内蒙古不同类型草地土壤氮矿化及其温度敏感性

土壤氮矿化(Nitrogen mineralization)是土壤氮循环的重要环节,对土壤氮素供应以及植物生产力的维持具有十分重要的意义。沿中国东北草地样带(Northeastern China Transect, NECT)分别在典型草地、过渡草地及荒漠草地设置了3个实验样地,利用不同温度(5、10、15、20 ℃和25 ℃)和不同水分(30%、60%和90%土壤饱和含水量,Saturated soil moisture, SSM)的室内培养途径,探讨了不同类型草地的土壤氮矿化速率、土壤氮矿化的温度敏感性(Q₁₀)及其主要影响因素。实验结果表明:从典型草地至荒漠草地,土壤全碳、全氮、全磷、微生物生物量碳氮含量均表现为逐渐下降的趋势;类似地,土壤净氮矿化速率、硝化速率也逐渐降低。在20 ℃和60% SSM时,土壤净氮矿化速率表现为典型草地 (0.715 mg N kg^-1 d^-1) > 过渡草地 (0.507 mg N kg^-1 d^-1) > 荒漠草地 (0.134 mg N kg^-1 d^-1);相反,温度敏感性却逐渐升高,温度敏感性与基质质量指数呈负相关。草地类型和水分对于土壤净氮矿化速率、硝化速率具有显著影响,且二者间具有显著的交互效应。包含温度和水分的双因素模型可很好地拟合土壤氮矿化速率的变化趋势(P < 0.0001),二者可共同解释土壤硝化速率92%-96%的变异。土壤氮矿化沿着草地演替呈现出很好的空间格局、并与温度和水分具有密切关系,为解释内蒙古草地空间分布格局提供了理论基础。     

水分和温度对若尔盖湿地和草甸土壤碳矿化的影响

土壤碳矿化及其温度和水分敏感性是研究生态系统碳循环的重要指标。本文以若尔盖高寒湿地和草甸为对象，在不同水分（70%，100%，130%饱和含水量（SSM））和温度（5，10，15，20，25℃）培养下定期测定土壤碳矿化速率（或土壤微生物呼吸速率），探讨水分和温度对高寒湿地和草甸土壤碳矿化的影响，为揭示未来暖干化对若尔盖地区碳贮存及其碳汇功能的潜在影响提供科学依据。实验结果表明：增温显著促进了高寒湿地和草甸土壤碳矿化，而水分过高会抑制土壤碳矿化；此外，高寒湿地土壤碳矿化速率高于高寒草甸。土壤水分和草地类型对土壤碳矿化温度敏感性（Q10）的影响比较复杂。高寒草甸Q10随水分升高而显著升高，培养7天时的Q10变化趋势为70% SSM（1.21）< 100% SSM（1.76）< 130% SSM（2.80），培养56天的Q10从1.17上升为4.53。高寒湿地的Q10在培养7天差异不显著，但整个56天培养期内Q10随水分升高而显著增加。在评估暖干化对若尔盖地区碳贮量和碳汇功能的影响时，应更加重视高寒草甸和高寒湿地Q10对水分和温度变化的不同响应。     

降雨对草地土壤呼吸季节变异性的影响

利用土壤碳通量自动观测系统(LI-8150)对呼伦贝尔草原在自然降雨条件下的土壤呼吸作用进行了野外定位连续观测,研究结果表明:降雨对土壤呼吸作用存在激发效应和抑制效应,降雨发生后1-2 h内土壤呼吸速率可增加约1倍,当单次或者连续降雨累积量大于7-8 mm,或土壤含水量大于29%-30%时,降雨对土壤呼吸会产生明显的抑制作用。土壤呼吸的激发效应往往体现在次日,表现为次日平均土壤呼吸速率的显著升高;而抑制效应则在当日即可体现出来,表现为观测当日平均土壤呼吸速率的明显下降。土壤呼吸季节变异性与降雨频率和降雨强度密切相关,在降雨量一定的情况下,较低的降雨频率和较高的降雨强度会增加土壤呼吸的变异性。呼伦贝尔草甸草原而言,在生长季土壤平均含水量为16.5%时,土壤呼吸的温度敏感性值(Q₁₀)为2.12;而平均土壤含水量为26%时,Q₁₀值为2.82,明显高于前者,土壤含水量与Q₁₀之间存在正相关关系。降雨导致土壤呼吸的激发效应和抑制效应交替发生,使草地土壤呼吸的季节变异性增加,降雨格局变化必然会对草地碳循环和碳通量特征产生深刻影响。     

