草毡寒冻雏形土有机质补给、分解及大气CO2通量交换

调查草毡寒冻雏形土生物量及土壤有机质,利用涡度相关技术观测该区域作用层与大气CO₂通量。结果表明:地下90%生物量集中于0~10cm的表土层,年总净初级生产量约935.0g/m²;土壤有机质含量在6.401~7.060%之间;净CO₂通量呈明显的日变化和季节变 化规律;5月中 旬到9月底为CO₂的净吸收(780gCO₂/m²),其中以7月最高,净吸收量明显高于非生长季的,10月到翌年5月初CO₂的净排放量(383gCO₂/m²);全年固定碳高达397g/m²。     

高寒灌丛草甸生态系统CO2释放的初步研究

以金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸生态系统为对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒灌丛(GG)、丛内草甸(GC)和裸地(GL)的CO₂释放进行了初步研究。结果表明:GG、GC和GLCO₂的释放速率均呈明显的单峰型日变化进程,最大释放速率出现在15:00～17:00之间,最小值在7:00前后出现,白天释放速率大于夜晚;CO₂释放速率具有明显的季节性变化特征,生长期CO₂释放速率明显高于枯黄期,且均表现为正排放,8月为CO₂释放高峰期,释放速率GG>GC>GL(P<0.01);2003年6月30日至2004年2月28日,高寒灌丛植被-土壤系统CO₂释放量为3088.458±287.02g/m²,丛内草甸植被-土壤系统CO₂释放量为2239.685±183.68g/m²,其中基础土壤呼吸CO₂的释放量约为1346.748±176.24g/m²,分别占GG和GC释放量的43.61%和60.13%;CO₂释放速率的日变化主要受地表和5cm地温制约,而季节动态与5cm地温呈显著正相关关系(P<0.01)。     

青海果洛黄河源区高寒草甸CO2释放速率研究

以青海果洛黄河源区高寒退化草甸生态系统为对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒退化草甸生态系统CO₂释放进行了初步研究。结果表明:所选4种不同退化程度高寒草甸,即未退化草甸(A)、轻度退化草甸(B)、中度退化草甸(C)和重度退化草甸(D),其CO₂释放速率有明显的日变化特征,日最大排放速率在15:00-17:00左右出现,最低值出现于清晨7:00-9:00左右,释放白天大于夜晚;(2)CO₂释放速率具有明显的季节性变化特征,生长期CO₂释放速率明显高于枯黄期,8月为CO₂释放高峰期,1月或2月为CO₂释放低谷期;(3)CO₂释放速率的日变化主要受地表温度和5cm地温制约,季节动态与5cm地温呈显著正相关关系(P<0.01),本研究为进一步进行高寒退化草甸生态系统源江效应的准确估测提供科学依据。     

黄河口滨岸潮滩湿地CO2、CH4和N2O通量特征初步研究

2009年8月,运用静态暗箱-气相色谱法对夏季黄河口滨岸潮滩湿地CO₂、CH₄和N₂O通量的日变化特征进行了原位观测。结果表明,夏季低潮滩沉积物-大气界面的CO₂、CH₄和N₂O通量均具有明显日变化特征,日通量范围分别为-18.755～43.731,-0.070～0.224和-0.002～0.008 mg/(m²·h),均值为11.630,0.079和0.005 mg/(m²·h),全天表现为三者的排放“源”;中潮滩沉积物-大气界面CO₂、CH₄和N₂O通量的日变化范围分别为-30.780～25.734,-0.111～0.100和-0.004～0.006 mg/(m²·h),均值为4.570,0.011和0.002 mg/(m²·h),全天亦表现为三者的排放“源”;中潮滩-大气界面CO₂、CH₄和N₂O通量的日变化范围分别为46.253～102.637,-0.211～0.048和-0.008～0.008 mg/(m²·h),均值为76.656,-0.038和-0.002 mg/(m²·h),全天表现为CO₂的“源”、CH₄和N₂O的“汇”。 本研究还发现,中潮滩的CO₂通量与气温呈显著正相关(P＜0.05)关系,低潮滩沉积物的CH₄通量与气温、地表温度和5 cm地温呈极显著正相关(P＜0.01)关系,而中潮滩的N₂O通量与气温、地表温度和不同深度地温(5,10,20 cm)呈显著(P＜0.05)或极显著(P＜0.01)负相关关系;沉积物基质和翅碱蓬群落是影响CO₂、CH₄和N₂O通量特征的重要因素,而水分、盐分对于三者通量特征的影响也不容忽视。     

