火干扰对土壤呼吸的影响及测定方法研究进展

林火是森林生态系统的重要干扰因子,是导致土壤碳储量发生变化的重要因子。火干扰所排放的含碳气体对物质循环、能量流动和信息传递具有重要影响,进而影响森林生态系统的碳平衡以及气候变化。土壤作为巨大的陆地生态系统储碳库,其与大气碳交换的方式主要是通过土壤呼吸,由于土壤的碳储量巨大,土壤碳库的微小变化都会引起大气CO2浓度的巨大改变,从而影响森林生态系统碳平衡。阐述土壤呼吸的各种测量方法,并对比各种测定方法;火干扰对森林生态系统土壤呼吸速率的影响及其测定方法;火干扰对土壤呼吸环境的影响。最后提出今后在火干扰对土壤呼吸研究中应关注的问题,同时对火干扰与森林生态系统土壤呼吸的研究方向进行展望。     

土壤水分对土壤呼吸的影响

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要环节,在维持全球碳平衡中发挥着十分重要的作用.全球气候变暖会改变大气环流和全球水文循环,进而导致全球的降水格局发生变化,其最直接的影响就是改变土壤的水分状况,关于土壤水分状况对土壤呼吸的影响机理的研究对于预测未来土壤碳储量变化具有重要意义.本文总结了国内外关于土壤水分对土壤呼吸的影响方面的研究,系统分析了土壤水分是怎样影响土壤呼吸的各组成部分的,并简单介绍了土壤水分对Q10值的影响,最后针对当前相关研究存在的问题,对今后的研究方向加以展望.     

林地土壤压实对土壤呼吸影响的数学模型研究

介绍土壤呼吸对于林地树木生长的重要性。分析人工干扰等外力作用导致土壤压实,使土壤容重增加,改变土壤孔隙度和二氧化碳浓度等。通过对影响因素和机理的分析,从微观角度利用微分原理,推导出土壤压实对土壤呼吸影响的数学模型,并就各主要影响因素对土壤呼吸的影响进行简要分析。     

计划火烧对植被和土壤影响研究综述

计划火烧作为管理植被生态系统的有效手段之一,越来越受到国内外植被管理者及研究者的关注。系统总结国内外计划火烧研究进展对我国林火生态学研究及植被恢复管理具有重要意义。文中利用国际科学论文Web of Science（WOS）数据库和CNKI数据库中近10年的计划火烧研究文献,分析了计划火烧和野火的关系,计划火烧对植物物种丰富度、植物死亡率及植被恢复的影响,计划火烧对土壤性质、微生物及种子库的影响;对于未来研究,提出可利用计划火烧中的频率、强度、规格和时间参数,针对不同区域、不同经营目标的植被类型研发计划火烧模式,长期定位研究计划火烧对植被—土壤系统结构与功能的影响。     

寒温带冻土区火烧木管理方式对土壤呼吸及其组分的影响

【目的】研究大兴安岭冻土区兴安落叶松林火烧迹地不同火烧木管理方式对土壤呼吸速率及组分的影响,探讨土壤呼吸与土壤温度和含水率的相关性,旨在为火烧后森林恢复与重建提供理论依据。【方法】以寒温带冻土区兴安落叶松林2009年火烧迹地为对象,使用LI-8100土壤呼吸速率测定系统,于2016和2017年生长季观测土壤呼吸速率,同时测定10 cm深处土壤温度和含水率季节变化,比较不同火烧木管理样地(火烧木皆伐,2009C;火烧木择伐,2009S;火烧木未伐,2009N)与对照样地(未火烧未采伐,2009CK)的土壤温度和含水率变化对土壤呼吸速率的影响。【结果】观测期内,4类样地土壤呼吸速率(R_S)与土壤异养呼吸速率(R_H)表现为2009S2009N2009CK2009C;土壤自养呼吸速率(R_A) 2016年表现为2009N2009S2009CK2009C,2017年表现为2009CK2009N2009S2009C。4类样地均呈土壤异养呼吸速率贡献率(C_H)大于自养呼吸速率贡献率(C_A)。C_A在对照样地最大(23.75%),在火烧木皆伐样地最小(16.04%),表现为2009CK2009N2009S2009C。4类样地R_S及其组分与10 cm深处土壤温度(T_(10))极显著正相关(P0.01)。火干扰降低了R_S及其组分与10 cm深处土壤温度的敏感系数。【结论】在冻土区兴安落叶松林,火烧增加了R_S与R_H,火烧木择伐进一步增加了R_S和R_H(P0.05)。火烧木皆伐会降低R_S及其组分,且2009C样地的土壤R_A显著低于2009CK(P0.05)。火干扰降低了土壤自养呼吸速率贡献率,火烧木采伐对此进一步降低,且采伐强度越大时降低越多。4类样地土壤呼吸速率及其组分与10 cm深处土壤温度显著正相关(P0.01)。3类火烧木管理样地的土壤呼吸速率及其组分对温度的敏感度均低于对照样地。火烧迹地土壤呼吸速率及其组分与10 cm深处土壤含水率的正相关性不显著。     

