干旱区退化湿地恢复过程中的土壤呼吸特征研究

精河入湖口湿地是典型干旱区湖泊湿地艾比湖湿地的重要组成部分。本研究采用空间序列代替时间序列的方法分析了艾比湖精河入湖口退化湿地恢复中土壤呼吸的变化特征。结果表明:(1)随着恢复期的延长,土壤CO2通量的日变化有由单峰型向双峰型转变的趋势;(2)恢复期较短的湿地(1 a),季节变化具有单峰型特点,峰值在秋季,恢复期较长的湿地(3~5 a),季节变化呈现双峰型,且春季高于秋季;(3)退化湿地在植被恢复过程中土壤呼吸速率逐渐增强;(4)在退化湿地的不同恢复阶段,近地面10 cm土壤温度与土壤CO2通量的关系最密切。因此,只要水源充足,精河入湖口退化湿地在恢复过程中土壤呼吸速率随恢复时间延长而逐渐提高,经4~5 a即可恢复到未退化状态。     

宁夏黄土丘陵区冬小麦农田土壤呼吸特征及影响因素分析

土壤呼吸是陆地碳循环研究的关键环节,是大气CO2的重要来源,文中以冬小麦农田为研究对象,利用ACE土壤呼吸自动监测系统,研究了冬小麦农田土壤呼吸、土壤温度、土壤水分和光合有效辐射的变化特征、相互关系以及碳释放量。结果表明:1)土壤呼吸日变化呈现"单峰型",最大值出现在13:00左右,最小值出现在夜间;2)土壤呼吸日变化表明土壤呼吸与土壤温度(0-10cm)和光合有效辐射呈显著正相关关系(P<0.01),与土壤水分的关系不确定;3)土壤呼吸季节变化表明土壤呼吸与土壤温度呈显著正相关关系(P<0.01),与土壤水分和光合有效辐射无显著相关关系;4)冬小麦农田碳释放量168gC·m-2·a-1。     

重构土体土壤呼吸及其水热影响因子日变化特征

选取荒石滩地4种重构土体作为研究对象,应用土壤碳通量测量系统(LI-8100),对重构土体土壤呼吸和水热影响因子进行原位监测,分析了重构土体土壤呼吸的日变化情况。结果表明,4种重构土体土壤呼吸在观测期间的日变化均呈现单峰曲线,最低值出现在6∶00或20∶00,最高值出现在10∶00、12∶00或14∶00。4种重构土体土壤呼吸值在8月份和12月份分别达到试验观测期间最大值和最小值,其中,添加蛭石、页岩、沙和砒砂岩重构土体的最大值分别为9.88、10.47、14.94μmol·m~(-2)·s~(-1)和12.19μmol·m~(-2)·s~(-1),最小值分别为0.11、0.08、0.10μmol·m~(-2)·s~(-1)和0.00μmol·m~(-2)·s~(-1),4种重构土体日变化幅度的排序为添加沙页岩砒砂岩蛭石。4种重构土体土壤温度(指数模型)、土壤体积含水量(二次曲线模型)单因素以及土壤温度和含水量双因素(幂-指数模型)均能够解释土壤呼吸的日变化,但是解释能力不同,双因素模型解释能力一般高于50.0%,单因素模型中温度的解释能力显著高于水分;3种模型拟合下,添加蛭石重构土体水热影响因子对土壤呼吸日变化的解释能力最低,为77%～97%,指数模型和幂-指数模型下添加蛭石的重构土体土壤水热影响因子对土壤呼吸日变化的解释能力最低,分别为41%～96%和77%～97%,二次曲线模型模拟下添加页岩重构土体土壤体积含水量对土壤呼吸日变化的解释能力最高,为28%～53%。     