设施耕作促进农田土壤有机碳矿化

为研究土地利用方式变化与温度对土壤有机碳矿化的交互作用,利用室内培养实验,研究了寿光市农田转变为设施菜地及设施菜地荒废与增温对土壤有机碳矿化的交互作用。结果表明:增温显著促进土壤有机碳矿化(P0.01),农田、设施菜地及荒废设施菜地土壤有机碳累积矿化量分别增加56.08%、42.32%和42.36%。农田转变为设施菜地显著促进土壤有机碳矿化(P0.05),设施菜地有机碳累积矿化量分别增加185.81%(25℃)、160.61%(35℃)。相同增温条件对设施菜地土壤有机碳累积矿化量的促进作用明显高于农田,这主要是因为设施菜地土壤有机碳易分解组分的温度敏感性系数(Q10=1.79)明显高于农田(Q10=1.37),且设施菜地土壤颗粒有机碳含量明显高于农田造成的。设施菜地荒废后,交互作用变为加和效应,因其土壤有机碳易分解组分的温度敏感性系数(Q10=1.41)与农田无差异。综上所述,设施耕作显著促进土壤有机碳矿化,其中增温与农田转变为设施菜地对土壤有机碳矿化的交互作用为正效应。因此,利用单因素之和评估多因素对土壤有机碳矿化的综合影响可能会低估其影响水平。     

培养温度对不同类型茶园土壤有机碳矿化的影响

室内模拟亚热带地区2种不同类型茶园土壤(黄壤和高山草甸土)在3种温度(10、20和30℃)下的有机碳矿化特征,分析有机碳矿化对温度变化的响应特征。结果表明:在47d培养期间内,土壤类型和温度对茶园有机碳矿化具有显著影响,并且存在显著的交互作用;相同培养温度条件下高山草甸土茶园有机碳矿化量和矿化速率常数k均显著高于黄壤,但矿化比例差异不显著,随着培养温度的增大,有机碳累积矿化量持续增加,增幅分别为20.90~91.88%(黄壤)和48.52~113.88%(高山草甸土),且高山草甸土有机碳Q_(10)值高于黄壤,说明有机碳含量丰富的高海拔高山草甸土茶园土壤有机碳温度敏感性更高;低温培养条件下(20℃)土壤有机碳矿化的温度敏感性均显著高于高温培养条件下,说明低温条件下有机碳矿化速率对升温更敏感,低温条件下(20℃)高山草甸土茶园土壤平均Q_(10)值(2.05)显著高于黄壤(1.66),但高温条件下(20℃),两者之间没有显著差异;一级动力学方程能较好地描述了2种茶园土壤有机碳的矿化累积动态,土壤有机碳的潜在矿化量(C0)随温度增加而增加。     

不同植被恢复模式对紫金山森林土壤理化性质的影响

为了探讨不同植被恢复模式对土壤理化性质的影响,为城市森林的生态系统构建和经营管理提供基础数据。以紫金山马尾松-栎树混交林(Pinus massoniana×Quercus variabilis, PQ)、马尾松-枫香混交林(Pinus massoniana×Liquidamabar formosana, PL)、朴树-糙叶树混交林(Celtis sinensis×Aphananthe aspera, CA)、栎树-枫香混交林(Quercus variabilis×Liquidamabar formosana, QL)和枫香纯林(Liquidamabar formosana, LF)等林分为研究对象,分析各林分下土壤质地、养分和速效养分等理化特征。结果表明：(1)混交林的土壤和枫香纯林相比,混交林的土壤pH值和土壤密度较低,含水率和粉粒比例较高。(2)马尾松-栎树混交林、马尾松-枫香混交林和朴树-糙叶树混交林的土壤有机质、全氮、全磷、硝态氮、速效磷和速效钾质量分数高于或显著高于栎树-枫香混交林和枫香纯林,铵态氮质量分数则低于或显著低于栎树-枫香混交林和枫香纯林。(3)林分类型、土层深度、...     

