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。     

高寒草甸植被层对于草地甲烷通量的影响

土壤对大气甲烷的汇是草地的一项重要生态功能,关于草地的温室气体通量已有大量研究,但鲜见关于植被层对于草地甲烷通量影响的报道。通过设置完整高寒草甸(IHC)、去除地上生物量草地(RAB)和裸地(RBB)三个处理,利用静态箱法来研究植被层对于草地甲烷通量的影响,结果显示在观测期间草地的平均甲烷氧化速率由高到低依次为:裸地[(52.2±18.9)μg/(m2·h)]去除地上生物量草地[(32.3±14.7)μg/(m2·h)]完整草地[(27.9±10.6)μg/(m2·h)],三者之间差异达到显著水平(P0.05)。根据三种处理计算出的草地根系和草地地上部分生物量2003—2004年的甲烷通量分别为(23.5±18.3)μg/(m2·h)和(7.4±11.5)μg/(m2·h),二者甲烷通量均为正值说明植物地上部分和草地根系都起到了促进甲烷排放的功能。在2003年、2004年、2005年、2006年RBB生长季平均甲烷通量分别为(-67.7±20.6)μg/(m2·h),(-60.7±18.5)μg/(m2·h),(-58.3±16.3)μg/(m2·h)和(-48.9±22.6)μg/(m2·h),表现为逐年降低的规律,但是IHC处理和RAB处理生长季甲烷平均通量的年季差异不显著,且没有明显的规律。在三年的原位观测期间,三种处理甲烷通量与土壤5cm温度、土壤湿度相关性也达到显著水平(P0.05)。     

皇甫川流域封育植被土壤保持功能及服务价值研究

以皇甫川流域五分地沟试验区为背景,运用相关手段和方法,对其土壤保持功能和服务价值进行了研究.(1)研究区土壤保持量已达到89.45 t/(hm2·a),总的土壤保持效率达到77.09%.按从高到低的排序依次为:草地>灌木林>乔木林>无植被地.(2)每年保持土壤价值为856 779.59元,其中保持土壤养分价值为822 925元,减少土地废弃价值为30 234元,减轻泥沙淤积价值为3 620元.植被类型的贡献顺序为:灌木林>无植被地>草地>乔木林.(3)研究区按单位面积的土壤保持价值量为2 049.71元/hm2,其中保持土壤养分价值为1 968.72元/hm2,减少土地废弃价值为72.23元/hm2,减轻泥沙淤积价值为8.66元/hm2,植被类型的贡献顺序是:灌木林>草地>无植被地>乔木林.     

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。     

5种不同植被下的土壤呼吸特征及其影响因素

土壤呼吸速率是反映陆地生态系统功能的重要指标之一。采用土壤碳通量测量系统LI-8100A 对甘肃省玉门镇饮马农场5种不同植被类型土壤(裸地、葵花、小麦、孜然、茴香)呼吸速率、空气湿度、土壤温度、水分等影响因素的日动态变化规律进行了监测,分析了不同植被类型土壤呼吸速率的日变化特征及与环境因素的相关关系。结果表明,不同植被类型土壤呼吸速率明显不同,5种植被类型土壤呼吸速率的日平均值大小顺序为:茴香[7.710±1.705 μmol/(m2·s) ]＞ 小麦[5.266±0.953 μmol/(m2·s)] ＞ 葵花[5.237±0.568 μmol/(m2·s) ]＞ 孜然[3.504±0.431 μmol/(m2·s)] ＞ 荒地[2.567±0.666 μmol/(m2·s)] 。对于有植被覆盖的地块,土壤呼吸速率的日变化呈现先减小,后逐渐增大,在13:00 — 15:00时达到峰值,随后逐渐减小的趋势,大致呈“S”型曲线;而对于裸地,土壤呼吸速率的日变化呈现先增大后逐渐减小的趋势,大致呈“M”型或倒“V”型。     

伊犁河流域新垦区杨树水保林水分生态效益研究

对伊犁河流域新垦区两种造林密度杨树水保林林地土壤水分渗透速率、土壤含水量、土壤温度、土壤蒸发量、杨树蒸腾速率进行了测定,结果表明:(1)加水初期(0～4 h)内3种测地土壤水分渗透速率排序为2 m×4 m＞1.5 m×2 m＞对照地.(2)加水后土壤含水量以2 m×4 m林地变幅最大(2.09%),其水分增加值分别为对照地和1.5 m×2 m林地的1.47倍和4.18倍.(3)2 m×4 m林地1天中最高地温(23.87℃)出现在16:00,而1.5 m×2 m林地地温在14:00-18:00较高.(4)全天各时段2 m×4 m林地的蒸发量均大于1.5 m×2 m林地,2 m×4 m林地土壤日蒸发总量为2.47 g/(dm2·d),比1.5 m×2 m林地高0.91 g/(dm2·d).(5)1.5 m×2 m林地杨树日蒸腾量为111.47 g/(dm2·h),2 m×4 m林地仅有87.81 g/(dm2·h).     

