连作对杨树人工林土壤呼吸及各组分的影响

土壤呼吸是整个陆地生态系统碳循环的关键过程之一.以山东大汶河沿岸沙地不同连作代数杨树人工林(1代林、2代林和3代林)为研究对象,利用ACE自动土壤呼吸监测系统(UK),对3种林分一个生长季(4-10月)的土壤呼吸速率及温湿度进行测定,同时采用壕沟法对3种林分的土壤呼吸进行组分分离,并对土壤呼吸及各组分与土壤温湿度的关系进行模型模拟.结果表明:3种林分的土壤呼吸速率(RS)、自养呼吸速率(RA)和异养呼吸速率(RH)的月变化均为明显的单峰格局;生长季内,3种林分RA贡献率月差异明显,平均贡献率为40.04％;RS及其组分与5 cm处土壤温度存在显著指数关系,与土壤体积含水量没有相关性,土壤温度与土壤体积含水量的复合模型对土壤呼吸速率变化解释能力为80％ ～ 94％;3种林分生长季平均土壤呼吸速率分别为3.12、3.08和2.66μmol/(m2·s),3代林RS和RH均显著低于1代林和2代林.连作导致杨树人工林地土壤呼吸速率减弱,土壤理化性质和微生物量的差异是导致林分间土壤呼吸速率差异的主要原因.揭示连作对杨树人工林土壤呼吸及各组分的影响,以及作用机制,为全面探究杨树人工林连作效应及土壤碳循环,提供数据支撑.     

基于组分区分的南方红壤丘陵土壤呼吸对植被类型转换的响应

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要环节之一。长时期的水土保持生态建设导致南方红壤丘陵区植被类型转换非常普遍。探讨植被转换对土壤呼吸及其关键组分的影响,不仅对深入了解土壤呼吸与碳循环的内在机制有着重要的理论价值,还可以为科学评价水土保持生态建设在应对气候变化方面的作用提供科学依据。依托江西水土保持生态科技园对侵蚀退化裸地及其恢复承建后的百喜草地、柑橘果园和湿地松人工林进行了一年尺度的土壤呼吸速率监测。结果表明,土壤呼吸速率月变化呈夏高冬低的曲线模式,最大值出现在8月份或9月份,最小值出现在1月份,植被转换没有改变土壤呼吸的季节变化模式。土壤呼吸速率的季节变化主要受浅层土壤温度的控制,与土壤含水率没有显著关系,5 cm深度土壤温度能解释总呼吸速率和异养呼吸速率季节变异的83.3%和86.0%。随着植被类型由裸地向草地、果园和林地转换,土壤呼吸的温度敏感性系数Q10值由1.86增大到2.20、2.72和2.75,即土壤呼吸对土壤温度的变化越来越敏感。异养呼吸占土壤总呼吸的比例呈现出单峰曲线模式,平均达到72.3%,且随土壤呼吸速率的增大而增大。南方红壤丘陵区侵蚀裸地向人工草地、果园和湿地松人工林转换的过程中土壤呼吸速率有所增强,草地与裸地之间土壤总呼吸速率存在显著性差异,草地与裸地、草地与林地之间土壤异养呼吸速率差异显著。在区域或生态系统尺度上,植被类型是土壤呼吸的重要影响因子。     

桂林市尧山桉树及马尾松林春、夏两季土壤碳通量特征

[目的]以广西壮族自治区桂林市尧山地区的4年生桉树林、20年生桉树林和22年生马尾松林为研究对象,旨在研究由森林类型、林龄及其它因子驱动的森林土壤呼吸动态变化特征,并为桉树、马尾松人工林生态系统碳动态模拟提供基础数据。[方法]采用Li-8100土壤碳通量测量系统于2013年3—8月(春、夏两季),分别对这3种林分的土壤呼吸及其组分、土壤温度、土壤湿度进行了6个月的观测。[结果](1)3种林分的土壤总呼吸速率无显著差异。(2)4年生桉树林的自养呼吸速率显著大于20年生桉树林及22年生马尾松林。20年生桉树林的异养呼吸速率显著大于4年生桉树林及22年生马尾松林。(3)土壤温度是影响土壤呼吸及其组分的主要环境因子,3种林分土壤呼吸及其组分与土壤温度均呈显著的指数关系;(4)4年生桉树林的土壤呼吸与土壤含水量的相关性不显著,20年生桉树林的土壤呼吸与土壤含水量呈显著正相关关系,22年生马尾松林的土壤呼吸与土壤含水量呈显著负相关关系。(5)对温度敏感性系数Q10值的分析表明,4年生桉树林的温度敏感性较大,20年生桉树林和22年生马尾松林较小。     