不同经营措施对毛竹林土壤呼吸温度敏感性的影响

【目的】森林经营与管理降低土壤呼吸是实现CO2减排的重要手段。全球气候变暖背景下,确定不同经营措施对毛竹林土壤呼吸温度敏感性的影响有助于揭示毛竹林地下生态过程对气候变化的响应和适应,并有助于了解毛竹林土壤呼吸对气候变化的正负反馈。【方法】以无经营毛竹纯林为对照(Ⅰ),以垦复(Ⅱ)、施用除草剂(Ⅲ)、劈草(Ⅳ)毛竹纯林为研究对象,采用壕沟法和凋落物移除法区分了各组分呼吸,利用LI-8100测定了土壤呼吸速率及5cm土壤温度,并分析了土壤呼吸温度敏感性(Q10)。【结果】①土壤呼吸及组分呼吸与5cm处土壤温度呈指数相关;②土壤总呼吸Q10冬季>夏季>春季>秋季。垦复、施用除草剂、劈草均降低了土壤总呼吸温度敏感性;③根呼吸Q10夏季>冬季>春季>秋季。垦复、施用除草剂、劈草均降低了根呼吸温度敏感性;④凋落物呼吸Q10夏季>冬季>秋季>春季。垦复、施用除草剂、劈草均降低了凋落物呼吸温度敏感性;⑤矿质呼吸Q10春季>冬季>夏季>秋季。垦复增加了矿质呼吸温度敏感性,施用除草剂、劈草降低了矿质呼吸温度敏感性。【结论】相对降低土壤表面CO2通量和土壤呼吸适应未来全球气候变化而言,施用除草剂是本研究区毛竹林经营较为合理的方式。     

黄土高原退耕方式与年限对土壤呼吸及其温度敏感性的影响

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键过程,明确退耕后土地利用变化对土壤呼吸及其温度敏感性的影响是提升土壤碳汇能力的重要前提。以黄土高原20 a耕地、退耕3、6、10 a的苹果园与撂荒地为研究对象,原位监测样地2018年7-12月的土壤呼吸速率,估算其温度敏感性,并应用偏最小二乘结构方程模型,明确土壤呼吸及其温度敏感性的关键影响因子。结果表明,随退耕年限的增加,撂荒地土壤有机碳和全氮含量呈现先降低后升高的趋势,苹果园则与之相反。监测期间撂荒地平均土壤呼吸速率为2.73～4.65μmol·m^-2·s^-1,苹果园为1.07～3.13μmol·m^-2·s^-1,退耕3 a和6 a撂荒地的土壤呼吸速率显著高于苹果园(P<0.05)。土壤呼吸温度敏感性的变化范围为1.477～4.055,不同退耕方式间土壤呼吸温度敏感性并无显著差异。偏最小二乘-结构方程模型结果表明,土壤因子共解释了土壤呼吸及其温度敏感性34.4%的变化;相比于化学和生物因子,土壤水分与温度等物理因子对土壤呼吸及其温度敏感性的影响更为显著。研究...     

不同城市植被类型对土壤pH值及有机质含量的影响

为揭示不同植被类型对土壤pH值及有机质含量的影响,以泰安市不同城市植被类型(分别为乔木、乔草、灌草以及乔灌草植被)为研究对象,采集0～10 cm和10～20 cm土层土壤,分析其pH值和有机质含量。结果表明:(1)不同城市植被类型对土壤pH值影响不显著,对土壤有机质含量的影响较大,灌草植被土壤有机质含量显著高于其余三种类型。(2) 10～20 cm土层pH值高于0～10 cm土层,而土壤有机质含量低于0～10 cm土层。(3)不同采样地土壤pH值差异不大,而土壤有机质含量存在较大差异。(4)土壤pH值、有机质含量与植被类型、采样地和土层厚度均存在极显著相关性。本研究可为合理营造城市植被、改善土壤质量提供参考。     

