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。     

长期施肥下红壤旱地土壤CO2排放及碳平衡特征

在国家肥力网红壤旱地长期定位试验地上,采用静态箱/气相色谱法测定土壤CO2排放速率,同时利用根去除法区分根系对土壤呼吸的贡献,通过计算净生态系统生产力（NEP）,判断长期不同施肥下红壤旱地农田碳汇强度。结果表明,小麦、玉米生长季各处理的土壤和土体呼吸速率随着作物生长、温度升高均呈现明显的季节变化规律;玉米生长季土壤和土体累积呼吸量大于小麦生长季,小麦、玉米生长季均以NPKM处理土壤和土体呼吸累积呼吸量最大,且显著高于其它处理（P0.05）,NP和NPK处理次之,CK和NK处理最小（P0.05）;小麦、玉米生长季各处理根际呼吸占土壤呼吸的比例分别为7.6 %～17.4 %、4.7%～16.6 %,均以NPKM处理根际呼吸贡献率最大;小麦季NPKM处理、玉米季CK和NPKM处理的NEP值为负,是大气CO2的汇,且NPKM处理的净初级生产力与土壤呼吸的比值（NPP/Rs）最大,其它处理NEP值均为正,是大气CO2的源。有机无机肥配施（NPKM）相比其它处理具有较强的碳汇功能,是红壤旱地比较合理的施肥措施。     

长期定量施肥对黑土呼吸的影响

通过盆栽模拟试验,用静态箱法采样,气相色谱测定样品CO2浓度,研究大豆出苗到开花期长期定量施肥土壤CO2排放速率的变化规律。结果表明,长期定量施肥大豆生长对土壤呼吸影响有明显的规律性,NPK+OM>NPK>NP>NK>CK;长期定量施肥对裸土呼吸速率影响较小,NPK+OM呼吸速率较大为53.8mgCm-2h-1,NP次之为50.7mgCm-2h-1,其它施肥影响不大,气温对裸土呼吸影响较大,而对种植大豆的土壤呼吸前期(出苗后9天)影响较大,生长后期(出苗9天以后)影响较小。裸土呼吸速率变化与气温变化趋势相似,种植大豆促进土壤呼吸增大。如果忽略大豆生长对土壤有机质分解的激发效应,大豆根际呼吸占总土壤呼吸的23%～56%。     

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.     

氮肥施用对玉米根际呼吸温度敏感性的影响

为研究氮肥施用对玉米根际呼吸和土壤基础呼吸温度敏感性的影响,采用动态密闭气室红外CO2分析法,于2010年进行田间试验,该试验设4个处理：裸地不施氮肥（CK）、裸地施氮肥（CK-N）、种植玉米不施加氮肥（M）、种植玉米施加氮肥（M-N）,观测玉米田土壤呼吸各组分的日变化规律,同时观测土壤温度、气温等环境因子。结果表明,不种植玉米处理（CK和CK-N）土壤呼吸速率（土壤基础呼吸）为0.57～1.23μmol·m-2·s-1,施加氮肥对土壤基础呼吸没有显著影响;种植玉米条件下,施氮处理（M-N）的季节平均土壤呼吸速率为3.14μmol·m-2·s-1,显著高于不施氮处理（M）,增幅达31.9%。CK和CK-N处理的土壤基础呼吸温度敏感系数Q10分别为1.20、1.25,而不施氮和施氮条件下玉米根际呼吸的Q10值则分别为1.27、1.49。施加氮肥导致玉米根际呼吸温度敏感性明显增强（Q10值增大）,而土壤基础呼吸的温度敏感性则无明显变化,两种效应的叠加使得种植玉米土壤的总呼吸速率温度敏感性明显增加。     

