旱区灌溉棉田土壤呼吸昼夜变化特征及其与土壤温度的关系

本试验以裸地为对照,通过对土壤剖面CO2浓度的监测,研究了旱区灌溉棉田土壤呼吸的昼夜变化规律及其与土壤温度的关系。主要结果如下:(1)土壤及根际呼吸均呈"V"型昼夜变化特征,最小值出现在16∶00~17∶00之间,而土壤微生物呼吸昼夜变化趋势与之相反;(2)土壤微生物呼吸产生的CO2通量在土壤升温阶段略高于降温阶段,相对的,根际呼吸在土壤升温阶段产生的CO2通量低于降温阶段,并形成一个明显的逆时针圆圈;(3)棉花根际呼吸对土壤呼吸的平均贡献率为47%。以上结果说明,在建立土壤呼吸与土壤温度相关关系模型的过程中,需要区分根际呼吸和土壤微生物呼吸,充分考虑土壤温度变化对土壤呼吸各组分影响的差异性。     

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。     

人工防护林对风沙土有机碳动力学的影响

选取塔里木沙漠公路沿线定植年限为5、7、10、13、16 a的防护林,运用物理化学提取法及傅里叶变换红外光谱仪,研究人工防护林对风沙土发育过程中土壤有机碳动力学的影响。结果表明:(1)随定植年限增加,土壤碳储量变化不大;(2)土壤有机碳在0~50 cm随深度增加而降低,50 cm以下变化不大;(3)随防护林定植年限的增加,表层土壤(0~10 cm)中总有机碳(TOC)、微团聚体有机碳(OCMIA)、腐殖质有机碳(OCHS)、抗氧化性(OCNa Cl O)和抗酸解性有机碳(OCHCl)均有所升高,其中TOC、OCMIA、OCHS逐年增加,而OCNa Cl O和OCHCl在5~7 a时增加较快,以后趋于稳定,且各碳组分(OCHCl除外)在不同定植年限防护林风沙土间的差异极显著(P0.01),OCHCl差异显著(0.01P0.05);(4)所有碳组分极显著相关,其中OCMIA、OCHS与TOC的相关性比OCHCl、OCNa Cl O高;(5)惰性碳库中OCMIA和OCNa Cl O占总有机碳的比例较高,OCHS相对含量随定植年限增加而升高;(6)腐殖质结构中C=O相对含量(C=O/C-O-C)先降低后升高,脂族链聚亚甲基碳含量占末端甲基碳的比例(CH2/CH3)7 a时最高,后3个年限变化不大。因此,人工防护林引起了土壤有机碳累积,特别是惰性碳库在表层累积,腐殖化程度增加,提高了土壤固碳能力并促进了风沙土的发育。     

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...     

准噶尔盆地东南缘绿洲-荒漠交错带土壤螨类的群落多样性与相似性

为了查明准噶尔盆地东南缘绿洲-荒漠交错带土壤螨类群落多样性与相似性特征,于2010年4月、7月、9月和11月中旬对该区的自然林、防护林、耕地、菜瓜地、荒草原、灌木林及荒漠等7种不同生境进行采样调查研究。结果表明,共获得土壤螨类5200只,隶属于4目41科61属。在7种不同生境土壤螨类群落多样性间具有明显的差异(p<0.05),Shannon-Wiener多样性指数(H)顺序为灌木林>防护林>自然林>荒草原>耕地>荒漠>菜瓜地,Margalef丰富度指数(M)顺序为自然林>防护林>灌木林>荒草原>耕地>菜瓜地>荒漠。Jaccard群落相似性分析表明,不同生境土壤螨类相似性程度主要为中等不相似(处于0.25～0.50),而在荒漠与自然林、防护林及灌木林之间的相似程度已达到极不相似水平。7种生境土壤螨类聚类和排序分析结果分为林地环境类型、耕作环境类型、荒漠草原环境类型和荒漠环境类型等四大类型。研究结果表明植被类型、土壤湿度和人为干扰是影响土壤螨类群落多样性及其动态变化的主要因素。     