针阔混交林凋落物对土壤呼吸的影响

以位于长江三峡库区的重庆缙云山针阔混交林为研究对象,利用美国LI-COR公司生产的LI-8100开路式土壤碳通量测量系统对林地有凋落物和无凋落物两种土壤呼吸速率进行了观测。结果表明:(1)有无凋落物对土壤温度、土壤含水量均无影响;(2)有凋落物和无凋落物土壤呼吸的昼夜变化都呈现为单峰曲线,下午14:00左右达到峰值,并且无凋落物土壤呼吸速率小于有凋落物土壤呼吸速率;(3)有凋落物和无凋落物土壤呼吸季节变化趋势都表现为双峰型,峰值分别出现在7月和9月;(4)针阔混交林通过土壤呼吸释放的CO2量达到24.05 t/hm2,其中由凋落物释放的CO2达到5.09 t/hm2,占总CO2释放量的21.16%,说明凋落物对土壤呼吸影响显著。     

极端降雪对北亚热带-暖温带气候过渡带人工林土壤呼吸的影响

[目的]本研究的主要目的是研究极端降雪对北亚热带-暖温带气候过渡带人工林土壤呼吸的影响机制。[方法]以信阳市人工林为研究对象,以2018年1月信阳市的暴雪为契机,设置增加雪被、自然降雪、去除雪被的控制试验,利用LI-8100测定了不同厚度雪被处理下土壤呼吸的变化,并结合土壤温度、土壤湿度、土壤微生物量碳氮含量、土壤可利用性氮含量等变化,研究土壤呼吸与环境因子之间的关系。[结果]在试验前期,增加雪被显著提高了土壤温度,但增加雪被处理下,试验中后期土壤温度值及整个试验阶段的土壤温度平均值均显著低于对照处理。增加雪被厚度可使土壤呼吸速率提高21.57%,而去除雪被对土壤呼吸速率无显著影响。雪被变化对于微生物量碳氮、土壤可利用性氮含量均无显著影响。增雪处理引起的土壤呼吸速率增加主要由试验前期土壤温度的升高导致的。[结论]极端暴雪可能提高气候过渡带人工林的土壤呼吸速率,但这种提高受到降雪量的影响,30 cm左右的降雪并未显著影响土壤呼吸速率,如果积雪深度继续增加,土壤碳排放速率会有所增强。此外,积雪深度在不同的融雪阶段对土壤呼吸的影响幅度不一致,降雪对土壤呼吸的影响主要发生在积雪完全消融之前这一...     

采伐强度对小兴安岭低质林分土壤碳通量的影响

针对择伐后的小兴安岭低质林分,采用LI-8100碳通量自动监测系统在春、夏、秋、冬4个季节对低质林分土壤碳通量进行观测,运用统计分析方法,分析采伐强度对土壤碳通量、土壤温度与湿度的影响。结果表明:采伐区的土壤碳通量高于对照区,随采伐强度的增加土壤碳通量呈现波动性,从采伐强度22%～47%,碳通量逐渐减小,之后趋于平稳,春、夏、秋、冬4个季节土壤碳通量的最大值出现在低度和中度采伐强度林分条件下;随采伐强度增加土壤温度增加,土壤湿度减少,土壤碳通量与距地表10cm处的土壤温度的关系符合指数模型,土壤碳通量与土壤湿度的关系符合一元二次模型;从标准化回归方程看出,土壤碳通量主要由土壤温度与湿度共同影响,且土壤湿度对碳通量的影响大于土壤温度的影响。采伐强度与土壤碳通量具有负相关性,二者的关系为双曲线。     