毛乌素沙地不同类型生物土壤结皮-土壤呼吸的季节变化特征

2018年以毛乌素沙地西南部发育良好的苔藓结皮和藻类结皮为研究对象,以流沙作为对照,采用土壤碳通量测定,系统观测了不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸的日动态,探讨了生物土壤结皮-土壤呼吸与环境因子之间的关系,分析了季节变化对生物土壤结皮-土壤CO2释放量和温度敏感性的影响。结果表明:(1)不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸速率均呈"单峰"曲线,但其峰值出现的时间存在差异,春季和夏季不同类型生物土壤结皮-土壤呼吸速率峰值出现时间均为13:00左右,但冬季和秋季,藻类结皮-土壤和流沙呼吸速率出现时间为15:00左右,滞后于春季和夏季2 h。(2)不同季节,不同类型生物土壤结皮-土壤CO2日释放量:苔藓结皮藻类结皮流沙,且达到显著水平(P0.05)。(3)春季至冬季,生物土壤结皮-土壤CO2日释放量呈先增加后降低的趋势,主要表现为:夏季春季秋季冬季,且达到显著水平(P0.05)。(4)通过对不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸速率与环境因子的主成分分析,与5 cm土壤温度相比,2 cm土壤温度是不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸的主要影响因子,其次为近地层空气湿度。(5)不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸速率与2 cm土壤温度的关系均可用指数模型较好的描述,以该函数为基础计算呼吸的温度敏感性,发现温度敏感性的变化范围为1.33～3.85;随季节的变化,温度敏感性呈先降低后升高的趋势:冬季秋季春季夏季,即温度越高,生物土壤结皮-土壤呼吸的温度敏感性越低。     

玉米农田土壤呼吸与环境因子的关系研究

采用LICOR-6400便携式光合作用仪连接6400-09土壤叶室,于2005年1月至12月对太原盆地夏玉米农田的土壤呼吸进行了测定,同时测定了土壤温度和水分,目的是了解玉米农田土壤呼吸的日变化及季节变化规律及其与环境因子的关系。结果表明:夏玉米农田土壤呼吸速率具有比较明显的日变化,晚间维持在较低水平,最低值在凌晨5:00左右,随后开始上升,最大值一般在11:00-15:00之间;同时土壤呼吸速率也具有较明显的季节变化,冬春季较低,盛夏秋初较高,最大值出现在8月,最低值出现在2月。土壤呼吸速率与0-10cm的土壤温度关系显著,剔除土壤水分胁迫时的测定数据后,土壤温度可以解释土壤呼吸变化的29%(直线函数)、41%(指数函数)、44%(Lloyd&Taylor函数);标准化前、后土壤呼吸与土壤水分均呈极显著相关(p<0.01);剔除水分胁迫后的Q10为2.32,R10为2.23(指数方程)、2.67molm-2s-1(Lloyd&Taylor方程)。土壤温度和土壤水分结合在一起进行土壤呼吸预测,可以解释土壤呼吸季节变化的48-52%。玉米农田的年土壤呼吸总量为1.476kgCm-2。     

旱地冬小麦返青前秸秆覆盖的土壤温度效应

设置田间试验,研究旱地麦田秸秆覆盖的土壤温度效应,采用微型温度纪录仪连续24 h观测,获得了小麦返青前10 cm和20 cm深度土壤温度的系统数据.结果表明:秸秆覆盖使麦田冬前(11月21日～12月20日)和越冬前期(12月21日～1月20日)的昼夜平均温度显著升高;冬前和越冬前期,秸秆覆盖土壤10 cm温度在13∶00～17∶00之间低于无覆盖,其余时间高于无覆盖土壤,越冬后期,秸秆覆盖土壤10 cm温度在12∶00～23∶00之间低于无覆盖,其余时间则高于无覆盖;覆盖土壤20 cm温度在24 h内则始终高于无覆盖土壤(冬前和越冬前期);8∶00～10∶00覆盖与无覆盖温差最大.土壤20 cm昼夜平均温度均显著高于10 cm土壤;秸秆覆盖条件下20 cm与10 cm温差昼夜平均值在冬前显著低于无覆盖,在越冬期则稍高于无覆盖;秸秆覆盖显著降低土壤温度的变幅,土壤的升温速率和降温速率也显著低于无覆盖土壤.     

