库布齐沙地土壤呼吸及其影响因素分析

土壤呼吸是陆地生态系统物质循环和能量流动的一个最主要环节,也是评价大气中CO2浓度增减和土壤生物活性的重要指标,对半干旱区自然状况下的库布齐沙地土壤呼吸进行测定与分析,结果表明：1）半干旱地区沙地的土壤呼吸速率值与土壤含水量具有相关性,但在小时间尺度上与土壤温度没有相关性;2）半干旱地区沙地的土壤呼吸速率值与土壤细菌数量、土壤固氮菌数量具有相关性,但与土壤真菌数量、土壤放线菌数量没有相关性;3）干旱地区沙地的土壤呼吸速率值与植被地上、地下生物量具有相关性。这些结论将增进人们对半干旱区沙地土壤呼吸及其影响因素的了解,最终更准确地认识陆地生态系统的物质循环和能量流动。     

不同放牧管理模式对高寒草甸草原土壤呼吸特征的影响

为探讨不同放牧管理模式对青藏高原东缘高寒草甸草原土壤呼吸速率的影响,于2014年5－10月用土壤呼吸测量仪（LI-8100A,LI-COR,Lincoln,USA）对禁牧（NG）、全生长季休牧（RG）、传统夏季休牧（TG）和全年连续放牧（CG）4种不同放牧管理模式高寒草甸草原土壤呼吸速率进行测定,并分析了土壤呼吸速率与其影响因子间的关系。结果表明：1）不同放牧管理模式高寒草甸草原土壤呼吸速率月动态均表现出先增加后降低的变化态势,峰值出现在8月,除 CG 外,8月显著高于其余月份;2）在整个生长季,NG,RG 和 TG 平均土壤呼吸速率显著高于 CG,其中,NG 和 RG 间无显著差异,但均显著高于 TG;3）除 CG 外,NG,RG 和 TG 土壤呼吸速率与土壤温度呈显著正相关,Q10值排序为：NG＞RG＞TG＞CG;4）土壤质量含水量对土壤呼吸速率的影响存在一个临界值,30％左右为临界值,在此之前二者呈正相关,此后呈负相关;5）地上、地下生物量均与土壤呼吸速率呈显著正相关。在保障牧民收入稳定的前提下,为实现草地资源的可持续利用与牧草的更新,相对于全年禁牧,全生长季休牧既可充分利用牧草资源,也能有效保护草地系统稳定与生态恢复,是青藏高原高寒草甸草原类草地放牧管理的理想选择。     

半灌木扩张草原生长季内土壤氮矿化特征及其影响因素

半灌木扩张可影响生态系统的结构和功能。为探究半灌木扩张草原生长季内土壤氮矿化特征及其影响因素,本研究以宁夏云雾山不同半灌木(白莲蒿Artemisia sacrorum)扩张强度天然草原为研究对象,采用顶盖埋管法测定了生长季前、后的土壤氮硝化速率、铵化速率和净矿化速率,分析了其与物种多样性、地上生物量和土壤环境因子的关系。结果表明：半灌木扩张草原土壤氮矿化主要以硝化过程为主,且矿化和固持速率均随扩张强度的增大呈先增加后降低的趋势;半灌木扩张通过影响物种多样性和地上生物量间接影响土壤氮矿化速率;生长季内土壤水分和温度的增加对氮矿化速率有显著抑制作用。综上,宁夏云雾山典型草原半灌木扩张强度和生长季内土壤水分和温度的变化共同驱动土壤氮矿化过程。     

黄土高原不同地形封育草地的土壤呼吸日动态与影响因子分析

采用动态密闭气室红外CO₂分析法(IRGA)对黄土高原丘陵沟壑区不同地形的封育草地土壤呼吸速率日动态进行了测定,并分析了土壤呼吸与土壤温度、土壤水分、地下生物量和地形间的关系。研究结果显示,草地的土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最小值为0.393~1.103 μmol/(m²·s),出现在凌晨;最大值为1.034～1.405 μmol/(m²·s),出现在14时左右,可以用正弦曲线拟合;而且不同样地间土壤呼吸速率与土壤温度间的关系均可用指数函数描述。土壤日均呼吸速率在不同地形的草地间存在差异,平坦草地为1.229 μmol/(m²·s),东北坡15°, 30° 和45° 草地分别为1.138, 1.033和0.890 μmol/(m²·s);西南坡15°, 30° 和45° 草地分别为1.036, 0.859和0.379 μmol/(m²·s);土壤呼吸速率随坡度的增大而减小,东北坡土壤呼吸速率小于西南坡,与不同样地间土壤水分和地下生物量的变化趋势一致,而且研究结果表明土壤呼吸的这种差异主要是受地形影响的土壤水分和地下生物量空间分布差异性决定的,而不同样地间土壤平均温度差异不显著(P>0.05)。     