青藏高原高寒草甸生态系统土壤有机碳动态模拟研究

利用高寒草甸区植被、土壤和气候等资料,借助Century模型研究了青藏高原高寒草甸生态系统土壤有机碳的动态。以2003年7月-2005年7月逐月气象观测资料为输入变量,模拟了自然条件下高寒矮嵩草草甸0～20cm土壤微生物呼吸CO₂-C通量季节变化。模拟值与观测值进行的回归分析显示,二者具有较好的一致性(R²=0.89,P＜0.05)。土壤有机碳动态模拟表明:1)自然条件下高寒草甸土壤有机碳在经历了一个快速积累过程后,积累速率逐渐趋于缓和,最终达到并接近稳定状态。稳定状态下0～20cm土壤总有机碳库约7597.50～7694.10gC/m²。其中活性、缓性和惰性土壤有机碳组分占土壤总有机碳储量的2.80%,58.50%和38.70%。2)过去45年(1960-2005)高寒草甸土壤有机碳呈振幅较为稳定的波动变化,但这种变化主要是土壤有机碳各组分波动变化的结果。气候波动对土壤有机碳影响主要与温度变化引起的惰性土壤有机碳库的变化有关,二者呈显著负相关(r=-0.548,P＜0.01)。降水量对土壤有机碳及有机碳各组分的影响不显著。     

贝加尔针茅草原生态系统生长季碳通量及其影响因素分析

以贝加尔针茅草原为研究对象,利用涡度相关通量测量系统,测定CO₂通量及其影响因子。结果表明,贝加尔针茅草原CO₂通量存在明显的日、季变化,不同生育阶段CO₂通量日、季变化呈“U”型,其中以7月最为明显,CO₂通量固碳、释放碳最大值均出现在7月,分别为-0.56和0.83 mg/(m²·s)。潜热通量、显热通量、有效光合辐射与CO₂通量显著相关,与土壤温度、土壤含水量相关不显著。     

培肥措施对旱地农田土壤CO2排放和碳库管理指数的影响

阐明长期有机物料施肥下土壤CO₂排放特征及其影响机制以及碳库管理指数对黄土高原旱作农业区固碳减排及施肥模式选择的影响尤为重要。基于2012年设置在陇中黄土高原旱作区的长期定位试验,通过不施肥（CK）、氮肥（NF）、有机肥（OM）、秸秆（ST）、有机肥结合无机肥（OMNF）5个处理,测定并计算了2018年不同施肥措施下全年土壤CO₂排放、作物碳排放效率和碳库管理指数的变化,并运用结构方程模型分析了0~30 cm土壤温度、水分、微生物量碳氮、易氧化有机碳、蔗糖酶、脲酶与土壤CO₂排放速率的关系。结果表明：1）与不施肥相比,秸秆、有机结合无机肥和有机肥处理使生育期土壤CO₂排放平均速率提高了42.72%、30.82%和29.79%,秸秆、有机肥处理分别使生育期土壤CO₂排放量显著提高36.35%、32.45%（P<0.05）,有机结合无机肥处理使碳排放效率显著降低41.10%（P<0.05）;2）有机物料处理均能显著提高0~5 cm土层易氧化有机碳、微生物量碳氮、蔗糖酶活性和碳库管理指数,相比不施肥和氮肥处理,有机结合无机肥处理分别使0~30 cm土壤碳库管理指数提高127.41%,99.33%（P<0.05）;3）结构方程模型表明,环境因子对土壤CO₂排放速率的总解释度为53%,对土壤CO₂排放速率总效应较大的影响因素包括土壤温度（2.36）、微生物量碳（1.59）和土壤水分（1.18）,且均间接地影响着土壤CO₂排放速率,土壤温度促进了微生物量碳和蔗糖酶活性的提高,微生物量碳促进了微生物量氮和易氧化有机碳的增加。综合来看,有机结合无机肥处理可以提升土壤碳库管理指数,保持微生物活性,增加作物产量,降低土壤碳排放效率,是陇中黄土高原旱作农业区比较适宜的农田培肥措施。     