(土娄)土剖面CO_2释放通量的变异特征

采用碱液吸收法,对(土娄)土剖面CO2通量进行连续1年的定位观测研究。结果表明:(土娄)土剖面CO2通量具有明显的、较为复杂的季节变化规律,8月下旬最高,冬季最低;一般情况下观测期间耕作区(土娄)土剖面CO2通量呈现表层低-中部高-底层低的分布特征;休闲区(土娄)土剖面CO2通量的季节变化和剖面变化与耕作区相类似,但是在土剖面CO2通量的变化剧烈程度和复杂性方面,耕作区表现的更为明显。土壤温度是影响土剖面CO2通量的主要因素,二者间存在极显著的指数函数相关关系(P0.01);土壤含水量与土剖面CO2通量之间也有着一定的相关关系,但是与土壤温度相比其属于次要地位。土壤CO2释放通量与土壤含水量之间存在一个最适土壤含水量,随着剖面深度的增加,最适土壤含水量逐渐增大。     

准噶尔盆地南缘梭梭群落春季融雪期的土壤呼吸动态

积雪对温带中高纬度地区早春土壤温度和水分具有调控作用,并对土壤呼吸具有重要影响。利用箱式法观测2012年早春积雪融化阶段古尔班通古特沙漠南缘典型温带荒漠梭梭群落内土壤呼吸的动态变化。结果表明：春季融雪期梭梭群落土壤呼吸变异极大,变化范围为0.2~1.2 μmol•m-²•s^-1,日平均土壤呼吸速率变化呈先增后减趋势,但土壤最大呼吸速率随土壤含水量的减少而减少。融雪期灌丛内外土壤呼吸变化规律相同,梭梭灌丛内土壤呼吸速率显著高于灌丛外。融雪期土壤含水量与最大土壤呼吸具有显著的相关关系,但在日尺度上土壤温度与土壤呼吸具有显著的相关关系。研究表明：积雪融化对土壤呼吸具有显著的激发效应,早春积雪变化对土壤呼吸速率将产生重要影响。     

干旱区绿洲棉田土壤呼吸日变化特征分析

利用Li- 8100土壤碳通量测量系统对绿洲棉田土壤呼吸进行日变化动态测定,结果表明:土壤呼吸有明显的单峰型日变化特征,棉田(滴灌地、漫灌地)、弃耕地的土壤呼吸速率日均值分别为3.45、3.37、1.63μmol/( m2·s);峰值出现在15:00～20:00,谷值出现在4:00～6:00,6:00后,土壤呼吸速率上...     

准噶尔盆地盐穗木群落土壤CO2释放规律及其影响因子

采用LI-8100自动土壤碳通量测量系统,于2006年5～10月对分布于准噶尔盆地西北缘的盐穗木群落的土壤呼吸速率进行了(北京时间8:00～20:00)测定,并分析了温度和水分对土壤呼吸的影响.结果表明:土壤CO2释放速率具有明显的日变化和季节变化规律,均呈单峰曲线.日最大释放速率出现在14:00～16:00时,最小释放速率在8:00时,日变幅最大值为0.977 μmol/(m2·s)、最小值为0.549 μmol/(m2·s);土壤CO2释放速率的变化顺序为6月＞7月＞5月＞8月＞9月＞10月,平均速率为0.436±0.061 μmol/(m2·s).土壤呼吸速率日变化与温度的相关性分析表明,呼吸速率与气温、地表温度和5 cm土层温度呈极显著和显著正相关关系,土壤呼吸速率与其之间的线性回归关系为Y=-0.034 0.045 X气温 0.011 X地表温度-0.044X5 cm,(R2=0.734,P＜0.001).土壤呼吸速率与20～30 cm,30～40 cm土层的含水量具有显著的相关性.     

阿拉善荒漠功能灌木群的土壤呼吸动态研究

使用LI-8100仪器实测了在生长季阿拉善的梭梭、沙冬青、红砂、华北驼绒藜、珍珠、白刺六种植物群落土壤呼吸速率,使用挖刨面法逐月测定了土壤温度和土壤含水量。结果表明:这六种荒漠植物群落土壤呼吸速率日动态均呈单峰型,最高值皆出现在12:00-14:00,最低值出现在早晨8:00,土壤呼吸速率最大值出现时间先于气温最高值出现的时间。六种植物群落土壤呼吸速率的月变化呈单峰曲线,与近地面气温的变化趋势一致。六种植物群落土壤呼吸速率的日变化与地表温度达到极显著正相关关系,与近地面气温、5cm、10cm温度具有显著相关性。六种植物群落与土壤含水量0-10cm、10-20cm、20-30cm都没有显著相关性。在源与汇的问题上,梭梭、沙冬青、红砂、珍珠、华北驼绒藜、白刺是汇。     

