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。     

不同秸秆还田方式对黄土高原坡耕地土壤呼吸的影响

选取豫西黄土高原典型玉米坡耕地,设置常规耕作+秸秆不还田（CT）,常规耕作+秸秆还田（TSI）和常规耕作+秸秆覆盖（TSM）3种处理,采用LI-8100A土壤碳通量测定系统,研究非生长季不同秸秆还田方式对土壤呼吸时空变化的影响。结果表明:CT,TSI,TSM处理下土壤呼吸速率随时间变化趋势基本一致,变化范围分别为0.22～1.23,0.29～1.35,0.26～0.91 μmol/（m²·s）,在温度和水分较低时段3者差异不显著,在温度和水分较高的时段3种处理土壤呼吸差异显著,表现为TSI > CT > TSM。3种处理不同坡位土壤呼吸有明显差异,总体表现为坡下 > 坡中 > 坡上,TSM处理下土壤呼吸空间异质性明显低于其他两种处理;不同坡位土壤温度和水分呈现明显的差异性,表现为坡下 > 坡中 > 坡上,并随温度和水分的升高,空间差异性增大。不同处理下土壤呼吸与温度和水分都呈现出显著的线性相关关系（p < 0.01）。秸秆覆盖在非生长季能有效减少土壤呼吸量,而秸秆还田增加土壤呼吸量,因此秸秆覆盖从减少温室气体排放的角度是较合理的秸秆还田方式。     

秸秆对根区土壤酶活性、无机氮及呼吸量的影响

采用田间小区试验和室内土壤培养相结合的方法,研究了秸秆对根区土壤酶活性、无机氮总量和呼吸量的影响。结果表明:秸秆的加入,使土壤脲酶活性和蔗糖酶活性升高,过氧化氢酶活性与秸秆加入量达显著差异,但其活性随培养时间的延长而逐渐降低;土壤多酚氧化酶活性与其它酶活性变化规律不同,大豆田土壤多酚氧化酶活性高于玉米田多酚氧化酶活性。土壤无机氮含量随培养时间的延长而增加,其中大豆田土壤加入秸秆后,处理间没有显著差异,而玉米田土壤差异显著。各处理间土壤呼吸总量与秸秆加入量均达差异显著水平,玉米田土壤高于大豆田土壤。相关性分析表明,玉米田土壤4种酶活性与无机氮和呼吸量均呈显著相关,而大豆田土壤脲酶、多酚氧化酶活性与土壤无机氮均呈极显著相关。因此,秸秆的加入可以促进土壤微生物的活动,提高了土壤酶活性、无机氮的含量及呼吸量。     

玉米豆科覆盖作物间作对潮土酶活性和真菌群落特征的影响

黄淮海地区土地复种指数高，不具备休闲条件，致使土壤养分消耗严重，土壤微生物群落多样性下降。为改善土壤状况，本研究基于两年的玉米豆科覆盖作物（紫花苜蓿、大豆、花生）间作试验，探讨玉米豆科覆盖作物间作对土壤养分、酶活性以及真菌群落特征的影响，同时分析黄淮海平原潮土区玉米豆科覆盖作物间作的可行性。结果表明：间作条件下土壤碱解氮含量提高，土壤有机质含量无明显变化，玉米紫花苜蓿间作处理和玉米花生间作处理土壤有效磷含量表现上升趋势。所有间作处理土壤脲酶活性都高于单作玉米处理，间作花生处理和间作大豆处理的酸性磷酸酶活性较单作玉米处理分别增加了30.53%和18.70%；间作紫花苜蓿处理土壤碱性蛋白酶活性和蔗糖酶活性对比单作玉米处理有显著提高。间作紫花苜蓿处理和间作大豆处理对土壤优势菌门子囊菌门和被孢霉门的相对丰度有积极作用，其中间作紫花苜蓿处理子囊菌门的相对丰度提高了11.88%，间作大豆处理被孢霉门相对丰度增幅达45.39%，优势菌门丰度的提升有助于补充土壤氮源和碳源。玉米豆科覆盖作物间作可以补充土壤养分，改善土壤微生物群落结构，提高土壤酶活性，可能成为提高黄淮海平原潮土地区土壤质量、维持土壤稳定性的有效措施。     

有机物料对平邑甜茶实生苗根系呼吸强度的影响

研究了几种有机物料对一年生平邑甜茶实生苗吸收根、生长根、褐色木质根呼吸强度的影响。结果表明,不同有机物料对三类根呼吸强度提高的程度不同,夏季为鸡粪>羊粪>花生秧处理;秋季羊粪>鸡粪>花生秧处理。整株根系呼吸强度,夏季鸡粪、羊粪和花生秧处理分别比对照提高56%、31%和25%;秋季羊粪比鸡粪处理高19%。吸收根、生长根和褐色木质根呼吸强度差异显著,夏季吸收根呼吸强度是褐色木质根的2～3倍、秋季为2～2.4倍;生长根呼吸强度是褐色木质根的1.5～1.9倍、秋季为1.3～1.7倍。白色根(吸收根与生长根之和)与褐色木质根各自的总呼吸量占整株根系呼吸量比例随季节变化而不同,夏季白色根所占比例超过50%,秋季褐色木质根呼吸量所占比例达68%～80%,在整株根系呼吸量中占主导地位。     

