黄淮海平原地区夏玉米农田土壤呼吸的动态研究

本文通过对黄淮海平原地区玉米生长季土壤呼吸的测定表明:该地区土壤呼吸日变化呈现单峰曲线;土壤呼吸季节变化大体呈现随温度变化的趋势,最大值出现在8月10日左右;土壤呼吸受5cm地温的影响最大,达到极显著水平。施有机肥对土壤呼吸影响较大,氮磷配施也增加了土壤呼吸量,免耕比耕翻有较少的土壤呼吸量。运用DNDC模型模拟土壤呼吸变化趋势和土壤呼吸变化通量均与田间实测的比较接近,可以用来模拟分析黄淮海平原地区农业土壤碳氮的循环。     

不同施肥处理对黑土土壤呼吸的影响

基于中国科学院海伦生态实验站的长期定位试验,采用静态箱式法研究了玉米生长期间不同施肥处理对黑土土壤呼吸的影响。结果表明,在玉米生长期间,土壤呼吸速率表现出明显的季节性变化,分别在出苗后23、37、50、63、87、110 d出现峰值,其中最大峰值出现在出苗后第87天,其后土壤呼吸速率呈下降趋势,直到玉米收获,而根际呼吸速率的季节性变化规律与土壤呼吸相似,土体呼吸速率则主要受气温变化影响;玉米生长显著影响土壤呼吸,土壤呼吸速率的变化基本与玉米生长规律相一致,随生长而增加,随衰老而减小;施肥对土壤呼吸速率、根际呼吸速率有明显的影响,但对土体呼吸速率影响较小,从整个玉米生长期来看,NPKOM处理的土壤呼吸速率和根际呼吸速率最高,其中NPKOM处理土壤呼吸速率为C 27.5~474 mg m-2h-1,NPK处理和NP处理变化范围相近,分别为C 25.9~339 mg m-2h-1和C 29.5~358 mg m-2h-1,NK处理与CK处理变化范围分别为C 28.4~208 mg m-2h-1和C 22.1~184 mg m-2h-1;施肥对土壤呼吸量和根际呼吸量有显著的影响,表现为NPKOM>NPK>NP>CK>NK;在整个玉米生育期中,土壤呼吸累积量在拔节孕穗期和乳熟期出现两个峰值,表现为双峰曲线的变化规律,而土体呼吸累积量只在拔节孕穗期出现峰值,呈抛物线型,根际呼吸量在苗期最低,乳熟期最高,乳熟期后,根际呼吸量下降。     

地表凋落物对油松、沙棘人工林土壤呼吸的影响

通过对黄土丘陵区油松、沙棘人工林自然组(含凋落物)和去凋组(不含凋落物)土壤呼吸、5cm土壤温度和含水量的监测,研究地表凋落物对土壤呼吸的影响。在两种林分内分别设置20m×20m样地,样地内随机设置5个观测点,于2015年6月到2016年5月使用LI-8100系统进行监测。结果表明:(1)自然组油松林和沙棘林土壤呼吸季节动态及日动态均表现为单峰型变化曲线,沙棘土壤呼吸年均值[2.10μmol/(m~2·s)]显著高于油松[1.56μmol/(m~2·s),p0.05];去除凋落物后,两种林分土壤呼吸与自然组具有相似的季节及日动态特征,但土壤呼吸年均值不存在显著性差异。(2)沙棘林自然组土壤呼吸年均值显著高于去凋组[1.58μmol/(m~2·s),p0.05],凋落物呼吸对土壤总呼吸的贡献率为15.81%;油松林自然组与去凋组土壤呼吸年均值差异不显著,凋落物呼吸对土壤总呼吸的贡献率仅为1.61%。(3)自然组和去凋组中油松、沙棘林土壤呼吸与温度均存在显著指数关系(p0.05),与含水量则存在显著线性负相关关系(p0.05);两组处理土壤温度和含水量对土壤呼吸的单独解释量均较低(0.05%~37.82%),土壤呼吸主要受到温度和含水量共同作用的影响(8.01%~66.44%)。地表凋落物显著提高了沙棘林土壤呼吸的Q10和土壤呼吸量,但仅显著提高了油松林的Q10,对土壤呼吸量并未显著增加。油松林作为黄土丘陵区水土保持及生态恢复的造林树种更有利于该地区林地碳汇功能的提升。     