基于冠层叶-气温差的温室土壤水分诊断

根据对日光温室条件下番茄全生育期的冠层温度、气温、土壤水分以及一些相关气象因素测定,分析了冠层叶-气温差与土壤容积含水率、湿度之间的关系。结果表明:在日光温室条件下,番茄全生育期内冠层叶-气温差的日变化呈曲线分布,冠层叶-气温差的最高值出现在每天的13∶00～15∶00之间。通过对主要生育期13∶00～15∶00的数据分析发现,冠层叶-气温差(△T)与土壤容积含水率(SW)以及棚内湿度(RH)之间有较好的复相关关系,结合容积含水率与湿度对冠层叶-气温差的综合影响,可以得出△T与SW呈负相关关系,与RH呈正相关关系,相关系数R2为0.778。通过偏相关分析,冠层叶-气温差与容积含水率的相关性最大,呈负相关关系,相关系数R2为0.778,并通过数据验证,实测值(Y)与模拟值(X)相关性较好,相关系数R2为0.723。因此可通过监测13∶00～15∶00的冠层叶-气温差来了解作物的水分状况,为农田土壤水分诊断提供科学依据。     

生物炭施用对冬麦田土壤水热环境及土壤呼吸的影响

探究施用生物炭对冬麦田土壤水热因子及土壤呼吸的影响,对生物炭在麦田应用及农田固碳减排有重要的实践意义。2018年10月至2021年6月在关中灌区连续3 a进行了麦田生物炭施用试验,试验设置生物炭施用量水平分别为：0 t·hm^-2·a^-1（C0）、10 t·hm^-2·a^-1（C10）、20 t·hm^-2·a^-1（C20）,通过测定小麦生长季的土壤温度、土壤水分、土壤呼吸速率及产量,明确不同施炭量对冬小麦田土壤水热因子及土壤呼吸的影响。各处理生育期内土壤呼吸速率及全生育期CO₂排放量存在显著性差异（P<0.05）,均表现为C0>C20>C10。生物炭施入增加了生育期内的平均土壤温度,同时显著提高了0～20 cm土壤含水量（P<0.05）,并减弱了土壤水分在生育期内的变化幅度。C10、C20处理3 a平均土壤含水量较C0分别增加了17.0%、29.0%。5 cm及10 cm土壤温度能分别解释土壤呼吸变化的54.7%～...     

控制性增温和施氮对荒漠草原土壤呼吸的影响

以内蒙古高原短花针茅(Stipa breviflora)+冷蒿(Artemisia frigida)+无芒隐子草(Cleistogenes son-gorica)的荒漠化草原为研究对象,野外自然条件下进行的生态系统控制性增温与施肥实验,以研究温度和氮素的增加对荒漠化草原植物群落的土壤呼吸作用可能产生的影响。研究结果发现,实验期间内增温处理样地0cm,7.5cm,15cm,30cm和50cm土壤平均温度与对照样地相比,平均增加了1.32℃,0.92℃,0.88℃,0.80℃,0.74℃,土壤温度呈现出上层变异性大于下层的规律,不同土层土壤温度的显著增加(P<0.05)说明模拟气候变暖实验的有效性。虽然增温和对照样地不同土层的土壤温度与土壤呼吸速率均呈正相关关系,但无论是季节还是日变化上,近两年的增温作用没有增加土壤的呼吸速率,施氮作用也没有使土壤呼吸作用明显加强。     

