施氮对亚热带樟树林土壤呼吸的影响

人类活动引起全球范围内大气氮沉降量的升高,增加了陆地生态系统氮输入,从而影响土壤CO₂排放。为揭示生态系统氮输入升高对土壤呼吸的影响,2010年6月至2012年1月,对亚热带樟树林(Cinnamomum camphora)进行模拟氮添加试验,每月上、下旬采用红外分析法测定4种氮输入水平(CK,0 g m^-2a^-1;低氮LN,5 g m^-2 a^-1;中氮MN,15 g m^-2 a^-1;高氮HN,30 g m^-2 a^-1)下的土壤呼吸速率。结果表明:(1)樟树林土壤呼吸存在明显的季节动态,最高值出现在6月,最小值出现在1月。氮添加处理显著抑制了樟树林的土壤呼吸,LN、MN、HN处理土壤呼吸年累积量分别较对照CK下降37.66%、30.62%、38.95%,各施氮处理间无显著差异,施氮对土壤呼吸的抑制作用随时间推移而减弱;(2)氮添加不影响土壤呼吸昼夜波动特征,但显著抑制土壤呼吸速率;(3)土壤呼吸与土壤温度间存在极显著的指数关系,与土壤湿度相关性不显著,CK、LN处理Q₁₀相近,MN处理最小:(4)氮添加处理促进了土壤中氮的淋失,且随施氮水平的升高而增大。     

西南喀斯特地区轮作旱地土壤CO2通量

中国已承诺大幅降低单位GDP碳排放,农业正面临固碳减排的重任。西南喀斯特地区环境独特,旱地面积占据优势比例,土壤碳循环认识亟待加强。以贵州省开阳县玉米-油菜轮作旱地为研究对象,采用密闭箱-气相色谱法对整个轮作期土壤CO₂释放通量进行了观测研究,结果表明:(1)整个轮作期旱地均表现为CO₂的释放源。其中油菜生长季土壤CO₂通量为(178.8±104.8) mg CO₂·m^-2·h^-1,玉米生长季为(403.0±178.8) mg CO₂·m^-2·h^-1,全年平均通量为(271.1±176.4) mg CO₂·m^-2·h^-1, 高于纬度较高地区的农田以及同纬度的次生林和松林;(2)CO₂通量日变化同温度呈现显著正相关关系,季节变化与温度呈现显著指数正相关关系,并受土壤湿度的影响,基于大气温度计算得出的Q₁₀为2.02,高于同纬度松林以及低纬度的常绿阔叶林;(3)CO₂通量与土壤pH存在显著线性正相关关系,显示出土壤pH是研究区旱地土壤呼吸影响因子之一。     

城市不同地表覆盖类型对土壤呼吸的影响

采用Licor-6400-09的土壤呼吸测量系统对北京市区3种不同覆盖类型地表(全硬地表、半透砖地表、草坪覆盖地表)的土壤呼吸速率及其影响因子进行了测定和分析。结果表明:(1)不同地表覆盖类型的土壤呼吸速率年均值分别为7.928 μmol·m^-2·s^-1(全硬地表),5.592 μmol·m^-2·s^-1(部分硬化地表)、2.625 μmol·m^-2·s^-1(草坪覆盖地表);土壤呼吸日均值最高均出现在夏季(14.785,10.296,5.143 μmol·m^-2·s^-1),最低为冬季(0.490,0.319,0.239 μmol·m^-2·s^-1);(2)3种地表类型的土壤呼吸速率有显著差异(P<0.05),大小排序为:草坪覆盖地表<部分硬化地表<全硬地表;(3)3种地表类型土壤呼吸速率均与土壤温度呈显著的指数相关,Q₁₀值排序为:草坪覆盖地表<部分硬化地表<全硬地表;(4)土壤含水率和土壤电导率与土壤呼吸均有一定的相关性,但关系较为复杂,有待于进一步研究。     