黄土丘陵区土壤基础呼吸对草地植被恢复的响应及其影响因素

为探讨黄土丘陵区草地植被自然恢复过程中土壤微生物活性的变化特征及其影响因素, 采用"时空互代"法采集宁夏云雾山自然保护区8个不同植被恢复年限的春、夏两季0～20 cm和20～40 cm的土样, 用室内密闭静态培养-碱液吸收法测定了新鲜和风干土样的基础呼吸.结果表明: 土壤基础呼吸随植被恢复年限增加呈增加趋势, 土壤呼吸强度和累积呼吸量都表现为植被恢复73年和78年较高, 而耕地和植被恢复3年最低.采样季节对呼吸强度测定有较大影响, 春季土样能更好地反映土壤微生物活性的变化.风干土样可以通过预培养后测定土壤的呼吸作用, 且能更加稳定地反映不同土壤之间的差异.在测定土壤基础呼吸时, 利用 1 d或3 d的培养平均值能更稳定地表现不同土壤的特性.累积呼吸量可较呼吸强度更直观地反映不同土壤的微生物活性.土壤有机质和全氮含量与土壤呼吸强度密切相关.     

不同培肥管理措施对土壤微生物生态特征的影响

本文研究了厩肥区、秸杆区、化肥区和无肥对照区四种不同培肥管理措施对土壤微生物生态特征的影响,结果表明,施入厩肥、化肥或秸杆还田均能明显增加土壤微生物生物量及呼吸量;土壤微生物生物质量、土壤呼吸及代谢商等微生物指标均与土壤有机质的变化呈相同的变化趋势;BIOLOG生态盘测试亦揭示了培肥管理措施能明显影响土壤微生物的群落结构。     

新鲜与老化蚓粪的有机碳呼吸动态特征

通过对经不同途径形成的新鲜蚓粪和老化蚓粪进行35d的CO2呼吸动态测定,比较两种蚓粪有机碳呼吸的差异,从而加深对蚯蚓影响土壤有机碳库周转的理解。新鲜蚓粪由过1mm筛的潮土与红壤在不同植物残体施用下经蚯蚓(Metaphire guillelmi)48h作用形成,湿润老化的蚓粪也由上述两种土壤经同种蚯蚓30d培养生成。结果表明:新鲜蚓粪中有机碳的呼吸量均大于相应土壤中的,特别是施用玉米残体形成的蚓粪;老化蚓粪中,除红壤不施植物残体形成的老化蚓粪的呼吸量低于相应土壤外,其它老化蚓粪的呼吸量均大于相应土壤的。蚓粪的呼吸与土壤质地、有机碳含量、植物残体及蚓粪老化程度等有关。     

农田土壤呼吸特征及根呼吸贡献的模拟分析

采用静态箱法研究了黄淮海平原典型农田土壤CO2排放通量的日变化、季节变化特征,分析了土壤温度、水分对土壤呼吸的影响;并利用反硝化一分解(DNDC)模型定量化研究了根呼吸对土壤总呼吸的贡献.结果表明,在作物生长季节内棉花地、休闲地和冬小麦/夏玉米地土壤CO2排放均表现出明显的季节变化规律.土壤CO2排放季节变化的总体趋势是夏季高、其他季节低,与对应气温的动态变化基本一致.冬小麦/夏玉米地土壤CO2排放通量高峰值为2324 mg·m-2·h-1,棉花地为1111.9 mg·m-2·h-,休闲地为436.07 mg·m-2·h-1.土壤CO2季节性排放受温度的影响最大,其中与5 cm地温的相关性最好,与土壤湿度的相关性不太明显.同一种种植模式施氮量高的处理CO2平均排放通量大于低的处理.同时根据DNDC模型估算,玉米根际呼吸对土壤呼吸的贡献最大,为91%～95%,棉花和冬小麦根际呼吸比例分别约为70%和80%.施氮不仅影响土壤微生物的呼吸而且还影响到根系呼吸.     