长期定位施肥下黑土呼吸的变化特征及其影响因素

阐明长期不同施肥下的土壤呼吸特征及其影响机制对黑土区固碳减排研究至关重要。该研究基于1990年开始的国家土壤肥力与肥料效益监测网站-吉林省公主岭市黑土监测基地,选取不施肥(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、无机肥配施低量有机肥(NPKM1)、1.5倍的无机肥配施低量有机肥(1.5(NPKM1))、无机肥配施高量有机肥(NPKM2)和无机肥配施秸秆(NPKS)6个处理,明确了长期不同施肥下土壤总呼吸和异养呼吸的季节变化特征,并分析了土壤温度、水分、微生物量碳氮、铵态氮、硝态氮与土壤呼吸和异养呼吸的关系。结果表明:长期有机无机肥配施可以显著提高土壤有机碳、全氮、土壤速效磷、有效钾的含量和土壤活性有机碳库组分含量(P0.05);与不施肥相比,长期有机无机肥配施和无机配施秸秆处理分别显著增加土壤呼吸及异养呼吸碳累积排放量56.32%~86.54%和70.01%~100.93%;根系呼吸对土壤呼吸的整体贡献为23.68%~34.30%;相关分析表明,土壤呼吸速率和异养呼吸速率与土壤温度极显著正相关(P0.01),与土壤含水率呈显著负相关(P0.01),土壤温度可以分别解释土壤呼吸和异养呼吸变化的42.79%和39.61%;土壤微生物量碳氮、土壤硝态氮均与土壤呼吸速率和异养呼吸速率极显著相关(P0.01),土壤微生物量碳氮、土壤硝态氮可以分别解释土壤呼吸和异养呼吸变化的78.42%和77.18%,58.33%和56.79%,59.29%和59.14%;土壤铵态氮虽然显著影响土壤呼吸速率(P0.05),可以解释土壤呼吸变化的5.56%,但其对异养呼吸速率的影响不显著。综合来看,微生物量碳对土壤呼吸及异养呼吸的影响最大,而土壤含水率(15%)越高则土壤呼吸越弱;无机配施秸秆处理可以提高土壤碳库组分含量,且作物生育期内土壤呼吸及异养呼吸碳累积释放量均低于等氮量下施用有机肥(NPKM1)的处理,为最佳的农田管理措施。     

不同施肥条件下小麦田土壤呼吸特征研究

土壤呼吸是碳循环中的重要过程,为了解不同施肥措施对土壤呼吸过程的影响,在潮土小麦生长季研究了土壤呼吸特征.结果表明,土壤呼吸具有明显的昼夜变化和季节变化特征;土壤呼吸和土壤温度呈指数变化关系;有机肥和秸秆还田在生长后期显著增加了土壤呼吸速率,而仅仅NPK配施,减小了土壤呼吸速率.     

重庆市缙云山3种森林类型的土壤呼吸特征研究

2010年7—12月,采用LI—COR公司生产的LI-8100土壤碳通量测量系统及土壤温度、湿度传感器对重庆市缙云山自然保护区内的毛竹林、针阔混交林、针叶林的土壤呼吸速率以及地表下5cm处的土壤温度和体积含水量进行测定,最后对3种林地土壤呼吸的时间变化特征及其与土壤温湿度和森林凋落物的关系进行了分析。结果表明：（1）3种林地土壤呼吸速率日内变化特征不明显,白天总体呼吸速率大于夜间。（2）月际变化明显,表现为从7—8月土壤呼吸速率增大,8—12月逐渐减小。3种林分7—12月总体平均土壤呼吸速率表现为毛竹林〉针阔混交林〉针叶林。（3）毛竹林、针阔混交林、针叶林的土壤呼吸速率与5cm土壤温度均存在极显著的指数相关关系（p〈0.01）,温度每升高10℃,土壤呼吸的变化比率Q10值分别为2.67,2.19,2.13。（4）土壤呼吸特征与5cm土壤含水量之间没有明显的相关关系。（5）各林地无凋落物的土壤呼吸速率均小于对应林地有凋落物土壤呼吸速率,各林地无凋落物的Q10值均大于对应林地有凋落物的Q10值。     