半干旱区不同施肥量对旱作冬小麦田土壤呼吸的影响

为了探究不同施肥量对半干旱区旱作冬小麦田土壤呼吸的影响,在宁夏回族自治区彭阳县旱地农业试验站设置了不施肥（F_N）、低肥（F_L）、中肥（F_M）和高肥（F_H）大田试验。通过监测不同施肥量下冬小麦田的土壤温度、土壤水分和土壤呼吸速率,分析不同施肥量下冬小麦田土壤呼吸速率的变化特征及其与土壤水热因子的相关性。结果表明：（1）施肥能提升0~5 cm和5~10 cm土层土壤温度,随着施肥量的增加,0~5 cm和5~10 cm土层温度平均增幅分别为1.7%~15.0%和2.0%~21.4%。（2）施肥降低了0~100 cm土层土壤含水量,随着施肥量的增加,F_H、F_M和F_L处理降幅分别为6.5%~7.0%、5.0%~5.8%和3.5%~4.0%。（3）施肥显著提升了冬小麦在拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期的土壤呼吸速率;2018—2019年和2019—2020年低肥、中肥和高肥处理平均土壤呼吸速率分别提升了40.0%、25.5%和14.5%。（4）施肥提升了冬小麦全生育期CO₂排放量,随着施肥量的增加,全生育期CO₂排放量呈下降趋势,表现为低肥＞中肥＞高肥＞无肥,且各生育阶段土壤CO₂累计排放量存在显著差异。（5）土壤呼吸速率与土壤水热因子相关性分析表明,土壤呼吸与0~5 cm和5~10 cm土层土壤温度相关系数均达到显著水平,且与5~10 cm土层土壤温度相关性显著高于0~5 cm土层;土壤呼吸速率与0~10 cm土层土壤含水率呈现显著相关关系。（6）土壤水热双因素与土壤呼吸分析表明,土壤水热双因素可以解释土壤呼吸变化的81%~89%,高于土壤温度（63%~74%）和土壤水分（46%~75%）单因素。综上可知,土壤呼吸受土壤温度和水分的调控。从改善农田生态,降低土壤呼吸的角度来看,适当提升施肥量可有效减少土壤呼吸的排放。     

秸秆还田及施肥对小麦复种油菜农田土壤呼吸的影响

在甘肃省石羊河绿洲灌区连续3 a的小麦复种油菜田间定位试验的基础上,采用EGM-4密闭式土壤呼吸测量系统,测定了不同施肥水平和不同秸秆还田方式下小麦复种油菜农田的土壤呼吸速率。结果表明：在整个观测期内, 土壤呼吸速率最高值出现在8月下旬（152.06~199.58 mg•m^-2•h^-1）,最低值出现在10月中旬（12.67~19.01 mg•m^-2•h^-1）。土壤呼吸速率日变化呈单峰曲线,最高值出现在12:00-14:00, 4:00左右达最低值;不同秸秆还田方式下, 高茬收割免耕播种油菜的处理明显降低了土壤呼吸速率,且在秸秆处理后的油菜生育期内降低效果更加明显;不同施肥水平下,在N、P减量15%的情况下,土壤呼吸速率显著下降;各试验处理措施下, 土壤呼吸速率与5 cm和10 cm土壤温度、30 cm各层土壤含水量均呈极显著正相关,并且土壤呼吸速率与0~30 cm土壤水分的相关性较土壤温度高;不同处理下土壤呼吸速率与土壤孔隙度基本上呈负相关,但是两者之间相关性并不显著。     

Carbon inputs regulate the temperature sensitivity of soil respiration in temperate forests

Litter and root activities may alter the temperature sensitivity (Q₁₀) of soil respiration. However, existing studies have not provided a comprehensive understanding of the effects of litter and root carbon inputs on the Q₁₀ of soil respiration in different seasons. In this study, we used the trench method under in situ conditions to measure the total soil respiration (R_total), litter-removed soil respiration (R_no-litter), root-removed soil respiration (R_no-root), and the decomposition of soil organic matter (i.e., both litter and root removal; R_SOM) in different seasons of pioneer (Populus davidiana Dode) and climax (Quercus liaotungensis Mary) forests on the Loess Plateau, China. Soil temperature, soil moisture, litter biomass, fine root biomass, litter carbon, and root carbon were analyzed to obtain the drive mechanism of the Q₁₀ of soil respiration in the two forests. The results showed that the Q₁₀ of soil respiration exhibited seasonality, and the Q₁₀ of soil respiration was higher in summer. The litter enhanced the Q₁₀ of soil respiration considerably more than the root did. Soil temperature, soil moisture, fine root biomass, and litter carbon were the main factors used to predict the Q₁₀ of different soil respiration components. These findings indicated that factors affecting the Q₁₀ of soil respiration highly depended on soil temperature and soil moisture as well as related litter and root traits in the two forests, which can improve our understanding of soil carbon-climate feedback in global warming. The results of this study can provide reference for exploring soil respiration under temperate forest restoration.