模拟计划火烧对哈尔滨城市林业示范基地典型林型土壤呼吸的影响

火干扰是森林生态系统重要的干扰因素之一,尤其在北方森林生态系统中火干扰的作用更为明显。但是关于火干扰到底如何影响北方森林生态系统的土壤呼吸,以及计划火烧开展对土壤呼吸的影响程度目前研究非常有限,相关科学问题尚不能给出准确答案。因此,本文选择哈尔滨城市林业示范基地的典型3种森林类型白桦林、兴安落叶松林和蒙古栎林,通过小范围控制火烧试验采用LI6400测定火后不同时间(5~9月份)的土壤呼吸,研究计划火烧对3种林型土壤呼吸通量的影响。结果表明,在火后5~9月份中,3种林型火后样地与对照样地相比,白桦林土壤呼吸速率上升了10%,蒙古栎土壤呼吸速率下降了30%,落叶松土壤呼吸速率上升了14%。白桦林、蒙古栎林、落叶松林对照样地与火烧样地的Rc值均呈现出显著的动态变化,但并无一定规律,3种林型中白桦林火后短期内Rc的变化规律并不显著,而蒙古栎林与落叶松林火后短期内Rc的变化规律非常明显,蒙古栎林的Rc值的变化显著降低为34.98%,而落叶松林的Rc值变化却显著升高为13.77%。因为本次小范围计划控制火烧试验对环境温度改变最大,因此研究结果表明本次试验控制土壤呼吸的因素中,温度占主导地位。     

压实对土壤理化特性及土壤呼吸的影响研究进展

概述国内外有关不同土地利用方式下土壤压实的研究成果,压实主要造成土壤容重和机械阻力增加,土壤通气性、持水性和渗透性降低,土壤内化学元素吸收受到限制,进而影响植物正常生长。同时压实还降低土壤微生物活性和土壤表面CO2释放速率,并分析减轻土壤压实的方法和土壤压实研究需要解决的问题。     

辽东山区次生林土壤酶对土壤微生物呼吸的影响

以蒙古栎（Quercus mongolica）林、杂木林和胡桃楸（Juglans mandshurica）林3种天然次生林土壤为研究对象,通过生长季节内表层土壤（0～30 cm ）淀粉酶、蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性以及土壤微生物呼吸速率的测定,探讨了辽东山区土壤酶活性与土壤微生物呼吸之间的关系。结果表明：辽东山区蒙古栎林、杂木林、胡桃楸林土壤酶活性与土壤微生物呼吸具有一定的季节波动,但相关性不显著。除胡桃楸林微生物呼吸与过氧化氢酶活性之间具有显著关系外,蒙古栎林和杂木林微生物呼吸与4种酶活性之间均无显著相关性。研究结果为进一步系统了解辽东山区次生林植物群落土壤碳循环过程提供了参考。     

浅谈森林采伐对土壤呼吸的影响

阐述了森林生态系统土壤呼吸的概念及研究意义,探讨了影响森林土壤呼吸的因子,并着重论述了森林采伐对土壤呼吸的影响,同时指出确定土壤呼吸对森林生态系统不同经营方式的反馈作用,对选取适当的森林经营措施具有重要的指导意义。     

人为扰动对森林生态系统土壤呼吸的影响

对人工林与天然次生林的土壤呼吸差异及翻土后对人工林土壤呼吸的影响进行研究。结果表明,天然次生林的土壤呼吸显著小于人工林,而有机质含量却相反;人工林翻土后对土壤呼吸的影响十分显著,因此,保护天然次生林,控制森林砍伐,合理使用土地,这对保持土壤肥力,控制土壤ＣＯ２排放,维持全球碳平衡及稳定全球气候变化至关重要。     

施肥对生长期毛竹林土壤呼吸的影响

采用Li-6400便携式光合作用测量系统配备的Li-09土壤呼吸室,对浙江富阳地区典型北亚热带林区施肥的毛竹(Phyllostachys heterocycla cv.pubescens)林地生长期土壤呼吸进行研究。结果表明,不同施肥处理造成土壤有机碳含量差异极显著(P<0.01)。施肥能有效提高土壤有机碳含量,其中施用有机肥的处理土壤有机碳含量最高;施肥能显著提高毛竹林生长期的土壤呼吸速率,不同施肥处理造成土壤呼吸差异极显著(P<0.01);施用有机肥的土壤呼吸比施无机肥的要高;不同施肥处理对Q10的影响差异不显著。     

人为扰动对森林生态系统土壤呼吸的影响

对人工林与天然次生林的土壤呼吸差异及翻土后对人工林土壤呼吸的影响进行研究,结果表明,天然次生林的土壤呼吸显著小于人工林,而有机质含量却相反;人工林翻土后对土壤呼吸的影响十分显著。因此,保护天然次生林、控制森林砍伐、合理使用土地,这对保持土壤肥力、控制土壤CO2排放、维持全球碳平衡及稳定全球气候变化至关重要。     