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。     

辽西北风沙地不同植物群落土壤入渗特性

采用野外双环入渗试验和室内土壤物理性质分析相结合的方法,研究辽西北风沙地不同植物群落(乔木林地、灌木林地、人工草地、荒草地)土壤入渗特征及影响因素。结果表明:不同植物群落的土壤初始入渗率、16min入渗率、稳定入渗率和累计入渗量等土壤入渗特征值均表现为荒草地人工草地灌木林地乔木林地;土壤入渗特征值与毛管孔隙度呈显著负相关,与饱和含水量、粉粒含量呈负相关,与土壤初始含水率、土壤容重、非毛管孔隙度、砂粒、粘粒含量呈正相关,但未达显著水平。不同植物群落下土壤入渗过程的拟合优度存在差异,Horton模型、G-P综合模型、Philip模型、Kastiakov模型的平均拟合优度依次为0.948、0.896、0.893、0.868,Horton模型相对误差为15.71%~68.61%,可作为辽西北风沙地不同植物群落土壤入渗过程的预测模型;主成分分析评价的土壤入渗能力排序为荒草地人工草地灌木林地乔木林地,初始入渗率、稳定入渗率、16 min入渗率和累积入渗量的主成分方差累积贡献率为99.628%,较好地表达了土壤入渗能力。     

黄土地与沙地生物结皮的发育特征及其生态功能异同

基于课题组已有研究成果,选取陕北水蚀风蚀交错区内气候条件相同但土壤质地迥异的试验区,探讨黄土地和沙地生物结皮发育特征及其生态效应的异同。结果表明:(1)苔藓结皮是2种土地生物结皮的重要类型,其中,黄土地的优势藓种为尖叶对齿藓[Didymodon constrictus(Mitt.)Saito.]、真藓(Bryum argenteum Hedw.)、狭网真藓(B.algovicum Sendt.);沙地的优势藓种为黄色真藓(B.pallescens Scheich.)、弯叶真藓(B.recurvulum Mitt.)、银叶真藓(B.argenteum Hedw.)。沙地乔灌植物下生物结皮盖度(77.5%)、厚度(11.8 mm)及容重(1.9 g·cm~(-3))均高于黄土地生物结皮,而黄土地多年生草本植物下生物结皮抗剪强度(26.5 k Pa)高于沙地生物结皮,总体上,沙地生物结皮发育的更好。(2)黄土地的入渗增幅和0~200 cm剖面的平均土壤含水率增幅均显著高于沙地(P0.05),且在旱季和雨季其0~200 cm剖面的平均土壤含水率增幅分别比沙地高1.4%和1.9%。(3)两地生物结皮均表现出了较好的减蚀作用,其减蚀效率分别为81.0%和90.6%。     

Carbon fixation and influencing factors of biological soil crusts in a revegetated area of the Tengger Desert,northern China

Biological soil crusts （BSCs） are an important type of land cover in arid desert landscapes and play an important role in the carbon source-sink exchange within a desert system. In this study, two typical BSCs, moss crusts and algae crusts, were selected from a revegetated sandy area of the Tengger Desert in northern China, and the experiment was carried out over a 3-year period from January 2010 to November 2012. We obtained the effec- tive active wetting time to maintain the physiological activity of BSCs basing on continuous field measurements and previous laboratory studies on BSCs photosynthesis and respiration rates. And then we developed a BSCs carbon fixation model that is driven by soil moisture. The results indicated that moss crusts and algae crusts had significant effects on soil moisture and temperature dynamics by decreasing rainfall infiltration. The mean carbon fixation rates of moss and algae crusts were 0.21 and 0.13 g C/（m2.d）, respectively. The annual carbon fixations of moss crusts and algae crusts were 64.9 and 38.6 g C/（m2.a）, respectively, and the carbon fixation of non-rainfall water reached 11.6 g C/（m2.a） （30.2% of the total） and 8.8 g C/（m2.a） （43.6% of the total）, respectively. Finally, the model was tested and verified with continuous field observations. The data of the modeled and measured CO2 fluxes matched notably well. In desert regions, the carbon fixation is higher with high-frequency rainfall even the total amount of seasonal rainfall was the same.     

