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。     

放牧对草原土壤呼吸的影响

草地生态系统土壤呼吸受土壤温度、土壤湿度、土壤有机物与C/N等非生物因素,叶面积指数、植物光合作用、植被凋落物、根系生物量与土壤微生物等生物因素和人类活动的综合影响.其中放牧是人类活动中对土壤呼吸影响的主要方式之一.放牧通过对草地土壤的物理结构与化学成分的影响.进而影响土壤呼吸.本研究具体阐述这些因素变化对土壤呼吸产生...     

草地生态系统土壤碳矿化研究进展

草地生态系统在全球陆地碳循环中占有非常重要的地位。土壤碳矿化是连接全球碳循环和陆地生态系统功能的最重要的环节之一。近年来,学者们开展了大量有关草地生态系统土壤碳矿化的研究。本文从草地生态系统土壤碳矿化的影响因素、研究方法等方面进行综述,提出了未来草地生态系统土壤碳矿化的研究趋势。土壤碳矿化作用受土壤微生物和土壤有机碳质量的直接影响,同时受气候、植物、土壤、人类干扰等因素的间接影响;多数草地土壤有机碳矿化研究采用室内土壤需氧培养法进行测定,培养产生的土壤碳矿化CO₂的测定方法有碱液吸收法、气相色谱法、CO₂红外气体分析仪法,其中碱液吸收法是应用最早、使用最为普遍的一种方法。未来的研究中,土壤碳矿化可以作为评价退化草地恢复、放牧地管理、合理配置草地等措施实施效果的指标之一,并且需要加强土壤活性有机碳和惰性有机碳矿化过程的土壤微生物学调控机制的研究。     

内蒙古不同草原类型土壤呼吸对放牧强度及水热因子的响应

土壤呼吸的测定对于预测不同生态系统碳收支起着关键性作用。本研究利用Li-8100开路式碳通量测定系统,对内蒙古荒漠草原、典型草原和草甸草原生态系统在不同放牧强度(零放牧的对照、轻度放牧、中度放牧和重度放牧)下土壤呼吸速率进行测定,并分析了土壤呼吸与土壤温度(10 cm处)和空气相对湿度的相关性。结果表明,草地类型、放牧强度及它们的交互作用都对土壤呼吸有显著影响(P<0.05),放牧强度对土壤呼吸的影响主要表现在荒漠草原和典型草原生态系统,对草甸草原没有显著影响。在不同草地生态系统中,随着放牧强度的增加,土壤呼吸速率呈先升高后降低的变化规律。方差结果显示,不同草原类型的土壤10 cm温度和空气相对湿度有极显著性的差异(P<0.001),不同放牧强度对土壤10 cm温度和空气相对湿度无显著性影响。     

短花针茅荒漠草原不同载畜率的土壤呼吸与植物地下生物量的关系

本文运用开路式土壤碳通量测量系统-LI-8100在短花针茅(Stipa breviflora Griseb)荒漠草原测定4组不同载畜率的土壤呼吸速率动态,并用土钻法测定了植物地下累积生物量,埋根袋法测定了根系净生长量。目的是比较不同载畜率对土壤呼吸、植物地下累积生物量和根系净生长量的影响,并探讨生长季土壤呼吸、8月份土壤呼吸对植物地下累积生物量、根系净生长量的响应。结果表明:随着载畜率增加,植物地下累积生物量减少,根系生长减缓,但对土壤呼吸无显著影响;生长季土壤呼吸与植物地下累积生物量呈线性正相关,8月份土壤呼吸值随根系净生长量增大而增大。土壤呼吸受植物地下生物量影响显著,生长季初期,新根刚开始生长,土壤呼吸大部分来自老根,到了生长旺季,新根生物量增多,土壤呼吸速率加快,新根主导了土壤呼吸。     