生态修复模式对淮南矿区重构土壤CO2通量日变化的影响

[目的]探讨淮南矿区不同生态修复模式(植被类型和覆土厚度)对土壤CO_2通量的影响,以期为该区域以及相似矿区的生态修复提供理论依据及参数。[方法]采用静态箱—碱液吸收法对淮南市采煤沉陷生态修复区土壤CO_2通量进行动态测定,分析土壤CO_2通量日变化特征,以及土壤呼吸速率对地表温度、地下5cm土壤温度和土壤含水量的敏感性。[结果]不同生态修复模式下土壤CO_2通量日变化格局均表现为单峰曲线,最高峰出现在14∶00,最低值出现在6∶00,其均值大小依次为:B区(灌木林)C区(灌木林)D区(乔木林)A区(草地),且B,C与A区差异显著(p0.05),其他区之间差异不显著(p0.05)。不同覆土厚度下土壤表层CO_2通量平均值的大小依次为:40—80cm0—20cm20—40cm80—100cm。其最大值和变幅的大小顺序也遵循平均值大小顺序。4种修复模式下土壤CO_2通量与地下5cm土壤温度、地表温度均呈指数方程关系,R2值分别在0.34~0.70,0.48~0.83之间,与土壤含水量呈二次方函数关系,R2值在0.08~0.44之间。[结论]不同植被类型条件下,土壤CO_2通量大小表现为:灌木林乔木林草地;不同覆土厚度条件下,除了覆土40—80cm的样地外,土壤CO_2通量随覆土厚度的增加而减少。植被类型对土壤CO_2通量的影响较覆土厚度显著。     

2001-2015年青藏高原草地碳源/汇时空变化及其与气候因子的关系

净生态系统生产力(NEP)是估算区域植被碳源/汇的重要指标。以青藏高原为研究区,基于光能利用率模型,利用遥感数据、气象数据和基础地理数据测算了2001—2015年草地生态系统净初级生产力(NPP),同时,应用土壤呼吸模型估算了逐月平均土壤呼吸量(Rs),进而估算青藏高原草地净生态系统生产力(NEP)。研究揭示了2001—2015年青藏高原草地生态系统NPP,NEP时空格局及其与气候因子的关系。结果表明:(1)2001—2015年,青藏高原草地生态系统整体表现为碳汇,平均净碳汇总量为1.82×1014 gC/a;(2)2001—2015年青藏高原草地生态系统NEP呈波动增加趋势,年平均值为120.8gC/(m2·a),年平均增长率为0.7gC/(m2·a);(3)研究区草地NPP与温度、降水相关性不显著,NEP与降水、温度均呈负相关。     

草地雀麦对北京山区石灰性褐土水土保持作用的研究

北京山区石灰性褐土草地雀麦播种后第2a,研究了其主要生物学特性对土壤物理性质及坡地水土流失的影响.结果表明,草地雀麦种植1a后,4月份返青,7月份地表覆盖度可达85%以上,8月份植株密度最大,地上、地下生物量为2322.6 kg/hm2和5623.0 kg/hm2,且0-10 cm地下生物量是草地雀麦地下水土保持功能发挥的主要部分.北京地区石灰性褐土土壤侵蚀的主要形式是坡面地表径流流失,降雨与植物生物学特性是坡地土壤侵蚀的主要影响因素,且不同因素作用大小表现为:地表径流量＞降雨量＞降雨强度＞坡度＞植被盖度＞植被高度＞植株密度.草地雀麦种植第2a,可以明显改善石灰性褐土土壤物理性质,减小土壤容重2.4%～9.8%,降低土壤紧实度,提高土壤入渗率,坡地地表年径流损失量与土壤侵蚀模数仅为13.5 mm和105.2 t/(km2·a),保水固土能力达到65.4%和98.1%,水土保持效果显著.     

