水蚀风蚀交错区土壤呼吸特征及其对水热因子的响应

为研究黄土高原水蚀风蚀交错区不同土地利用方式下的土壤呼吸特征及其对水热因子的响应,于2012年5月至10月,采用动态密闭气室法(IRGA)对裸地、农地、苜蓿地、柠条地和撂荒地土壤呼吸速率进行连续日动态测定,基于小时测定结果,分析土壤呼吸特征及其与水热因子的关系。结果显示,土壤呼吸日动态变化为单峰曲线,土壤呼吸速率一般在5:00—7:00(UTC+8)最低,在13:00—15:00最高,9:00和19:00时土壤呼吸测量值最接近日平均值。土地利用方式显著影响土壤呼吸速率(P0.01),其均值大小顺序为:苜蓿地柠条地撂荒地农地裸地。温度是影响土壤呼吸的决定性因子,土壤呼吸速率与5cm土层温度相关程度最高(P0.01)。5月至8月中旬降雨促进土壤呼吸,8月下旬至10月下旬降雨抑制土壤呼吸;水分对土壤呼吸具有双向调节作用:当0~10 cm土层含水量低于0.20 cm3·cm-3时,水分促进土壤呼吸,超过0.20 cm3·cm-3时抑制土壤呼吸。研究提出的E-P-Q(Exponential-Piecewise-Coefficient)模型能够合理解释区域内水热因子对土壤呼吸的响应规律。     

土壤湿度对鲁东南杨树人工林地土壤呼吸的影响

【目的】探究土壤湿度对鲁东南杨树人工林地土壤呼吸的影响。【方法】2010-2011年,利用GXH-3051便携式红外CO2气体分析仪结合自制的密闭箱,对中龄杨树人工林地和成熟杨树人工林地的土壤呼吸速率及土壤自养、异养呼吸速率进行测定,同时测定土壤表层0～10cm的含水量。【结果】2010和2011年,中龄杨树人工林地和成熟杨树人工林地的土壤呼吸速率均呈单峰变化,夏季(5-7月)土壤呼吸速率较高,并于7月达到高峰,中龄和成熟杨树人工林地土壤呼吸速率最大值分别为4.43和3.55μmol/(m2.s),冬季(12月-次年2月)土壤呼吸速率较低,并于1月达到最低值,中龄和成熟杨树人工林地土壤呼吸速率最小值分别为0.72和0.54μmol/(m2.s)。土壤自养呼吸速率季节变化趋势与土壤呼吸速率相似,而异养呼吸速率变化趋势则较复杂。土壤湿度的季节波动与土壤呼吸及土壤各组分呼吸速率的变化不完全一致。可用线性模型来描述土壤呼吸速率、自养呼吸速率、异养呼吸速率与土壤湿度的关系,其中中龄杨树人工林地土壤呼吸速率与土壤湿度的相关性最高(r2=0.750 3)。【结论】土壤湿度与鲁东南杨树人工林地土壤各组分呼吸间存在线性关系,但影响机制比较复杂。     

3种城郊防护林土壤呼吸与温湿度的关系

以天津市3种代表性的城郊防护林(杨树、火炬树、刺槐)为研究对象,利用便携式土壤碳通量全自动分析仪ACE进行定期观测,研究结果表明:(1)在2018年4—10月生长季3种城郊防护林土壤呼吸速率的日变化表现为单峰曲线,最大值出现在10:00—15:00,最小值出现在20:00—5:00。(2)土壤呼吸速率的季节变化为明显的单峰曲线,杨树土壤呼吸速率在7月达到峰值,为3.80μmol/(m~2·s);而火炬树和刺槐土壤呼吸速率在8月达到峰值,分别为3.84、4.75μmol/(m~2·s);杨树、火炬树和刺槐的土壤呼吸速率平均值分别为2.01、2.25、2.62μmol/(m~2·s),差异达显著水平(P0.05)。(3)土壤呼吸速率与土壤温度之间具有显著的二次函数关系(P0.05),拟合度为78.8%～84.7%;与土壤湿度之间呈显著或极显著线性正相关,拟合度为66.8%～90.2%。(4)对土壤呼吸速率和10 cm深度的土壤温度(T_(10))及5 cm深度的土壤湿度(M_5)之间进行多元线性拟合,相关系数为0.826～0.950,说明多元线性模型能够很好地解释土壤温度和湿度对土壤呼吸的协同作用,表明土壤温度和湿度是3种城郊防护林土壤呼吸速率的主要影响因子。     