放牧强度对高寒灌丛草甸土壤CO_2释放速率的影响

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站，研究放牧强度对土壤CO２释放速率的影响及其与环境条件的关系。结果表明，CO２释放速率具有明显的日变化规律，日最大值在12∶00～14∶00h出现，最低值出现于凌晨6∶00～8∶00h。轻牧和重牧区日释放速率分别为7.774±5.577 g·m－２·d －１和6.977±4.947 g·m－２·d－１。CO２释放速率具有明显的季节变化，最大值均出现在7月，而冬季则最低。CO２释放速率的日变化主要受气温和地表温度的制约，与气温和地表温度呈极显著的正相关(P＜0.01)。CO２释放速率的季节动态与气温和地温(0～30cm)呈极显著的正相关(P＜0.01)。放牧使CO2释放速率降低。     

产漆酶真菌对高寒草甸土壤有机质矿化特性的研究

为了了解产漆酶微生物真菌对高寒草甸土壤有机质的矿化作用及其特性,实验采用室内密闭静置培养法,对添加产漆酶真菌Marasmius tricolor 310b发酵粗酶液对高寒草甸土壤生物活性有机碳库的影响进行了研究。结果表明：与对照组相比,添加产漆酶真菌Marasmius tricolor 310b发酵粗酶液后,在整个培养期内土壤CO₂释放量和微生物生物量碳含量随培养时间的延长,呈现不断下降的趋势,35 d后趋于稳定;在整个培养周期,微生物呼吸熵的变化总体呈对数降低趋势,处理组符合方程y=-9.964ln （x）+32.281（R²=0.9744）,对照组符合方程y=-9.788ln （x）+28.683（R²=0.95）,处理组土壤CO₂的累计释放量始终高于对照组（P<0.05）,说明菌株310b促进了土壤有机质矿化作用。土壤有机碳含量在培养前期开始降低,但差异不显著,15 d后处理组的土壤有机碳含量低于对照组（P<0.05）,说明不同阶段产漆酶真菌对有机质的周转速率不同,推测产漆酶真菌对有机质的转化作用与土壤环境条件有关。     

苜蓿光合速率日变化及其与环境因子的关系

利用LI-6400光合仪测定苜蓿叶片净光合速率,研究其日变化及与环境因子的关系。结果表明:苜蓿叶片净光合速率、蒸腾速率日变化均呈现"双峰"曲线,有明显的光合"午休"现象;净光合速率峰值出现在10:00和13:00,分别为33.55和27.88μmol CO₂·m^-2·s^-1,第1峰值大于第2峰值;蒸腾速率的峰值出现在11:00和14:00,比光合速率滞后1小时;相关分析表明,苜蓿净光合速率与光合有效辐射、气孔导度呈极显著正相关(r=0.8433^**、0.8223^**),与田间CO₂浓度呈极显著负相关(r=-0.8125^**);在光照强度、CO₂浓度、气温和空气湿度4个环境因子中,影响净光合速率日变化的主要因子是田间CO₂浓度。     

黄土高原雨养农业区不同种植模式土壤温室气体排放特征

研究陇中黄土高原旱作农田,设置了苜蓿-苜蓿(L-L)、苜蓿-休闲(L-F)、苜蓿-小麦(L-W)、苜蓿-玉米(L-C)、苜蓿-马铃薯(L-P)和苜蓿-谷子(L-M)6个处理,采用静态箱-气相色谱法和碳通量测量系统LI-8100对苜蓿后茬轮作不同作物土壤温室气体排放动态及其影响因素进行了测定与分析。研究结果表明,农田土壤表现为CO₂源、N₂O源和CH₄吸收汇,且呈现夏秋高,春冬低的季节性变化特征。L-L处理的CO₂累积排放量最高,L-W处理较之降低了42.43%;L-C处理的N₂O累积排放量最高,L-P处理最低;CH₄吸收量以L-M处理最高,较L-F和L-L分别增加了62.71%和31.87%,综合增温潜势表现为L-L>L-M>L-C>L-P>L-F>L-W。相关分析结果表明,CO₂、CH₄、N₂O排放量与脲酶、过氧化氢酶活性及土壤温度呈极显著相关(P<0.01),与土壤水分在不同土层有显著相关性;逐步回归分析发现,土壤温度、过氧化氢酶是CO₂和CH₄排放的主导因素,土壤温度极显著影响气体排放,N₂O排放主要受到环境因子的影响。综合来看,与长期苜蓿连作相比,黄土高原地区苜蓿种植一定年限之后轮作粮食作物能减少土壤温室气体排放量,减弱农田温室气体的增温效应,其中以小麦效果最佳。     

