玉米农田土壤呼吸与环境因子的关系研究

采用LICOR-6400便携式光合作用仪连接6400-09土壤叶室,于2005年1月至12月对太原盆地夏玉米农田的土壤呼吸进行了测定,同时测定了土壤温度和水分,目的是了解玉米农田土壤呼吸的日变化及季节变化规律及其与环境因子的关系。结果表明:夏玉米农田土壤呼吸速率具有比较明显的日变化,晚间维持在较低水平,最低值在凌晨5:00左右,随后开始上升,最大值一般在11:00-15:00之间;同时土壤呼吸速率也具有较明显的季节变化,冬春季较低,盛夏秋初较高,最大值出现在8月,最低值出现在2月。土壤呼吸速率与0-10cm的土壤温度关系显著,剔除土壤水分胁迫时的测定数据后,土壤温度可以解释土壤呼吸变化的29%(直线函数)、41%(指数函数)、44%(Lloyd&Taylor函数);标准化前、后土壤呼吸与土壤水分均呈极显著相关(p<0.01);剔除水分胁迫后的Q10为2.32,R10为2.23(指数方程)、2.67molm-2s-1(Lloyd&Taylor方程)。土壤温度和土壤水分结合在一起进行土壤呼吸预测,可以解释土壤呼吸季节变化的48-52%。玉米农田的年土壤呼吸总量为1.476kgCm-2。     

科尔沁沙地典型玉米农田土壤呼吸特征及其影响因素

以科尔沁沙地典型玉米农田为研究对象,采用动态密闭气室法(Li-6400,USA)测定分析了土壤呼吸速率日动态和季节动态变化及其影响因素。结果表明:(1)土壤呼吸速率日动态在晴朗天气条件下表现为平缓的单峰曲线,最大值和最小值分别出现在14:00~18:00和2:00~6:00;季节动态最高值出现在雨热同期的夏季,日平均值达到7.490μmolCO2·m-2·s-1。(2)指数模型能较好的描述温度对于土壤呼吸日动态和季节动态的影响。(3)土壤呼吸速率与近地表气温的相关性最强,对15cm土壤温度的变化最敏感。(4)生物因子对土壤呼吸的季节变化起着重要作用,根系生物量与土壤呼吸速率呈三次关系(R2=0.880,P0.05)。     

半干旱区不同施肥量对旱作冬小麦田土壤呼吸的影响

为了探究不同施肥量对半干旱区旱作冬小麦田土壤呼吸的影响,在宁夏回族自治区彭阳县旱地农业试验站设置了不施肥（F_N）、低肥（F_L）、中肥（F_M）和高肥（F_H）大田试验。通过监测不同施肥量下冬小麦田的土壤温度、土壤水分和土壤呼吸速率,分析不同施肥量下冬小麦田土壤呼吸速率的变化特征及其与土壤水热因子的相关性。结果表明：（1）施肥能提升0~5 cm和5~10 cm土层土壤温度,随着施肥量的增加,0~5 cm和5~10 cm土层温度平均增幅分别为1.7%~15.0%和2.0%~21.4%。（2）施肥降低了0~100 cm土层土壤含水量,随着施肥量的增加,F_H、F_M和F_L处理降幅分别为6.5%~7.0%、5.0%~5.8%和3.5%~4.0%。（3）施肥显著提升了冬小麦在拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期的土壤呼吸速率;2018—2019年和2019—2020年低肥、中肥和高肥处理平均土壤呼吸速率分别提升了40.0%、25.5%和14.5%。（4）施肥提升了冬小麦全生育期CO₂排放量,随着施肥量的增加,全生育期CO₂排放量呈下降趋势,表现为低肥＞中肥＞高肥＞无肥,且各生育阶段土壤CO₂累计排放量存在显著差异。（5）土壤呼吸速率与土壤水热因子相关性分析表明,土壤呼吸与0~5 cm和5~10 cm土层土壤温度相关系数均达到显著水平,且与5~10 cm土层土壤温度相关性显著高于0~5 cm土层;土壤呼吸速率与0~10 cm土层土壤含水率呈现显著相关关系。（6）土壤水热双因素与土壤呼吸分析表明,土壤水热双因素可以解释土壤呼吸变化的81%~89%,高于土壤温度（63%~74%）和土壤水分（46%~75%）单因素。综上可知,土壤呼吸受土壤温度和水分的调控。从改善农田生态,降低土壤呼吸的角度来看,适当提升施肥量可有效减少土壤呼吸的排放。     