一种基于开放气室的土壤呼吸监测装置

针对传统开放气室需要将气体取样至红外气体分析仪(IRGA)测量CO₂浓度的不便，设计了一种土壤呼吸监测装置，并提出了补偿气体CO₂浓度不稳定时的修正计算方法。通过计算流体力学仿真分析，将一种小巧、轻便、低成本的非色散红外传感器模块布置于气室内部的合适位置，替代IRGA。控制气体流量为3、4、5 L·min^-1,根据仿真软件获得土壤呼吸速率为0.5、2、5、10μmol·m^-2·s^-1时气室内的CO₂体积分数场。以气室底面中心点为原点建立笛卡尔坐标系，结合传感器模块尺寸分析，发现对于所述气室，由点(-0.046 5,0.071 7, 0.209 0)(单位为m)为球心、直径0.05 m确定的球形区域内，测量CO₂浓度计算土壤呼吸速率的平均误差不超过15%。将布置传感器后的装置与LI-8100开路式土壤碳通量测量系统，以及自制的密闭气室进行实地对比测验，平均误差为10.8%,与仿真分析结果一致。     

杉木人工林林地土壤呼吸研究

采用CID-301PS光合测定仪,对20年生杉木人工林林地土壤的CO2排放动态进行了观测,结果表明,杉木林地土壤呼吸速率表现出明显的季节和日变化规律。其季节变化规律为:从1~7月份随温度呈上升的趋势,在7月达年呼吸速率(CO2)的最大值,为1.466μmol/(m2.s),8~12月呈逐渐递减的趋势,并且季节变化明显;日变化规律呈现出单峰曲线,最高峰出现在16:00~18:00。分析了林地土壤呼吸速率与环境因子的关系,指出林地土壤呼吸速率与进入土壤呼吸室的CO2浓度呈显著负相关,说明空气中CO2浓度的升高,将在一定程度上抑制土壤呼吸。同时得出杉木林地土壤呼吸速率与地下5cm温度呈显著正相关,建立了土壤呼吸速率与温度的回归方程,计算出杉木林地土壤的年呼吸量(CO2)为10.517t/(hm2.a)。     

2种城市绿地土壤呼吸与温湿度关系

以天津市2种城市绿地国槐梨树林(GL)和国槐银杏林(GY)的土壤为研究对象,通过测定绿地生长季土壤呼吸速率,分析了土壤呼吸和土壤温度、土壤湿度之间的关系。结果表明:(1)城市绿地土壤呼吸速率的日变化多呈现单峰型,峰值于14:00—18:00出现,而在8月和10月日动态呈现非单峰型;(2)土壤呼吸速率季节动态呈现出单峰趋势,GY和GL分别在7月和8月达到土壤呼吸速率最大值,分别为2.26±0.19、2.46±0.27μmol/(m~2·s),2种城市绿地土壤呼吸均值均为2.51μmol/(m~2·s),但变幅不同;(3)城市绿地土壤呼吸速率与深度10 cm处土壤温度(T_(10))间的关系以二次模型拟合最好,而与深度5 cm处土壤湿度(M_5)间的关系以指数模型拟合最好;(4)对土壤呼吸速率和T_(10)、M_5之间的关系进行多元线性拟合,相关系数达0.70以上,表明多元线性模型能更好地解释T_(10)和M_5对土壤呼吸的协同作用。     

艾比湖地区棉花与芦苇群落光合和土壤呼吸特性对比整合初探

[目的]分别从拟合方程和CO2通量差值计算两个方面对棉花与芦苇的光合速率和土壤呼吸速率进行整合分析研究,旨在分别从光合速率和土壤呼吸速率的定量分析中寻找定性分析途径,探讨干旱区两大碳循环过程之间的异同,揭示干旱区棉花群落与芦苇群落植物光合和土壤呼吸对生态系统CO2源/汇效应的贡献特征.[方法]利用LI - 6400便携式光合作用测定系统和LI - 8100自动土壤呼吸测量系统,于2009年6月、9月同步测定艾比湖地区棉花(Gossypium)和芦苇(Phragmites australis)群落光合与土壤呼吸速率时间动态及主要环境影响因子,在对二者日变化动态及水热因子对比分析的基础上,分别从拟合方程和CO2通量差值计算两个方面进行整合研究.[结果]棉花和芦苇的光合与土壤呼吸速率在午前(约07:00～11:00)与午后(约15:00～17:00)具有相同变化规律,正午(约11:00～15:00)植物通过自身调控使光合和土壤呼吸丧失同步性;棉花和芦苇群落白天具有不同的净光合日总量和土壤呼吸日总量特征,棉花为1.207×103和0.613×103 mmol/(m2·d),芦苇为0.346×103和0.612×103 mmol/(m2·d).[结论]共同作用于棉花与芦苇光合和土壤呼吸速率的影响因子,彼此之间表现出的相关性和差异性,可在一定程度上解释两者同步变化时各自的特征;从芦苇群落到棉花群落不仅改变了植物光合和土壤呼吸的强度,在某种程度上也改变了土壤碳库、植物碳库和大气碳库比重,对干旱区碳循环过程产生不可忽视的作用.     

