不同施氮水平下旱作玉米田土壤呼吸速率与土壤水热关系

为探讨不同施氮量对旱作玉米田土壤呼吸速率的影响,设置0(CK)、80、160、240、320kg·hm-25个氮肥水平,分析不同施氮水平下土壤呼吸速率动态变化及其与土壤温度和土壤含水量间的关系。结果表明:夏玉米生长季土壤呼吸速率呈单峰变化曲线,于播种后52d左右达到最大值,成熟收获时降至最低;土壤呼吸总量(Sr)与施氮量(n)满足关系式Sr=1204.09(/1+e-1.69-0.02n)。土壤温度和土壤水分是影响土壤呼吸速率的主要因素,5cm土壤温度与土壤呼吸速率呈显著正相关,土壤呼吸速率随土壤温度升高呈指数增加,土壤温度可以解释旱作农田土壤呼吸速率季节变化的62.31%～78.66%;土壤水分和温度相互协调共同调控土壤呼吸,两者可以解释旱作玉米田土壤呼吸季节变化的79.63%～85.87%。     

土壤呼吸的水热因子模拟及温度敏感性的探讨

[目的]研究水热因子对土壤呼吸的影响,进而对土壤呼吸温度敏感性进行探讨。[方法]利用LICOR-8100对华北平原典型冬小麦拔节期土壤呼吸进行测定,分析其与水热因子的关系并建立关系模型。[结果]土壤呼吸速率与气温、5cm层土壤温度均呈显著正相关,且与土壤温度相关性更好,温度对土壤呼吸的影响在低温时比高温时更为显著;按不同温度条件划分的5cm土壤相对含水量与土壤呼吸速率呈显著正相关,且温度较高时土壤呼吸对土壤含水量变化的响应更显著。[结论]土壤呼吸速率的水热因子关系模型为R=0．180×Ts^0.878×Ta^0.088×θ^0.147（R^2=0．836,P〈0．0001）,土壤呼吸温度敏感因子Q10和土壤温度、气温呈负相关,与土壤含水量呈正相关关系。     

5种人工林非主要生长季节土壤呼吸对土壤温度昼夜变化的响应

利用LI-8100土壤CO_2排放通量全自动测量系统,测定了东北林业大学哈尔滨实验林场中白桦等5种人工林土壤呼吸速率以及土壤表面温度、地表下10cm处温度的昼夜变化,研究了5种人工林土壤呼吸速率的昼夜变化特征及对土壤温度的响应特点.结果表明:对于土壤呼吸速率,其昼夜变化呈单峰形式,而且,土壤呼吸速率相对于地表温度和地表下10cm处的温度变化呈非同一路径现象,表现出明显的温度滞后性或超前性.即相对于地表温度变化,土壤呼吸速率变化表现出明显的滞后性;相对于地表下10cm处温度,土壤呼吸速率表现出明显的超前性;地表下10cm处温度是影响土壤呼吸速率变化的主要影响因素;各林分林地土壤呼吸速率均值差异较大,昼夜间存在2个产生土壤呼吸速率均值的时间范围.     

土地利用方式的改变对土壤呼吸及土壤微生物生物量的影响

土壤呼吸释放的CO2与土壤微生物生物量碳是全球碳循环中最为活跃的部分.作者对南京林业大学下蜀实习林场内天然次生栎林、马尾松人工林、毛竹林、板栗经济林和农田5种土地利用类型的土壤呼吸速率及土壤微生物生物量进行了测定,并分析了土地利用方式和各种土壤理化性质对土壤呼吸速率及土壤微生物生物量的影响.研究结果表明:①在5种不同土地利用类型中,农田的土壤呼吸速率显著大于马尾松林、栎林和毛竹林;板栗经济林的土壤呼吸速率显著大于毛竹林和马尾松林;其他各土地利用类型之间的土壤呼吸速率均无显著性差异.②在5种不同土地利用类型中,马尾松林的土壤微生物生物量显著小于农田、板栗经济林和毛竹林;农田的土壤微生物生物量显著大于栎林;其他各土地利用类型之间的土壤微生物生物量均无显著差异.③土壤呼吸速率与土壤微生物生物量、土壤温度(尤其是5cm深土壤温度)、土壤全钙含量、土壤全磷含量以及土壤碳氮比有显著相关关系;而与土壤全碳、全氮、土壤pH值等因子相关性不大.④土壤微生物生物量与土壤全钙含量、土壤全磷含量有显著相关关系;而与土壤pH值、土壤湿度等因子无显著相关关系.研究结果还表明:森林变为农田可能潜在地增加土壤CO2的释放;该地区土壤中磷的含量和有效性可能是限制土壤微生物生物量的重要因子.     

