大兴安岭地区草丛沼泽土壤呼吸速率特征研究

利用静态箱--气相色谱法,于2011、2012年生长季内,研究了大兴安岭地区典型草丛沼泽土壤呼吸速率的季节动态及其主要环境因子;利用壕沟隔断法对土壤呼吸各组分间的差异进行研究。其结果表明:生长季草丛沼泽土壤呼吸速率具有明显的季节性规律,2011年生长季土壤呼吸速率为489.7 mg·m^-2·h^-1,2012年生长季土壤呼吸速率为233.1 mg·m^-2·h^-1。土壤呼吸在季节变化上表现基本一致,高峰期发生在夏季;土壤呼吸与温度呈极显著相关性,与土壤湿度的相关性较差。     

青海湖小泊湖湿地不同群落土壤呼吸及温湿度因子响应

选择青海湖高寒湿地植物群落为研究对象,分析了湿地不同植物群落土壤呼吸生长季高峰日变化特征及温湿度因子的影响,利用土壤碳通量测量系统LI-8100A测定了6种植物群落土壤呼吸速率日变化,通过实测的温度因子以及一次降水前后土壤表层湿度的变化研究了其对土壤呼吸速率的影响,结果表明:6种不同群落土壤呼吸速率日变化都呈单峰曲线,在生长季高峰芨芨草、芨芨草+马莲花、马莲花、华扁穗、苔草(台地)、苔草(洼地)土壤呼吸速率的日最高值分别为4.51μmol·m-2·s-1、12.22μmol·m-2·s-1、13.40μmol·m-2·s-1、2.55μmol·m-2·s-1、5.28μmol·m-2·s-1,3.89μmol·m-2·s-1。群落呼吸速率峰值出现在14:00~16:00,谷值出现在3:00~6:00。10点过后,土壤呼吸速率上升趋势明显。土壤呼吸与群落地下5cm地温有着良好的相关性,随着温度升高,土壤呼吸值增大,当土壤温度达到最大值时,土壤呼吸值也随之达到最大。湿度对于土壤呼吸速率的响应比较明显,在一次降水前后除了苔草(洼地),其余群落土壤呼吸速率随着土壤表层湿度的升高而降低。     

不同强度采伐5年后杉阔混交人工林土壤呼吸速率差异

【目的】比较不同采伐强度下闽北杉阔混交人工林土壤及其各组分的呼吸速率差异,揭示土壤总呼吸速率季节变化的主要影响因子,以期为区域森林采伐对土壤呼吸速率的影响研究提供科学依据。【方法】以闽北杉阔混交人工林为研究对象,2011年8月实施了不同蓄积量采伐强度(中度择伐34.6%、强度择伐48.6%、极强度择伐67.6%、皆伐)作业试验,并与未采伐对照;2016年7月—2017年7月运用Li-8100 A土壤碳通量自动测量系统,对土壤及其各组分的呼吸速率、土壤5 cm深处的温度和湿度开展了为期1年的定位观测。【结果】未采伐和各种强度择伐5年后,土壤总呼吸速率最大值都出现在7月份,最小值出现在1—3月份;皆伐5年后,土壤总呼吸速率最大值出现在6月份,最小值出现在11月份;各种强度采伐林地的矿质土壤呼吸速率与未采伐林地无显著差异( P >0.05);各种强度择伐林地的凋落物和根系呼吸速率都与未采伐林地无显著差异( P >0.05),而皆伐林地的凋落物和根系呼吸速率都显著低于未采伐林地( P <0.05),分别比未采伐林地(1.45和1.11 μmol ·m^-2 s^-1 )减少了0.93和0.53 μmol ·m^-2 s^-1;各种强度择伐林地的土壤总呼吸速率与未采伐林地无显著差异( P >0.05),而皆伐林地的土壤总呼吸速率显著低于未采伐林地( P <0.05),比未采伐林地(4.39 μmol ·m^-2 s^-1 )减少了1.64 μmol ·m^-2 s^-1;中度、强度和极强度择伐林地5 cm深处的土壤温度与未采伐林地没有显著差异( P >0.05),而皆伐使林地土壤温度显著升高( P <0.05),比未采伐林地(18.52 ℃)增加了4.7 ℃;中度、强度择伐林地的5 cm深处土壤湿度与未采伐没有显著差异( P >0.05),而极强度择伐和皆伐使林地土壤湿度显著降低( P <0.05),分别比未采伐林地(30.67%)减少了2.17%和3.98%;土壤总呼吸速率的土壤温度指数模型拟合效果最优,能解释未采伐和各种强度择伐林地土壤总呼吸变化的77.8%~83.3%以及皆伐林地土壤呼吸变化的35.5%;未采伐、中度、强度和极强度择伐林地土壤总呼吸的温度敏感性参数Q 10 为1.77~2.72,皆伐林地的 Q 10 为1.49。【结论】不同强度采伐5年后,各种强度择伐林地土壤及其各组分的呼吸速率与未采伐林地没有显著差异;皆伐使凋落物呼吸速率、根系呼吸速率和土壤总呼吸速率都显著降低;各种强度择伐没有改变土壤总呼吸速率的季节变化规律,但皆伐使土壤总呼吸速率最大和最小出现时间有所提前;研究区土壤温度是土壤总呼吸速率季节变化的主要影响因子。     