修剪频率对混播草坪土壤呼吸特征的影响

以草地早熟禾(Poa pretensis)和高羊茅(Festuca arundinacea)混播草坪为研究对象,采用开路式土壤碳通量测量系统Li-8100对不同修剪频率下草坪的土壤呼吸昼夜变化特征进行研究,旨在探讨修剪对城市草坪土壤呼吸特征的影响。结果表明:草坪在1周修剪1次、2周修剪1次和常规修剪(对照)这3种情况下,其土壤呼吸速率昼夜变化均呈单峰曲线模式,且3种情况下草坪土壤呼吸速率日最高值均出现在12:00-14:00,而日最低值出现的时间不一;从草坪土壤日呼吸总量来看,6月与7月草坪在1周修剪1次处理、2周修剪1次处理和对照之间差异均不显著,8月草坪在1周修剪1次处理下与对照之间差异不显著,而两者与草坪2周修剪1次的处理之间差异显著(P<0.05);从整体来看,3种情况下草坪的土壤呼吸速率均与5 cm土层地温成显著正相关(P<0.05),与其他温度指标的相关性因不同月份和不同处理而不同,而草坪土壤呼吸的Q₁₀值的大小基本上都随着土层深度增加而增加。     

划破草皮对祁连山不同地形高寒矮嵩草草甸土壤呼吸特征的影响

以青藏高原东北缘祁连山高寒矮嵩草草甸为对象,用土壤呼吸测量仪分别进行了平地和缓坡地两种地形草甸经划破改良后的土壤呼吸排放速率测定。结果表明:经划破处理的高寒草甸土壤呼吸排放速率呈明显的季节动态,最大值出现在7月。土壤呼吸排放速率与地表温度、5 cm处土壤温度均呈指数正相关关系,与土壤含水量具有拟合度较高的二次多项式相关性,与地上、地下生物量存在正相关关系。土壤呼吸温度敏感性指数Q_(10)显示,划破干扰均增加了两种地形地表温度的Q_(10)值,而5 cm土壤温度仅增加了缓坡地的Q_(10)值。通过随机森林变量重要性评估可知,影响该区域平地土壤呼吸的主导因素为土壤含水量,影响缓坡地土壤呼吸的主导因素为5 cm处土壤温度。因此,在应用划破草皮改良技术时应充分考虑制约条件,因地制宜,才能真正达到改良草地的目的。     

云雾山草原不同深度土壤的呼吸特征及其对温度变化的响应

土壤呼吸及其对温度的敏感性是预测碳循环过程的重要参数,近年来受到了广泛关注。但在黄土高原地区,不同深度土壤微生物呼吸特征及其对温度变化响应的相关研究尚未见报道。本研究选取黄土高原云雾山草原自然保护区围封30年的典型草地作为研究地点,采集了不同深度的土壤样品(0-10、10-20、20-30、30-40、40-50、50-60cm),在室内25和35℃条件下对土壤样品进行培养,探讨不同深度土层的土壤呼吸及其对温度敏感性的变化。结果表明,土壤有机碳、全氮、有效氮、速效磷,全磷及微生物生物量碳氮含量均随土层深度的增加而显著降低(P0.05)。随着培养时间和土层深度的增加,两个温度培养下的土壤呼吸速率和土壤呼吸累积碳释放量均显著下降(P0.05)。然而,随着土层深度增加,土壤呼吸温度敏感性呈上升趋势。冗余分析表明,土壤呼吸速率与土壤性质均有较好的正相关,而土壤呼吸温度敏感性与各土壤因子呈负相关。     

黄土高原不同土地利用方式下土壤干层差异

为研究黄土高原不同土地利用方式下土壤干层差异特征,本研究以放牧草地、封育15年草地、15年柠条地和封育30年草地为研究对象,定量分析不同土地利用方式下深层土壤水分特征。结果表明:放牧草地、封育15年草地、15年柠条地、封育30年草地0-500cm土层土壤含水量平均变异系数分别为0.142、0.107、0.067、0.078;土壤干层起始深度分别为80、100、120、360cm;干层厚度分别为380、180、120、100cm;干层内土壤平均含水量分别为9%、8.9%、8.1%、9.7%。4种土地利用类型的土壤剖面均出现了不同程度的干燥化现象,放牧草地和15年柠条地土壤干燥化尤为严重,封育15年草地0-500cm土层土壤含水量显著高于放牧草地(P0.05),封育30年草地0-500cm土层土壤含水量则极显著高于放牧草地(P0.01)。随着封育年限的增加,天然草地土壤含水量显著增加,土壤干层逐渐减轻变薄,向下深移,干层强度下降。     