岩茶生长季节土壤呼吸日变化特征研究

于2014年3～5月通过室外定位观测10年生岩茶生长季节土壤呼吸速率从8:00到18:00的动态变化,探讨了岩茶土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度的相关性.结果表明:岩茶3～5月生长季节土壤呼吸速率的变化范围为0.63～3.56 μmol CO2/m2·s,土壤呼吸的温度敏感性指数Q10在1.74～2.52之间.岩茶土壤呼吸速率的日变化趋势为单峰曲线,最大值出现在14:00,最小值出现在8:00,土壤呼吸速率在4、5月明显增大.茶园土壤呼吸速率与不同深度的土壤温度呈显著的指数关系,且10～15 cm深度的土壤温度对土壤呼吸速率的影响最为显著.Q10与土壤温度呈负相关,在3月及较深土层较大.土壤含水量与土壤呼吸速率间的相关性不显著.     

准噶尔盆地荒漠-绿洲过渡区土壤呼吸特征

【目的】研究干旱区典型山盆结构下不同土地利用方式的土壤呼吸特征,为干旱区碳过程阐明提供数据支持。【方法】通过LI-8100碳通量测定系统对西北干旱区典型荒漠-绿洲过渡带的自然植被和人工作物覆盖下的土壤呼吸进行两个植物生长时期的监测。【结果】不同植被覆盖条件的土壤呼吸日变化均呈单峰曲线,且日呼吸速率最高值出现在14:00～16:00,最低值出现在02:00～04:00;植物花期的土壤呼吸速率平均值明显高于凋败期;土壤0～5、5～10、10～20 cm温度日变化与土壤呼吸速率变化趋势极为接近。【结论】不同土地利用/覆盖下土壤呼吸特征差异性明显,土壤温度是影响土壤呼吸的关键因子。     

3种城郊防护林土壤呼吸与温湿度的关系

以天津市3种代表性的城郊防护林(杨树、火炬树、刺槐)为研究对象,利用便携式土壤碳通量全自动分析仪ACE进行定期观测,研究结果表明:(1)在2018年4—10月生长季3种城郊防护林土壤呼吸速率的日变化表现为单峰曲线,最大值出现在10:00—15:00,最小值出现在20:00—5:00。(2)土壤呼吸速率的季节变化为明显的单峰曲线,杨树土壤呼吸速率在7月达到峰值,为3.80μmol/(m~2·s);而火炬树和刺槐土壤呼吸速率在8月达到峰值,分别为3.84、4.75μmol/(m~2·s);杨树、火炬树和刺槐的土壤呼吸速率平均值分别为2.01、2.25、2.62μmol/(m~2·s),差异达显著水平(P0.05)。(3)土壤呼吸速率与土壤温度之间具有显著的二次函数关系(P0.05),拟合度为78.8%～84.7%;与土壤湿度之间呈显著或极显著线性正相关,拟合度为66.8%～90.2%。(4)对土壤呼吸速率和10 cm深度的土壤温度(T_(10))及5 cm深度的土壤湿度(M_5)之间进行多元线性拟合,相关系数为0.826～0.950,说明多元线性模型能够很好地解释土壤温度和湿度对土壤呼吸的协同作用,表明土壤温度和湿度是3种城郊防护林土壤呼吸速率的主要影响因子。     

川中丘陵区桤柏混交林地土壤CO2释放与Forest-DNDC模型模拟

采用静态箱-气相色谱法对长江上游桤柏混交林地土壤呼吸进行测定。结果表明:保留枯枝落叶和去除枯枝落叶处理的土壤呼吸速率季节变化趋势均呈单峰曲线,土壤呼吸速率最大值出现在6月下旬到8月上旬之间;最小值出现在12月底至翌年1月初间。试验期间,保留枯枝落叶和去除枯枝落叶处理的土壤呼吸速率变化范围分别是66.23～520.42 mg/(m2·h)、34.25～395.47 mg/(m2·h),年平均土壤呼吸速率分别为273.18和221.82 mg/(m2·h),枯枝落叶分解释放的CO2量对林地土壤总呼吸的贡献为18.80%。土壤温度和土壤湿度是影响该地区土壤呼吸的主要因子。双因素关系模型较好地拟合了土壤(5 cm)温度和土壤(0～10 cm)湿度对土壤呼吸的影响,土壤温度和湿度共同解释了保留枯枝落叶处理土壤呼吸变化的73%、去除枯枝落叶处理的86%。Forest-DNDC模型较好地模拟了两种试验处理的土壤CO2的释放。模型敏感性试验结果表明,该区影响林地土壤CO2释放的主要因子是土壤表层有机质含量,其次是气温和降水量。      