内蒙古大青山华北落叶松成熟林生长季土壤呼吸研究

以内蒙古大青山华北落叶松成熟林为研究对象,对生长季林地土壤呼吸速率及土壤温度、湿度进行定位监测,分析了土壤呼吸速率变化特征与土壤水热因子之间的相互作用规律。结果表明:(1)林地土壤呼吸速率有明显的季节动态变化和日变化规律。生长季5～9月土壤呼吸速率大小表现为:7月﹥8月﹥9月﹥5月﹥6月;月平均呼吸速率值区间在1.272～3.702μmol·m^-2 s^-1,平均值为2.323μmol·m^-2 s^-1。生长初期5月、中期7月和末期9月的单日呼吸速率变化均呈单峰曲线,峰值在12:00～16:00出现,最小值在03:00～06:00出现。(2)生长季林地土壤呼吸速率对土壤湿度的敏感性高于土壤温度,与土壤0～15 cm层湿度之间具有极显著的指数相关关系(P﹤0.01),与温度之间存在显著的线性关系(P﹤0.05)。土壤呼吸速率与土壤温度、湿度之间具有极显著的复合线性关系(P﹤0.01),线性模型对生长季土壤呼吸碳通量的预测具有参考意义。     

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。     

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.     

湖南莽山4种林型甲烷通量及其影响因子

以湖南省莽山地区4种典型森林类型(阔叶混交林、针阔混交林、常绿阔叶林及山地矮林)为研究对象,采用静态箱-气相色谱法观测4种森林类型土壤CH_4通量,比较其CH_4通量的动态及影响因子。结果表明:在生长季,4种森林类型甲烷通量总体上表现为汇,其大小顺序为常绿阔叶林(-10.290 9±9.900 5μg·m~(-2)h~(-1))山地矮林(-14.175 8±11.559 0μg·m~(-2)h~(-1))阔叶混交林(-17.115 5±11.074 8μg·m~(-2)h~(-1))针阔混交林(-23.700 2±10.484 7μg·m~(-2)h~(-1));除针阔混交林外,甲烷通量与土壤含水量无显著的相关性,4种森林类型甲烷通量均与土壤温度呈显著的负相关;甲烷通量对土壤养分的响应出现差异:山地矮林甲烷通量与土壤全氮、全磷呈显著正相关;常绿阔叶林甲烷通量与土壤有机碳呈显著负相关,与土壤全氮显著正相关,其他两种森林类型甲烷通量均与全氮呈显著正相关,说明土壤温度和土壤全氮是影响莽山地区甲烷通量的主要因素。     

