重庆缙云山3种林型土壤呼吸及其影响因子

2011年1～12月,采用LI-Cor 8100开路式土壤碳通量测量系统对重庆缙云山保护区3种主要林分类型(针阔混交林、常绿阔叶林和毛竹林)的土壤呼吸速率和林内气温、土壤温度和湿度进行了野外观测。结果表明:针阔混交林、常绿阔叶林和毛竹林的土壤呼吸碳通量分别为654.70、1008.37和910.64 g C m-2a-1;3种林型土壤呼吸速率均呈现显著的季节性变化,且夏季>秋季>春季>冬季,最大值出现在7月,最小值出现在1月;3种林型土壤呼吸速率全年平均值分别为1.73、2.66和2.40μmol m-2s-1;3种林型土壤呼吸速率均与林内气温存在显著正相关关系(P<0.05),且与5 cm土壤温度均存在极显著的指数正相关(P<0.05);与5 cm土壤含水量的相关性不显著(P>0.05),但土壤含水量较低而温度较高时,较低的土壤含水量对呼吸速率具有一定抑制作用;3种林型的土壤呼吸对温度的敏感系数(Q10值)存在差异,全年表现为毛竹林(2.44)>针阔混交林(1.76)>常绿阔叶林(1.72),同时均表现显著的季节差异。     

东北黑土典型坡耕地土壤呼吸特征的研究

本研究以东北黑土典型坡耕地为研究对象,利用LI-8100土壤呼吸测量仪对玉米全生育期土壤呼吸进行了原位监测,分析了坡耕地不同部位(坡顶、坡肩、坡背、坡趾)土壤呼吸速率变化规律、土壤呼吸总量、土壤呼吸速率与土壤水热因子之间的关系。结果表明:该地区土壤呼吸速率呈现"春秋季低夏季高"的季节性变化规律,坡趾位置土壤呼吸峰值显著高于坡顶、坡肩、坡背位置(P0.05)。不同部位土壤呼吸速率与土壤温度呈现显著线性关系(P0.05),与土壤含水量相关性不显著(P0.05)。土壤呼吸总量以坡趾位置最高[523.97 g(CO_2-C)×m~(-2)],显著高于坡背[443.13 g(CO_2-C)×m~(-2)]、坡肩[426.81 g(CO_2-C)·m~(-2)]、坡顶[388.5g(CO_2-C)·m~(-2)]3个位置18.5%、22.8%和34.9%(P0.05)。说明黑土坡耕地不同位置土壤呼吸存在显著差异,准确评价黑土坡耕地土壤呼吸需要综合考虑坡耕地不同坡位的差异,减少引用平地监测结果来评估坡耕地土壤呼吸量所造成的偏差。     

喀纳斯自然保护区林地和草地土壤呼吸速率差异及影响因素

为了研究新疆喀纳斯国家自然保护区森林生态和草地生态系统与大气的相互作用,分析土壤呼吸速率的时空变异特征及与影响因子的关系,2012年及2013年5月上旬至9月上旬利用土壤碳通量测量系统LI-8150对林地和草地两种植被类型土壤的呼吸速率日动态进行了全天连续自动监测,研究了两类土壤呼吸速率在生长季各月日的变化规律。结果表明:林地和草地生态系统土壤呼吸速率在植被生长季内均呈现较明显的单峰曲线型日变化,其月最大值均出现在7月,林地土壤呼吸速率的最大值(2.43μmol/(m~2·s))显著高于草地土壤呼吸速率最大值(1.55μmol/(m~2·s)),且各月林地生态系统的土壤呼吸速率均明显高于草地,波峰出现在北京时间17:00—18:00,波谷出现在北京时间9:00—10:00,草地最小值出现在6月(0.35μmol/(m~2·s)),而林地最小值出现在5月,其呼吸速率仅0.71μmol/(m~2·s),且整个生长季白天大于晚上,全天以呼出CO_2为主。植被生长季内林地和草地土壤呼吸速率与土壤温度的变化趋势相似,具有显著的正相关性,但与土壤含水量的变化没有这样的趋势。     