草地根际过程对养分循环调控机制研究进展

了解根际土壤养分碳、氮和磷的转化和循环利用是解决草地农业生态系统可持续利用性和提高草地生产力的根本问题。草地根际过程能够反映土壤碳、氮和磷等养分的周转速率,影响植物、土壤微生物对养分的竞争和捕获,维持根际微环境中各组分的养分平衡,同时与作物相比,草地土壤中养分元素碳、氮和磷的耦合性更强。因此,根际微生态系统结构与功能在维持养分转化和循环等方面具有重要作用。大量文献报道,调控根际微环境改变的关键因素是植物与土壤进行物质交换和信息传递的关键物质-根际分泌物,同时根际分泌物也是介导根际微生物和根际酶活性的关键物质。当草地环境发生改变时,该区域的根际分泌物、根际酶活性和根际土壤的微生物的组成和多样性也将发生根本性改变,从而导致该区域土壤养分的供应量和有效性发生改变,最终影响草地生产力和养分的有效利用效率。因此,深入探究草地根际过程对养分循环的调控机理,对于揭示草地植物与微生物间养分物质的分配利用和养分收益方面具有重要指导意义。综述了根际分泌物、根际酶和根际微生物参与养分循环的机制和互作机理,总结草地根际过程参与养分循环的机制,并对草学领域未来在根际微域的研究进行了一定的展望。     

氮素添加对土壤呼吸影响的研究进展

碳、氮循环是陆地生态系统化学循环和能量流动的两大重要过程,二者紧密相连;土壤呼吸是陆地碳循环的重要过程,也是陆地生态系统与大气之间进行交换的主要途径。由于施肥等人为因素导致了陆地生态系统氮素的增加。不同陆地生态系统对这一过程做出了不同的响应。综述了不同生态系统土壤呼吸对模拟氮沉降的响应方式和机理,分析了氮素添加对土壤呼吸影响的不确定性,并在此基础上对未来研究方向进行了探讨和展望。     

丛枝菌根及其宿主植物对根际微生物作用的响应

丛枝菌根(AM)真菌和根际微生物均是土壤生态系统中广泛分布的微生物类群,深入研究和揭示根际微生物对AM真菌的作用及其对宿主植物的影响,对于利用和调控土壤根际微环境,促进植物生长,维持生态系统稳定性具有深远的意义。基于此,本研究以AM真菌为中心,通过对当前广泛关注的几种根际微生物类型:根际细菌、根际放线菌、根际真菌和根际线虫等对AM真菌的生物学效应,进而对宿主植物影响的结果,深入分析根际微生物与AM真菌相互作用的生态学机理,为阐明土壤生态系统中根际微生物-AM真菌-宿主植物的相互关系提供理论依据。     

不同土壤水分条件下松嫩草地土壤呼吸及其组分对氮添加和放牧的响应

量化土壤呼吸的时间变化（包括热时刻）并阐明不同土壤水分条件下（“干旱”和“湿润”）氮沉降增加和放牧干扰对自养呼吸和异养呼吸的影响,有助于准确估算区域生态系统的CO2通量。本研究于2016年在松嫩草甸草原进行了氮添加和放牧处理试验,于2020年6～8月对土壤呼吸及其组分进行连续测定,并同步测定了土壤理化性质、土壤微生物特征和植物生物量。研究发现,在观测期间的“湿润”时期,所有处理的土壤呼吸和自养呼吸均高于“干旱”时期。各处理对土壤呼吸的影响受土壤水分条件调控,即在“干旱”条件下,放牧处理以及氮添加和放牧共同处理显著降低了土壤呼吸,而氮添加显著增加了土壤呼吸和自养呼吸,对异养呼吸无显著影响。在“湿润”条件下,放牧以及氮添加和放牧共同处理增加了土壤呼吸,单独氮添加对土壤呼吸及其组分均无显著影响。研究结果阐明了氮沉降增加和放牧干扰对自养呼吸和异养呼吸影响的水分条件依赖性。     

西南旱地不同种植模式下土壤呼吸及水热因子对极端低温的响应

极端气候频现是全球气候变化的重要特征之一,其中极端低温不仅影响农业生产,也影响着农业碳排放。土壤呼吸作为农业碳排放的主要途径,缺乏在极端低温环境下的深入研究。本研究以我国西南地区旱地为研究对象,通过测定冬季低温环境下的土壤呼吸及其水热因子,分析了土壤呼吸等在极端低温环境下的响应特征,发现秸秆覆盖条件下紫云英与油菜混作的土壤呼吸和根呼吸最大,种植紫云英可显著提高10 cm处的土壤温度、土壤含水量和土壤电导率;在极端低温环境下,土壤呼吸和根呼吸显著降低,土壤呼吸的温度敏感性显著提高,Q₁₀值由0.31增加到1.19,同时改变了土壤呼吸与土壤电导率之间的关系。无秸秆覆盖时紫云英单作、紫云英与油菜混作的根呼吸比重分别提高了12.07%和8.15%;而秸秆覆盖下紫云英单作、油菜单作以及紫云英与油菜混作的根呼吸比重分别降低了28.55%、38.87%和24.80%。     