大庆市碱草草原土壤呼吸的日变化研究

采用碱液吸收法对大庆市碱草草原土壤呼吸速率进行了测定.测定结果表明:土壤呼吸的一天中变化比较明显,呈现双峰型曲线.自然状态下碱草草原土壤呼吸速率的年平均值为401.40 mg·m-2·h-1.     

紫色土丘陵区不同类型林地土壤呼吸特征

采用动态—密闭气室法(LI—6400—09)对紫色土丘陵区3种典型林地土壤呼吸速率进行了连续测定。结果表明:3种供试林地(柏树林、青冈林、桤木林)土壤呼吸速率呈明显的季节变化,并随地下5cm处土温呈相同趋势的多峰波动。青冈(Quercus glauca)、柏树(Cypresses funebris)、桤木(Alder cremastogyne)林地平均土壤呼吸速率分别为135.5、150.8、189.5mg·m-2·h-1,土壤呼吸速率呈桤木>柏树>青冈的趋势。土壤呼吸速率日变化随当日气温先升后降而表现为先增后减的趋势。温度是土壤呼吸的主要影响因子,3种林地(有枯枝落叶覆盖)土壤呼吸速率与地下5cm处土壤温度之间具有极显著的指数相关关系,R2分别为:R2柏树=0.6838;R2青冈=0.6645;R2桤=0.5982。柏树和桤木林地枯枝落叶的存在促进了林地土壤呼吸速率的增长,而青冈林地枯枝落叶对土壤呼吸有抑制作用,表现出一定的屏蔽作用,这种作用随着观测天数的增加而减弱。     

环境因子对重庆缙云山林地土壤呼吸动态特征的作用

以重庆缙云山区毛竹林和阔叶林为研究对象,研究土壤呼吸日变化、季节变化和年变化特征与环境因子的关 系。用LI-8100 对重庆缙云山区毛竹林和阔叶林的土壤呼吸速率进行测定。结果表明:1)2 种林分的土壤呼吸速 率日变化较为平缓。毛竹林和阔叶林的土壤呼吸速率最大值分别出现在16:0018:00 和10:0020:00,最小值 分别出现在06:00 和04:0010:00。2 种林分的土壤呼吸月变化均表现为生长季明显高于非生长季。毛竹林的土 壤呼吸季节变化明显,从3 月开始土壤呼吸速率不断升高,7 或8 月达到最大值,为5.00 ~ 6.18 g/(m2d),随后开 始下降;阔叶林的土壤呼吸速率变化相对平缓,2 种林分均为单峰曲线。阔叶林的土壤呼吸年变化幅度明显大于毛 竹林。2)单因子分析表明,毛竹林的土壤呼吸速率与土壤温度和大气温度呈显著正相关,阔叶林的土壤呼吸速率 与土壤温度和土壤含水量呈显著正相关,与大气温度呈显著负相关。阔叶林的土壤呼吸速率与气象因子比毛竹林 保持更高的一致性。3)通径分析显示,土壤温度和大气温度是影响毛竹林土壤呼吸速率的主要因子。土壤温度和 土壤含水量是影响阔叶林土壤呼吸速率的主要因子。      

锥栗林土壤呼吸动态变化与主要影响因子分析

通过LI-6400对闽北锥栗林的土壤呼吸进行测定与分析。结果表明,不同季节土壤温度的变化较为一致,呈单峰变化趋势,最大值出现在15:00;土壤呼吸速率昼夜变化趋势大致呈单峰变化,不同季节里呼吸速率最大值出现的时间不同,春季与冬季最高值出现在13:00,而夏季与秋季分别出现在17:00与15:00;不同季节土壤呼吸速率的日变化幅度以冬季较小,春季最大;土壤呼吸Q10值的季节变化中,冬季Q10值最大,夏季最小,Q10值随土壤温度的增高而降低。     