华北石质山区刺槐人工林的土壤呼吸

2006年1-12月,利用Li-8100土壤呼吸自动观测系统及AR5土壤温度湿度自动观测系统观测土壤呼吸速率、土壤温度及湿度,分析华北石质山区35年生刺槐林土壤呼吸速率时间变化规律及其影响机制.结果表明:1)刺槐林土壤呼吸速率日内变化特征不明显,但日际及季节变化明显,全年呈现出单峰变化趋势,且与土壤温度的日际及季节变化趋势基本一致.具体表现为: 1-3月土壤呼吸速率较低,日际变化略有波动,从4月开始逐渐上升 ,直至7月达到最大值,而后开始逐渐下降,直至11月约降低至1-3月时的水平,并保持到1 2月.全年土壤呼吸速率平均值为2.50 μmol·m-2s-1,主要生长季(4-10月 )土壤呼吸速率明显高于非主要生长季(1、2、11及12月),二者分别为3.63与0.90 μmo l·m-2s-1 .2) 刺槐林地土壤呼吸速率与表层0 cm、地下5、10、15和20 cm 深度处土壤温度都存在极显著的指数相关关系(p<0.01),且与土深20 cm处温度的相关性最好.上述不同深度处的Q10值分别是2.20、2.28、2.34、2.40和2.48. 3)刺槐林地土壤含水量与土壤呼吸速率的相关关系不明显.     

长白山区水曲柳根呼吸的季节动态及影响因子

为了探讨林木呼吸的季节动态及影响因素,采用LI-COR-6400-06测定并研究长白山红松针阔混交林中天然水曲柳根系呼吸的季节变化规律,分析根系呼吸与土壤温度、土壤湿度和土壤全氮含量等因子的关系。结果表明:天然水曲柳不同径级根系呼吸速率在生长季节均有明显的季节动态,其中7月最高,10月最低,呈单峰曲线,呼吸速率在1.02～9.27μmol·g-1s-1之间;水曲柳根系呼吸速率与10cm深处土壤温度季节变化一致,二者呈显著指数相关(P<0.05);根系呼吸与土壤湿度呈二次曲线相关,即当土壤湿度在一定范围内时根系呼吸速率与其成正比,而当土壤湿度超过一定值时根系呼吸速率则与土壤湿度成反比;根系呼吸速率与土壤N含量呈线性相关,并且随树木年龄的增加呼吸速率下降;不同径级根系呼吸温度系数Q10值在2.21～2.71之间变化,且Q10值随根系径级增大而降低,表明细根对土壤温度的敏感性高于粗根。     

两广地区主要森林类型的年土壤呼吸及空间分布研究

研究根据广东和广西(两广)地区森林类型分布图、主要森林类型的年土壤呼吸数据库以及中国日值格点气温、降水数据,建立线性模型预测两广地区主要森林类型的年土壤呼吸速率和年土壤呼吸通量。结果表明,两广地区主要森林类型年土壤呼吸速率为常绿阔叶林864.18 gC/m~2/yr>其他森林811.03 gC/m~2/yr>针叶林791.43 gC/m~2/yr>灌木林780.18 gC/m~2/yr>落叶阔叶林758.80 gC/m~2/yr>竹林731.49 gC/m~2/yr>针阔混交林684.91 gC/m~2/yr。两广地区森林年土壤呼吸通量为204.41 TgC/yr,其中常绿阔叶林最大,为77.41 TgC/yr,针叶林次之,为56.81 TgC/yr,具体为常绿阔叶林>针叶林>灌木林>落叶阔叶林>针阔混交林>竹林>其他森林,顺序与各种森林类型面积大小一致。各森林类型的土壤呼吸通量主要与森林面积有关,森林面积越大土壤呼吸通量越大。     

石榴-小麦间作系统的地面热通量

利用实测的地温和土壤含水量数据模拟石榴-小麦间作系统的土壤热通量.结果表明:利用地温和含水量数据模拟的土壤热通量值与热通量板实测结果一致性较高;土壤热储量是地面热通量的重要组成部分,忽略土壤表层热储量并以某一深度处的实测热通量值代表地面热通量的方法误差很大;石榴-小麦间作系统内的地面热通量存在显著的水平空间变异性,小麦覆盖区域地面热通量几乎一致,均显著小于石榴株间裸地.     