植物根系分解及其对生物和非生物因素的响应机理研究进展

植物根系在生态系统物质循环和能量流动过程中具有重要意义,其分解是固定于植物体内的物质返回土壤和大气环境的重要过程,受生物和非生物等多重因子影响。其中:生物因素方面,根系化学特征是影响根分解的主要因素,根系寿命、直径、菌根及物种差异等生物因素主要是通过改变根系化学性质产生作用,根系分泌物、土壤微生物等主要通过改变分解者的数量和活性影响根系分解。非生物因素方面,水热因子是影响根分解的关键。另外,在全球变化背景下,大气氮沉降、CO₂浓度增加等因素也对植物根系分解产生影响。本文从植物根系分解过程和影响根分解的因素两方面,综述了植物根系分解过程中物质释放规律,总结和归纳了主要生物和非生物因素对植物根系分解的影响机理,并对根系分解的研究进行展望。     

运用微根管技术研究草地植物细根的进展

微根管(minirhizotron, MR)技术自出现以来,因其方便、简洁、省时省力和能够原位观察的特点而在植物细根(直径<2 mm)研究中发挥重要作用。草地植物细根在土壤养分循环和草地可持续发展中起到关键作用。本研究综述了国内外学者运用微根管技术研究草地植物细根的进展,主要集中在草地植物根系产量、寿命及周转速率对气候变化、草地管理与利用以及土壤生物的响应等方面。多数研究认为CO₂浓度升高和气候变暖会增加植物细根根长、根数量或生物量,降低根系寿命;春季发生的细根寿命相对秋季发生的细根较短。刈割和人工施加氮肥对天然草地植物根系没有显著影响,但会成倍增加草地地上生物量,减少物种丰富度。植物细根寿命与直径呈正相关关系,周转速率与直径呈负相关关系。微根管技术在今后研究的重点可围绕4个方面:1)放牧、草地利用与管理以及土壤生物与草地植物细根的相互关系;2)根系寿命或周转速率对土壤碳库或养分库的影响;3)气候变化或人类活动引起草地植物根系发生变化的机制。通过综述,以期更好地利用微根管技术服务于草地根系研究,促进草地农业生态系统根系研究的发展。     

甘南草原不同退化草地植被和土壤微生物特性

为研究草地退化对植被和土壤微生物的影响,本试验以甘南州碌曲县高寒草地为研究对象,调查研究不同退化程度草地植被特征,并测定土壤微生物呼吸、土壤微生物量碳、土壤微生物代谢熵及土壤微生物群落结构变化。结果表明：随着草地退化程度的加重,高寒草地植物种类减少,优势植物种类发生变化,植被高度、盖度、植株数、鲜草产量下降;土壤基础呼吸和诱导呼吸、土壤微生物量碳及土壤代谢熵等指标均有不同程度的下降;土壤总磷脂脂肪酸（Phospholipid fatty acid,PLFA）、土壤细菌、放线菌含量减少,真菌含量增多,土壤微生物群落结构发生变化,压力指数增高;植被与土壤微生物各指数呈一定的相关性。本研究说明高寒草地退化过程中植被演替与土壤微生物变化密切相关。     