荒漠植物沙拐枣群体光合作用及土壤呼吸研究

为了探讨荒漠植物群体光合作用和干旱荒漠区碳源汇特征,联合利用改进同化箱和LI鄄8100 土壤CO2 通量自 动测量系统,选择高温强光和适宜环境期,连续2 年进行了观测研究。结果表明:沙拐枣群体光合速率(CAP)在不 同年份、不同月份差异较大,土壤水分改善可显著提高群体光合能力,高温强光期和适宜环境期日平均(08:00— 18:00)CAP 分别为1郾82 和2郾89 滋mol / (m2·s);用同化枝水平光合速率(Pn )计算群体水平光合速率时,高温强光 期和适宜环境期分别用公式CAP = 0.12Pn + 0.39 (r = 0.86, P 0.000 1)和CAP = 0.18Pn + 0.28 (r = 0.92, P 0.000 1)。沙拐枣生长期植冠下土壤CO2 释放速率平均为0.29 滋mol/ (m2·s),荒漠裸地为0.15 μmol / (m2·s)。沙 拐枣群体生长期固定碳为3.82 g/ (m2·a);相应时期植冠下土壤释放碳为1.03 g/ (m2·a),荒漠裸地为0.53 g/ (m2· a)。研究表明:在水分短缺的荒漠地区,荒漠植物沙拐枣群体光合速率提高幅度超过根系主要分布层土壤水分提 高幅度,适宜环境期可提高近1 倍。荒漠生态系统土壤呼吸速率较低,荒漠裸地土壤呼吸速率约为植冠下的50%。 荒漠植物沙拐枣种群区为弱碳源      

短期模拟增温对杭州湾滨海湿地芦苇群落土壤呼吸速率的影响

采用原位OTCs模拟增温和LICOR-6400-09土壤呼吸室法,研究了杭州湾滨海湿地芦苇群落土壤呼吸及土壤酶活性对温度升高的响应.结果表明,通过短期的模拟增温,土壤呼吸速率与对照相比提高了17.36%;增温和对照的土壤呼吸速率日变化幅度分别为:3.23±0.29和2.75±0.68μmol/(m2.s);日动态变化呈单峰曲线,峰值出现在14:00左右,最低值在早上6:00;增温和对照下的土壤呼吸速率与10cm土壤温度呈极显著的指数相关性(p<0.01);与空气温度呈显著性指数相关性(p<0.05);增温和对照处理下Q10值分别为:3.42和2.74;在0～10cm土层,β-葡萄糖苷酶、蔗糖酶活性比对照有显著的提高(p>0.05),脲酶酶活性也有一定的提高(0.76%),碱性磷酸酶活性比对照略有降低(2.54%).     

荒漠草原4种典型植物群落枯落物输入对土壤呼吸的影响

采用动态密闭气室分析法,对荒漠草原4种典型植物群落（蒙古冰草群落、赖草群落、甘草群落、沙蒿群落）土壤呼吸进行了测定,运用数理统计的方法得到了枯落物输入对土壤呼吸的贡献量及其与环境因子的关系。结果表明:土壤呼吸日变化呈“单峰”曲线,有枯落物输入的土壤呼吸速率显著高于无枯落物输入的土壤呼吸;4种群落枯落物对土壤呼吸CO2的贡献量依次为:甘草群落（0.095 g/（m2•h））蒙古冰草群落（0.083 g/（m2•h））赖草群落（0.076 g/（m2•h））沙蒿群落（0.041 g/(m2•h)）,枯落物呼吸日贡献量与地表温度呈线性正相关。枯落物呼吸贡献量的季节变化规律呈“双峰”曲线,2次峰值分别出现在7月与9月,9月枯落物呼吸贡献量最大,分别为0.13、0.14、0.12、0.12 g/(m2•h);枯落物呼吸季节贡献量与土壤含水量呈线性相关,与土壤表层温度呈对数相关。      

Effects of N-applications and photosynthesis of maize (<Emphasis Type="Italic">Zea mays</Emphasis> L.) on soil respiration and its diurnal variation

In order to understand the relationship of soil respiration to N-applications and photosynthesis, a soil pot experiment of planting maize with two N-applications was conducted. During the trumpeting stage, maize plants were shaded for three days and soil respiration was sampled by static chamber method and measured by gas chromatography. A clear diurnal cycle of soil respiration rate (SRR) showed a single peak curve in which the rate crested at about 14:00 during a day-night period and the daily average SRR was very close to that between 18:00 and 21:00. The SRR increased with soil N-application and the measured average SRR in three days was 29% higher in high N-application (HN, 300 mg·kg⁻¹ of N) than that in low N-application (LN, 150 mg·kg⁻¹ of N). The shaded plants significantly decreased the SRR and its diurnal variation. The soil respiration within the first, second and third day-night decreased to about 21%, 50% and 65%, respectively compared with the un-shaded plants. Under non-shading treatments, the exponential relativity of SRR was significantly dependent on temperature but not on time, while in shaded plants, it was significantly dependent on both temperature and shading time, with the relative coefficient to shading time significantly higher than that to temperature. In summary, soil N-application could increase the soil respiration, while the shaded plants not only decreased the SRR and its diurnal variation but also altered the relationship between the SRR with temperature, thus the soil respiration during maize growth was mainly derived from the recent photosynthates. Photosynthesis, together with temperature, are the key factors controlling the diurnal variation of soil respiration.     