艾比湖湿地典型植物群落入冬期土壤呼吸日变化特征

为研究艾比湖湿地典型植物群落下土壤呼吸变化的规律,采用LI-840A土壤碳通量自动测定仪监测了入冬期芦苇(Phragmites australis)和柽柳(Tamarix ramosissima)植物群落下的土壤呼吸过程,结果表明:(1)典型植物群落柽柳和芦苇土壤呼吸速率在入冬期日变化呈现不对称单峰曲线,最大值分别出现在11:00和13:00,最小值都出现在凌晨6:00;(2)全天土壤呼吸平均速率芦苇(0.162 μmol·m^-2·s^-1)小于柽柳(0.364 μmol·m^-2·s^-1),但在13:00-17:00时段,芦苇土壤呼吸速率高于柽柳,其余时段相反;芦苇土壤呼吸速率在22:00-10:00左右,柽柳在凌晨4:00-9:00左右均出现负值,表现为碳汇现象,其中芦苇碳吸收高于柽柳;(3)芦苇和柽柳土壤呼吸速率与5 cm处土壤温度存在显着的线性关系,Q₁₀值分别为2.69和2.04,显示出入冬期艾比湖芦苇植物群落土壤呼吸对土壤温度变化的响应更显着;两种植物群落的土壤呼吸与5 cm处土壤水分关系不显着;芦苇和柽柳土壤呼吸速率与近地表气温存在显着的线性关系,Q₁₀值分别为1.89和1.64.     

西南高山地区土壤异养呼吸时空动态

土壤异养呼吸是陆地和大气之间的重要通量,是决定陆地生态系统碳源汇的关键因素之一,与气候变化紧密相关。西南高山地区是响应气候变化的重点区域,研究西南高山地区土壤异养呼吸动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳循环对全球气候变化的贡献具有重要意义。应用生态系统模型(CEVSA)模型估算了1954-2010年西南高山地区土壤异养呼吸(HR)的时空变化,分析了其对气候变化的响应。结果表明:(1)西南高山地区1954-2010年平均异养呼吸量为422 g C·m^-2·a^-1,在空间分布上,HR自东南向西北递减,与年平均温度(r=0.721,P<0.01)、年降水量(r=0.564,P<0.01)均显著正相关;(2)在时间尺度上,西南高山地区1954-2010年 HR总量增加趋势显著(P<0.05),变化范围为197-251 Tg C/a,平均每年增加0.710 Tg C,其中主要植被类型草地、常绿针叶林和常绿阔叶林均增加趋势显著(P<0.01),增加速度分别为1.621、1.496和1.055 g C·m^-2·a^-2。(3)土壤HR的年际变化主要受温度影响,且西北部高海拔地区较东南部低海拔对温度变化更为敏感,主要植被类型温度敏感系数Q₁₀从大到小依次为草地(2.35)、常绿针叶林(2.34)、常绿阔叶林(1.93)。     

广西桂林市全州县测土配方施肥水稻“3414”肥料效应田间试验结果分析

在广西桂林市全州县中等肥力土壤上的5年试验结果表明:水稻栽培增施N、P、K三要素肥料均具有增产效果,增产增幅N>K>P;全州县水稻栽培推荐的最大施肥量分别为N12.7 kg·666.7 m^-2,P 4.0 kg·666.7 m^-2,K 9.5 kg·666.7 m^-2;最佳施肥量分别为N11.7 kg·666.7 m^-2,P 3.5 kg·666.7 m^-2,K7.5 kg·666.7 m^-2。本研究结果为全州县测土配方施肥成果应用提供了依据。     

大岗山四种林型夏秋季土壤呼吸研究

森林类型的转换必然会影响到森林碳循环模式,通过比较亚热带地区4种常见林型即常绿阔叶林、针阔混交林、杉木林、毛竹林在生长季土壤呼吸的差异,揭示林型改变对土壤碳库碳输出过程的影响。研究结果显示,在生长季常绿阔叶林、针阔混交林、杉木林、毛竹林平均土壤呼吸值(CO2)差异显著,分别为4.28,3.51,2.28,5.37μmol/(m2.s)。4种林型土壤呼吸变化动态规律类似,从6月份开始升高,在7月或者8月达到峰值,然后开始下降,10月份土壤温度大幅下降,土壤呼吸也达到一个低谷。4种林型的土壤呼吸日变化均不明显。4种林型的土壤呼吸速率均与土壤温度呈显著相关关系,除杉木林外,另3种林型的土壤呼吸与土壤湿度相关关系不显著。     

暖温带-中温带过渡区落叶松人工林土壤呼吸特征研究

用LI-COR-8100测定并分析研究辽宁暖温带-中温带落叶松人工林生长季土壤呼吸速率的日变化特征及土壤呼吸与土壤水热因子的相关关系。结果表明：落叶松人工林土壤呼吸速率日变化呈单峰曲线;与5 cm、10 cm和15 cm土壤的温度呈幂函数关系,且与10 cm土壤温度的相关关系较高,相关关系为y=0.9303 e0.0812x（R2=0.8164）;与10 cm土壤湿度呈线性相关关系,相关关系为y=-12.398x＋8.0068（R2=0.4243）;10 cm土壤温度和土壤湿度可以分别解释土壤呼吸变化的81.6%和42.3%;该地区落叶松人工林土壤呼吸年平均速率约1.57μmol.m-2s-1,土壤向大气年释放C约为598.93gC.m-2a-1。本研究可为该地区的森林碳循环研究提供基础科学依据。     