不同放牧强度和水分处理下荒漠草原土壤呼吸与群落地下生物量的关系

为比较短花针茅（Stipa breviflora）荒漠草原不同放牧强度下不同水分处理对土壤呼吸、根系现存量和根系净生长量的影响,揭示土壤呼吸与地下生物量之间的关系,本研究在内蒙古荒漠草原不同放牧强度试验区进行对比性试验。放牧强度试验采用完全随机区组设计,将50 hm²试验样地分为不放牧、轻度放牧、中度放牧和重度放牧4个梯度,3次重复。每个放牧强度下设有4个不同水分处理（减水50%、自然降水、增水50%和增水100%）。在不同水分处理小区内,采用开路式土壤碳通量测量系统LI-8100测定土壤呼吸速率,用根钻法测定根系现存量,根袋法测定根系净生长量。结果表明：不同放牧强度对土壤呼吸和群落地下生物量没有产生显著性影响（P>0.05）;土壤呼吸速率随着降水的增多显著增加（P<0.05）;在整个生长季中,土壤呼吸速率呈现先增高后下降的趋势;群落地下生物量在减水50%处理下显著降低（P<0.05）,根系净生长量在增水100%处理下最高,显著高于减水50%处理（P<0.05）;土壤呼吸速率与根系现存量和根系净生长量存在显著的正相关关系（P<0.05）。因此,在干旱的荒漠草原,水分是影响土壤呼吸和群落生长发育的主要因素。     

保护性耕作下蚕豆田土壤呼吸及碳平衡特性

土壤呼吸是碳循环的重要环节,为探讨垄作和覆盖对旱三熟蚕豆田土壤呼吸的影响,测定了平作(T)、垄作(R)、平作+半量覆盖(TS₁)、垄作+半量覆盖(RS₁)、平作+全量覆盖(TS₂)、垄作+全量覆盖(RS₂)6种处理下的西南紫色土丘陵区蚕豆/玉米/甘薯旱三熟体系中蚕豆生长季节的土壤呼吸变化,分析了蚕豆田碳平衡特性。结果表明,蚕豆生长季节农田土壤呼吸随作物生长一致,呈先增加后减弱的变化趋势,变化范围为0.885~10.213 μmol/(m²·s)。全生育期平均土壤呼吸速率差异显著,表现为TS₂>RS₂>RS₁ >TS₁>T>R;分别为4.096,3.780,3.441,3.104,2.850,2.439 μmol/(m²·s),较平作不覆盖处理增加了43.7%,32.6%,20.7%,8.9%,-14.4%。垄作显著降低了蚕豆农田土壤呼吸速率,而秸秆覆盖显著提高土壤呼吸速率,且随着覆盖量的增加而增加。不同生育阶段土壤呼吸总量存在差异,表现为成熟期<苗期<鼓粒期<分枝现蕾期<开花结荚期,其中开花结荚期约占50%;利用根排除法测得蚕豆田根系呼吸占土壤呼吸比例变幅为19.49%~54.23%,利用回归分析法测得结果为37.02%~60.64%,二者均值分别为38.62%和49.12%。不同耕作和覆盖处理下蚕豆田整个生长季均表现为碳汇,净碳汇为857.26~2236.25 kg/hm²。与平作不覆盖相比, RS₂、TS₂、RS₁、TS₁、R分别较平作不覆盖处理T高出160.86%,101.44%,30.78%,47.63%,110.41%,差异达显著水平。试验结果表明垄作和秸秆覆盖有利于蚕豆田生态系统的碳汇,以垄作+全量覆盖的效果最好。     

土壤碳循环主要过程对气候变暖响应的研究进展

目前,土壤呼吸等碳循环过程对气候变暖的响应仍是气候变化预测模型中不确定性的主要来源。本文以土壤呼吸为切入点,首先论述了土壤呼吸对气候变暖的响应及适应机制,并从土壤微生物(土壤呼吸的主体)、土壤有机碳分解的温度敏感性(土壤呼吸的反应底物)两个方面探讨了土壤碳循环过程对气候变暖的响应;随后论述了气候变暖与其他气候变化因子之间、地上与地下部分之间的协同作用对土壤碳循环过程的影响。得到以下主要结论:气候变暖可以影响土壤微生物的生理活性,甚至改变其群落结构,从而使土壤呼吸对增温产生适应;土壤有机碳分解对增温的敏感性由有机碳的化学组成结构、环境因子对其的保护作用、土壤微生物的生理特性等因素决定。并在此基础上提出了未来的研究重点:1)将土壤微生物过程耦合到气候变化模型中;2)积极探索新的土壤微生物研究方法;3)设置长期定位实验,研究多个气候变化因子之间的综合作用;4)加强地上、地下生态过程的系统研究。