西北植被净初级生产力时空变化及其驱动因素

利用CASA模型模拟了西北植被净初级生产力(NPP)值,并结合地统计学理论,利用趋势分析及相关性分析研究了西北地区2000—2013年植被NPP时空变化特征,并结合气象数据探究了其对气候变化的响应。结果表明:(1)西北地区植被NPP在研究年限内呈现波动增加趋势,线性增加趋势达到极显著水平(p0.01)。(2)植被NPP分布具有明显的空间异质性,整体呈现由东向西递减的趋势,除新疆外,其余省份也总体上表现为南高北低的分布格局。植被NPP呈现增加趋势的面积占总面积的85.97%,主要集中在陕西北部、宁夏南部、甘肃东部、青海的东部及南部和新疆西部部分地区,呈现减少趋势主要集中在新疆西部;不同植被类型NPP的均值呈现明显的差异,具体表现为:草地[262.16 g C/(m~2·a)]灌丛[66.51 g C/(m~2·a)]农田[45.90 g C/(m~2·a)]森林[14.36 g C/(m~2·a)]。2000—2013年草地、农田及灌丛的NPP均呈现极显著增加趋势(p0.01),而森林NPP的增加趋势不显著(p0.05)。(3)总体上,西北地区植被NPP与气温、降水呈正相关,其对降水响应较为敏感,降水是限制西北地区植被NPP增加的主要因素。     

Soil respiration as affected by vegetation types in a semiarid region of China

There are variations in soil respiration across vegetation types; however, it is unclear which factors are mainly responsible for the variations. A field experiment was conducted in 2008 and 2009 in a semiarid region of China to investigate the daytime and monthly variation of soil respiration across vegetation types and to determine the factors controlling the variation. An automated portable soil carbon dioxide (CO₂) flux measurement system was used to measure the soil respiration in shrubland, grassland, fallow land, and cropland during the growing periods. The results showed that the relative daytime variation amplitude of soil respiration in the fallow land and cropland was as small as that of shrubland and grassland during July, but greater than that of shrubland and grassland during August and October. A hysteresis effect for the relationship between the daytime soil respiration and daytime soil temperature was observed for all four vegetation types. There was also a hysteresis effect for the relationship between the daytime soil respiration and daytime air temperature for the grassland. Over the study period, the monthly soil respiration rates of the fallow land and cropland were statistically comparable and significantly lower than those of the shrubland and grassland, with the exception of August, during which the monthly soil respiration of the cropland was as great as that of shrubland and grassland. The factors responsible for the monthly soil respiration variation across the vegetation types differed from month to month. In general, the soil temperature and soil water content were mainly responsible in August and September; however, the root biomass predominated in July and October. The results are valuable for accurately estimating regional carbon fluxes by considering the temporal variability of the soil respiration variation across vegetation types in the Loess Plateau of China.     

色季拉山4种林型土壤呼吸及其影响因子

土壤碳是森林生态系统最大的碳库,是其森林生态系统碳循环的极其重要组分。森林土壤呼吸时陆地生态系统土壤呼吸的重要组成部分,其动态变化对全球碳平衡有着重要的影响,然而目前对藏东南地区森林土壤呼吸的研究还比较薄弱。为探讨不同林型土壤呼吸差异及其影响因子,采用Li-8100便携式土壤呼吸测定仪,研究了藏东南色季拉山4种原始森林生态系统(高山灌丛AS、方枝柏SS、杜鹃RF、急尖长苞冷杉AGSF)的土壤碳动态。结果表明:(1)藏东南色季拉山寒温带森林土壤呼吸具有明显的日变化和季节变化。在日变化方面,CO2的排放通量存在明显的日变化规律,排放通量在白天16:00左右最高,最低值出现在凌晨6:00左右,一天内土壤呼吸作用均呈单峰型曲线变化。季节变化方面,CO2排放的通量的季节变化趋势表现为6月份随着天气转暖和植被生长土壤呼吸作用逐渐增大,7月份气温最高时土壤呼吸作用也达到最大值随后,9月份气温逐渐下降,土壤呼吸作用也逐渐降低。(2)4种森林类型的土壤呼吸速率在植物生长季内与土壤表层(10 cm)土壤温度均呈不同程度的正相关,而与土壤含水量的相关性较弱。土壤温度是决定藏东南色季拉山土壤呼季节变化的主要因子。该研究为明确森林生态系统土壤呼吸变化规律及其影响因素的控制提供参考,同时对估算地区碳平衡、评估区域碳源汇具有重要意义。     

太行山南麓不同植被类型土壤呼吸特征及其温度敏感性

[目的]探讨不同植被类型土壤呼吸特征及其温度敏感性,为陆地生态系统碳循环研究提供理论支持.[方法]以太行山南麓裸地、草地、灌丛、林地为研究对象,采用长期定位观测和室内化验分析相结合的方法,研究不同季节土壤水热因素、呼吸特征及其温度敏感性.[结果]不同植被类型的土壤温度变化较大,均表现为1月初最低,8月下旬最高,8月以后...     