毛乌素沙地不同类型生物土壤结皮-土壤呼吸的季节变化特征

2018年以毛乌素沙地西南部发育良好的苔藓结皮和藻类结皮为研究对象,以流沙作为对照,采用土壤碳通量测定,系统观测了不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸的日动态,探讨了生物土壤结皮-土壤呼吸与环境因子之间的关系,分析了季节变化对生物土壤结皮-土壤CO2释放量和温度敏感性的影响。结果表明:(1)不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸速率均呈"单峰"曲线,但其峰值出现的时间存在差异,春季和夏季不同类型生物土壤结皮-土壤呼吸速率峰值出现时间均为13:00左右,但冬季和秋季,藻类结皮-土壤和流沙呼吸速率出现时间为15:00左右,滞后于春季和夏季2 h。(2)不同季节,不同类型生物土壤结皮-土壤CO2日释放量:苔藓结皮藻类结皮流沙,且达到显著水平(P0.05)。(3)春季至冬季,生物土壤结皮-土壤CO2日释放量呈先增加后降低的趋势,主要表现为:夏季春季秋季冬季,且达到显著水平(P0.05)。(4)通过对不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸速率与环境因子的主成分分析,与5 cm土壤温度相比,2 cm土壤温度是不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸的主要影响因子,其次为近地层空气湿度。(5)不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸速率与2 cm土壤温度的关系均可用指数模型较好的描述,以该函数为基础计算呼吸的温度敏感性,发现温度敏感性的变化范围为1.33～3.85;随季节的变化,温度敏感性呈先降低后升高的趋势:冬季秋季春季夏季,即温度越高,生物土壤结皮-土壤呼吸的温度敏感性越低。     

土壤温度和水分对不同类型沙丘土壤呼吸的影响

通过实验室土壤培养试验,测定了不同土壤温度(8,18,28,38℃)和含水量对科尔沁退化沙质草地不同生境(流动沙丘,半固定沙丘和固定沙丘)土壤呼吸的影响。结果表明,在8~38℃范围内,土壤呼吸速率与温度呈正相关。在含水量为田间持水量(WFC)的5%~65%范围内,3种类型的土壤呼吸速率随含水量的增加而升高,当超过该范围时,流动沙丘的土壤呼吸速率仍呈上升趋势,而38℃培养条件下的半固定沙丘和18~38℃下的固定沙丘的土壤呼吸速率呈下降趋势。土壤温度和水分对土壤呼吸作用存在明显的交互效应,不同类型沙化土壤呼吸作用强弱存在显著差异。温度系数Q10值随含水量的变化为:流动沙丘1.90~2.15,半固定沙丘1.80~2.13,固定沙丘1.82~2.16。     

阿拉善荒漠功能灌木群的土壤呼吸动态研究

使用LI-8100仪器实测了在生长季阿拉善的梭梭、沙冬青、红砂、华北驼绒藜、珍珠、白刺六种植物群落土壤呼吸速率,使用挖刨面法逐月测定了土壤温度和土壤含水量。结果表明:这六种荒漠植物群落土壤呼吸速率日动态均呈单峰型,最高值皆出现在12:00-14:00,最低值出现在早晨8:00,土壤呼吸速率最大值出现时间先于气温最高值出现的时间。六种植物群落土壤呼吸速率的月变化呈单峰曲线,与近地面气温的变化趋势一致。六种植物群落土壤呼吸速率的日变化与地表温度达到极显著正相关关系,与近地面气温、5cm、10cm温度具有显著相关性。六种植物群落与土壤含水量0-10cm、10-20cm、20-30cm都没有显著相关性。在源与汇的问题上,梭梭、沙冬青、红砂、珍珠、华北驼绒藜、白刺是汇。     