中亚热带3种主要人工林的土壤呼吸动态

采用静态箱式法对中亚热带杉木人工林、马尾松人工林和楠木人工林的土壤呼吸进行野外测定,比较分析了3种森林类型土壤呼吸作用及其与温度和土壤含水量的相关关系.结果表明:不同森林类型的土壤呼吸作用强弱存在显著差异,表现为楠木人工林>杉木人工林>马尾松人工林,但3种人工林土壤呼吸作用的季节和日变化比较明显,其动态与气温的变化大体一致,均表现为单峰型,高峰值出现在7月份和14:00;3种森林类型的土壤呼吸作用均与温度有较好的指数关系,尤其与5 cm地温的相关性最好,且以杉木人工林的Q10值最大,说明杉木人工林土壤呼吸对温度变化的敏感性最强;0-20cm土壤含水量与土壤呼吸有较好的线性关系;5 cm地温和0-20 cm土壤含水量较之温度或湿度能更好地解释土壤呼吸的变化,说明土壤呼吸受到温度和水分的协同作用.     

艾比湖流域土壤呼吸日变化及水热因子影响

为研究干旱区植物群落土壤呼吸日变化特征及影响因子,利用开路式土壤碳通量测量系统LI-8100测定艾比湖流域四种植物群落土壤呼吸速率日变化,结合实测的温度、湿度因子,分析土壤温度、湿度,大气温度、空气相对湿度对土壤呼吸速率的影响.结果表明:胡杨、梭梭、芦苇、盐节木四种群落土壤呼吸速率日变化基本都呈单峰曲线.在日时间尺度上,胡杨群落、梭梭群落、盐节木群落、芦苇群落土壤呼吸速率与地上10和150cm高度处气温均表现为显著正相关.各群落土壤呼吸速率与不同深度土壤温度并没有固定的相关关系.不同的植物群落,对土壤呼吸起首要作用的温度因子不相同,且气温通过土壤温度对土壤呼吸的间接影响不相同.可用一元或二元线性函数来描述温度与土壤呼吸速率关系.各群落的土壤呼吸速率与地上10和150cm处空气相对湿度均呈显著负相关.在日变化尺度上,土壤温度、土壤湿度、气温、空气相对湿度共同影响了土壤呼吸速率,由温度和湿度共同拟合出的模型能解释土壤呼吸速率变化78;以上的原因.     

博斯腾湖人工和天然芦苇湿地土壤呼吸动态变化规律及其影响因素

为研究干旱区淡水湖泊湿地土壤呼吸作用的动态变化及其影响因素,以博斯腾湖人工和天然芦苇(Phragmites australis)湿地为样地,于2014年11月—2015年9月,利用LI-840A土壤碳通量自动测定仪对土壤呼吸的日变化和季节动态进行了监测。结果表明:人工、天然芦苇湿地土壤呼吸速率的日变化表现为明显的单峰曲线,且呈现出一定的波动性;两种芦苇湿地土壤呼吸速率均具有明显的季节变化特征,生长旺盛期(7—8月)的土壤呼吸作用最强,越冬期(11月)土壤呼吸作用最弱;博斯腾湖芦苇湿地土壤呼吸速率为正值,且人工芦苇湿地土壤呼吸速率高于天然芦苇湿地;5 cm深土壤温度、近地表温度和空气相对湿度是土壤呼吸速率的主要影响因素;人工、天然芦苇湿地土壤呼吸速率均与土壤p H和盐分呈负相关,而与土壤有机碳呈正相关。     

