华北南部低丘山地刺槐林地非主要生长季土壤微生物的呼吸特征

采用树木环割法,于2009-11—2010-03,利用Li-8100土壤呼吸自动观测系统,观测研究了位于河南省济源市的华北山区南部低丘山地40a生刺槐林土壤微生物呼吸速率（Rh）的时间变化特征及其与土壤温度和湿度的关系。结果表明：（1）在非主要生长季,Rh日变化不明显,但呈现出明显的日际变化特征;Rh平均值为0.426μmol.m-2.s-1。（2）林地5cm深处土壤温度与Rh之间存在显著的指数相关关系（P〈0.01）,且Rh随5cm深处土壤温度的升高而增大,表示二者关系的参数Q10值是1.86,说明非主要生长季Rh对温度的变化十分敏感;Rh与土壤含水量呈显著的线性相关关系（P〈0.01）,且Rh与5cm深处的土壤温度和土壤体积含水量均有很好的复相关关系（P〈0.01）。比较偏相关系数表明,影响Rh的主要土壤物理因子是土壤水分。     

陆地生态系统土壤呼吸研究进展

对陆地生态系统土壤呼吸的研究进展进行了简要总结分析了影响土壤呼吸时空变化的主要因素及与土壤呼吸的关系,提出了土壤呼吸的研究趋势以及进一步的研究方向。     

冬小麦-夏玉米一体化垄作覆盖下农田土壤呼吸变化研究

农田土壤呼吸释放CO2过程加强是导致全球气候变暖的重要途径。通过大田原位实验,研究了雨养条件下垄作覆盖保护性耕作技术条件对土壤呼吸季节性和作物生育后期日变化的影响。结果表明,冬小麦从越冬期到灌浆期,不同处理的土壤呼吸值均以垄作覆盖值最高,平作覆盖次之,平作的值最小,平作处理与其他处理间均达到极显著差异。灌浆期各处理土壤呼吸值达到最大,分别为4．95、4．69、4．4、2．61μmol·m^-2·s^-1;成熟期各处理间大小顺序依次为：平作覆盖处理〉垄作覆盖处理〉垄作处理〉平作处理,平作覆盖与垄作覆盖分别与其他两个处理间达到极显著差异。玉米不同生育时期垄作覆盖处理土壤呼吸值均高于其他处理,平作处理的值最低,不同生育时期垄作覆盖与平作均达到极显著差异,不同处理在夏玉米抽雄期土壤呼吸值最高,成熟期最低。从冬小麦和夏玉米生长后期土壤温度（X）与土壤呼吸强度（Y）日变化看,两者呈显著线形关系,其直线回归方程分别为：Y=0．1704X-0．6372（R^2=0．882＊＊）,Y=0．1039X＋1．2073（R^2=0．8802^＊＊）。显然,同传统的种植模式相比,雨养条件下垄作秸秆覆盖保护性耕作技术模式增大了向大气环境释放CO2温室气体的数量。     

磺胺间甲氧嘧啶在玉米根-土界面毒性研究

通过根际袋土培试验,研究了磺胺间甲氧嘧啶（SMM）对玉米根际与非根际土壤酶活性和土壤呼吸强度的影响。结果表明,无论是否有根系作用,过氧化氢酶对磺胺间甲氧嘧啶胁迫的反应均不敏感。但在高浓度磺胺间甲氧嘧啶（50 mg.kg-1）作用下,试验初期对脲酶有明显的抑制作用,而在试验后期则表现出一定的促进作用,且在SMM胁迫下根际效应表现得更为明显。SMM胁迫下对根际与非根际土壤呼吸均有抑制作用,随浓度的增大,抑制作用越明显。且由于玉米根际作用,一定程度上缓解了SMM污染对根际微生物的毒害。一般情况下,根际土壤脲酶和过氧化氢酶活性及土壤呼吸强度均要大于非根际土壤,根际效应明显。     