秸秆还田及施肥对小麦复种油菜农田土壤呼吸的影响

在甘肃省石羊河绿洲灌区连续3 a的小麦复种油菜田间定位试验的基础上,采用EGM-4密闭式土壤呼吸测量系统,测定了不同施肥水平和不同秸秆还田方式下小麦复种油菜农田的土壤呼吸速率。结果表明：在整个观测期内, 土壤呼吸速率最高值出现在8月下旬（152.06~199.58 mg•m^-2•h^-1）,最低值出现在10月中旬（12.67~19.01 mg•m^-2•h^-1）。土壤呼吸速率日变化呈单峰曲线,最高值出现在12:00-14:00, 4:00左右达最低值;不同秸秆还田方式下, 高茬收割免耕播种油菜的处理明显降低了土壤呼吸速率,且在秸秆处理后的油菜生育期内降低效果更加明显;不同施肥水平下,在N、P减量15%的情况下,土壤呼吸速率显著下降;各试验处理措施下, 土壤呼吸速率与5 cm和10 cm土壤温度、30 cm各层土壤含水量均呈极显著正相关,并且土壤呼吸速率与0~30 cm土壤水分的相关性较土壤温度高;不同处理下土壤呼吸速率与土壤孔隙度基本上呈负相关,但是两者之间相关性并不显著。     

科尔沁沙地不同植物群落土壤呼吸及环境因素分析

对科尔沁沙地固定、半固定和流动沙丘土壤呼吸的日进程、季节变化及其环境因素进行了测定分析.结果表明:1)土壤呼吸速率与植物群落生物量、土壤有机碳、全氮及粘粉粒含量之间存在显著的正相关关系;固定沙丘日平均土壤呼吸速率分别是半固定和流动沙丘的1.18和2.02倍.2)从固定、半固定到流动沙丘,土壤温度及近地表空气温度呈现增加...     

准噶尔盆地盐穗木群落土壤CO2释放规律及其影响因子

采用LI-8100自动土壤碳通量测量系统,于2006年5～10月对分布于准噶尔盆地西北缘的盐穗木群落的土壤呼吸速率进行了(北京时间8:00～20:00)测定,并分析了温度和水分对土壤呼吸的影响.结果表明:土壤CO2释放速率具有明显的日变化和季节变化规律,均呈单峰曲线.日最大释放速率出现在14:00～16:00时,最小释放速率在8:00时,日变幅最大值为0.977 μmol/(m2·s)、最小值为0.549 μmol/(m2·s);土壤CO2释放速率的变化顺序为6月＞7月＞5月＞8月＞9月＞10月,平均速率为0.436±0.061 μmol/(m2·s).土壤呼吸速率日变化与温度的相关性分析表明,呼吸速率与气温、地表温度和5 cm土层温度呈极显著和显著正相关关系,土壤呼吸速率与其之间的线性回归关系为Y=-0.034 0.045 X气温 0.011 X地表温度-0.044X5 cm,(R2=0.734,P＜0.001).土壤呼吸速率与20～30 cm,30～40 cm土层的含水量具有显著的相关性.     

灌溉水矿化度对棉田土壤呼吸速率的影响

为探究不同灌溉水矿化度对棉田土壤呼吸速率的影响,设置了4个灌溉水矿化度,分别为0.85 g·L^-1(CK,当地灌溉水矿化度)、3 g·L^-1(S1)、5 g·L^-1(S2)和8 g·L^-1(S3),在新疆进行了膜下滴灌棉花大田试验。在棉花生育期,每月采集两次土壤呼吸速率值(R_s),并同时监测土壤温度(ST)、含水率(SWC)、电导率(EC)、硝态氮含量(NO₃^--N)、铵态氮含量(NH₄⁺-N),运用通径分析研究了灌溉水矿化度下土壤参数对土壤呼吸速率的影响。结果表明：微咸水灌溉(S1和S2)在一定程度上提高了土壤含水率、电导率和铵态氮含量;咸水灌溉(S3)显著增加了土壤水分和盐分,并降低了土壤硝态氮含量;灌溉水矿化度的增加会减弱土壤呼吸速率。土壤的水分和温度与呼吸速率的相关性,随灌溉水矿化度的增加而呈减弱趋势。通过运用二次函数式来表示0～10 cm的土层温度对土壤呼吸速率的响应(R^...     

