苜蓿草地土壤呼吸及其对环境响应的研究

采用LI-8100对河北沽源牧场地区3年生苜蓿(Medicago sativa L.)草地生长季土壤呼吸速率日动态以及季动态进行测定,分析了土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度和大气辐射的相关性。结果表明:苜蓿草地的土壤呼吸日动态呈单峰曲线,各观测日的最小值分别为3.102,2.071,4.655,4.52,3.355μmol·m^-2·s^-1,出现在每天8:00-9:00和18:00-19:00之间,相对应的最大值分别是4.934,3.034,6.948,5.682,4.823μmol·m^-2·s^-1,出现在13:00-16:00之间。土壤呼吸速率日动态与5 cm土壤温度的相关性最大,R2的值为0.2722~0.8214(P<0.05),与10 cm土壤温度有一定的相关性,与20 cm土壤温度相关性不大。土壤呼吸季动态呈不规则单峰曲线,最小值是2.48μmol·m^-2·s^-1,出现在6月26日,最大值是5.79μmol·m^-2·s^-1,出现在7月24日。土壤呼吸季动态与5,10,20 cm深度的土壤温度均无相关性,与5,10,20 cm深度土壤湿度均有极相关关系(P<0.01),与太阳辐射无相关性。     

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。     

内蒙古荒漠草原土壤呼吸对模拟增温和氮素添加的响应

以内蒙古荒漠草原为研究对象,采用Li-8100土壤碳通量测量系统测定法,研究了控制性增温和氮素添加对荒漠草原土壤呼吸的影响.研究表明:红外辐射加热器在2年间显著提升了试验样地的土壤温度,0~30 cm土壤温度的增幅达0.4~1.0℃;但增温未能显著改变0~30 cm土壤湿度,也未能促进土壤呼吸;施氮、增温＋施氮的交互作用都未显著改变试验样地的土壤呼吸值.试验期间,土壤呼吸存在明显的季节变化,其变化幅度为0.15~3.66 μmol CO₂·m^-2·s^-1.土壤呼吸与降水量和10 cm土壤含水量存在较强的相关性,相关系数分别达0.67和0.70.内蒙古荒漠草原存在明显的水分胁迫,这使得土壤湿度取代土壤温度成为控制土壤碳通量的主要环境因子,而施加矿质氮肥对土壤呼吸的影响不显著.     

新疆天山北坡荒漠草原碳通量特征及其对环境因子的响应

荒漠草原是天山北坡广泛分布的草地类型,对天山北坡草地生态系统碳收支具有重要的调节作用。为阐明天山北坡荒漠草原生态系统碳通量变化特征及环境因子对碳通量的影响,以新疆天山北坡荒漠草原为研究对象,利用微气象观测系统和LI-840 CO₂/H₂O红外分析仪获得连续观测数据,定量分析了荒漠草原碳通量的变化特征及其影响因子。结果表明：天山北坡荒漠草原植被净生态系统碳交换速率在日尺度上呈倒“U”型曲线;在季节尺度上,6、7、8月表现为碳汇,9、10月表现为碳源;6-10月荒漠草原总固碳量为15.50 g C·m^-2,8月固碳量最高为23.03 g C·m^-2;生态系统呼吸速率日变化呈“单峰”曲线;在季节尺度上,碳排放呈现先增加后降低趋势,7月碳排放量最高128.42 g C·m^-2,10月荒漠草原生态系统碳通量日变化不明显。光合有效辐射是影响日间净生态系统碳交换速率的主导因子,二者符合直角双曲线模型,日间净生态系统碳交换速率随光合有效辐射增大而减小;生态系统呼吸速率与5 cm土壤温度关系符合Van^,t Hoff模型,温度敏感性系数Q₁₀为1.69;最适土壤含水量是0.16 m³·m^-3,土壤含水量过高或过低均会对荒漠草原生态系统呼吸速率产生抑制作用。     