碳酸钙对黄壤有机碳矿化及其温度敏感性的影响

为研究碳酸钙和温度对土壤有机碳矿化的影响,以贵州典型黄壤为对象,通过60 d室内矿化培养试验,研究15、25℃和35℃下13C标记碳酸钙(30 g·kg-1)对土壤有机碳矿化及其温度敏感性的影响。结果表明:不同处理的土壤CO₂释放速率均在第1 d达到峰值,随后迅速减小,在15~60 d时趋于稳定。碳酸钙抑制了土壤原有有机碳的矿化(P<0.01),在培养前期(1~10 d)表现为强负激发效应,其负激发效应在不同温度下最强可达-81.0%(25℃)、-69.3%(35℃)和-54.0%(15℃)。土壤总CO₂累积释放量在35℃下高于15℃和25℃,温度可增强土壤有机碳的矿化(P<0.05)。¹³CO₂释放量在25℃和35℃下显著高于15℃(P<0.05),对土壤总CO₂释放量的贡献率为25℃(27.33%)>35℃(19.36%)>15℃(13.81%)。黄壤有机碳矿化温度敏感性(Q₁₀)变化范围在0.90~1.69。添加碳酸钙对Q₁₀值无显著影响,但温度对Q₁₀值有显著影响,25~35℃体系下Q₁₀值高于15~25℃。研究表明,在15~35℃范围内,外源碳酸钙抑制了黄壤有机碳的矿化,且外源碳酸钙对黄壤有机碳矿化的影响效果显著强于温度的影响。     

青海高寒区5种典型林分土壤呼吸季节变化及其影响因素

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要环节,也是影响全球气候变化的重要因素。研究土壤呼吸及其对环境因素的响应,对准确估计全球碳循环系统的收支平衡有重要意义。高寒区是陆地生态系统的重要组成部分,研究该区域环境因素对土壤呼吸的影响有助于深刻了解高寒区的土壤碳循环过程。本研究采用动态密闭气室红外CO2分析法,以青海高寒区的5种典型林分(华北落叶松林、云杉林、云杉-华北落叶松混交林、云杉-白桦混交林、白桦林)为对象,研究不同林分类型生长季土壤呼吸的变化规律及其与环境因子的关系。结果表明:5种林型土壤呼吸速率的大小为云杉林白桦林云杉-华北落叶松混交林华北落叶松林云杉-白桦混交林。土壤呼吸具有明显的季节变化,并在7月份达到最大值。云杉-华北落叶松混交林的土壤呼吸季节间变化幅度最大,华北落叶松林的变化幅度最小,最大土壤呼吸分别是最小土壤呼吸的17.36和1.83倍。华北落叶松林的土壤呼吸与土壤温度没有相关关系,与大气温度正相关(R2=0.75)且呈幂函数模型,与土壤水分含量负相关,其他4种林型的土壤呼吸与大气温度和土壤温度均呈现很好的正相关关系(R2=0.80~0.94),且与大气温度和土壤温度均呈幂函数模型,与土壤水分含量不相关。土壤呼吸对凋落物量的增加产生正响应,且凋落物呼吸在混交林内所占的比重大于纯林。      

模拟酸雨对我国亚热带森林土壤有机碳矿化的影响研究

酸雨污染已成为威胁土壤和植物健康的全球性环境问题。为探究酸雨对我国亚热带森林土壤有机碳矿化的影响,选取南京紫金山区域酸碱性不同的森林土壤,通过室内培养试验,以仅添加纯水(CK)和纯水+凋落叶(T0)为对照,模拟凋落叶添加后,pH分别为1.65(T1)、3.67(T2)、5.55(T3)的酸雨对土壤有机碳矿化的影响。结果表明,碱性土壤条件下,各处理CO₂累积排放量为1.67～3.35 g·kg^-1,表现为T3>T2>T1>T0>CK;而在酸性土壤中,CO₂累积排放量为0.99～3.90 g·kg^-1,表现为T3>T0>T2>CK>T1。与CK相比,添加凋落叶(T0)后,酸性、碱性土壤CO₂累积排放量分别增加了41.20%和71.72%。轻度酸雨(T3)能促进CO₂排放,加快凋落叶的分解;重度酸雨(T1)会显著抑制酸性土壤有机碳和凋落叶的矿化(P<0.05),但加速了碱性土壤有机碳和凋落叶的矿化;而中度酸雨...     