白榆/刺槐不同林型生长季土壤呼吸速率的变化特征

【目的】分析白榆纯林(BB)、刺槐纯林(CC)及二者不同比例混交林土壤呼吸速率的日变化及月变化特征,探究影响研究区土壤呼吸的主导因子。【方法】利用LI-8100土壤碳通量全自动观测系统,测定陕西杨凌试验田栽植的白榆纯林(BB)、刺槐纯林(CC)及二者不同比例(1∶1(1B1C),1∶2(1B2C)和2∶1(2B1C))混交林5种林型生长季的土壤呼吸速率,并利用观测仪附带的土壤温度探针测定地表及地下5,10和15cm深处的土壤温度,用土壤湿度传感器测定地下10cm深处的土壤含水量。【结果】白榆/刺槐不同林型土壤呼吸速率在6,7,9月的日变化均呈单峰曲线,峰值出现在午后12:00-15:00,之后逐渐降低,其中混交林1B2C7,9月土壤呼吸速率峰值高于其他林型,分别为4.193和4.283μmol/(m2.s);白榆/刺槐不同林型土壤呼吸速率均表现出明显的月变化规律,7-9月土壤呼吸速率均较高,在5-9月,5种林型中白榆纯林的土壤呼吸速率一直很低,而混交林1B2C始终较高。土壤温度与土壤呼吸速率的变化基本一致,二者表现出强烈的正相关性,其中地下5cm深处土壤温度与土壤呼吸速率的相关性最好。土壤呼吸与土壤含水量之间的关系表现离散,二者相关性不显著。【结论】在不同林型中,白榆纯林的土壤呼吸速率较低,混交林1B2C一直较高;影响该区白榆、刺槐纯林及不同比例混交林土壤呼吸速率的主要因子是地下5cm深处的土壤温度,而土壤含水量对土壤呼吸速率影响不明显。     

不同畜禽粪肥对土壤培肥及玉米增产效应的影响

为了探索不同畜禽粪肥对土壤培肥及玉米增产的作用,通过不同种类和数量的畜禽粪肥对土壤呼吸速率、玉米产量和水分利用效率产生的影响进行分析。结果表明,鸡粪和羊粪处理的土壤呼吸速率较高,分别为4.13,3.85μmol(/m2.s),猪粪和牛粪处理的较低,分别为3.73,3.46μmol(/m2.s);鸡粪和羊粪处理的增产效应达到35%以上,猪粪和牛粪处理的增产效应达到25%以上,均为T3处理产量最高(折合干物质量为20 230.0 kg/hm2);不同粪肥处理的水分利用效率随着施用量的增大而增大,水分利用效率最大的是鸡粪T3处理,为31.07kg(/hm2.mm);施入不同畜禽粪肥后可增加玉米产量、提高土壤呼吸速率和水分利用效率,而且效应由高到低的顺序:鸡粪>猪粪>羊粪>牛粪。这可为不同等级的农田培肥土壤提供理论依据。     

UV-B辐射增强对大麦田土壤呼吸的影响

[目的]通过在典型晴天和阴天利用LI-8100对拔节期大麦田土壤呼吸速率的测定,研究UV-B辐射增强20%对土壤呼吸速率的影响。[方法]采用田间试验,人工增加和控制UV-B辐射的强度。[结果]UV-B辐射增强显著抑制大麦田的土壤呼吸。晴天时正常大麦田（B）的土壤平均呼吸速率比UV-B辐射增强20%处理的麦田（BU）高1.02μmol/（m2.s）,在阴天无外源UV-B辐射强迫的情况下,B处理的土壤平均呼吸速率则比BU处理低0.71μmol/（m2.s）。晴天UV-B辐射增强导致大麦田土壤呼吸的Q10值减小,而阴天无UV-B辐射胁迫时土壤呼吸的Q10值增加,导致了土壤呼吸速率的不同变化。[结论]UV-B辐射增强会显著抑制大麦田的土壤呼吸速率,从而影响作物产量的增加。