祁连山不同海拔梯度和放牧强度土壤呼吸变化特征

分析青海云杉林、灌丛林、放牧草地三者的呼吸速率差异性以及放牧强度对土壤呼吸速率的影响,结果表明:①云杉林、灌丛林和放牧草地在16:00之前的呼吸速率大小顺序为:灌从林>云杉林>草地;16:00之后顺序为:云杉林>灌丛林>草地.②土壤呼吸速率和日均温有Y=10.342e-0.0002x,R2=0.0002的线性关系.这一线性关系可以解释很多土壤呼吸的变化情况.③放牧直接影响土壤含水量,放牧强度与土壤含水量呈负相关,土壤含水量与土壤呼吸速率呈正相关.土壤含水量为:重度放牧区>过度放牧区>极度放牧区;土壤呼吸速率为:重度放牧区>过度放牧区>极度放牧区.④温度是影响土壤呼吸的主要因子,与土壤呼吸速率呈正相关,呼吸速率日均最大值出现在6～7月,为8.66umoL/(m2·s);最小值出现在5月,为0.37umol/(m2·s).     

不同生长年限敖汉苜蓿草地土壤呼吸研究

使用便携式土壤呼吸测定仪测定农牧交错带1年、2年和4年生敖汉苜蓿人工草地的土壤呼吸,并同步测定0～5 cm土层的温度和含水量.结果表明:敖汉苜蓿草地土壤呼吸的日最高值出现在14:00-18:oo,夜间最高值出现在4:00-6:00,全天最低值出现在10:00左右;不同生长年限敖汉苜蓿草地的土壤呼吸速率,总体变化趋势是4年生>2年生>1年生;土壤呼吸与土层温度呈显著的指数增长关系,且相关性高于土壤呼吸速率与土壤含水量的相关性;5 cm土层的地温和土壤含水量较土壤温度或空气湿度能更好地解释土壤呼吸的变化.     

生物炭施用对冬麦田土壤水热环境及土壤呼吸的影响

探究施用生物炭对冬麦田土壤水热因子及土壤呼吸的影响,对生物炭在麦田应用及农田固碳减排有重要的实践意义。2018年10月至2021年6月在关中灌区连续3 a进行了麦田生物炭施用试验,试验设置生物炭施用量水平分别为：0 t·hm^-2·a^-1（C0）、10 t·hm^-2·a^-1（C10）、20 t·hm^-2·a^-1（C20）,通过测定小麦生长季的土壤温度、土壤水分、土壤呼吸速率及产量,明确不同施炭量对冬小麦田土壤水热因子及土壤呼吸的影响。各处理生育期内土壤呼吸速率及全生育期CO₂排放量存在显著性差异（P<0.05）,均表现为C0>C20>C10。生物炭施入增加了生育期内的平均土壤温度,同时显著提高了0～20 cm土壤含水量（P<0.05）,并减弱了土壤水分在生育期内的变化幅度。C10、C20处理3 a平均土壤含水量较C0分别增加了17.0%、29.0%。5 cm及10 cm土壤温度能分别解释土壤呼吸变化的54.7%～...     