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。     

紫色土丘陵区保护性耕作下旱地土壤呼吸及影响因素

为了探讨保护性耕作对旱作农田土壤呼吸的影响,采用LI6400XT便携式光合作用测量系统自带的土壤呼吸室(6400-09)在重庆北碚西南大学试验农场对传统耕作(T,traditional farming)、垄作(R,ridge planting)、传统耕作+秸秆覆盖(TS,traditional farming+straw mulching)、垄作+秸秆覆盖(RS,ridge planting+straw mulching)、传统耕作+秸秆覆盖+秸秆速腐剂(TSD,traditional farming+straw mulching+decomposing agent)、垄作+秸秆覆盖+秸秆速腐剂(RSD,ridge planting+straw mulching+decomposing agent)6种处理下的西南紫色土丘陵区小麦/玉米/大豆套作体系中作物生长季节的土壤呼吸及其水热因子进行了测定和分析。结果表明,6种处理中土壤呼吸速率的季节变化明显,各处理日均土壤呼吸速率差异显著。其中在小麦-大豆条带,小麦土壤呼吸速率均值为1.53μmol m-2s-1,大豆土壤呼吸速率日均值为4.10μmol m-2s-1,各处理日平均土壤呼吸速率大小排序为TRTSTSDRSRSD。在空地-玉米-空地条带,玉米土壤呼吸日均值为2.56μmol m-2s-1,介于小麦和大豆土壤呼吸速率之间,各处理日平均土壤呼吸大小排序为RTRSTSRSDTSD。整个套作体系土壤呼吸总量C为1 543~2 134 g m-2,表现为TRRSTSTSDRSD。研究结果还显示土壤温度和土壤水分是影响旱地农田土壤呼吸的主要因素,二者分别解释了土壤呼吸季节变化的28.9%~53.7%和13.7%~42.0%。水热因子与土壤呼吸速率的回归分析表明,指数方程较好地模拟了土壤呼吸与10 cm土温的关系,土壤呼吸的温度敏感性指标Q10值在2.25~2.69之间;而土壤呼吸与5 cm土壤水分的关系以抛物线型函数模拟最优。土壤呼吸对土壤水分的响应阈值为14.94%。该研究为明确农田生态系统土壤呼吸变化规律及影响因素的控制机理提高参考,对估算全球碳平衡、评估区域碳源汇具有重要意义。     

不同碳氮管理措施对春玉米农田土壤呼吸的影响

基于山西省寿阳旱作试验区长期定位试验,以春玉米农田为研究对象,探讨了不同碳氮管理措施对春玉米农田土壤呼吸的影响及土壤呼吸与土壤温度的关系。结果表明:碳氮处理土壤呼吸高于无肥区,其中施用化肥105 kg·hm-2、秸秆3 000 kg·hm-2、有机肥3 000 kg·hm-2时,土壤呼吸速率最低,为2.24μmol·m-2·s-1,与无肥区差异不显著;施用化肥31 kg·hm-2、秸秆5 121 kg·hm-2、有机肥4 500 kg·hm-2时,土壤呼吸速率最高,达3.51μmol·m-2·s-1,高出无肥区72.0%。化肥、秸秆、牛粪编码值与土壤呼吸速率满足关系式y=2.2-0.1 x1+0.2 x2-0.2 x1x3+0.2 x12+0.1 x22+0.1 x32,当化肥、秸秆、牛粪用量分别为131、1 500、3 750 kg·hm-2时,土壤呼吸速率达到最小值2.075μmol·m-2·s-1,该施肥配方可为当地春玉米生产施肥管理提供参考依据。土壤呼吸与土壤温度间存在y=a Tb显著相关关系,可解释两者间变异的46.9%~81.2%,Q10变化范围为1.86~4.71。综上可知,合理的碳氮管理措施可有效控制CO2的排放,并影响土壤呼吸对土壤温度的敏感性。     

稻-油轮作农田油菜生长季土壤呼吸作用及其影响因素分析

本文以西南地区稻-油轮作农田为研究对象,于2009年11月—2010年4月油菜生长期间采用静态暗箱法进行了土壤呼吸速率的观测,通过选择植株生长处、株间及行间3个样点研究土壤呼吸速率的时间变化及空间异质性,综合分析了土壤温度、土壤湿度、根系生物量、土壤有机碳以及C/N对土壤呼吸作用的影响。结果表明,油菜季土壤呼吸速率的日变化为单峰型,最大值出现在下午15:00。土壤呼吸速率的季节变化显著,呈现为先降低后升高的变化趋势,最低值出现在2010年1月。在植株尺度上,土壤呼吸作用存在明显的空间异质性,较高的土壤呼吸速率通常出现在靠近油菜植株的地方,表现为:植株生长处(336.71 mg·m-2·h-1)>株间(248.48 mg·m-2·h-1)>行间(141.77 mg·m-2·h-1)。土壤呼吸作用中根呼吸作用所占比例的季节变化呈单峰型,表现为生长初期小于生长中期和后期。在整个油菜生长季,根呼吸对土壤呼吸的贡献为25.78%~72.61%,平均为51.03%。土壤呼吸速率受多个环境因子的影响,与地表温度呈显著指数关系,与根系生物量呈显著线性关系,与土壤微生物生物量碳、易氧化有机碳及颗粒有机碳存在显著或极显著正相关。     