三峡库区马尾松林土壤呼吸的空间变异特征

基于对三峡库区秭归县典型马尾松林样地土壤呼吸速率的测定,采用传统统计方法与地统计学方法,对样地尺度下土壤呼吸空间变异特征进行研究,并分析研究地土壤理化性质、微生物量、细根生物量等因子对土壤呼吸的空间异质性的影响。结果表明:三峡库区马尾松林土壤呼吸时间异质性明显,土壤温度是导致季节动态的主要因子。各季节土壤呼吸空间变异系数在32.6%~46.3%之间,属于中等变异。不同季节土壤呼吸均具有良好的空间自相关特征,并表现出明显的斑块分布格局,可由球状模型和指数模型拟合。在样地水平上,土壤速效氮含量、土壤孔隙度和细根生物量是导致土壤呼吸空间异质性的主导因子。     

降水和凋落物对木荷马尾松混交林土壤呼吸的影响

 在未来气候变化中严重干旱事件将更加频发,这势必对陆地生态系统的碳收支施加重大影响。采用Li-8100土壤碳通量仪测定木荷Schima superba和马尾松Pinus massoniana混交林的土壤呼吸,分析延长干旱及土壤重新获得降水后,土壤呼吸及环境因子的变化特征,探讨土壤呼吸对环境因子变化的响应机制,有助于弄清土壤呼吸对未来极端气候事件的响应机制。设计了4种不同的处理方式：①零降水去除凋落物（NPNL）;②零降水保留凋落物（NPCL）;③自然降水去除凋落物（CPNL）;④自然降水保留凋落物（CPCL）。结果表明：在零降水条件下,凋落物对土壤呼吸的贡献率仅为8.6 %,显著低于同期自然降水（P＜0.05）。自然降水条件下,去除凋落物处理（CPNL）和保留凋落物处理（CPCL）土壤呼吸温度敏感性Q₁₀值分别为2.10和2.01;而采取零降水处理后,Q₁₀值分别为2.59和2.72,表现为显著增加（P＜0.05）。在1 a的零降水试验中,去除凋落物处理（NPNL）和保留凋落物处理（NPCL）土壤呼吸碳累积量比同期自然降水均表现为显著减少（P＜0.05）;移除透明室后,NPNL处理和NPCL处理土壤呼吸碳累积量比同期自然降水处理均表现为显著增加（P＜0.05）。研究结果表明：延长干旱会减少土壤呼吸的释放,然而重新获得降水后,仍有部分碳未被释放出来,表明干旱或许有助于增加土壤碳库。图2表1参26     

不同作物农田的土壤呼吸与高光谱的关系

为研究种植不同作物的农田土壤呼吸与高光谱植被指数的关系,选取3种典型夏熟作物冬小麦、油菜籽、蚕豆,于2018年10月至2019年5月进行田间随机区组试验,观测土壤呼吸、土壤温度、土壤湿度的季节动态,并观测NDVI(归一化植被指数)、DVI(差值植被指数)、RVI(比值植被指数)、EVI(增强植被指数)、PRI(光化学植被指数)5种高光谱植被指数和叶绿素SPAD值。结果表明:冬小麦、油菜籽、蚕豆田土壤呼吸季节平均值分别为1.78±0.15、1.35±0.27、1.61±0.22μmol·m^-2·s-1,冬小麦田土壤呼吸显著高于油菜籽田(P<0.05),冬小麦与蚕豆田以及油菜籽与蚕豆田土壤呼吸无显著差异(P>0.05)。冬小麦田土壤呼吸残差(基于温度指数方程的模拟值与实测值的差值)与NDVI、RVI、EVI、PRI、SPAD值均存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的相关关系,蚕豆田土壤呼吸残差与NDVI、DVI、RVI、EVI、PRI均存在极显著(P<0.01)相关关系,而油菜籽田土壤呼吸残差与上述植被指数均不存在显著的相关关系,这可能与油菜籽3-4月份花期叶片退化有关。在冬小麦和蚕豆田,可分别建立基于土壤温度、NDVI、RVI、PRI、SPAD值以及土壤温度、RVI的土壤呼吸模型,而油菜籽田土壤呼吸的季节变化仅与土壤温湿度和SPAD值有关。     