小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。     

覆膜抑制土壤呼吸提高旱作春玉米产量

为从农田碳通量角度揭示地膜覆盖种植方式的增产增效机理,于2011年在山西寿阳旱作农业野外试验站对覆膜和露地春玉米田,进行了表层土壤温湿度、土壤呼吸和净碳交换规律及作物生长发育规律的研究和分析。结果表明:与露地处理相比较,覆膜处理全生育期表层土壤含水率提高了18.7%,前期可平均提高表层土壤温度1.67℃。覆膜和露地处理土壤呼吸变化规律总体一致,但前者的温度敏感系数Q10比后者低,且中后期前者排放的碳仅为后者的61.7%,说明采用覆盖地膜种植方式有利于农田土壤碳管理。前期和中期覆膜处理绿叶面积指数比露地处理平均高0.81 m2/m2,后期覆膜处理衰老较快,收获时比露地处理低1.00 m2/m2;露地处理在前期和中期日均净碳通量平均比覆膜处理大0.04 mg/(m2·s),而后期仅小0.02 mg/(m2·s),这是造成2处理最终生物产量和经济产量差异的根本原因。在地上干物质积累和地下干物质积累方面,覆膜处理始终比露地处理高,收获时差值分别为269.7和38.6 g/m2。露地处理每公顷少收春玉米籽粒1 348 kg。由此可见,覆膜种植可提高表层土壤温湿度,促进作物生长发育,抑制土壤呼吸,促进碳积累,增加农民收入的同时更有利于土壤碳管理。     

土壤改良剂对冷浸田土壤特性和水稻群体质量的影响

以南方典型冷浸田为研究对象, 在明沟排水的基础上, 通过田间定位试验, 以不施土壤改良剂为对照, 研究了施用不同土壤改良剂(自研的脱硫灰改良剂、生物活性炭, 市售的土壤改良剂石灰、硅钙肥、腐植酸)对冷浸田氧化还原电位、土壤呼吸强度、土壤微生物数量、水稻群体构建及产量构成因素的影响。结果表明, 施用改良剂能够改善土壤理化性状, 提升土壤速效养分和pH,但除脱硫灰处理外, 其他改良剂处理对土壤Eh未产生显著影响。施用不同土壤改良剂在水稻各生育期均能有效增强土壤微生物呼吸强度和放线菌数量, 并且放线菌数量达到差异性显著水平(P<0.05), 生物活性炭处理下土壤呼吸强度和放线菌数量分别较对照增加67.6%和127.6%。各土壤改良剂处理与CK相比较均有助于提高叶片SPAD、茎蘖数、水稻干物质积累量、成穗数、穗粒数、产量结实率和根系伤流速率。其中以脱硫灰和生物活性炭处理改良效果最佳, 抽穗后29 d时,根系伤流速率较CK分别提高45.4%和39.1%, 叶片SPAD分别增加27.4%和22.5%; 成熟期水稻成穗数较对照提高12.1%和10.7%,干物质积累量增加68.8%和50.5%,产量分别增加12.8%和10.3%。综上所述, 土壤改良剂可有效改善冷浸田土壤特性及水稻群体质量, 脱硫灰和生物活性炭处理的改良效果最明显, 增产幅度最大。     

不同措施对滨海盐渍土壤呼吸、电导率和有机碳的影响

在苏北滩涂围垦区的轻度和中度盐渍土上,通过田间试验,研究了不同农田管理措施(传统耕作、施用有机肥、氮肥增施、秸秆还田和免耕)对土壤盐分、呼吸和有机碳等的影响。结果表明,0~40cm土层平均电导率在玉米种植季明显升高,小麦种植季出现小幅降低,轻度盐渍土的电导率为4.57~8.20 d S m~(~(-1)) ,中度盐渍土为4.89~10.13 d S m~(~(-1)) ,处理之间秸秆还田最低,免耕最高,秸秆还田和施用有机肥有效减少了土壤盐分含量。与中度盐渍土相比,轻度盐渍土的呼吸强度较高,在夏玉米和冬小麦种植季节分别高约16%和18%。有机肥、氮肥增施、秸秆还田处理的土壤呼吸均高于对照,而免耕较低。两组试验的土壤有机碳和微生物生物量碳均有缓慢增加,其中施用有机肥和秸秆还田可以大幅提高其含量。轻度盐渍土壤代谢熵高于中度盐渍土,总体上对照最高,免耕最低。     