Carbon inputs regulate the temperature sensitivity of soil respiration in temperate forests

Litter and root activities may alter the temperature sensitivity (Q₁₀) of soil respiration. However, existing studies have not provided a comprehensive understanding of the effects of litter and root carbon inputs on the Q₁₀ of soil respiration in different seasons. In this study, we used the trench method under in situ conditions to measure the total soil respiration (R_total), litter-removed soil respiration (R_no-litter), root-removed soil respiration (R_no-root), and the decomposition of soil organic matter (i.e., both litter and root removal; R_SOM) in different seasons of pioneer (Populus davidiana Dode) and climax (Quercus liaotungensis Mary) forests on the Loess Plateau, China. Soil temperature, soil moisture, litter biomass, fine root biomass, litter carbon, and root carbon were analyzed to obtain the drive mechanism of the Q₁₀ of soil respiration in the two forests. The results showed that the Q₁₀ of soil respiration exhibited seasonality, and the Q₁₀ of soil respiration was higher in summer. The litter enhanced the Q₁₀ of soil respiration considerably more than the root did. Soil temperature, soil moisture, fine root biomass, and litter carbon were the main factors used to predict the Q₁₀ of different soil respiration components. These findings indicated that factors affecting the Q₁₀ of soil respiration highly depended on soil temperature and soil moisture as well as related litter and root traits in the two forests, which can improve our understanding of soil carbon-climate feedback in global warming. The results of this study can provide reference for exploring soil respiration under temperate forest restoration.     

新疆不同植被类型土壤有机碳特征

准确评估不同植被类型的土壤有机碳库,对揭示土壤有机碳在陆地生态系统碳循环中的作用具有重要意义。通过分析新疆地区10种植被类型的土壤有机碳密度(SOCD)的分布特征,估算了该地区的土壤有机碳储量。结果表明:在10个植被类型的0~100 cm土壤剖面中,SOCD垂直分布特征明显,呈逐渐降低趋势。新疆SOCD以针叶林最大,其值为63.86 kg·m~(-2),其他植被类型依次为:草甸、阔叶林、沼泽、草原、灌丛、高山植被、栽培植被、荒漠和无植被类型。土壤有机碳储量最大值分布在草甸中,为4.89 Pg,其他植被类型依次为:荒漠、草原、高山植被、无植被(裸地)、针叶林、栽培植被、阔叶林、灌丛、沼泽。在0~100 cm的土壤层,新疆地区土壤有机碳储量为16.4Pg。     

绿洲与荒漠交错带植被恢复区土壤水分变化研究

对绿洲与荒漠交错带的不同类型防护林和不同荒漠植被恢复区土壤水分动态特征作了系统研究,研究结果表明:不同配置的类型防护林含水量整体上远低于对照;说明在无灌溉补充水分的条件下,林木的蒸腾作用耗水量大,土壤含水量低,为了林木的正常生长,应该在夏季及时补水;不同荒漠植被恢复区的土壤水分远高于空旷的沙地,说明不同荒漠植被恢复区,...     

秸秆覆盖条件下土壤水动态演变规律研究

在石家庄栾城县进行田间试验,在充分分析覆盖试验点与对比试验点系统误差的基础上研究了玉米秸秆覆盖条件下土壤水动态演变规律.研究表明,秸秆覆盖对土壤水动态的影响主要表现在相对干旱期(8月下旬～翌年4月下旬)与土壤浅层(0～70 cm),秸秆覆盖试验点土壤含水量、土壤水势均高于对比试验点,且随土壤深度增加,秸秆覆盖作用减弱,秸秆覆盖对180 cm以下土壤水动态影响微弱.当以地表棵间蒸发为主时,覆盖点比对比试验点蒸发量少26.7 mm,表明秸秆覆盖高效抑制土壤水无效蒸发;当以植被蒸腾作用为主时,覆盖点比对比试验点高3.3 mm,表明秸秆覆盖对作物蒸发作用影响微弱.干旱期秸秆覆盖点与对比试验点平均入渗速率分别为0.092 m m/d和0.115 mm/d,表明干旱期秸秆覆盖不利于深层土壤 (220 cm以下)水入渗;而丰水期秸秆覆盖点220 cm处入渗速率明显高于对比点,其平均速率分别为0.192 mm/d和0.096 mm/d,表明丰水期秸秆覆盖能有效促进深层入渗.     