大别山低海拔区不同植被类型土壤生物学特性

以大别山低海拔区常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、杉木林和毛竹林林下土壤为研究对象,系统分析了土壤养分、土壤微生物含量和土壤酶含量大小。结果表明：（1）不同植被类型土壤有机质（SOM）、全碳（TC）、全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）、有效磷（AP）和速效钾（AK）含量均差异显著。SOM、TC 和TN 含量表现为阔叶林跃竹林跃针叶林。毛竹林土壤TP（0.37±0.05g/kg）、AP（17.2±0.05 mg/kg）、TK（6.15±0.02 g/kg）和AK（80.31±0.05 mg/kg）都处于较高水平,杉木林土壤TK（7.18±0.05 g/kg）最高,但其他养分含量均较低,常绿阔叶林TK（1.73±0.05 g/kg）含量最低,其他养分含量均处于中上等水平。（2）不同植被类型土壤微生物碳、土壤微生物氮和土壤微生物磷含量的变化范围分别为249.0~780.1、59.27~190.1、30.95~107.1 mg/kg,在不同植被类型中差异均显著。（3）不同植被类型土壤酶含量差异显著,常绿阔叶林的脲酶（0.98±0.01 mg/g·d）、蛋白酶（0.22±0.02 mg/g·d）、磷酸酶（30.01±1.02 mg/g·d）和蔗糖酶 （22.14±1.03 mg/g·d）含量均最高。     

太行山南麓栓皮栎人工林光合作用对土壤呼吸的影响

  目的  探究光合作用对土壤呼吸的影响并构建新的土壤呼吸模型,可以提高对研究区域土壤呼吸变化的解释程度,为准确估算太行山南麓土壤呼吸强度与碳收支平衡提供理论依据。  方法  以太行山南麓栓皮栎人工林为研究对象,采用野外控制实验,通过断根与非断根处理对照,分析光合产物对土壤呼吸的贡献比例。并通过土壤呼吸与土壤温湿度及光合数据进行模型拟合,探究加入光合因子是否能对传统土壤呼吸模型进行优化。  结果  在小时尺度上,土壤温度是影响栓皮栎林土壤呼吸的主要因子,两者呈显著指数相关关系（R2 = 0.74,P < 0.01）;在日间尺度上,土壤呼吸与温度的变化曲线并不一致,各个月份土壤温度在10:00—18:00均呈现持续增加的状态,但土壤呼吸速率并未呈现相同的规律,其日变化呈现单峰或双峰曲线,一般在14:00—16:00之间出现最高点。不同处理下土壤呼吸温度敏感性Q₁₀值存在差异,断根处理组分（1.90） > 非断根组分（1.77）,表明除温度外存在其他因子对土壤呼吸速率产生影响。研究显示,林木光合作用对土壤呼吸影响占比最高可达到36.5%,光合作用与土壤呼吸存在显著线性相关关系（R2 = 0.39,P < 0.01）,将光合速率加入土壤呼吸模型能显著提高土壤呼吸拟合的R2值。  结论  土壤呼吸是一个受多因素共同影响的复杂过程,仅根据单因素的作用规律来分析和预估土壤呼吸是不全面的,土壤温度只能单独解释土壤呼吸74%的变异,而不同模型中土壤温度和光合两个因子共同决定了土壤呼吸80%以上的变异,其模型拟合度最高可达到0.81。      

植被更替及植果年限对土壤有机质和酶活性的影响

土壤有机质及酶活性是反映植被更替对土壤质量作用与影响较为敏感的指标,对分析制约地区苹果产业可持续发展因素具有重要意义。在彬县果区土壤及地形条件与管理水平基本一致的条件下,以农田土壤(对照)与8年(幼龄)、21年(老龄)果园为研究对象,研究其0～40 cm土层深度内的有机质、过氧化氢酶活性、脲酶活性、碱性磷酸酶活性的变化趋势。结果表明,土壤有机质、脲酶和碱性磷酸酶活性随土层深度的增加而减少。在0～40 cm土层范围内,农田演替为果园,降低了土壤有机质含量、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性,增加了土壤脲酶活性。随着种植年限的增加,有机质含量在0～20 cm土层出现累积趋势,过氧化氢酶活性减少,而碱性磷酸酶和脲酶在剖面上呈现不同程度的递减趋势。因此,在0～40 cm土层植被更替及植果年限对土壤生物质量影响明显,可能会对果树生长产生影响。