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。     

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。     

青藏高原纳木错高寒草原温室气体通量及与环境因子关系研究

青藏高原广泛分布着以高寒草甸和高寒草原为主的陆地生态系统。由于高寒草地生态系统异质性较大,对高寒草地主要温室气体通量的估算具有较大的不确定性。为研究高寒草原温室气体通量规律及其驱动因子,并为动态碳-氮耦合模式在高寒生态系统的参数化与检验提供数据支持,于2008年7-9月,使用静态箱-气相色谱法在位于青藏高原腹地的纳木错高寒草原开展了主要温室气体通量(CO₂,CH₄,N₂O)及环境因子的同步观测。结果表明:纳木错高寒草原生态系统CH₄,N₂O通量和CO₂排放分别为:-0.047 mg·m^-2·h^-1,0.49μg·m^-2·h^-1和208.2 mg·m^-2·h^-1;在季节尺度上,土壤温度与CO₂排放呈显著正相关,与N₂O和CH₄通量线性关系不显著;土壤含水量与CH₄和N₂O通量呈正相关关系,但与CO₂通量无显著相关。在日变化尺度上,土壤湿度稳定,土壤温度变化与N₂O和CO₂通量成正相关,对CH₄通量影响不显著。     

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)。     

黄土高原不同地形封育草地的土壤呼吸日动态与影响因子分析

采用动态密闭气室红外CO₂分析法(IRGA)对黄土高原丘陵沟壑区不同地形的封育草地土壤呼吸速率日动态进行了测定,并分析了土壤呼吸与土壤温度、土壤水分、地下生物量和地形间的关系。研究结果显示,草地的土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最小值为0.393~1.103 μmol/(m²·s),出现在凌晨;最大值为1.034～1.405 μmol/(m²·s),出现在14时左右,可以用正弦曲线拟合;而且不同样地间土壤呼吸速率与土壤温度间的关系均可用指数函数描述。土壤日均呼吸速率在不同地形的草地间存在差异,平坦草地为1.229 μmol/(m²·s),东北坡15°, 30° 和45° 草地分别为1.138, 1.033和0.890 μmol/(m²·s);西南坡15°, 30° 和45° 草地分别为1.036, 0.859和0.379 μmol/(m²·s);土壤呼吸速率随坡度的增大而减小,东北坡土壤呼吸速率小于西南坡,与不同样地间土壤水分和地下生物量的变化趋势一致,而且研究结果表明土壤呼吸的这种差异主要是受地形影响的土壤水分和地下生物量空间分布差异性决定的,而不同样地间土壤平均温度差异不显著(P>0.05)。     

东祁连山灌-草群落交错带土壤呼吸动态及影响因子分析

为探究高寒灌-草交错带土壤呼吸动态及影响因素,应用LI-8100A土壤呼吸自动测定系统,对东祁连山典型灌丛-草地交错带土壤呼吸动态及土壤因子进行测定,分析呼吸速率与土壤因子的相互关系。结果表明,整个交错带内土壤呼吸速率的均值介于2.3~7.2 μmol/(m²·s),各样地间土壤呼吸速率大小顺序为珠芽蓼草甸中心(S₁)>草甸-金露梅灌丛交错区(MSC₁)>金露梅灌丛中心(S₂)>金露梅-杜鹃灌丛交错区(MSC₂)>杜鹃灌丛中心(S₃),S₁和MSC₁样地的土壤呼吸日变化呈单峰型,峰值出现在14:00,S₂、MSC₂、S₃样地峰型不明显,且日变幅较小,仅为0.3~1.1 μmol/(m²·s);交错带内土壤物理性质和养分储量呈明显的垂直分异规律,土壤呼吸速率与土壤温度、全磷储量呈极显著的正相关(P<0.01),与土壤含水量极显著负相关(P<0.01),与0~20 cm土壤有机碳储量呈显著负相关(P<0.05);拟合分析显示,土壤温度、含水量和全磷储量是土壤呼吸速率的主要限制因子,土壤呼吸与土壤温度拟合系数最高,可解释土壤呼吸空间变异的79.9%。     