采伐对幕布山区毛竹林土壤呼吸的影响

利用LI-COR-8100土壤CO2通量自动测量系统测定了湖北赤壁幕布山区采伐毛竹林土壤表面CO2通量及5 cm深度的土壤温度、湿度,研究了采伐对毛竹林土壤呼吸的影响,并用壕沟法区分各组分呼吸。结果表明:采伐显著增加了毛竹林的土壤温度,但对土壤湿度无显著影响;采伐能增加土壤呼吸、凋落物呼吸与矿质呼吸,但降低了根系呼吸;土壤总呼吸及组分呼吸与土壤温度呈指数相关(R2=32.63%84.50%),与土壤湿度呈线性相关(R2=40.60%93.50%),运用土壤温度、湿度复合模型能提高预测土壤呼吸的准确性(R2=41.40%96.20%)。采伐毛竹林土壤呼吸的增加主要因为采伐后土壤温度升高所致。     

林分密度对华北落叶松天然次生林林下植被和土壤呼吸的影响

为实现“碳中和”背景下的森林高质量经营,探索林分密度调控对森林生态系统土壤呼吸和林下植被物种多样性的影响具有非常重要的意义。以山西五台山林区华北落叶松（Larix principis-rupprechtii）天然次生林为研究对象,设置不同林分密度样地,调查林下植被物种多样性并测定土壤呼吸速率,分析林分密度对林下植被物种多样性和土壤呼吸速率的影响以及物种多样性和土壤呼吸速率的耦合关系。结果表明,喜光植物的重要值随林分密度增加而逐渐降低,在高密度林分中变成偶见种或消失,耐荫植物的重要值随林分密度增加而升高,在高密度林分中成为代表性种。林下植被物种多样性和土壤呼吸速率均随林分密度增加均呈先上升后下降的趋势;香农-威纳指数、辛普森指数、基于香农-威纳指数的均匀度指数、基于辛普森指数的均匀度指数和物种丰富度指数均在中密度下达到峰值,土壤呼吸速率也在中密度下达到峰值;植被种类、林下植被物种多样性指数与土壤呼吸速率的相关性极强,其中物种丰富度指数对土壤呼吸速率的影响最显著。     

不同强度火烧对兴安落叶松林土壤铵态氮的影响

不同强度火烧对兴安落叶松林土壤铵态氮的影响表现为,对照＜轻度＜中度＜重度,铵态氮随着火强度的增强呈上升趋势;土壤铵态氮在不同强度火烧迹地和对照样地上具有明显的季节动态变化差异,且最高值出现在5月份,最低值出现在11月份.     

不同火烧强度对兴安落叶松林土壤化学性质的影响

以内蒙古大兴安岭北部林区的火烧迹地为研究区,对不同火烧年份(2003年和2012年)和不同火烧程度(轻度和重度)火烧迹地土壤化学性质进行研究。结果表明:火烧后1年,相较于对照样地,轻度火烧后,土壤有机碳和速效磷含量显著增加,p H值、全磷、碱解氮含量增加,但差异不显著;土壤全氮含量显著降低,全钾和速效钾含量降低,但差异性不显著。重度火烧后,p H值、碱解氮和速效磷含量显著增加,有机碳、全氮和速效钾含量显著降低,全磷和全钾含量降低,但差异不显著。火烧后10年,相较于对照样地,除重度火烧后土壤有机碳和全氮含量显著降低,其他土壤化学性质指标火烧后也不同程度降低,但不显著。     

择伐对生长季针阔混交林土壤分室呼吸的影响

采用LI-8100土壤CO2排放通量全自动测量系统和与之配套的土壤温度、湿度传感器,对小兴安岭带岭林业局东方红林场观测样地不同强度择伐后,测定林地生长季土壤分室呼吸速率以及10 cm土深处的温度和湿度,探讨生长季土壤各分室呼吸的年际变化.结果表明:枯枝落叶层土壤呼吸速率生长季平均值呈逐年增加的趋势,观测期内枯枝落叶层土壤呼吸速率均值与采伐强度呈二次相关的关系(R2=0.806);根系呼吸速率生长季平均值逐年变化较复杂,差异较大,观测期内根系呼吸速率均值与采伐强度亦呈二次相关的关系(R2=0.415);矿质土壤呼吸速率生长季平均值呈逐年增加的趋势,与采伐强度相关性不显著.土壤温度和湿度是影响土壤分室呼吸速率变化的2个重要因素.枯枝落叶层和矿质土壤层是控制择伐后林地土壤呼吸变化的关键组分.为降低择伐后林地CO2排放增加速率,应选用中小强度(52%以下)的择伐作业.