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。     

华北南部低丘山地刺槐林地非主要生长季土壤微生物的呼吸特征

采用树木环割法,于2009-11—2010-03,利用Li-8100土壤呼吸自动观测系统,观测研究了位于河南省济源市的华北山区南部低丘山地40a生刺槐林土壤微生物呼吸速率（Rh）的时间变化特征及其与土壤温度和湿度的关系。结果表明：（1）在非主要生长季,Rh日变化不明显,但呈现出明显的日际变化特征;Rh平均值为0.426μmol.m-2.s-1。（2）林地5cm深处土壤温度与Rh之间存在显著的指数相关关系（P〈0.01）,且Rh随5cm深处土壤温度的升高而增大,表示二者关系的参数Q10值是1.86,说明非主要生长季Rh对温度的变化十分敏感;Rh与土壤含水量呈显著的线性相关关系（P〈0.01）,且Rh与5cm深处的土壤温度和土壤体积含水量均有很好的复相关关系（P〈0.01）。比较偏相关系数表明,影响Rh的主要土壤物理因子是土壤水分。     

太行山南麓不同植被类型土壤呼吸特征及其温度敏感性

[目的] 探讨不同植被类型土壤呼吸特征及其温度敏感性,为陆地生态系统碳循环研究提供理论支持。[方法] 以太行山南麓裸地、草地、灌丛、林地为研究对象,采用长期定位观测和室内化验分析相结合的方法,研究不同季节土壤水热因素、呼吸特征及其温度敏感性。[结果] 不同植被类型的土壤温度变化较大,均表现为1月初最低,8月下旬最高,8月以后土壤温度呈逐渐降低模式,相同月份土壤温度大致表现为：裸地>草地>灌丛>林地,局部有所波动。不同植被类型的土壤呼吸速率具有明显差异,季节变化特征一致;其中,土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸速率季节变化特征一致（倒V形变化规律）,大致表现为：夏季 > 秋季 > 春季 > 冬季。不同植被类型的土壤呼吸湿度敏感性大致表现为：裸地 < 草地 < 灌丛 < 林地。由此说明植被类型是影响土壤呼吸温度敏感性的重要因素,并且夏季和秋季土壤呼吸Q₁₀显著高于春季和冬季。相关性分析表明土壤pH值与温度敏感性（Q₁₀）呈显著负相关（p<0.05）,与有机碳含量呈显著正相关（p<0.05）。不同植被类型土壤异养呼吸夏季的贡献率最高,春季的贡献率最低,贡献率依次表现为：夏季>秋季>冬季>春季,自养呼吸贡献率随季节的变化呈逐渐增加趋势。[结论] 异养呼吸对土壤总呼吸的贡献率大于自养呼吸,微生物参与下的异养呼吸成为土壤呼吸中最主要的组成部分。     

橡胶林土壤呼吸速率及其与土壤温湿度的关系

利用Li-6400光合仪研究4 a、12 a和19 a橡胶林的土壤呼吸及其各组分(微生物呼吸、根系呼吸、凋落物呼吸)呼吸速率的日变化和年变化特征,探索土壤温度和湿度对土壤呼吸速率的影响。结果表明: 不同树龄橡胶林土壤呼吸速率在全天观测期间,出现最大值和最小值的时刻有很大差异,但在9:00~11:00时刻的测定值均接近日均值;在不同树龄橡胶林中各组分呼吸速率日变化大小虽不一致,但均表现为凋落物呼吸速率最小。4 a、12 a和19 a橡胶林土壤呼吸速率均有明显的月变化,月均值分别是2.45、2.63和2.96 μmol m-2 s-1;最大值出现在7月和8月,最小值出现在2月和3月;不同树龄橡胶林土壤呼吸速率月变化相互间差异不显著;土壤微生物呼吸占土壤呼吸的比例最高(为43.6%),根系呼吸次之(为36.1%),凋落物呼吸较小(为20.4%)。土壤呼吸速率与土壤温度之间具有显著的指数函数关系,但与土壤湿度的相关性不显著,从而得知海南橡胶林土壤温度与土壤呼吸速率有着密切的关系,土壤水分与土壤呼吸速率可能没有直接的关系。     