不同沙化程度草原地下生物量及其环境因素特征

为探讨草原沙化演替过程中地下生物量的变化规律,以内蒙古正蓝旗温性草原区为例,采用样地调查方法,研究了不同沙化程度草地地下生物量的垂直分布格局及其土壤环境特征。结果表明,1)草地地下生物量由土壤表层向深层急剧下降,总体呈“T”形分布,0~30 cm土层地下生物量占总地下生物量的80%以上;随着草原沙化程度的加剧,地下生物量呈显著下降趋势(P<0.05),未沙化草地、轻度沙化草地、中度沙化草地、重度沙化草地的地下生物量平均密度分别为2 598.67,2 318.45,390.26,117.25 g/m²。2)土壤温度随深度的增加而降低,30 cm以下土壤温度基本保持稳定;沙化草地深层土壤含水量略高于表层含水量,未沙化草地土壤保水能力优于沙化草地。3)在草原沙化演替进程中,土壤理化性质发生了一系列变化,与未沙化草地相比砂粒含量显著增加(P<0.05),沙化草地砂粒含量占90%以上;温性草原土壤pH值总体属于中性,各类型沙化草地间差异不显著(P>0.05);随着沙化程度的加剧,土壤有机质、全氮和速效氮含量均值较未沙化草地显著下降(P<0.05)。     

半干旱区退耕地紫花苜蓿生长特性与土壤水分生态效应

本文系统研究了黄土高原半干旱地区不同立地条件下,20年生紫花苜蓿(Meducagi sativa L.)生长变化特征与土壤水分的消耗与恢复过程。结果表明:紫花苜蓿不同生长阶段生产力差异较大,年生长的6-8月份,即在水热同步条件下,紫花苜蓿形成较高地上生物量,为年生长的盛期,但土壤水分消耗过度,降至年最低点;紫花苜蓿产草量不同生长年限均达极显著差异,在山地、塬地和川地3种立地条件下均呈规律性变化特征,即在生长的4～8年间,3种立地条件下紫花苜蓿均为旺盛生长阶段,第10年土壤含水量降到最低,土壤干层厚度高达300～720 cm,土壤水分严重亏缺;10年后随紫花苜蓿的基本衰败,土壤水分开始缓慢恢复;第15～20年,3种立地类型500 cm土层以上土壤水分可恢复到接近种植前的土壤含水量,而500 cm以下土壤通体干燥化严重,水分恢复极为缓慢,且恢复难度较大。因而,在黄土高原半干旱区紫花苜蓿适宜生长年限应为8～10年,第4～8年为苜蓿生长的高峰期。     

兰州市中心城区道路绿地土壤pH和养分特征

为掌握兰州中心城区道路绿地土壤pH和养分状况,找出主要限制因子并提出解决办法,以行道树周边土壤为研究对象,分0?30和30?60 cm两个土层,根据土壤有无植被覆盖,分裸露和植被覆盖两组采样,运用分组回归方法分析土壤pH与土壤肥力间相关性,研究不同pH组道路绿地土壤养分的基本状况。结果表明:1)土壤pH在7.91~9.39,均值8.49,土壤pH整体较高,其中33.42%和0.47%的道路绿地分别为强碱性和极强碱性;土壤有机质含量在5.30~47.80 g·kg^?1,平均值18.29 g·kg^?1,其中37.64%和21.77%道路绿地的土壤有机质含量分别为较缺乏和严重缺乏;土壤碱解氮含量在5.24~167.55 mg·kg^?1,平均值48.54 mg·kg^?1,其中35.68%和5.95%的道路绿地分别为较缺乏和严重缺乏;土壤有效磷含量在4.68~184.46 mg·kg^?1,平均值45.66 mg·kg^?1,其中19.58%和1.67%的道路绿地分别为较缺乏和严重缺乏;土壤有效钾含量在72.35~449.64 mg·kg^?1,平均值177.60 mg·kg^?1,有效钾含量不缺乏。2)裸露土壤0?30 cm土层有机质、碱解氮、有效磷和有效钾均显著高于30?60 cm土层(P<0.05);植被覆盖土壤0?30 cm土层中碱解氮和有效钾均显著高于30?60 cm土层(P<0.05)。3)土壤pH分组研究表明,土壤pH与有机质、碱解氮、有效磷存在显著的负相关关系(P<0.05),高pH是限制兰州市道路绿地土壤养分发挥的重要因子。4)植被覆盖显著降低土壤pH(P<0.05),显著提高有机质、碱解氮和有效磷含量(P<0.05)。因此,对裸露地表进行植被覆盖可有效改善道路绿地土壤存在的主要问题。     