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。     

碘甲磺隆钠盐对土壤中过氧化氢酶活性及呼吸作用的影响

通过模拟实验研究了除草剂碘甲磺隆钠盐对土壤中过氧化氢酶活性和土壤呼吸作用的影响。结果表明,在施用量超过田间推荐用量7倍的浓度范围内,碘甲磺隆钠盐对土壤中过氧化氢酶活性的影响不明显;当其浓度为1mg/kg时,在不同培养时间下,碘甲磺隆钠盐施用后对土壤过氧化氢酶活性的影响呈现出轻微的抑制-激活-恢复的过程;在不同土壤类型中,碘甲磺隆钠盐对土壤过氧化氢酶的抑制性随土壤有机质的增加、pH值的降低而加强;碘甲磺隆钠盐对土壤呼吸作用有一定的影响,浓度愈大,土壤呼吸强度初期抑制愈强,随着时间的推移,逐步由抑制转为一定程度的刺激作用,到12天后施药土壤与对照组土壤的呼吸强度基本上趋于一致。实验结果表明,碘甲磺隆钠盐对土壤微生物影响较小,属于低毒或无实际危害的农药。     

水分条件对水稻土微生物群落多样性及活性的影响

采用BIOLOG碳素利用法、磷脂脂肪酸（PLFA）法和土壤酶活性测定等方法比较了三种水分条件（淹育、淹育晾干、非淹育）对水稻土微生物群落多样性及活性的影响。结果表明，淹育处理水稻土的脱氢酶、蔗糖酶活性明显高于淹育晾干和非淹育处理，并导致该土壤的基础呼吸升高。BIOLOG碳素利用法表明，非淹育处理的微生物群落平均吸光值（AWCD）显著低于淹育和淹育晾干处理。磷脂脂肪酸（PLFA）实验发现，淹育水稻土的真菌特征脂肪酸（18：2w6，9c）所占比例减少，真菌特征脂肪酸（18：2w6，9c）与细菌特征脂肪酸（15：0i＋15：0a＋16：0i＋16：1w5c＋17：0i＋17：0a＋17：0cy＋17：0＋18：1w7c＋19：0cy）的比值下降；水分条件变化没有改变土壤微生物环丙基脂肪酸19：0cy的相对丰度，但非淹育处理的环丙基脂肪酸17：0cy相对丰度明显高于另外二种处理。BIOLOG碳素利用法的群落水平生理剖面（CLPP）和磷脂脂肪酸（PLFA）测定结果经聚类分析后，发现淹育和淹育晾干处理的土壤微生物多样性在较低的距离尺度可聚成一类，且与非淹育土壤具有明显差异。淹育水稻土与淹育晾干相比，尽管土壤微生物群落结构和功能多样性有一定的相似性，但微生物的种群组成和活性仍发生了较大的变化。     

EFFECTS OF CRUSHED MAIZE STRAW RESIDUES ON SOIL BIOLOGICAL PROPERTIES AND SOIL RESTORATION

Agriculture soils in the Mediterranean need restoration and rehabilitation after 10 millenia of use and abuse. Maize straw residues crushed at three sizes [<1 (C1), 1–10 (C2) and >10 cm (C3)] at 5 Mg ha⁻¹ y⁻¹ and with and without urea (150 kg N ha⁻¹) were applied during a period of 3 years for the purpose of restoration of a Typic Xerofluvent located near Córdoba (Spain). The effect on the vegetal cover and biological properties (microbial biomass, soil respiration and enzymatic activities) were determined. The size of the crushed maize residues (particle size <1 cm) and N supply influenced in the evolution of soil biological properties and vegetal cover. The stimulation of microbial biomass, soil respiration, dehydrogenase, urease, β‐glucosidase, phosphatase and arylsulphatase activities was higher in C1 + N‐amended soils for 14·9%, 16·3%, 8·8%, 24·3%, 13·5%, 7·1% and 10·3%, respectively, compared with C2 + N and for 25·8%, 26·9%, 18·3%, 38·5%, 28·2%, 19·1% and 18·3%, respectively, compared with C3 + N. Vegetal cover from the C1 + N treatment was 11·4%, 17·8%, 29·4%, 37·6%, 44·9% and 75·1% greater than that in C2 + N, C3 + N, C1, C2, C3 and control soil. These results suggested that under dry climatic conditions, the application of crushed maize straw finely crushed + N fertilizers improved the soil biological properties and also favour the appearance of spontaneous vegetation, which will protect the soil and will contribute to its restoration. Consequently, the addition of the crushed maize straw finely crushed + N fertilizers may be considered a good environmental strategy for recovery of degraded soils. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

紧实胁迫对土壤呼吸强度及黄瓜生长和品质的影响

用容重为1.2和1.5 g cm-3的土壤进行盆栽试验,研究了紧实胁迫对土壤剖面各层中呼吸强度及CO2浓度的影响,调查了黄瓜植株及果实品质对土壤紧实胁迫的反应。结果表明:紧实土壤(高容重)土面下CO2浓度及呼吸强度均大于疏松土壤(低容重)。紧实土壤中黄瓜根系伸长生长受到抑制,根系重量显著减小,根冠比(地下部干重/地上部干重)降低;地上部的鲜重及干重也减小,但干物质含量却有一定程度增加;展开的叶片数减小,黄叶数增加,植株衰老提早。果实增大速度受到抑制,糖/酸比大幅度下降,风味变差。     