黄淮海平原土壤盐渍化状况的数值分类

本文通过ＧＰＳ定位的网格取样和Ｑ型聚类等方法，研究了整个黄淮海平原土壤盐分的剖面特征与水平分布．结果表明：根据黄淮海平原土壤盐分的剖面构型，可将整个黄淮海平原的剖面特征分为４大类，即表聚型、　底聚型、中聚型和平衡型．从其占聚类剖面的数量而言，它们分别占总聚类剖面数的约３０％、５％、１３％和５２％．黄淮海平原各种土壤盐分剖面类型都具有明显的空间集聚性，其中表聚性剖面主要分布在徐淮及滨海地区，底聚剖面主要分布在原来盐渍化严重的豫东黄泛平原，中聚剖面主要分布在黑龙港下游地区．其它为平衡型剖面．这类剖面根据其特点，可分为山前平原土壤盐分淋溶区、鲁西南土壤盐分通体积聚区和浅层咸水影响下的土壤盐分平衡区．整个黄淮海平原土壤剖面中脱盐与积盐比例约为２∶１．所以土壤盐分以脱盐为主．     

玉米生长中的土壤呼吸及其受氮肥施用的影响

运用盆栽试验研究了玉米生长和施氮水平(N 150 mg kg-1和300 mg kg-1)对土壤呼吸的影响。结果表明种植玉米的土壤呼吸速率(C)的变化范围为19. 6 ~ 762. 1 mg m-2h-1,而裸土为4. 3 ~ 36mg m-2h-1。在玉米生长的条件下,苗期土壤呼吸最低,73%的土壤呼吸分配在拔节孕穗期和成熟期。玉米生长中各阶段根际呼吸对土壤呼吸的贡献在58%~98%,苗期最小。施氮对裸土呼吸速率无显著影响;在玉米生长的条件下,施用高氮的土壤呼吸比施用低氮高28%,且两种施氮水平下土壤呼吸的差异主要发生在生长中后期。玉米生长的条件下土壤呼吸与温度的相关性不显著,而裸土下土壤呼吸速率与气温、表土温度、5 cm土壤温度均呈极显著的相关性;裸土施用高氮下的土壤呼吸与温度的相关性大于低氮。总之,玉米生长和土壤施氮不仅影响土壤呼吸速率和呼吸量,也影响土壤呼吸在各生长阶段的分配,还影响到土壤呼吸与温度的关系。     

水分对苹果园土壤呼吸季节性与年际变化的影响

[目的]了解果园土壤呼吸的季节和年际变化及其影响因素,为退耕还果条件下黄土高原地区土壤碳源汇功能变化研究提供依据。[方法]在长武农田生态系统国家野外站,以盛产期果园为对象,利用土壤碳通量监测系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)连续3 a原位监测了土壤呼吸、土壤水分和温度变化,分析了土壤呼吸的季节性和年际间的变化及其与水分、温度变化之间的关系。[结果]土壤呼吸具有明显的季节和年际变异特征:最高值出现在雨季(7—9月),3 a分别为3.14,3.98,4.71μmol/(m~2·s),最低值出现在11月后,3 a依次为0.99,0.88,0.69μmol/(m~2·s);年际间累积呼吸量变异约21%。土壤呼吸与温度呈显著指数关系,而不同水分状况下土壤呼吸及温度敏感性(Q_(10))不同,当土壤水分含量11.12%时,土壤呼吸为2.01μmol/(m~2·s),当土壤含水量变化于11.12%～23.63%之间时,土壤呼吸为2.24μmol/(m~2·s),当土壤含水量23.63%时,土壤呼吸则为1.38μmol/(m~2·s);相应地不同水分条件下Q_(10)值分别为1.57,1.63和1.38。[结论]土壤水分显著影响黄土区苹果园土壤呼吸和Q_(10),研究结果为黄土区果园生态系统碳汇功能的估算提供了依据。