寒温带兴安落叶松林土壤CO气体通量变化特征研究

潜在温室气体CO气体通量相关研究很少,多集中于热带、亚热带地区,大兴安岭兴安落叶松林作为我国北方寒温带最大的天然林,研究该森林土壤CO变化特征具有典型性与创新性.于2020年6—9月采用加拿大LGR-N2O∕CO分析仪持续测定大兴安岭兴安落叶松林CO气体通量及土壤温湿度,分析大兴安岭兴安落叶松林土壤CO气体通量的变化特...     

High-frequency analysis of the complex linkage between soil CO(2) fluxes, photosynthesis and environmental variables

High-frequency soil CO(2) flux data are valuable for providing new insights into the processes of soil CO(2) production. A record of hourly soil CO(2) fluxes from a semi-arid ponderosa pine stand was spatially and temporally deconstructed in attempts to determine if variation could be explained by logical drivers using (i) CO(2) production depths, (ii) relationships and lags between fluxes and soil temperatures, or (iii) the role of canopy assimilation in soil CO(2) flux variation. Relationships between temperature and soil fluxes were difficult to establish at the hourly scale because diel cycles of soil fluxes varied seasonally, with the peak of flux rates occurring later in the day as soil water content decreased. Using a simple heat transport/gas diffusion model to estimate the time and depth of CO(2) flux production, we determined that the variation in diel soil CO(2) flux patterns could not be explained by changes in diffusion rates or production from deeper soil profiles. We tested for the effect of gross ecosystem productivity (GEP) by minimizing soil flux covariance with temperature and moisture using only data from discrete bins of environmental conditions (±1 °C soil temperature at multiple depths, precipitation-free periods and stable soil moisture). Gross ecosystem productivity was identified as a possible driver of variability at the hourly scale during the growing season, with multiple lags between ~5, 15 and 23 days. Additionally, the chamber-specific lags between GEP and soil CO(2) fluxes appeared to relate to combined path length for carbon flow (top of tree to chamber center). In this sparse and heterogeneous forested system, the potential link between CO(2) assimilation and soil CO(2) flux may be quite variable both temporally and spatially. For model applications, it is important to note that soil CO(2) fluxes are influenced by many biophysical factors, which may confound or obscure relationships with logical environmental drivers and act at multiple temporal and spatial scales; therefore, caution is needed when attributing soil CO(2) fluxes to covariates like temperature, moisture and GEP.     

Spatial variations in xylem sap flux density in the trunk of orchard-grown,mature mango trees under changing soil water conditions

Circumferential and radial variations in xylem sap flux density in trunks of 13-year-old mango (Mangifera indica L.) trees were investigated with Granier sap flow sensor probes under limiting and non-limiting soil water conditions. Under non-limiting soil water conditions, circumferential variation was substantial, but there was no apparent relationship between sap flux density and aspect (i.e., the radial position of the sensor probes on the trunk relative to the compass). Hourly sap flux densities over 24 hours at different aspects were highly pair-wise correlated. The relationships between different aspects were constant during well-watered periods but highly variable under changing soil water conditions. Sap flux density showed marked radial variation within the trunk and a substantial flux was observed at the center of the trunk. For each selected aspect on each tree, changes in sap flux densities over time at different depths were closely correlated, so flux at a particular depth could be extrapolated as a multiple of flux from 0 to 2 cm beneath the cambium. However, depth profiles of sap flux density differed between trees and even between aspects within a tree, and also varied in an unpredictable manner as soil water conditions changed. Nevertheless, over a period of non-limiting soil water conditions, depth profiles remained relatively constant. Based on the depth profiles obtained during these periods, a method is described for calculating total sap flow in a mango tree from sap flux density at 0-2 cm beneath the cambium. Total daily sap flows obtained were consistent with water use estimated from soil water balance.     