杀虫剂啶虫脒对旱地土壤酶活性及呼吸强度的影响

通过对土壤呼吸强度和土壤酶活性的测定,研究了新型杀虫剂啶虫脒对旱地土壤生物活性的影响。试验结果表明啶虫脒的施用对土壤呼吸强度和磷酸酶有显著抑制作用,且随施用浓度的增加而抑制作用增强。啶虫脒施用2周后能激活脱氢酶的活性,对过氧化氢酶和脲酶的影响与施用浓度无明显的关系。在施用后前期,啶虫脒对蛋白酶活性没有显著影响,但自第4周后显示出抑制作用。     

皆伐对杉木人工林土壤呼吸的影响

应用密闭室碱吸收法对杉木人工林皆伐后的土壤呼吸及各分室呼吸进行为期1年定位研究,结果表明,杉木林皆伐后前4个月土壤呼吸显著高于对照(未伐地)的,皆伐6个月后则显著低于对照的,但伐后1年内的平均土壤呼吸则与对照的无显著差异。皆伐地枯枝落叶层呼吸和矿质土壤呼吸分别在伐后的5个月和6个月内显著高于对照的,但此后则与对照的无显著差异。皆伐地根系呼吸除在伐后当月显著高于对照的外,第3个月迅速降低至消失。皆伐地土壤呼吸、枯枝落叶层呼吸和矿质土壤呼吸最大值出现时间均较对照的有所提前。伐后1年内皆伐地枯枝落叶层呼吸、矿质土壤呼吸和根系呼吸占土壤呼吸的比例分别为34·5%、63·9%和1·6%,而对照的则分别为23·4%、50·1%和26·5%。双因素关系模型拟合结果表明,土壤温度和土壤湿度共同解释皆伐和对照土壤呼吸速率变化的54%和90%。皆伐地土壤呼吸及各分室呼吸对土壤温度的敏感性低于对照的,但对土壤湿度的敏感性则高于对照的。皆伐地土壤呼吸、矿质土壤呼吸和枯枝落叶层呼吸的Q10分别为1·42、1·53和1·34,而对照的土壤呼吸、矿质土壤呼吸、枯枝落叶层呼吸和根系呼吸的Q10则分别为2·42、1·81、2·40和4·41。     

苯噻草胺对水田土壤呼吸强度和酶活性的影响

研究了除草剂苯噻草胺对水稻田土壤呼吸强度和酶活性的影响。表明苯噻草胺使用后初期刺激土壤呼吸作用但随后产生轻微抑制 ,能激活脱氢酶的活性 ,但抑制过氧化氢酶活性随后产生一定的刺激作用。苯噻草胺强烈抑制脲酶活性 ,轻微抑制蛋白酶活性 ,但对磷酸酶具有刺激作用 ,而且随苯噻草胺施用浓度的增加而刺激作用增强。苯噻草胺比上一代除草剂丁草胺所造成的对水稻田土壤呼吸强度和酶活性的影响小     

格氏栲天然林与人工林土壤异养呼吸特性及动态

通过用静态碱吸收法对中亚热带福建三明格氏栲自然保护区内的格氏栲天然林和33年生的格氏栲人工林及杉木人工林的土壤异养呼吸进行为期2年的定位研究。结果表明，三种森林枯枝落叶层呼吸和无根土壤呼吸速率季节变化均呈单峰曲线，最大峰值出现在5月至6月，最小值出现在12月至1月。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林枯枝落叶层呼吸速率平均值分别为CO2 79．88、44．37和21．02mgm^-2h^-1，无根土壤呼吸速率平均值分别为CO2 217．4、85．85和94．04mg m^-2h^-1。2002年枯枝落叶层呼吸速率和无根土壤呼吸速率主要受土壤温度影响，但在极端干旱的2003年则主要受土壤湿度的影响。双因素关系模型（R=ae^bTW^c）拟合结果优于仅考虑土壤温度或土壤湿度的单因素关系模型，土壤温度和土壤湿度共同解释不同年份枯枝落叶层呼吸和无根土壤呼吸速率季节变化的82％～85％和85％～92％。不同森林枯枝落叶层呼吸对土壤温度和湿度的敏感性均高于无根土壤呼吸的。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林枯枝落叶层呼吸年通量分别为C3．76、2．63和1．23t hm^-2a^-1，无根土壤呼吸年通量则分别为C3．44、2．79和1．49t hm^-2a^-1。不同森林土壤异养呼吸通量的差异主要与枯落物数量和质量、土壤有机质数量和质量的差异有关。杉木林枯枝落叶层呼吸对干旱敏感性高于格氏栲（天然林和人工林）的，而人工林（杉木和格氏栲）的土壤有机C对干旱敏感性则要高于格氏栲天然林。