施肥种类对青海草地早熟禾草地土壤呼吸的影响

为了解草地生态系统对全球碳素变化的贡献,通过便携CO₂/H₂O红外气体分析仪EGM-4研究腐熟羊粪、磷酸二铵和生羊粪处理下青海草地早熟禾（Po apratensis‘Qinghai’）草地的土壤呼吸速率,并测定草地土壤温度、含水量和有机质含量。结果表明：肥料种类对土壤呼吸的影响差异显著。与各处理对照呼吸速率相比（1.27,0.99和0.42g CO₂·m^-2·h^-1）,适量腐熟羊粪表现为促进土壤呼吸（1.72,1.53和0.69g CO₂·m^-2·h^-1）,而化肥在盛花期时抑制土壤呼吸（0.99g CO₂·m^-2·h^-1）,成熟期时对土壤呼吸无影响（1.16g CO₂·m^-2·h^-1）,枯黄期则促进土壤呼吸（0.72g CO₂·m^-2·h^-1）。土壤呼吸与土壤温度、有机质含量呈指数正相关,与0~10cm土壤含水量呈线性关系。腐熟羊粪处理提高了Q₁₀,而磷酸二铵和生羊粪对Q₁₀无影响;磷酸二铵和腐熟羊粪处理的土壤呼吸与土壤含水量相关系数比生羊粪的高。有机肥降低了土壤呼吸与土壤有机质的相关系数,而磷酸二铵对其无影响。腐熟羊粪可以提高土壤对土温的敏感性而降低土壤呼吸对土壤有机质含量的敏感性。     

云贵高原草地生态系统CO2通量变化特征

草地是云贵高原的重要植被类型,与其他地区研究相比,该地区草地生态系统的CO₂交换过程和驱动机理的研究较为薄弱。基于涡度相关系统对云贵高原草地生态系统观测的连续高频数据(2017年10月-2018年8月),分析了该生态系统CO₂通量的时间变化特征及其环境影响因素。结果表明:日尺度上CO₂通量具有显著的变化特征,为明显的单峰型变化,白天净吸收,夜晚净排放。季节尺度上,每月均为碳吸收,吸收速率呈春夏高,秋冬低的特征,吸收峰值出现在6月,最低值在1月,且生长季的碳吸收变化幅度比非生长季大。影响CO₂通量变化的主要环境因子有太阳辐射、气温、土壤温度和风速,综上,云贵高原草地生态系统CO₂通量对温度较为敏感,温度升高可提高其固碳能力。总的来看,该生态系统是一个明显的碳汇,研究时段内净碳吸收量为425.14 g CO₂·m^-2。     

三种土地利用方式下南方高山土壤温室气体通量特征及其影响因子研究

为探讨湖北火烧坪三种土地利用方式下土壤温室气体排放的特征及其影响因子,以研究区农田、草地和天然林地为研究对象,采用野外原位静态箱-气相色谱法对其土壤温室气体通量动态变化进行监测,并对环境因子进行分析。结果表明：三种土地利用方式下土壤CO₂均表现为排放,农田土壤CH₄和N₂O表现为排放,草地表现为吸收,林地不一致;土壤含水量抑制土壤CO₂,促进土壤CH₄产生,过氧化氢酶活性与土壤CO₂和CH₄的排放具有显著相关性,有机肥的施用影响土壤N₂O的排放;全球增温潜势（Global warming potential,GWP）由大到小表现为草地 > 林地 > 农田,但草地由于生物量高光合呼吸作用强,向大气排放CO₂的总量则较低。因此,人工草地的建造有利于降低研究区土壤温室气体的排放。     