地表凋落物对油松、沙棘人工林土壤呼吸的影响

通过对黄土丘陵区油松、沙棘人工林自然组(含凋落物)和去凋组(不含凋落物)土壤呼吸、5cm土壤温度和含水量的监测,研究地表凋落物对土壤呼吸的影响。在两种林分内分别设置20m×20m样地,样地内随机设置5个观测点,于2015年6月到2016年5月使用LI-8100系统进行监测。结果表明:(1)自然组油松林和沙棘林土壤呼吸季节动态及日动态均表现为单峰型变化曲线,沙棘土壤呼吸年均值[2.10μmol/(m~2·s)]显著高于油松[1.56μmol/(m~2·s),p0.05];去除凋落物后,两种林分土壤呼吸与自然组具有相似的季节及日动态特征,但土壤呼吸年均值不存在显著性差异。(2)沙棘林自然组土壤呼吸年均值显著高于去凋组[1.58μmol/(m~2·s),p0.05],凋落物呼吸对土壤总呼吸的贡献率为15.81%;油松林自然组与去凋组土壤呼吸年均值差异不显著,凋落物呼吸对土壤总呼吸的贡献率仅为1.61%。(3)自然组和去凋组中油松、沙棘林土壤呼吸与温度均存在显著指数关系(p0.05),与含水量则存在显著线性负相关关系(p0.05);两组处理土壤温度和含水量对土壤呼吸的单独解释量均较低(0.05%~37.82%),土壤呼吸主要受到温度和含水量共同作用的影响(8.01%~66.44%)。地表凋落物显著提高了沙棘林土壤呼吸的Q10和土壤呼吸量,但仅显著提高了油松林的Q10,对土壤呼吸量并未显著增加。油松林作为黄土丘陵区水土保持及生态恢复的造林树种更有利于该地区林地碳汇功能的提升。     

土壤呼吸影响因素概述及展望

土壤呼吸是全球碳循环中重要的流通途径之一,是陆地生态系统最大的二氧化碳释放源,也是碳循环的研究领域中一个普遍关注的热点问题。土壤呼吸是土壤中生物与周围环境之间一个相互作用的过程,可以被看作为一个生态系统,明白影响该土壤生态系统里面生物和环境要素、相互作用过程以及其对该系统所排放出二氧化碳的影响有着非常重要的意义。通过分析影响土壤呼吸的主要因素,土壤温度、土壤湿度、土壤有机质和氮含量、生物因子以及人类活动与土壤呼吸的相互作用方式,概括了影响土壤呼吸因素之间的关系,并对土壤呼吸研究今后的发展趋势进行了展望。     

重庆缙云山 4 种典型林分生长季土壤呼吸特征及其与环境因子的关系

2012年4-8月,采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统对重庆缙云山4种典型林分（常绿阔叶林、竹林、针阔混交林和针叶林）的土壤呼吸速率进行测定,并同步测定5和10 cm土壤温度、湿度及pH值,分析4种林分土壤呼吸变化特征及其与环境因子的关系.结果表明：1）4种典型林分土壤呼吸日变化规律不同,5月、7月针阔混交林和针叶林土壤呼吸速率日波动幅度大于常绿阔叶林和竹林;2）各林分土壤呼吸速率均表现出4-7月升高而7-8月降低的月变化规律;3）土壤呼吸速率与5 cm、10 cm土壤温度均呈指数关系,常绿阔叶林的温度敏感性（5 cmQ10=2.054,10cm Q10=2.117）大于其他3种林分;4）常绿阔叶林土壤呼吸速率与土壤湿度无显著相关性,而对其他林分呈二次相关关系;5）常绿阔叶林的土壤呼吸与5 cm、10 cm土壤pH值显著相关,竹林的土壤呼吸仅与5 cm土壤pH值显著相关,其他林分未表现出显著相关关系.     

三峡库区主要森林植被类型土壤渗透性能研究

对三峡库区11种主要森林植被类型114块临时样地土壤渗透指标及物理性质进行测定和比较。结果表明：（1）各森林植被类型林地A层土壤渗透速率和孔隙度均高于B层,土壤渗透速率与土壤孔隙度之间存在显著相关关系。（2）不同森林植被类型林地各层次土壤稳渗速率存在差异。常绿阔叶林地各层土壤的稳渗速率最高,A、B层分别达到8.72 mm/min,8.52 mm/min,其后依次为杉木林、针叶混交林等,马尾松林最低,A、B层分别仅为2.22 mm/min和1.13 mm/min。（3）不同土壤种类的相同层次土壤稳渗速率存在显著差异,紫色土稳渗速率最高,A,B层分别为6.48 mm/min,3.25 mm/min,其后为山地棕壤、山地黄棕壤,最低为山地黄壤,其A、B层稳渗速率分别为1.98 mm/min,1.65 mm/min。（4）砂土A、B层均具有最高的非毛管孔隙,分别达到10.54%,8.28%,其稳渗速率均为最高,A、B层稳渗速率分别为7.16 mm/min,5.66 mm/min,显著高于其他质地土壤。（5）森林土壤的渗透特性和孔隙度受植被、土壤种类及质地等多种因素的影响,建立了利用多指标进行林地土壤渗透速度和孔隙度预测的多元线性模型。研究结果可为探讨森林对流域水文过程的调节机制及科学评价三峡库区森林植被水源涵养功能奠定基础。     