施用生物质炭5年后夏玉米土壤呼吸研究

为探明施用生物质炭对风沙土土壤呼吸及其组分的影响,在新疆石河子121团,以单施化肥（T0）为对照,探究了一次施加15.75（T1）、31.50（T2）、63.00 t·hm^-2（T3）和126.00 t·hm^-2（T4）生物质炭5年后农田风沙土土壤呼吸组分特征及其影响因素。结果表明：风沙土土壤呼吸与异养呼吸日动态均呈单峰曲线,峰值出现在13：00左右;T4处理日平均呼吸速率为2.74 μmol·m^-2·s^-1,显著高于其他处理（P<0.05）;生物质炭显著改变了土壤异养呼吸,对自养呼吸无显著影响。土壤呼吸速率随生物质炭施用量的增加显著增加,随玉米生育期的推进而降低。土壤呼吸速率与土层5、10、15 cm温度显著相关,与土壤含水率无显著相关性;土壤呼吸温度敏感性随生物质炭施用量的增加而增强。综上,生物质炭通过改变绿洲农田风沙土土壤异养呼吸进而改变总呼吸,增强了土壤呼吸的温度敏感性,促进了土壤CO₂排放。     

马铃薯淀粉加工汁水灌溉对土壤养分和苜蓿生长的影响

为研究马铃薯淀粉加工汁水对土壤养分和苜蓿生长的影响,以紫花苜蓿为供试材料,设置5个灌溉处理,即CK：清水,T1：马铃薯淀粉加工汁水75 m³ · hm^-2,T2：汁水150 m³ · hm^-2,T3：汁水225 m³ · hm^-2,T4：汁水300 m³ ·hm^-2。结果表明：不同灌溉量的马铃薯淀粉加工汁水均对提高土壤养分和苜蓿生长有促进作用。与CK处理相比,汁水灌溉量为300m³ · hm^-2时,提高土壤有机质22.25%、碱解氮46.90%、有效磷20.47%、速效钾10.01%,增加苜蓿鲜草产量160.29%、干草产量165.31%、叶绿素29.61%、粗蛋白6.97%;灌溉量为225 m³·hm^-2时,苜蓿株高增长38.06%,相对饲喂价值增加36.54%;灌溉量为75m³·hm^-2时,粗灰分降低3.25%,粗脂肪增加0.68%。利用主成分分析并综合土壤养分与植物性状发现,300 m³·hm^-2为最优灌溉量。研究表明,马铃薯淀粉加工汁水能够提高土壤养分含量,促进苜蓿生长,是一种可以有效利用的废弃物资源。     

东北东部森林土壤呼吸空间分布格局的模拟

IBIS(Integrated Biosphere Simulator)模型是生态系统过程模型,运行过程需要大量参数设置,包括植被、土壤和气候等。基于2004—2005年帽儿山不同植被类型土壤呼吸的实测数据修改了模型参数,使其更适合于我国东北东部地区土壤呼吸的模拟,并运用IBIS模拟区域范围内土壤呼吸的空间分布情况。结果表明:土壤呼吸空间分布随降水量与温度分布呈现区域异质性,降雨量低于465 mm或年平均气温低于-3℃,就会成为生态系统呼吸的限制性因子。     

鼎湖山针阔叶混交林土壤呼吸的研究

利用静态箱气相色谱法对鼎湖山针阔叶混交林的土壤呼吸速率的季节变化和昼夜变化，进行了为期1年的野外观测研究. 自然状态下土壤呼吸速率的年平均值为(400±29)mg(CO2)/(m2·h), 其中由凋落物分解释放的CO2占土壤总呼吸的年平均比例为42%；土壤呼吸速率与林内气温、地表温度、地下5、10、15和20 cm土壤温度都呈显著指数相关, 用土壤呼吸速率与温度间的指数模型得出对应于以上各温度的Q10值变动在1.92～2.81之间；土壤呼吸速率与土壤含水量的关系依观测点土壤水分状况不同而有一定差异；土壤呼吸速率的日变化模式在雨季和旱季有明显区别, 相对于温带陆地生态系统而言, 该林型土壤呼吸速率的日较差较小.      