Diurnal and seasonal variations of soil respiration rate under different row-spacing in a Panicum virgatum L. field on semi-arid Loess Plateau of China

Soil respiration(SR) in crop field is affected by environmental factors, agronomic practices and crop types. To clarify how planting density affects the SR dynamics in switchgrass(Panicum virgatum L.) field on the semi-arid Loess Plateau, this research investigated diurnal and seasonal changes of soil respiration rate(RS) under three different row-spacing treatments(20, 40 and 60 cm) in the fourth growing year of switchgrass. Results showed that RS presented a pronounced seasonality under all row-spacing treatments. The highest daily average RS values appeared in August, while the lowest(P0.05) were in September for each row-spacing. Diurnal variations of RS exhibited single-peak curves in each month. Daily average RS increased significantly as row-spacing enlarged during May and August but there was no significant difference among row-spacing treatments in September. Soil water storage in the depth of 0–100 cm had no significant difference(P0.05) among the row-spacing treatments, and similar results were found for soil temperature in 0–15 cm soil depth. Soil respiration temperature sensitivity(Q_(10)) values were 1.0–3.7 during the growing months, which were strongly correlated with air temperature in May and June and the soil temperature at 15 cm depth in August. Higher aboveground biomass production and lower RS in most growth months indicated that 20 cm row-spacing treatment was beneficial for increasing the carbon fixation in switchgrass field. Results also implied that it is necessary to take into account the influence of phenology and root growth of switchgrass on soil respiration for accurately evaluating the carbon cycle in the region.     

宁夏黄土丘陵区冬小麦农田土壤呼吸特征及影响因素分析

土壤呼吸是陆地碳循环研究的关键环节,是大气CO2的重要来源,文中以冬小麦农田为研究对象,利用ACE土壤呼吸自动监测系统,研究了冬小麦农田土壤呼吸、土壤温度、土壤水分和光合有效辐射的变化特征、相互关系以及碳释放量。结果表明:1)土壤呼吸日变化呈现"单峰型",最大值出现在13:00左右,最小值出现在夜间;2)土壤呼吸日变化表明土壤呼吸与土壤温度(0-10cm)和光合有效辐射呈显著正相关关系(P<0.01),与土壤水分的关系不确定;3)土壤呼吸季节变化表明土壤呼吸与土壤温度呈显著正相关关系(P<0.01),与土壤水分和光合有效辐射无显著相关关系;4)冬小麦农田碳释放量168gC·m-2·a-1。     

Non-growing season soil CO2 efflux and its changes in an alpine meadow ecosystem of the Qilian Mountains,Northwest China

Most soil respiration measurements are conducted during the growing season.In tundra and boreal forest ecosystems,cumulative,non-growing season soil CO2 fluxes are reported to be a significant component of these systems' annual carbon budgets.However,little information exists on soil CO2 efflux during the non-growing season from alpine ecosystems.Therefore,comparing measurements of soil respiration taken annually versus during the growing season will improve the accuracy of estimating ecosystem carbon budgets,as well as predicting the response of soil CO2 efflux to climate changes.In this study,we measured soil CO2 efflux and its spatial and temporal changes for different altitudes during the non-growing season in an alpine meadow located in the Qilian Mountains,Northwest ChinaField experiments on the soil CO2 efflux of alpine meadow from the Qilian Mountains were conducted along an elevation gradient from October 2010 to April 2011.We measured the soil CO2 efflux,and analyzed the effects of soil water content and soil temperature on this measure.The results show that soil CO2 efflux gradually decreased along the elevation gradient during the non-growing season.The daily variation of soil CO2 efflux appeared as a single-peak curve.The soil CO2 efflux was low at night,with the lowest value occurring between 02:00-06:00.Then,values started to rise rapidly between 07:00-08:30,and then descend again between 16:00-18:30.The peak soil CO2 efflux appeared from 11:00 to 16:00.The soil CO2 efflux values gradually decreased from October to February of the next year and started to increase in March.Non-growing season Q10(the multiplier to the respiration rate for a 10℃ increase in temperature) was increased with raising altitude and average Q10 of the Qilian Mountains was generally higher than the average growing season Q10 of the Heihe River Basin.Seasonally,non-growing season soil CO2 efflux was relatively high in October and early spring and low in the winter.The soil CO2 efflux was positively correlated with soil temperature and soil water content.Our results indicate that in alpine ecosystems,soil CO2 efflux continues throughout the non-growing season,and soil respiration is an important component of annual soil CO2 efflux.