砂土土壤蒸发的测定与模拟

根据１９９３年在英国Ｒｅａｄｉｎｇ大学Ｓｏｎｎｉｎｇ农场进行的试验，对直接测定土壤蒸发的ｍｉｃｒｏ－ｌｙｓｉｍｅｔｅｒ的应用进行了评价。结果表明，砂土蒸发呈阶段性特征，蒸发与表层土壤含水量有很好的相关性，因此可用表层土壤含水量来推测土壤蒸发。     

两种森林凋落物分解及其土壤效应的研究

本文对田林老山杉木林和常绿落叶阔叶混交林凋落物的分解状况、微生物数量及凋落物分解的土壤效应进行了初步研究。结果表明:经287d 杉木林和常绿落叶阔叶混交林凋落物的失重率地表样分别为23.8%和24.9%,埋置样分别为35.8%和37.2%;C:N 缩小地表样分别为41.0和32.4,埋置样分别为22.4和20.0。凋落物腐解过程中微生物数量明显上升,但冬季显著下降。凋落物腐解刺激相应土层土壤微生物增长,有机质含量和腐殖质 C,N 含量亦有提高。     

凋落物对土壤呼吸的贡献研究进展

土壤呼吸是土壤碳库输出的主要途径,凋落物是影响土壤呼吸的重要因素。明确凋落物对土壤呼吸的贡献,有助于准确评估植物-土壤-大气三个碳库之间的碳收支过程。本文综述了近年来国内外有关凋落物对土壤呼吸贡献的研究成果,阐明了凋落物对土壤呼吸的贡献机理,讨论了凋落物对土壤呼吸贡献率及其存在的时空分异特征,在此基础上,对该领域研究前景进行了展望。     

Soil Respiration Characteristics in Three Shrublands along an Elevation Gradient in a Semiarid Loess Plateau Mountain Area

Shrub is one of the major vegetation types distributed mostly in the mountainous area in China, and its vegetation carbon storage is approximately one-third of both forests and grasslands. It is essential to investigate how soil temperature (T_s) and soil water content (W_s) affect soil respiration (R_s) in this ecosystem. The purpose of this study was to understand the correlations of R_s with T_s, W_s, and other factors in the shrubs. In the current study, R_s was characterized in three shrublands (hereafter, shrub 1, shrub 2, and shrub 3, respectively) located in different elevations over a 4-year period at a biweekly interval in the eastern Loess Plateau (Shanxi province) of China. Our results showed that the trend of seasonal change of R_s was controlled mainly by T_s and W_s. The measured mean R_s over 4 years was 3.64 ± 2.83 (mean ± S.D.), 2.69 ± 2.05, and 4.41 ± 3.28 μmol carbon dioxide (CO₂) m^?2 s^?1 for shrubs 1, 2, and 3, respectively, exhibiting an increase trend with elevation increment. Over the season, R_s illustrated a significant change depending on the variation of T_s and W_s, with larger values appearing in summer when both T_s and W_s were high, and smaller values in winter or in summer whenever W_s was low. An exponential model (R_s = a e ^bTs) fitted well the relation between R_s and T_s for shrub 3, whereas linear (R_s = a W_s + b) and power (R_s = a W_s ^b) models of R_s to W_s fitted well for shrub 1. This indicated that at a lower elevation, W_s had a greater effect on R_s than that at a higher elevation. The reverse trend was true between R_s and T_s, i.e., at a higher elevation T_s had a greater effect on R_s than that at a lower elevation. The calculated Q₁₀ values of 1.61, 3.03, and 3.73 for shrubs 1, 2, and 3 increased to 2.25, 3.63, and 4.07, respectively (when the data in low W_s conditions were excluded from the analysis), showing that Q₁₀ increased with elevation increment. Furthermore, three two-variable models, one linear (R_s = a (T_s W_s) + b), and two nonlinear (R_s = a T_s ^b W_s ^c and R_s = a e^bTs W_s ^c), were also well developed to predict the dependency of R_s on both T_s and W_s. Our research results might have important implications for the estimation of soil carbon emissions of the shrublands in this region.     

三峡库区紫色土坡地土壤粗骨沙化和酸化特征

土壤侵蚀是三峡库区紫色土坡地土壤退化的主因,并由此造成土壤粗骨沙化和酸化。利用土地特性系列比较法,通过野外调查和室内分析相结合,研究了三峡库区紫色土坡地土壤退化特征,结果表明:(1)与未退化样地相比,不同利用方式和不同坡度段土壤粗化现象明显,表明它们存在不同程度的侵蚀退化。各土地利用类型pH值均有所减少,表征该研究区紫色土向酸性方向发展,特别是园地和菜地。(2)不同利用方式下土壤沙化程度由高到低的顺序是:荒地>建设用地>耕地>草地>林地>菜地>园地。(3)不同坡度段紫色土坡地土壤沙化程度基本随坡度的增加而增大,但>30°坡度段土壤沙化最轻。(4)不同利用方式和不同坡度段土壤粘粒、有机质、全N、碱解氮、全P、速效P、全K、速效K、阳离子交换量、pH值及微量元素之间存在着明显的相关性。     