长白山山地寒温针叶林带主要林型的细根生物量与土壤养分分析

以长白山山地寒温针叶林带为研究对象,选取4种不同林型（典型云冷杉林、红松云冷杉林、亚高山型落叶松林、落叶松林）分析林内细根生物量与土壤养分及其相关性．结果表明：细根生物量随土壤深度的增加而减少,0—10cm土层细根生物量富集,亚高山型落叶松林〉红松云冷杉林〉典型云冷杉林〉落叶松林,10～20cm土层细根生物量为典型云冷杉林〉落叶松林〉亚高山型落叶松林〉红松云冷杉林;细根生物量与土壤养分的偏相关分析显示：0～10cm土层的细根生物量与土壤养分无显著相关性,10～20cm土层细根生物量能有效地改善土壤有机质及氮素营养水平,均表现为显著的正相关性,与土壤全P、全K无显著相关性．     

森林土壤呼吸空间格局的研究现状

介绍了国内外关于土壤呼吸空间格局的研究现状,多数研究结果发现森林土壤呼吸空间格局的日间变化基本保持一致,另外土壤呼吸空间格局的日变化和生长季节的月变化同样保持稳定。但是,由于生长季与非生长季的各种环境因子差异较大,导致生长季和非生长季的土壤呼吸空间格局有较大差异。另外,土壤呼吸空间格局经过环境扰动影响(如火烧及土壤干旱)后会发生显著的变化。最后对今后森林土壤呼吸空间格局研究方向进行了展望。     

保护性耕作对旱作农田干湿交替过程中土壤呼吸速率的影响

【目的】探讨免耕及秸秆覆盖等保护性耕作措施对旱作农田干湿交替过程中土壤呼吸速率的影响。【方法】基于设在陇东黄土高原的长期草田轮作定位试验,试验开始于2001年,包括传统耕作(T,翻耕并移除秸秆)、耕作覆盖(TS,翻耕之后覆盖秸秆)、免耕移除秸秆(NT,不翻耕但除去秸秆)和免耕(NTS,不翻耕且保留秸秆)4个处理。2014年7—8月干湿交替阶段季采用LI-8150多通道土壤碳通量测量系统对农田土壤呼吸速率、土壤温度和含水量进行连续原位测定。【结果】T、TS、NT和NTS处理干旱阶段的平均土壤呼吸速率分别为2.16、3.56、2.26和2.45μmol·m~(-2)·s~(-1),湿润阶段分别为2.09、5.31、2.80和3.56μmol·m~(-2)·s~(-1)。降雨初期秸秆覆盖处理(TS和NTS)土壤呼吸速率动态变化与无秸秆覆盖处理(NT和T)具有显著差异。干湿交替过程中,干旱阶段土壤呼吸速率与土壤温度(19.1—28.2℃)呈负相关、与土壤含水量呈正相关关系;湿润阶段则相反,且土壤含水量对土壤呼吸速率的解释程度降低。土壤呼吸速率在湿润阶段日动态波动较大,其温度敏感性(Q10)在T、TS、NT和NTS处理下分别为1.37、1.24、1.31和1.25;干旱阶段土壤呼吸速率日动态平缓,Q10值低于1.0。【结论】长期保护性耕作提高了农田的土壤呼吸速率,且秸秆覆盖处理比免耕措施提高土壤呼吸速率的效应更加显著。秸秆覆盖能够有效平抑土壤水分和温度的变化,提高土壤呼吸速率,降低土壤呼吸的温度敏感性。论文明确了干湿条件下旱作农田土壤呼吸动态及其影响因素,对准确量化旱作农田碳通量具有积极意义。     

