cm0—20cm20—40cm80—100cm。其最大值和变幅的大小顺序也遵循平均值大小顺序。4种修复模式下土壤CO_2通量与地下5cm土壤温度、地表温度均呈指数方程关系,R2值分别在0.34~0.70,0.48~0.83之间,与土壤含水量呈二次方函数关系,R2值在0.08~0.44之间。[结论]不同植被类型条件下,土壤CO_2通量大小表现为:灌木林乔木林草地;不同覆土厚度条件下,除了覆土40—80cm的样地外,土壤CO_2通量随覆土厚度的增加而减少。植被类型对土壤CO_2通量的影响较覆土厚度显著。     

黄土丘陵区油松、沙棘人工林土壤呼吸动态及其对土壤温度和水分的响应

作为陆地生态系统碳通量的重要组成部分,土壤呼吸在维持全球碳循环及碳平衡中具有重要作用.以黄土丘陵区油松、沙棘人工林为研究对象,于2015年6月至2016年5月,采用LI-8100土壤碳通量测量系统,分别观测二者的土壤呼吸(Rs)、5 cm土壤温度(T)和水分(W),分析2种人工林Rs的动态特征及其对T和W的响应.结果表明:1)季节尺度油松、沙棘人工林Rs夏季(6-8月)最高(2.31和2.89 μmolCO2/m2·s),冬季(12-2月)最低(0.60和0.65μmolCO2/m2·s),年均值分别为1.51和1.92 μmolCO2/m2·s,年呼吸总量分别为18.90和22.81tCO2/hm2·a,冬季呼吸量占年呼吸总量比例分别为14.67％和12.65％;日尺度最高值出现在10:00-16:00,最低值均出现在6:00.2)季节尺度2种林分Rs与T均呈显著指数关系(P＜0.01),与W则呈显著线性负相关(P＜0.01),且沙棘林全年尺度土壤呼吸Q10值(1.40)显著高于油松林(1.34,P＜0.01).3)日尺度上,油松、沙棘人工林W分别大于13％和12％时,T对Rs的解释量(R2)均有所提高.因此,在充分考虑温度和水分对土壤呼吸影响的同时,加强冬季土壤呼吸的观测,对未来气候变化条件下,区域碳循环估算模型的完善具有重要意义.     

Soil respiration as affected by vegetation types in a semiarid region of China

There are variations in soil respiration across vegetation types; however, it is unclear which factors are mainly responsible for the variations. A field experiment was conducted in 2008 and 2009 in a semiarid region of China to investigate the daytime and monthly variation of soil respiration across vegetation types and to determine the factors controlling the variation. An automated portable soil carbon dioxide (CO₂) flux measurement system was used to measure the soil respiration in shrubland, grassland, fallow land, and cropland during the growing periods. The results showed that the relative daytime variation amplitude of soil respiration in the fallow land and cropland was as small as that of shrubland and grassland during July, but greater than that of shrubland and grassland during August and October. A hysteresis effect for the relationship between the daytime soil respiration and daytime soil temperature was observed for all four vegetation types. There was also a hysteresis effect for the relationship between the daytime soil respiration and daytime air temperature for the grassland. Over the study period, the monthly soil respiration rates of the fallow land and cropland were statistically comparable and significantly lower than those of the shrubland and grassland, with the exception of August, during which the monthly soil respiration of the cropland was as great as that of shrubland and grassland. The factors responsible for the monthly soil respiration variation across the vegetation types differed from month to month. In general, the soil temperature and soil water content were mainly responsible in August and September; however, the root biomass predominated in July and October. The results are valuable for accurately estimating regional carbon fluxes by considering the temporal variability of the soil respiration variation across vegetation types in the Loess Plateau of China.     

小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。     

青州市精作农区耕地不同利用方式对土壤养分的影响研究

On the basis of the data obtained from a field survey, the relationship between land use and soil nutrients was evaluated in Qingzhou County, Shandong Province, China, through a statistical analysis of differences in 17 nutrients in five types of cultivated land. The results showed significant effects （P≤0.05 or P ≤ 0.01） of land-use type on soil organic matter and concentration of macronutrients, secondary nutrients, and micronutrients, as well as total salt and soil pH. In vegetable land, because of the large amounts of fertilizer applied to vegetable crops, the concentrations of most soil nutrients, with exception of available Si and micronutrients, were higher than those in grain cropland. Grain cropland had a significantly lower total salt content （P ≤ 0.01） and tended to have a higher soil pH than vegetable land. Within subtypes of land use, dry land, irrigable land, and open-air vegetable land had the highest coefficient of variation （CV） for available P, whereas protected vegetable land had the highest CV for total N and available S. In general, land-use types had greater impact on macronutrients than on secondary nutrients and micronutrients.