喀斯特峡谷不同植被类型土壤的呼吸及其温度敏感性

[目的]了解喀斯特地区植被恢复对土壤碳释放的影响,为精确估计区域土壤碳收支变化提供参考。[方法]以喀斯特峡谷地区典型植被类型(草地、稀灌草丛、灌丛和乔木林地)为研究对象,采用Li-8100便携式土壤呼吸仪对其土壤呼吸、土壤温度和土壤水分进行定位连续观测,系统研究土壤温度(T)和土壤湿度(W)对土壤呼吸速率(Rs)的影响。[结果](1)草地、稀灌草丛、灌丛和乔木林4种植被类型土壤呼吸均呈单峰型季节动态,土壤呼吸速率的最大值均出现在夏季,最小值出现在冬季,其土壤呼吸速率变化范围分别为0.73~1.21,1.20~1.48,1.54~2.41,1.86~2.95μmol/(m2·s);观测期内,土壤呼吸速率均值分别为1.65,2.76,2.45,3.43μmol/(m2·s)。(2)土壤温度是影响土壤呼吸速率的主导因素,单因素指数模型显示土壤温度对土壤呼吸速率变化的解释能力为72.37%;三次项模型表明土壤水分的贡献率为43.9%。双因素关系模型较好地反映了土壤温度、湿度对土壤呼吸的影响,二者可共同解释土壤呼吸变化的81.5%~91.2%。(3)土壤呼吸的温度敏感性指数Q10值与土壤温度和湿度均呈显著负相关(p0.05)。[结论]4种植被类型土壤呼吸及其温度敏感性同时受土壤温度和水分影响,当土壤含水量过低或过高时,土壤温度的主导作用相对减弱,土壤湿度的影响作用加强。     

基于Coup Model模型的三峡库区典型林地土壤水分和温度模拟以及参数敏感性分析

根据2008和2009年野外试验资料,应用CoupModel模型,对位于长江三峡库区末端的重庆市四面山阔叶林(木荷×石栎)和针叶林(杉木×马尾松)0-80cm土层的土壤水分和温度进行了逐日模拟验证,并在此基础上采用OAT方法(即每次只改变其中1个参数的方法),对模型参数进行了敏感性分析。验证结果表明,CoupModel能较好地模拟土壤水分和温度的动态变化,2种林分土壤水分决定系数(R2)、平均误差(ME)、均方根误差(RMSE)、Nash效率系数(NSE)分别为0.81~0.94,-0.01%~0.26%,0.24%~1.83%和0.80~0.87土壤温度的R2,ME,RMSE,NSE分别为0.92~0.99,-0.14~0.06℃,0.18~0.34℃,0.90~0.98。说明该模型在该地区表现出良好的适用性。参数敏感性分析表明,对土壤水分模拟结果影响较大的参数有孔隙分布参数、进气吸力、残留含水量、饱和含水量、饱和导水率和蒸发阻力系数(PsiRs-1p),对土壤温度模拟结果影响较大的参数有土壤热传导系数、有机质层厚度、植被反照率、消光系数、水汽压亏缺和蒸发阻力系数。     

缙云山针阔混交林土壤呼吸速率对降水输入量变化的响应

为探讨亚热带季风性湿润气候地区降水对土壤呼吸的影响,于2014年选取重庆市缙云山自然保护区内针阔混交林为研究对象,通过人为拦挡和增水方式模拟不同降水输入量对土壤呼吸速率的影响,包括达到土壤含水量的70%(增水70%,70%A),100%(增水100%,100%A),130%(增水130%,130%A)及对照(CK)和零降水(Z)5种情况。结果表明:(1)不同降水处理下土壤呼吸速率日变化均呈单峰变化曲线,并在12:00—14:00之间达到最大值;其年内月变化也为单峰曲线,于8月份达到最大值,12月份达到最小值。(2)适当增水可以提高土壤呼吸速率与10cm深度土壤温度的Pearson相关性,但指数模型的拟合度以对照组最好,减水和过度增水都会减少其相关性;温度敏感性Q10值的变化情况与其相同。(3)土壤呼吸速率与10cm深度的土壤含水量的相关性总体很低,但明显受到土壤水分条件影响,除零降水处理表现为极显著正相关外,对照组几乎不相关,增水处理转为明显的负相关,尤其增水130%后呈显著负相关。(4)在研究地区的自然环境条件下,增水100%时提高了土壤呼吸速率,也扩大了其变化范围,减水明显降低了土壤呼吸速率。