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。     

耕作措施对东北黑土微生物呼吸的影响

【目的】利用东北黑土13年保护性耕作定位试验,研究耕作措施（免耕和秋翻处理）对土壤微生物的影响,从土壤微生物角度分析免耕是否有利于土壤有机碳（SOC）的固定,为合理评价农田黑土碳“源”与“汇”功能提供科学依据。【方法】以连作玉米为研究对象,采用单因素随机区组设计,耕作处理包括免耕和秋翻。免耕除播种外不扰动土壤,秸秆覆盖地表。秋翻处理的田间管理包括人工除草、中耕起垄和秋翻,秋翻时将秸秆翻于地表之下。土壤微生物呼吸速率通过PVC环在野外采用动态气室法（Li-Cor8100）直接测定（去除植物根系）,定期监测土壤微生物呼吸速率的季节变化,并在土壤微生物呼吸速率最高的季节取样分析不同处理土壤微生物量碳和数量特征。【结果】生长季节内免耕和秋翻处理下土壤微生物呼吸速率分别为0.42-3.35和0.48-3.24 μmolCO₂·m^-2·s^-1,两处理平均值差异不显著（8.8%）,但土壤累积CO₂-C释放量免耕比秋翻高10.0%（2012）和4.3%（2013）（P＜0.05）。免耕显著地增加0-5 cm表层土壤细菌、真菌和放线菌的数量,分别比秋翻高125.7%、112.4%和53.3%;还显著地增加了其他土层的真菌数量,分别为105.3%（5-10 cm）,159.4%（10-20 cm）和114.7%（20-30 cm）。耕作处理影响土壤温度,主要体现在春季,秋翻（0-5 cm,5-10 cm）春季（6月）土壤温度比免耕分别高2.8%和5.8%。土壤微生物呼吸速率表现出显著的季节变化规律,与土壤温度具有相似的动态变化,夏季（7、8月份）最高,秋季较低。尽管耕作处理没有明显地影响土壤微生物呼吸速率的季节动态格局,但秋翻的土壤微生物呼吸最高值比免耕晚半个月。土壤微生物呼吸速率随土壤温度（5 cm和10 cm）呈指数型增长,10 cm处的回归模型明显好于5 cm。耕作处理只改变了5 cm的Q₁₀值,免耕比秋翻高10.8%。土壤微生物呼吸速率与土壤温度、水分混合回归模型能更好地反应其变化规律,解释土壤微生物呼吸速率变异的65%（秋翻）和81%（免耕）。【结论】免耕增加了表层（0-5 cm）的SOC含量,从而使得该土层的土壤微生物量碳和活性增加,但是由于免耕处理增加0-30 cm 土层SOC含量的加权平均值,因此相对于传统的耕作措施（秋翻）,免耕有利于SOC含量的增加。     

火地塘林区锐齿栎林土壤碳循环的动态模拟

依据土壤碳循环的分室模型,对火地塘林区锐齿栎林土壤碳各分室的碳储量和通量进行了初步分析。结果表明,火地塘林区锐齿栎林土壤有机碳储量为174.055t/hm2,其中矿质土壤层有机碳储量为167.810t/hm2,凋落物层(A0层和死细根)中的碳储量为6.245t/hm2(A0层占80.5%,死细根占19.5%)。森林植物每年凋落输入到凋落物层中的碳量(包括地上部分的枯枝落叶和地下部分的细根)为3.297t/hm2,其中地上部分占52.5%,地下部分占47.5%,凋落物层分解每年以腐殖酸的形式输入到矿质土壤中的碳量为0.935t/hm2;锐齿栎林地年(生长季节)呼吸释放碳量(含植被根系呼吸量)为6.109t/hm2。     

密度调控对长白落叶松人工林土壤呼吸的影响

为探明密度调控对北温带森林土壤呼吸的影响机制,以长白落叶松人工林为研究对象,选择4种林分密度P₁(300~350株/hm2)、P₂(500~550株/hm2)、P₃(600~650株/hm2)和P₄(850~900株/hm2),使用LI-6400便携式土壤呼吸测定仪对其生长季(5—10月)土壤呼吸速率进行测定。结果表明:不同密度林分生长季土壤呼吸速率均呈现明显的季节动态,最高值均出现在8月末,最低值出现在10月中旬;不同密度林分生长季土壤呼吸速率及土壤累积CO₂排放量均随林分密度增大而显著降低(P＜0.05)。不同密度林分土壤呼吸与土壤温度之间均呈极显著的指数相关(P＜0.001),但与土壤含水量之间相关关系不显著(P＞0.05);双因素模型拟合效果更优,土壤温度和含水量共同解释了土壤呼吸速率的73.1%~81.0%。土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀值表现为:在300~350株/hm2时最低(2.41),500~550株/hm2最高(3.32)。生物因子随着林分密度的增大而显著增大(P＜0.05),非生物因子均随林分密度增大而显著减小(P＜0.05);生长季土壤累积CO₂排放量与生物因子达到极显著负相关(P＜0.001),与非生物因子均达到极显著正相关(P＜0.001)。逐步线性回归分析表明,生长季凋落物量、土壤有机碳、微生物生物量碳含量和土壤全氮含量与土壤呼吸的关系最为密切。综上所述,不同密度林分之间土壤温度及含水量、生物及非生物因子的差异是导致土壤CO₂排放产生差异的主要原因。在森林经营管理中,为减小森林土壤CO₂的排放量,应将林分密度设置为850~900株/hm2。