Spatial changes of soil fungal and bacterial biomass from a sub-alpine coniferous forest to grassland in a humid, sub-tropical region

 Fungal and bacterial biomass were determined across a gradient from a forest to grassland in a sub-alpine region in central Taiwan. The respiration-inhibition and ergosterol methods for the evaluation of the microbial biomass were compared. Soil fungal and bacterial biomass both significantly decreased (P<0.05) with the shift of vegetation from forest to grassland. Fungal and bacterial respiration rates (evolved CO₂) were, respectively, 89.1 μl CO₂ g^–1 soil h^–1 and 55.1 μl CO₂ g^–1 soil h^–1 in the forest and 36.7 μl CO₂ g^–1 soil h^–1 and 35.7 μl CO₂ g^–1 soil h^–1 in the grassland surface soils (0–10 cm). The fungal ergosterol content in the surface soil decreased from the forest zone (108 μg g^–1) to the grassland zone (15.9 μg g^–1). A good correlation (R ²=0.90) was exhibited between the soil fungal ergosterol content and soil fungal CO₂ production (respiration) for all sampling sites. For the forest and grassland soil profiles, microbial biomass (respiration and ergosterol) declined dramatically with depth, ten- to 100-fold from the surface organic horizon to the deepest mineral horizon. With respect to fungal to bacterial ratios for the surface soil (0–10 cm), the forest zone had a significantly (P<0.05) higher ratio (1.65) than the grassland zone (1.05). However, there was no fungal to bacterial ratio trend from the surface horizon to the deeper mineral horizons of the soil profiles. Received: 30 March 2000     

不同植被类型高山草甸土呼吸作用的研究

通过对四种植被类型的高山草甸土CO₂释放量的测定,可以看出:土壤呼吸作用强度因植被类型的不同而有区别,其中以金露梅灌丛土壤的呼吸作用为最高,杂类草草甸土壤的呼吸作用为低,呼吸作用有明显的昼夜变化,白天高于夜间,并以表层土为高,随土壤深度的加深而递减.四种植被的土壤呼吸作用与土壤微生物的数量和生化活性、土壤酶活性等均有不同程度的相关性;呼吸作用与土壤中的全氮、pH、代换量、有机质、速效钾和水解氮均有显著的相关性,与全钾和氮碳比相关性不显著.     

The microbial biomass and its activity and structure in the soils of old forests in the European Russia

The humus-accumulative layer of soils (podzolic, gray, rzhavozem, burozem, and karbolitozem) of old-age forests (>60–450 years old) localized in various vegetation subzones (middle-taiga, southern taiga, subtaiga, dark coniferous forests outside the boreal region, and mountain forests) of the European part of Russia (22 sites of soil sampling of them, 13 in nature reserves and specially protected territories) was studied. The carbon content of the microbial biomass (C_mic) in the soil was determined by the substrate-induced respiration method. The fungal to bacterial ratio was determined by the selective inhibition technique with antibiotics. The basal respiration (BR) was also measured. The BR/C_mic = qCO₂ ratio and the portion of C_mic in the total organic soil carbon was determined. It was shown that the C_mic and BR in the soils of a separate vegetation subzone varied significantly; however, their values increased from the middle-taiga to dark coniferous subzone and decreased in the mountain-forest zone (348 ± 44, 670 ± 66, 1000 ± 86, 1142 ± 49, 789 ± 79 μkg C/g soil and from 0.68 ± 0.23, 1.85 ± 0.10, 2.13 ± 0.15, 1.56 ± 0.14, 0.92 ± 0.07 μkg CO₂-C/soil h, respectively). The fungal component in the humus-accumulative layer of soils is 53–99% of the total Cmic; however, its absolute values increase from the middle subzone to the southern one. The Cmic pool and the total BR in the profile of some soils (mineral horizons and forest litter) were calculated.     