安太堡露天煤矿复垦区不同人工林土壤呼吸特征

[目的]探讨复垦模式对土壤呼吸作用的影响,同时为矿区复垦土地质量评价、复垦模式的筛选提供数据支撑。[方法]采用动态密闭气室红外CO2分析法对露天煤矿复垦区5块永久性样地土壤呼吸作用及其相关组分的日变化及季节动态进行跟踪测定。[结果]各样地土壤呼吸作用均呈现出明显的季节变化规律,但日变化趋势却各不相同。土壤呼吸速率日变化在5,9,10月份变幅较为平缓,6,7,8月份变幅较大,且在7,8月份达到最大值。去根系后,土壤温度及水分与未处理之间没有显著差异,但土壤呼吸速率值明显下降,下降幅度为19%~46%。土壤总呼吸速率和去根系土壤呼吸速率均与土壤温度、土壤水分、双因子呈幂或指数函数关系。[结论]刺槐纯林模式更有利于土壤的熟化与肥力的提高。     

东北农场农作物生长季土壤呼吸对温度和含水量的响应

通过静态碱液吸收法测定了东北典型农场水稻和玉米两种农作物在生长期（4—7月）的土壤呼吸速率及其变化规律,分析了不同深度的土壤呼吸速率对土壤温度和土壤含水量的响应。结果表明:在作物生长期,水稻样地的土壤呼吸速率高于玉米样地。水稻和玉米样地在0—15 cm深度的土壤呼吸速率明显高于15—30 cm和30—60 cm。随着土壤深度的增加,土壤呼吸速率逐渐减小。水稻土壤的呼吸速率最大值为580.6 μg/（kg·h）,最小值为160.4 μg/（kg·h）;而玉米的土壤呼吸速率最大值为565.3 μg/（kg·h）,最小值为137.5 μg/（kg·h）。水稻和玉米样地土壤呼吸速率与土壤温度呈现极显著相关关系（p<0.01）,土壤温度曲线在4月到6月初明显上升,而土壤呼吸速率曲线在这一时段也呈相同态势;6月下旬到7月初土壤温度变化平稳,土壤呼吸速率与土壤温度的同步变化趋势不明显。同时,两种作物的土壤含水量与土壤呼吸速率间的相关性也极为显著（p<0.01）,说明土壤含水量也能够解释生长期水稻和玉米的土壤呼吸速率变化。     

Soil respiration as affected by vegetation types in a semiarid region of China

There are variations in soil respiration across vegetation types; however, it is unclear which factors are mainly responsible for the variations. A field experiment was conducted in 2008 and 2009 in a semiarid region of China to investigate the daytime and monthly variation of soil respiration across vegetation types and to determine the factors controlling the variation. An automated portable soil carbon dioxide (CO₂) flux measurement system was used to measure the soil respiration in shrubland, grassland, fallow land, and cropland during the growing periods. The results showed that the relative daytime variation amplitude of soil respiration in the fallow land and cropland was as small as that of shrubland and grassland during July, but greater than that of shrubland and grassland during August and October. A hysteresis effect for the relationship between the daytime soil respiration and daytime soil temperature was observed for all four vegetation types. There was also a hysteresis effect for the relationship between the daytime soil respiration and daytime air temperature for the grassland. Over the study period, the monthly soil respiration rates of the fallow land and cropland were statistically comparable and significantly lower than those of the shrubland and grassland, with the exception of August, during which the monthly soil respiration of the cropland was as great as that of shrubland and grassland. The factors responsible for the monthly soil respiration variation across the vegetation types differed from month to month. In general, the soil temperature and soil water content were mainly responsible in August and September; however, the root biomass predominated in July and October. The results are valuable for accurately estimating regional carbon fluxes by considering the temporal variability of the soil respiration variation across vegetation types in the Loess Plateau of China.     

长期施肥对冬小麦/夏玉米轮作下土壤呼吸及其组分的影响

为阐明施肥对农田土壤呼吸的影响,于2002年6月至2003年6月在河南封丘潮土上进行的长期试验地上测定了玉米/冬小麦轮作系统下的土壤呼吸,分析了土壤呼吸与土壤水分和温度的关系,并利用统计分析方法研究了土壤呼吸各组分的贡献。土壤呼吸变化与作物生长发育规律一致,施肥通过影响作物的生长发育而对土壤呼吸产生影响。不同作物生长期,根际呼吸、土壤原有机质以及前作根茬和有机肥中碳对土壤呼吸的贡献不同。玉米期土壤有机质、根际呼吸、前作根茬和有机肥中的碳对土壤呼吸的平均贡献率分别为70.19%、19.43%和10.37%;而小麦生长期则分别为23.75%、62.26%和14.11%。由于不同施肥处理的作物生长量、土壤有机质含量以及前作根茬和有机肥施入而进入的有机碳量不同,造成土壤呼吸个体上存在着较大差异。土壤有机质的消耗主要发生在玉米生长阶段。     