黑龙江大兴安岭兴安落叶松林土壤热通量研究

利用气象梯度观测塔安装的土壤热通量板和净辐射传感器等设备对大兴安岭的兴安落叶松林土壤热通量的特征及与净辐射相关性进行了分析。结果表明：5cm土壤热通量的日变化和年变化均呈现出＂S＂形,土壤热通量在年度6月达到最大值747.35W·m-2,12月达到最小值-394.55 W·m-2,全年总土壤热通量为738.89 W·m-2,全年土壤总的热通量为正值,土壤为热汇。对5cm土壤热通量和冠层净辐射相关性进行了回归分析,无论在日尺度还是在年尺度上均达到显著相关性。     

尖峰岭热带山地雨林林窗土壤甲烷通量研究

以海南岛尖峰岭热带山地雨林因2012年左右台风干扰形成的林窗样地为研究对象,开展土壤甲烷通量的原位观测试验,测定林窗和林下凋落物质量、土壤温度、土壤含水量、酶活性及其他土壤理化指标,运用最佳结构模型研究土壤甲烷通量与环境因子的关系,分析林窗土壤甲烷通量变化特征、影响因素及其与林下的差异。结果表明:海南岛尖峰岭热带山地雨林表现为甲烷吸收,林窗和林下的年平均甲烷通量分别为(-0.37±0.26)和(-0.36±0.24)nmol·m^-2·s^-1,林窗和林下的土壤甲烷通量月变化特征无显著差异(P>0.05),呈现旱季高雨季低的特征。土壤甲烷通量的最佳结构模型表明,全年和旱季的林窗与林下土壤甲烷的主要调控因子均为土壤含水量,但雨季土壤甲烷调控作用最强的因子是土壤温度。结果表明,因台风形成的6个林窗短期对土壤甲烷通量没有显著影响,但林窗和林下的土壤甲烷通量具有旱季大于雨季的季节变化特征。     

西双版纳人工雨林土壤温度变化规律

以旷地、单层橡胶林及自然雨林作为对照，分析了人工雨林土壤温度及土壤热通量的日、年变化规律。结果表明：（１）土壤温波振幅减小幅度表现为旷地＞单层橡胶林＞人工雨林＞自然雨林，位相滞后则是旷地＜单层橡胶林＜人工雨林＜自然雨林。（２）地面最高温度表现为旷地＞单层橡胶林＞人工雨林＞自然雨林，地面最低温度相反，以自然雨林最高，旷地最低。（３）土壤热通量的绝对值以旷地＞单层橡胶林＞人工雨林，而位相依次滞后     

土壤呼吸物理过程及真呼吸

为研究土壤呼吸的物理过程及真呼吸,通过对土壤呼吸产生和传输的物理过程分析,根据质量守恒定律,考虑扩散和对流作用对土壤CO2传输的影响,建立土壤CO2传输物理模型,在两个研究样地上进行模型的应用。结果表明,该模型的模拟结果较好地体现了土壤真呼吸及其昼夜、月际变化;各次观测各种处理真呼吸的昼夜变化特征体现了林地土壤自养及异养呼吸的昼夜变化特征,土壤CO2排放通量与真呼吸的差值很小;观测期内两林地土壤表面CO2排放通量均值均小于真呼吸均值,表明在春、夏和秋三个季节土壤CO2表现为积累的过程。本文的研究结果对于研究土壤呼吸本质问题具有重要意义。     

Leaf water status and root system water flux of shortleaf pine (Pinus echinata Mill.) seedlings in relation to new root growth after transplanting

Water relations and root growth of shortleaf pine (Pinus echinata Mill.) were studied four weeks after seedlings from a half-sib family had been transplanted to one of three regimes of soil water availability at a root zone temperature of either 15 or 20 degrees C. About one-third of the variation in new root growth was explained by the root zone environment. The interaction between root zone temperature and soil water availability accounted for 10% of the variation in new root growth. In the most favorable root environment, new roots averaged 620 mm(2) of projected surface area. Leaf water potential increased exponentially with new root projected surface area, becoming constant at about 300 mm(2). Leaf conductance and root system water flux increased linearly with new root growth.     

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。