草地生态系统土壤呼吸及其影响因素研究进展

土壤呼吸在全球碳收支中占有重要的地位,笔者对草地生态系统土壤呼吸在陆地生态系统碳平衡中的作用、土壤呼吸的分类及其影响因素等方面进行了综述。结果表明,草地生态系统土壤呼吸在不同时间空间各组分所占比例不同,生物、非生物及人为活动等因素对草地土壤呼吸影响各异,主要从土壤温度、气候变暖、土壤湿度、降水、干旱化、土壤C/N等非生物因素,叶面积指数、植物光合作用、植被凋落物等生物因素以及人类干扰活动等方面具体阐述这些因素变化对土壤呼吸产生的影响,并对草地土壤呼吸的Q₁₀值及各影响因素间的交互作用进行归纳总结。提出草地生态系统土壤呼吸研究存在的问题和今后重点发展方向,并对未来草地生态系统土壤呼吸的研究工作做了进一步的展望。     

刈割耙除对草地土壤呼吸的影响

以中国北方退化天然草地为研究对象,测定草地刈割耙除处理后土壤温度、含水量和土壤呼吸,探讨土壤温度、含水量和土壤呼吸的变化规律及对刈割耙除的响应,并利用根空斑/根排除法测定了草地根空斑呼吸,为草地的恢复实践提供理论基础。结果表明:刈割耙除处理后草地生长季节土壤温度升高,处理组地表、地下5 cm、地下10 cm、地下15 cm和地下20 cm平均温度达到21.39,18.55,18.29,17.94和17.44℃,高于对照组的19.85,17.20,16.95,16.59和16.43℃,其中地表及地下15 cm温度显著高于对照样地(P＜0.05)。刈割耙除后草地土壤含水量降低,处理组土壤0~10 cm,10~20 cm和20~30 cm含水量分别达到7.33%,8.15%和8.56%,显著低于对照样地的10.33%,10.74%和12.22%(P＜0.05)。刈割耙除使8月中下旬草地土壤呼吸显著降低(P＜0.05),但对生长季其余时间的土壤呼吸无显著影响。对根空斑呼吸的研究表明,试验地土壤中根呼吸和微生物呼吸之比为1∶3。因此,刈割耙除处理能够提高草地土壤温度,降低土壤含水量,但对7月和9月草地土壤呼吸无影响。     

陇东典型草原不同坡向土壤呼吸对模拟降雨的短期响应

降雨是影响草地土壤呼吸的关键环境之一,为研究典型草原土壤呼吸对降雨的短期响应,2012年在陇东黄土高原开展模拟降雨试验。结果表明,降雨对阳坡草地土壤温度的短期影响明显,对阴坡草地温度无影响。15和30 mm降雨后,阳坡草地土壤呼吸速率急剧升高,分别是无降雨样地的9.0倍和10.3倍,且30 mm降雨土壤呼吸速率显著高于15 mm降雨的草地(P0.05);阴坡草地土壤呼吸速率则分别是无降雨样地的6.2倍和9.0倍。降雨处理5 h后草地的土壤呼吸速率与无降雨样地无差异。降雨发生后,草地土壤CO2日排放量为无降雨草地的2～3倍。因此,在估测土壤CO2排放量时应考虑降水对土壤呼吸的激发作用,有必要依据降雨数据对结果进行校正。     

黄土丘陵区基于土壤水分平衡的草地建设策略

通过对黄土丘陵区草地的生态功能与经济功能的分析,认为草地建设是黄土丘陵区生态与经济建设的切入点,而水分是黄土丘陵区生态及经济建设的限制因子,维持黄土丘陵区水分平衡不仅是生态建设及经济发展的关键环节,而且是退耕还林(草)后的农业生产所必需的。并提出黄土丘陵区基于水分平衡的草地建设策略。     