西双版纳热带季雨林土壤呼吸变化规律及其影响因素

为了探寻西双版纳热带季雨林土壤呼吸变化规律及其影响因素,分别于2014年不同季节测定了土壤呼吸强度及相关环境因子,同时取相应点表土(0—10cm)测定土壤养分,利用指数模型和线性模型分析土壤呼吸与土壤温度和湿度的关系。结果表明:热带季雨林大气温度的日变化趋势均为单峰曲线;落叶季雨林和半常绿季雨林大气湿度日变化均呈"V"字形变化趋势;0—10cm土壤温度与大气温度变化趋势相一致,在14:00左右达到峰值;土壤湿度均呈"V"字形变化趋势,在14:00达到最低,此后有所回升,局部有所波动。在时间尺度上,2种热带季雨林土壤呼吸均表现为单峰型,且峰值出现的时间基本一致,在14:00左右达到最大,最低值出现在早上6:00,相同时间常绿季雨林土壤呼吸速率高于落叶季雨林。2种热带季雨林土壤呼吸季节性差异显著(p0.05),呈先增加后降低的趋势,均表现为秋季夏季冬季春季。2种热带季雨林土壤呼吸与土壤温度之间关系以指数方程拟合最好,土壤温度可以解释土壤呼吸强度的53.7%~71.0%;落叶季雨林土壤呼吸与土壤湿度之间关系以线性方程拟合最好,常绿季雨林土壤呼吸与土壤湿度之间关系以指数方程拟合最好,土壤湿度可以解释土壤呼吸强度的52.1%~62.3%。通过偏相关分析可知,西双版纳热带季雨林土壤呼吸均与有机质和土壤速效养分含量呈极显著的相关关系(p0.01),与土壤全氮含量呈显著的相关关系(p0.05),而与全磷含量并没有显著的相关性(p0.05),其中常绿季雨林的相关系数均高于落叶季雨林。     

葡萄果实转色过程中线粒体呼吸代谢变化

为明确线粒体呼吸代谢与果实成熟期间颜色形成的关系,本试验探究了3种葡萄果实(夏黑、巨峰和金手指)成熟期间颜色、总花色苷含量、呼吸强度、内源乙烯产生和线粒体呼吸代谢的变化规律。结果表明,夏黑和巨峰葡萄果实的果皮颜色指数(CIRG)值和总花色苷含量随着果实成熟呈上升趋势,而金手指葡萄果实CIRG值在整个成熟期间变化不显著;葡萄果实成熟期间呼吸强度和内源乙烯均呈先上升后下降趋势,在花后63d达到峰值。同时,葡萄果实成熟期间,线粒体膜通透性转换孔(MPTP)逐渐增加,线粒体膜流动性(MMF)持续下降;线粒体琥珀酸脱氢酶(SDH)活性随着成熟进程逐渐下降,而细胞色素氧化酶(CCO)活性在花后63d开始上升。表明盛花63d之后是果实色泽快速形成阶段,可能为葡萄果实色泽形成的关键时期。线粒体呼吸代谢增强促进了果实成熟期间呼吸强度增加和内源乙烯释放,从而使夏黑和巨峰果实中花色苷大量积累,加快了金手指葡萄果实叶绿素的降解和类胡萝素的合成。本研究结果为调控南方葡萄果实着色提供了理论依据。