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。     

日喀则河谷退耕还草(林)工程实施后生态功能效应的初步分析

调查并分析日喀则地区退耕还草(林)工程实施后生态功能效应发现,退耕还草显著提高了植被总盖度和平均高度。退耕还草5年后外来物种增多,原播种老芒麦(Elymus sibiricus)的重要值降低,Shannon-Wiener 多样性指数和均匀度指数均增加,说明退耕还草使植被群落趋于稳定。随退耕还草时间延长,植被和土壤碳密度总体呈上升趋势,退耕还草5年后,植被碳密度比退耕初期增加331.81 g C·m^-2。不考虑退耕初期因耕播时施肥的影响,并以退耕还草第3年的土壤有机碳为本底值,0～30 cm土层土壤有机碳密度从退耕3年后的2.74 kg C·m^-2增加到5.06 kg C·m^-2,土壤固碳速率为1.16 kg C·m^-2·a^-1。0～30 cm土壤全氮增加到2.98 kg N·m^-2,比退耕1年和3年分别增加了1.60和1.64 kg N·m^-2。退耕并禁牧后土壤趋于松软,地表植被覆盖物增加,土壤容重随退耕年龄延长而降低,土壤最大持水能力增大,特别是土壤0～10 cm最大持水量增加显著,5年后达52.37 mm,比第1年(44.48 mm)高7.89 mm。由于退耕还草时间较短,底层土壤容重及最大持水能力变化不大。     

不同种植年限紫花苜蓿人工草地土壤有机碳及土壤酶活性垂直分布特征

通过测定土壤容重、土壤有机碳含量和土壤酶活性,探讨了不同种植年限(1,3,4,5和8年)紫花苜蓿人工草地剖面土壤有机碳含量、土壤碳密度及土壤酶活性的垂直分布差异。结果表明,1)1~8年0~100 cm土壤平均SOC含量分别为4.519,4.865,5.120,5.348和3.334 g/kg,各土壤剖面SOC含量主要集中在0~40 cm深度内,分别占0~100 cm土壤有机碳含量的69.7%,65.8%,73.8%,70.0%和67.2%,SOC含量自40 cm以下急剧下降。2) 1~8年0~100 cm土壤平均SOC密度分别为1.148,1.217,1.231,1.398和0.840 kg/m²,表层0~40 cm约占54.8%~61.8%;0~100 cm SOC含量及其密度均以种植5年苜蓿地最高,依次为8年(19.9 g/kg和5.04 kg/m²)<1年(27.7 g/kg和6.77 kg/m²)<3年(29.7 g/kg和7.26 kg/m²)<4年(30.4 g/kg和7.38 kg/m²)<5年(32.2 g/kg和8.53 kg/m²)。3)3种土壤酶活性都随着土层加深和种植年限的增加而降低,土壤表层(0~10 cm)及次表层(10~20 cm)酶活性显著降低,土壤酶活性主要集中在0~20 cm深度内,表现出表聚性。