陇东黄土高原冬小麦地土壤杂草种子库初探

土壤杂草种子库是农田发生杂草危害的主要根源,为了明确不同小气候条件和栽培管理措施对杂草种子库特征的影响,对庆阳市和天水市冬小麦地土壤种子库进行了比较研究。结果表明：庆阳市冬小麦土壤杂草种子有9科20种,其中田边、田中杂草量分别为2 520、1 964 株/m2,稗草Echinochloa crusgalli数量较大,分别占47.54%和30.50%;天水市冬小麦土壤杂草种子有10科13种,其中田边、田中总出草数分别为3 873、3 506 株/m2,小蓟Breea arvensis、蚤缀Arenaria serpyllifolia数量较大,在田边、田中分别占34.68%、28.27%和32.29%、32.63%。两地田边杂草发生总数均高于田中发生总数。其中,稗草、狗尾草Setaria viridis、灰绿藜Chenopodium glaucum是两地区农田的主要杂草和当前防除的重点,稗草和小蓟、蚤缀分别是庆阳市和天水市冬小麦地的优势种。通过分析两地冬小麦地土壤杂草种子库发生原因,提出了麦田杂草的防除策略。     

多年生香豌豆在黄土高原地区的引种栽培试验

通过贸易购买方式从美国引进优良牧草－多年生香豌豆，在黄土高原地区进行引种栽培试验。多年生香豌豆引种后的适应性很强，适生中心区为黄土高塬沟壑区、黄土丘陵沟壑区一副区、二副区、三副区和冲积平原区；一般适生区为黄土丘陵沟壑区四副区、五副区；适生边缘区为黄土丘陵沟壑区五副区。其生长迅速，产草量很高，产草量鲜重可达80t/hm^2，为紫花苜蓿的2倍以上；生态经济利用价值很高，粗蛋白含量为27．92％，粗脂肪为3．16％，适口性好；枝叶氮、磷、钾含量高，特别是通过其根瘤的固氮作用，可以很好地促进与其间作的林木快速生长；草层茂密，根系发达，水土保持作用很好；栽培技术简便易行，在饲料、园林以及水土保持等方面具有广阔的推广前景。     

不同施氮水平对玉米生长季土壤呼吸的影响

为了探索不同氮肥用量对玉米（Zea mays）农田土壤呼吸速率的影响,采用EGM 4密闭式土壤呼吸测量系统,对甘肃省武威凉州灌区不同施氮水平下的玉米农田土壤呼吸速率进行研究。结果表明,玉米农田土壤呼吸速率的日变化为单峰曲线,其最小值和最大值分别出现在06:00和14:00左右,日变化随温度升高而增加。同时,玉米农田土壤呼吸速率(均以CO2的排放量计算)也具有较明显的季节变化,最大值为8.92 μmol/(m2·s),出现在7月,最小值为1.12 μmol/(m2·s),出现在5月,生育期变化顺序为抽雄期>大喇叭口期>拔节期>灌浆期>成熟期>苗期。土壤呼吸速率随施氮水平升高而升高,施氮450 kg/hm2（N450）排放CO2均值为5.72 μmol/(m2·s);300 kg/hm2（N300）为5.34 μmol/(m2·s);不施氮肥（N0）为4.90 μmol/(m2·s),其中N450比N300和N0分别增加了7.12%和16.73%,N300比N0增加了8.98%,不同施氮水平下玉米土壤呼吸速率的差异主要发生在生长盛期。     

不同放牧强度下陇东天然草地土壤微生物三大类群的动态特征

对陇东黄土高原天然草地的4个放牧处理(0、2.7、5.3和8.7只羊/hm2)生境下的土壤微生物三大类群时空动态特征进行了研究。结果表明,同一放牧强度下不同土层(0～10、10～20、20～30 cm),随着土层深度的增加土壤微生物三大类群呈减少趋势;在不同放牧强度下同一土层土壤微生物三大类群的数量不同,未放牧、轻度放牧条件下微生物种群数量较高,而过度放牧的天然草地土壤微生物数量最高;不同放牧条件下,土壤微生物三大类群表现出基本一致的变化趋势,真菌、细菌最高值出现在9月,放线菌最高峰出现在11月。     

黄土高原地区草地植被调控土壤水蚀机理的研究进展

作为我国水土流失最为严重的地区之一,黄土高原地区独特的地理环境条件和有限的水资源要求该区的林草植被建设以草地植被为主,草地植被在控制土壤水蚀方面已取得了重大进展。本研究根据草地植被地上和地下部分与土壤侵蚀的关系,分析得出,草地植被地上部分能够削弱雨滴击溅动力,减小坡面径流冲刷能力;根系可改善土壤结构,提高土壤入渗能力,增强土壤抗侵蚀性能。从草地植被地上部分对土壤水蚀动力的影响,以及根系增强土壤抗侵蚀性能两个主要方面归纳总结了当前的研究进展,并针对研究中存在的一些亟待解决的问题进行了探讨,以期为更好地利用植被防治土壤侵蚀提供参考。