森林生态系统土壤呼吸研究进展

森林土壤碳是全球碳库的重要组成部分,在全球碳循环方面发挥着重要作用。土壤呼吸是当前碳循环研究领域中的一个热点问题,而且目前土壤呼吸已经成为陆地生态系统中向大气释放CO2最大的源。把土壤呼吸量与植物群落生长之间的关系进行分析比较,是理解森林生态系统碳素平衡的核心。在综合介绍国内外有关土壤呼吸的各种测定方法的基础上,对国内外有关森林土壤呼吸的已有研究成果进行了述评,指出了森林土壤呼吸研究工作今后的努力方向。     

氮肥与有机肥配施对设施土壤呼吸的影响

依托设施番茄栽培连续3年田间施肥定位试验,利用田间原位土壤呼吸测定法,研究了施氮量0、187.5、375.0、562.5 kg hm~(-2)(N0、N1、N2、N3)及氮肥与有机肥(M:75000 kg hm~(-2))配施(MN0、MN1、MN2、MN3)对土壤日呼吸速率的动态变化和累积呼吸量的影响,并分析了影响土壤呼吸的因素。结果表明:在番茄生长期内,各处理土壤日呼吸速率的动态变化趋势基本一致,番茄生长前期,各施肥处理土壤日呼吸速率较小且变动较小,生长64 d后,各施肥处理土壤日呼吸速率随生长天数的延长呈快速增加趋势,82 d时达最大峰值,之后则呈现下降趋势,但仍维持较高的数值;与单施氮肥处理相比,氮肥与有机肥配施可提高土壤日呼吸速率,并极显著提高土壤呼吸累积量(P<0.01),在施氮处理中,N1处理土壤呼吸累积量显著高于其它4个处理,而氮肥与有机肥配施处理中,施氮量对土壤呼吸累积量影响不显著。各处理5 cm、10 cm、15 cm处土壤温度与土壤日呼吸速率之间均呈显著指数相关性(P<0.05或P<0.01),敏感系数Q10值均随土层深度的增加呈增大趋势,其中,N1(187.5 kg hm~(-2))和MN1处理土壤日呼吸速率对温度的敏感性较强;表层(0~10 cm)土壤容重、pH值和有机碳含量与土壤呼吸累积量之间均有显著线性关系(P<0.05)。本试验条件下,连续有机肥与氮肥配施,可显著提高土壤呼吸,促进CO2排放。     

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。     

土壤石油污染对植物苗期生长和土壤呼吸的影响

选取陕北延安地区原油和黄绵土，设计了完全混合和表面施油两种处理方式，通过盆栽试验，研究了不同浓度石油污染处理对植物生长和土壤呼吸的影响。结果表明，玉米和紫花苜蓿在完全混合的油污土壤上萌发良好，但生长受阻，而表面喷洒处理的石油污染严重影响紫花苜蓿的萌发和生长；土壤呼吸作用对石油污染十分敏感，完全混合处理土壤呼吸与石油污染比例成正相关关系，污染越重，土壤呼吸强度越大，所有污染处理1周后土壤呼吸强度出现抑制而迅速回落，并在波动中逐渐趋于稳定，但仍然显著高于对照组，表明黄土中存在对石油耐受的土著微生物群落。     

喀斯特峡谷不同植被类型土壤的呼吸及其温度敏感性

[目的]了解喀斯特地区植被恢复对土壤碳释放的影响,为精确估计区域土壤碳收支变化提供参考。[方法]以喀斯特峡谷地区典型植被类型(草地、稀灌草丛、灌丛和乔木林地)为研究对象,采用Li-8100便携式土壤呼吸仪对其土壤呼吸、土壤温度和土壤水分进行定位连续观测,系统研究土壤温度(T)和土壤湿度(W)对土壤呼吸速率(Rs)的影响。[结果](1)草地、稀灌草丛、灌丛和乔木林4种植被类型土壤呼吸均呈单峰型季节动态,土壤呼吸速率的最大值均出现在夏季,最小值出现在冬季,其土壤呼吸速率变化范围分别为0.73~1.21,1.20~1.48,1.54~2.41,1.86~2.95μmol/(m2·s);观测期内,土壤呼吸速率均值分别为1.65,2.76,2.45,3.43μmol/(m2·s)。(2)土壤温度是影响土壤呼吸速率的主导因素,单因素指数模型显示土壤温度对土壤呼吸速率变化的解释能力为72.37%;三次项模型表明土壤水分的贡献率为43.9%。双因素关系模型较好地反映了土壤温度、湿度对土壤呼吸的影响,二者可共同解释土壤呼吸变化的81.5%~91.2%。(3)土壤呼吸的温度敏感性指数Q10值与土壤温度和湿度均呈显著负相关(p0.05)。[结论]4种植被类型土壤呼吸及其温度敏感性同时受土壤温度和水分影响,当土壤含水量过低或过高时,土壤温度的主导作用相对减弱,土壤湿度的影响作用加强。     

气温对祁连山不同植被状况土壤呼吸的影响

通过对祁连山不同植被类型2 0 0 3年生长季节土壤呼吸的季节动态、日变化及土壤呼吸对气温变化响应的研究发现,指数模型能够较好地揭示不同植被类型对温度变化的响应,且低温时模型的拟合效果更好;各群落土壤呼吸的季节动态与温度变化不完全同步,表明温度并不是影响土壤呼吸的唯一因子,但能在一定程度上解释土壤呼吸的季节变化;不同植被类型的Q10 值介于2 16～4 92之间,青海云杉林(海拔2 75 0m)群落的Q10 值高于其它植被类型,说明不同的植被覆盖状况会影响到土壤呼吸对温度变化的敏感程度