不同种桉树人工林土壤呼吸速率时空动态及其影响要素

为研究不同种桉树Eucalyptus人工林土壤呼吸速率时空变异特征及其影响要素,估算桉树人工林土壤碳排放通量,测定2016年3月-2017年2月时段内5个不同种桉树林及1个湿加松Pinus elliottii×caribaea林土壤呼吸速率,分析桉树人工林土壤呼吸速率时空变化及其与影响要素的相关关系。结果表明:6个林分土壤呼吸速率时间变化明显,均呈单峰曲线格局;土壤呼吸速率与表层土壤温度符合指数模型,与平均体积含水率符合二次多项式模型（P < 0.001）,土壤呼吸速率时间变化受土壤温度和体积含水率共同驱动,温、湿度双因素模型可以解释土壤呼吸速率44.8%~83.9%的变异。土壤呼吸速率的空间变异主要受表层土壤容重、叶面积指数、总孔隙度和非毛管孔隙度的影响,相关性均为极显著（P < 0.01）;土壤表面二氧化碳累积通量还受到土壤表层有机碳密度影响,相关性显著（P < 0.05）。尾叶桉E. urophylla林和托里桉E. torelliana林的土壤呼吸速率年均值及土壤表面碳排放年累积通量均显著大于其他林分（P < 0.05）,两者之间差异不显著。     

城市草坪土壤呼吸冬季日动态特征研究

以福州市区的城市草坪为研究对象,采用Li-8100对其土壤呼吸速率进行3 d的连续观测,研究草坪土壤呼吸昼夜变化特征及其影响因子.结果表明:1)草坪土壤呼吸有明显的日变化特征;2)草坪土壤呼吸速率昼夜变化呈单峰曲线模式,雨天最大值出现在21:30,阴天最大值出现在11:30,晴天最大值出现在15:30;3)阴雨天气时土壤温度和含水量与土壤呼吸速率的双因素回归关系不显著,晴天时土壤温度与土壤呼吸速率的回归性极显著(p＜0.01),土壤温度可以解释该日土壤呼吸速率昼夜变化的70.13%,土壤含水量与土壤呼吸速率的线性关系仍不显著;土壤温度和含水量两个因素共同解释该日土壤呼吸昼夜变化的74.10%.     

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。      

藏东南色季拉山不同海拔森林土壤基础呼吸特征

为阐明不同海拔高度森林土壤基础呼吸对温度变化的响应,为未来气候变化情景下不同海拔高度土壤碳动态预测提供科学依据,以藏东南色季拉山不同海拔高度森林表层土壤为研究对象,通过室内升温实验,研究不同海拔高度森林表层土壤基础呼吸对温度变化的响应。结果表明,土壤基础呼吸速率及土壤累积碳通量均随培养温度的升高呈增加趋势,土壤基础呼吸速率随着土壤层次加深而降低。随着培养时间延长,各土壤层次及海拔高度土壤基础呼吸速率总体呈先增加后降低的趋势,局部表现为振荡变化的特征,二者之间呈极显著(P<0.01)负相关指数函数关系。随着培养时间延长,土壤基础呼吸累积碳通量呈增加趋势,且培养的前14 d土壤累积碳通量增幅明显,之后逐渐趋于稳定。土壤基础呼吸累积碳通量与培养时间呈极显著(P<0.01)正相关对数函数关系。总体来看,温度升高将加速森林生态系统表层土壤呼吸碳排放。     

农田生态系统土壤CO2释放研究

采用静态箱和气相色谱法,对不同施肥条件(CK,NP,秸秆+NP)下的土壤呼吸进行了连续1年的观测研究。结果表明,土娄土农田土壤的呼吸速率呈明显的季节性变化,以7月上旬最大,冬季最小;土壤温度是影响土壤呼吸速率的主要因素,二者间存在极显著的幂函数相关关系(P<0.01);长时期夏季干旱造成的土壤水分胁迫也明显影响土壤呼吸速率;CK,NP和秸秆+NP3种培肥措施下,土壤CO2年排放量估计值分别为1353,1604和1769g/m2;不同培肥措施长期实施对土壤呼吸速率和CO2释放量有明显影响,其大小顺序为秸秆+NP>NP>CK。     

锥栗林土壤呼吸动态变化与主要影响因子分析

通过LI-6400对闽北锥栗林的土壤呼吸进行测定与分析。结果表明,不同季节土壤温度的变化较为一致,呈单峰变化趋势,最大值出现在15:00;土壤呼吸速率昼夜变化趋势大致呈单峰变化,不同季节里呼吸速率最大值出现的时间不同,春季与冬季最高值出现在13:00,而夏季与秋季分别出现在17:00与15:00;不同季节土壤呼吸速率的日变化幅度以冬季较小,春季最大;土壤呼吸Q10值的季节变化中,冬季Q10值最大,夏季最小,Q10值随土壤温度的增高而降低。