青海湖北岸高寒草甸草原非生长季土壤呼吸对温度和湿度的响应

非生长季土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分,显著地影响着碳收支。本研究利用Li-8100开路式碳通量测定系统,研究了青海湖北岸高寒草甸草原非生长季土壤呼吸对短期围栏封育(自由放牧,3年围栏封育和5年围栏封育样地)的响应,并讨论了温度和湿度对非生长季土壤呼吸的影响。结果表明,1)自由放牧、3年围栏封育和5年围栏封育样地非生长季土壤呼吸平均速率分别是全年土壤呼吸平均速率的0.21,0.22和0.19倍;2)自由放牧、3年围栏封育和5年围栏封育样地非生长季土壤呼吸所排放的碳量分别为117.2,109.2和100.7 g C/m²,占全年土壤呼吸所排放的碳量的21.2%,22.3%和23.2%;3)相比于生长季和全年土壤呼吸的温度敏感性,非生长季具有更低的土壤呼吸温度敏感性;4)非生长季土壤温度和土壤湿度对土壤呼吸的解释率相当,一定的土壤湿度是保证土壤呼吸对温度响应的必要条件。因此,当考虑到碳收支和生态系统碳循环时不能忽略掉非生长季土壤呼吸的作用,而且水分在调节非生长季土壤呼吸中起着重要的作用。     

不同耕作方法和施氮量对旱作农田土壤CO2排放及碳平衡的影响

全膜双垄沟播技术是近年来黄土高原旱作玉米主要的生产技术之一,其采用的耕作方法包括深松耕、免耕、旋耕和翻耕,因此,研究不同耕作方法下旱作玉米农田土壤CO₂排放特征对农田生态系统固碳减排的综合评价和管理措施的选择具有一定的重要意义。本研究采用田间定位试验,研究4种耕作方式（深松耕、免耕、旋耕和翻耕）结合两种传统施氮量（300和200 kg·hm^-2）处理下旱作玉米农田土壤CO₂的排放规律及碳平衡。结果表明,土壤CO₂日排放速率最大值和最小值分别出现在12：00-14：00和4：00-6：00,趋势与大气温度变化一致;生育期内各处理土壤CO₂排放速率均随生育进程呈先增后降的变化趋势,各处理波动规律基本一致,峰值出现在拔节期、大喇叭期与花期交替期,谷值出现在成熟期,翻耕措施下土壤碳排放总量和作物碳排放效率均显著高于其他耕作方式（P<0.05）,其他耕作方式间差异不显著（P>0.05）;施肥量为300 kg·hm^-2时土壤CO₂排放总量显著高于200 kg·hm^-2（P<0.05）;农田净生态系统生产力、固碳潜力在耕作方式间差异显著,深松耕处理显著高于其他处理（P<0.05）,施氮量间差异不显著（P>0.05）。综上,从固碳减排的角度,深松耕措施和传统施氮量（200 kg·hm^-2）相结合是黄土高原旱区玉米较好的管理模式。     

施肥对高寒草原草地质量指数及土壤性质影响的综合评价

本研究以西藏自治区班戈县的典型高寒草原为研究对象,设置田间小区控制试验,于2013-2015年施加不同数量氮磷肥(N: 0、7.5、15.0 g N·m^-2, P: 0、7.5、15.0、30.0 g P₂O₅·m^-2), 调查各处理不同类群植物生物量、分析土壤理化性质,进而评价氮磷养分添加对高寒草原草地质量和土壤环境质量的影响。试验结果表明:1)氮磷配施优于氮磷肥单施,不同氮磷配施处理均能提高草地质量指数(IGQ),以N₁P₁(7.5 g N·m^-2, 7.5 g P₂O₅·m^-2)施肥处理的草地质量指数最大(90.27),相较对照增加了67.16%(P<0.05)。2)选择土壤有机质(OM),全氮(TN)、全磷(TP)、有效氮(AN)、有效磷(AP)和pH作为土壤环境质量评价指标, 应用主成分分析法对不同土层(0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm) 12个施肥处理的土壤理化性质进行分析。结果表明,短期施肥主要影响土壤0~10 cm土层环境质量的变化;增施氮肥土壤pH呈下降趋势;高磷添加处理(30.0 g P₂O₅·m^-2)增加了土壤全磷、有效磷含量,但植物吸收效率下降。3)结合草地质量指数和土壤理化性质变化进行草地质量综合评价,结果表明氮磷肥配施好于单施,且N₁P₁(7.5 g N·m^-2,7.5 g P₂O₅·m^-2)处理相对得分最高,为本试验条件下的适宜施肥量。