山西省天龙山弃耕地的根系呼吸及其影响因素

用去除根系法对山西省天龙山自然保护区弃耕地的根系呼吸进行了为期2a的研究。结果表明,弃耕地的根系呼吸速率具有明显的季节变化,与土壤温度的变化趋势相一致,夏季高冬春季低。2007和2008年3—12月的根系呼吸总量(以C计)分别为329.5和392.5g/m2。土壤温度是影响根系呼吸速率的主导因子,可以解释根系呼吸速率季节变化的79%~88%,土壤水分对根系呼吸的影响较小。包括土壤温度和土壤水分两个变量的双因素模型可以解释根系呼吸季节变化的81%~89%;根系呼吸占土壤总呼吸的比例具有明显的季节变化,为24%~54%;2007和2008年3—12月根系呼吸比例的平均值分别为24.9%和30.9%。     

干旱区不同生育期白刺灌丛沙堆土壤呼吸空间异质性

[目的]对干旱区白刺灌丛沙堆不同生育期土壤呼吸空间异质性进行研究,为今后估算绿洲荒漠区土壤CO2排放量以及区域碳收支状况提供科学依据。[方法]利用Li-8100土壤呼吸测定系统,于2014年在巴丹吉林沙漠南缘绿洲—荒漠过渡带对白刺灌丛沙堆不同部位的土壤呼吸速率进行野外观测,分析沙堆上不同位点土壤呼吸日动态变化、不同生长时期的季节变化特征。[结果](1)白刺灌丛沙堆在不同生长时期各部位土壤呼吸日动态变化曲线不同,生长初期和生长休眠期各部位日变化呈"单峰"曲线变化,在生长旺盛期各部位变化既有"单峰"曲线又有"双峰"曲线;同时,日变化峰值出现的时间不一致:生长初期各位点的峰值出现在上午11:00左右,旺盛期上午出现在10:00前后,下午出现在17:00左右,休眠期出现在下午14:00前后。(2)沙堆上不同部位土壤呼吸速率具有时空异质性,生长初期和休眠期各部位土壤呼吸速率异质性不显著(p0.05),旺盛期各部位空间差异显著(p0.01),异质性增强;沙堆各时期平均土壤呼吸速率差异显著(p0.01),大小排序为:旺盛期生长初期生长休眠期。[结论]白刺灌丛沙堆上不同部位的土壤呼吸速率日动态变化在不同的生长时期表现不同,具有明显的时空异质性,主要是沙堆不同部位近地表层大气水分条件、土壤20cm深处的温度和水分含量的差异共同作用导致了各个位点土壤呼吸通量具有明显的差异性。     

山西省孝义矿区不同植被恢复方式下土壤呼吸、温度和水分季节特征

对山西省孝义露天煤矿覆土,种植百脉根、苜蓿、柳树—圆柏混交林和油松林土壤的容重、pH值、有机碳、总氮以及土壤呼吸、温度、和水分的季节变化进行了测定,并对土壤呼吸与土壤温度、水分之间的关系进行了模拟分析。结果表明,不同的植被恢复方式对土壤容重、有机碳、碳氮比和土壤呼吸年均值影响较大,而对土壤pH值和总氮未产生显著影响。土壤温度季节变化曲线为单峰,高斯拟合结果为极显著水平相关;土壤水分随季节波动较大;土壤呼吸季节变化近似于单峰曲线,但高斯拟合的相关性并不显著。苜蓿地土壤呼吸与土壤温度单因子的高斯拟合,以及与土壤温度和水分的双因子拟合系数较高,而百脉根和油松林土壤呼吸与土壤水分相关性强。     

华北平原中部典型区包气带水分时空动态变化特征

[目的]研究包气带水分时空动态变化特征,为"四水转化"系统动态循环研究提供依据。[方法]利用土壤水分运动学中势能的观点,研究包气带水分、包气带水势随时间和深度的变化特征。[结果]季节不同,土壤水势整体分布差异明显。6—8月土壤水势最高,局部地段甚至达到饱和,12月至翌年3月土壤水势最低。地面0—50cm深度土壤含水量受季节影响非常大,土壤水势激烈变化;50cm深度以下土壤含水量基本不受季节交替影响,50—140cm土壤水势相对稳定;140cm以下只受重力势作用。[结论]降雨、灌溉、蒸发、地下水埋深等因素均能引起土壤剖面土壤水势分布发生变化,从而实现入渗型、蒸发型、蒸发—入渗型、下渗—上渗型、下渗—上渗—入渗型等土壤水分运动状态的相互转化。