黄土高原丘陵区人工灌草生态系统水土保持功能评估

人工灌草复合植被是黄土高原植被恢复与重建的主要植被类型,在该区域水土保持中发挥着重要的作用。以定西市安定区为例,基于InVEST模型对该区人工灌草生态系统的水土保持功能进行定量化评估,以期为黄土高原丘陵区生态恢复与水土资源的可持续利用提供决策支撑。评估结果为:(1)人工灌草地单位面积的水源涵养量为369.25 m~3/hm~2,是草地的90.5%、林地的134%和耕地的110%;该区的水源涵养总量为3 970.99×10~4 m~3,人工灌草地水源涵养量占该区总水源涵养量的29.9%。(2)人工灌草地单位面积的N保持量为2.4 kg/hm~2,净化率为72.21%,P保持量为0.12 kg/hm~2,净化率为71.07%。(3)人工灌草地单位面积的土壤保持量为308.76 t/hm~2,比草地、林地和耕地分别高1.88,1.44,6.01倍,该区的土壤保持总量为3 310.21×10~4 t,人工灌草地土壤保持量占总土壤保持量的54.82%。结果表明,人工灌草地的水源涵养能力仅次于草地,高于其他土地利用类型,但土壤保持能力是6种土地类型中最强的,具有较好的水土保持功能,是黄土高原丘陵区适宜的植被类型和土地利用方式。     

南水北调中线工程总干渠沿线立地条件分析与植被模式配置

在对南水北调中线工程总干渠沿线土壤类型、地质地貌以及植被特征等进行综合调查与评价的基础上,采用主导因子法,将总干渠沿线立地划分为4级(2个立地区域,4个立地区,7个立地亚区和11个立地类型)。在此基础上,结合总干渠沿线生态防护林建设的目的和所要体现的主要功能,选出47种具有不同用途的乔灌植物,建立了针阔乔灌、双阔乔灌和针乔灌3种系列27种防护林空间配置模式;选出具有多种功能的护坡灌草植物38种,建立了单一草地(草坪)、混合草地(草坪)、矮生灌木系列、草灌系列、缀花草坪5种系列41种植物护坡模式,并将不同植被配置模式分别落实到不同典型地段上。     

4种典型荒漠草原植物群落土壤呼吸对封育禁牧的响应

采用动态密闭气室分析法,分别研究了放牧与围封条件下赖草群落、沙蒿群落、甘草群落、冰草群落4种典型荒漠草原植物群落土壤呼吸及其与温度因子的关系,揭示了4种典型荒漠草原植物群落土壤呼吸对封育禁牧的响应过程。结果表明,放牧与围封样地的土壤呼吸速率日动态均呈现出不对称的单峰型曲线,高峰值一般出现在14:00—16:00。围封样地土壤呼吸速率值大于放牧样地,但各监测时刻差异显著性不尽相同。放牧与围封样地各植物群落中较深层土温(10,15cm)和土壤呼吸速率的相关性普遍高于浅层土温(5cm)、深层土温(20cm)和气温,其中15cm土层温度与土壤呼吸速率相关性最高。除沙蒿群落外,其他3种植物群落放牧样地Q10值均显著低于围封样地,Q10值大小依次均为:沙蒿群落>赖草群落>甘草群落>冰草群落,其中沙蒿群落Q10值远高于其他3个群落。     

黄河三角洲滩地不同植被类型的土壤贮水功能

以滩涂裸地为对照,对黄河三角洲滩地乔木林、灌木林、草地及农田等4种植被类型改良土壤的盐碱程度、容重和孔隙度状况、土壤入渗性能及蓄水能力进行对比研究.结果表明:不同植被类型均具有一定的压碱抑盐效应.且表土层盐碱含量多低于20-40 cm土层;同时降低土壤容重,增加土壤孔隙度的效应显著,并且对土壤表层的改良效果好于20-40 cm土层.不同植被类型均能改善土壤入渗性能.渗透性能由强到弱表现为乔木林>灌木林>农田>草地,其平均渗透速率分别是滩涂裸地的4.9,3.7,2.9,1.9倍.不同植被类型的土壤饱和蓄水量、毛管蓄水量、非毛管蓄水量均表现为乔木林>灌木林>草地>农田,其饱和蓄水量分别比滩涂裸地高18.3%,11.8%,3.7%和3.5%;土壤涵蓄降水量和有效涵蓄量大小均表现为乔木林>草地>灌木林>农田,且0-20 cm土层的贮水性能均好于20-40 cm.