防护林对科尔沁沙地耕地土壤理化性质的影响

为了探究防护林对不同地貌类型耕地的影响,选择科尔沁沙地奈曼旗境内坨耕地和甸耕地,对比分析了在有、无防护林情况下坨耕地和甸耕地土壤理化性质及其变化特征。结果表明：① 有防护林耕地土壤理化性质优于无防护林耕地;② 防护林对坨耕地的影响大于甸耕地,其影响在样点1、样点2和样点3都有显现,且在样点1和样点2较为突出,而防护林对甸耕地的影响只在样点1较为明显。     

Can soil respiration estimate neglect the contribution of abiotic exchange？

This study examines the hypothesis that soil respiration can always be interpreted purely in terms of biotic processes, neglecting the contribution of abiotic exchange to CO2 fluxes in alkaline soils of arid areas that characterize 5% of the Earth’s total land surface. Analyses on flux data collected from previous studies suggested reconciling soil respiration as organic(root/microbial respiration) and inorganic(abiotic CO2 exchange) respiration, whose contributions in the total CO2 flux were determined by soil alkaline content. On the basis of utilizing meteorological and soil data collected from the Xinjiang and Central Asia Scientific Data Sharing Platform, an incorporated model indicated that inorganic respiration represents almost half of the total CO2 flux. Neglecting the abiotic module may result in overestimates of soil respiration in arid alkaline lands, which partly explains the long-sought "missing carbon sink".     

秸秆还田量对陇中旱作麦田土壤团聚体稳定性和有机碳含量的影响

为探明秸秆还田后土壤团聚体与有机碳的变化特征和作用机制,依托2019年布设于甘肃省定西市李家堡镇的不同秸秆还田试验,设置两种秸秆类型：小麦秸秆和玉米秸秆,秸秆还田量分别为：0（CK）、3 500（低量）、7 000（中量）、14 000 kg·hm^-2（高量）,研究了秸秆还田对陇中黄土高原旱作农田土壤团聚体稳定性和有机碳的影响。结果表明：土壤机械稳定性团聚体以>0.25 mm团聚体为主,且随土层加深粒径逐渐增大,水稳性团聚体均与之相反;秸秆还田较不还田处理的机械稳定性和水稳性<0.25 mm粒级团聚体含量分别降低了3.53%～21.74%和2.73%～8.95%,土壤机械稳定性和水稳性团聚体平均重量直径MWD、几何平均直径GMD的提升幅度最大分别达到16.29%、30.12%和20.93%、12.12%,团聚体破碎率PAD降低了2.53%～13.23%,在中量秸秆还田时效果最好,且玉米秸秆比小麦秸秆效果更明显。秸秆还田提升了土壤有机碳含量,且在表层土壤秸秆还田量越高,对土壤有机碳的提升效果越显著,其中玉米秸秆高量还田处理的土壤有机碳含量较CK显著提高了...     

毛乌素沙地东南缘不同植被盖度下土壤水分特征分析

2007年利用EC-5土壤水分探头对毛乌素沙地东南缘土壤水分进行了定位观测,分析了不同植被盖度下土壤水分的时空分布特征及土壤蓄水量的差异。结果表明:在时间尺度上,固定沙地土壤水分含量表现为:秋季>春季>夏季,半固定沙地和流动沙地土壤水分含量为:夏季>秋季>春季。在垂直方向上,固定沙地整个剖面土壤水分变化成"S"型曲线变化,半固定沙地和流动沙地土壤水分成反"S"型曲线变化。0～200cm沙层中,流动沙地土壤蓄水量最大,半固定沙地次之,固定沙地最差。     

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。     

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).     

土地利用方式对东祁连山土壤表层有机碳的影响

在祁连山东段高寒地区,选取天然草地、退耕自然恢复地、坡耕地和人工草地4种土地利用方式,研究了土地利用方式对土壤表层有机碳含量和有机碳密度的影响.结果表明:在4种土地利用方式中天然草地土壤表层有机碳含量最高,坡耕地和退耕自然恢复地土壤表层有机碳含量较低;土壤表层有机碳密度整体上随着土层加深而逐渐降低,在0～30cm土层土...