长期施肥对华北平原农田土壤呼吸及碳平衡的影响

在具有21年历史的长期定位试验地,研究了土壤温度变化、不同施肥处理对土壤释放CO2及小麦(Triticum aestivumL.)、玉米(Zea mays L.)吸收CO2的影响,进而明确在华北平原小麦-玉米轮作制的农田生态系统中碳素平衡问题.研究表明:土壤释放CO2的量与土壤温度呈明显的正相关,相关系数分别达到r=0.717**(5 cm地温)和r=0.764**(10 cm地温).进一步研究表明:在小麦生育期,施氮、磷各处理土壤释放CO2的数量随气温而增加,氮、磷肥配合的各处理与对照和单施氮、磷肥处理之间有显著的差异(P<0.05);但是2个处理组合(氮、磷肥配合、单施氮、磷肥)之内各处理之间差异不显著.土壤温度在10～20℃之间单施氮、磷肥无助于改变土壤释放CO2的量,而氮、磷肥配合施用可以明显地增加土壤释放CO2的量.不施肥与单施氮、磷肥处理麦田土壤呼吸释放的CO2量大于小麦固定的CO2量,向大气净排放的CO2量达0.83～3.73 t hm-2,而氮、磷肥配合处理的麦田从大气中净吸收的CO2量达7.89～12.49 t hm-2.在玉米生育期,土壤释放CO2的量在7月中旬达到最高值(12.40～22.52 g·m-2·d-1),9月中旬降到最低(6.19～8.20 g·m-2·d-1).施用N 540 kg·hm-2·a-1,P2O5 135kg·hm-2·a-1的处理(N2P2)释放的CO2量与施用N 270 kg·hm-2·a-1的处理(N1)之间差异不显著.与其它各处理之间差异显著(P<0.05),表明在玉米生育期长期施用高量氮、磷肥明显地影响到土壤释放CO2的量.玉米不但可以吸收土壤释放的CO2,还要从大气中吸收大量CO2,即在玉米生育期的农田生态系统可以降低大气中CO2的含量.总之,在华北平原小麦一玉米轮作制的农田生态系统土壤呼吸不会增加大气中CO2的含量,相反则有可能减少其含量.     

岩溶表层带土壤温度和含水率对呼吸作用的影响

全球环境变化对岩溶区的碳循环产生重要的影响,而土壤呼吸作用在全球环境变化的影响和反馈的过程中具有十分重要的作用。因此,以岩溶区的岩溶表层带为研究对象,研究了土壤呼吸作用与土壤温度和大气降水量之间的响应机理和内在联系。研究结果表明：岩溶表层带的土壤呼吸作用具有单峰型的季节性变化特征。洼地0~5、10~20 cm 的土壤呼吸速率在范围变化分别为82.58 mg· m-2· h-1至412.89、151.39 mg· m-2· h-1至523 mg· m-2· h-1,最大值出现在8月中旬。坡地0~5、10~20 cm的土壤呼吸速率在范围变化55.05 mg· m-2· h-1至412.89、137.63 mg· m-2· h-1至495.47 mg· m-2· h-1,最大值出现也在8月中旬。洼地的土壤呼吸作用相对强于坡地,主要是由于坡地土壤相对洼地土壤较薄并且容易被降水冲刷搬运。在大气降水量不成为限制土壤呼吸作用的因子下,土壤温度为主要控制土壤呼吸作用的因子。因此,该研究可为控制土壤呼吸作用缓和大气CO2的升高和温室效应应对策略,为国家固碳减排的科学决策提供理论依据。     

大气CO2体积分数升高环境温度与土壤水分对农田土壤呼吸的影响

植物-土壤生态系统土壤呼吸与温度、水分环境因子的关系对评价目前大气CO2浓度持续升高背景下陆地生态系统土壤碳库的变化趋势具有重要意义.依托FACE(free air carbon dioxide enrichment)技术平台,利用阻断根法,采用LI-6400红外气体分析仪(IRGA)-田间原位测定的方法,研究了大气CO2体积分数升高对稻(Oryza sativa L.)/麦(Triticum aestivum L.)轮作制中麦田的土壤呼吸、基础土壤呼吸和呼吸主要影响因子,分析了大气CO2体积分数升高后温度与水分对土壤呼吸的影响.结果表明,在整个测定期间,土壤呼吸与基础土壤呼吸速率呈明显的季节变化,与气温和土壤温度季节变化趋势基本一致,呼吸速率与温度具有显著的相关性,是影响土壤呼吸的控制性因素;呼吸速率与土壤含水量无显著的相关性,土壤水分是研究区麦田土壤CO2排放的非限制性因素,且温度与土壤含水量间的交互效应对土壤呼吸的影响不显著.基础土壤呼吸比作物下的土壤呼吸更易受温度影响,土壤温度比气温能更好地解释土壤CO2排放的季节性变化.而CO2体积分数增加降低了温度与呼吸速率间的相关系数和Q10,表明温度对土壤CO2排放的影响程度下降.但高CO2体积分数环境中植物-土壤生态系统的土壤呼吸对温度增加敏感性的降低,有利于减缓土壤碳分解损失的速度.结果有助于评价未来高CO2体积分数气候变暖背景下植物-土壤系统下的农田生态系统土壤碳的固定潜力.     

温度和水分对羊草草原土壤呼吸温度敏感性的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对内蒙古锡林河流域羊草(Leymus chinensis)草原土壤呼吸进行测定,研究了温度和水分条件对土壤呼吸温度敏感性系数Q_(10)值的影响.结果表明羊草草原土壤呼吸与5cm地温具有很好的指数关系(r~2=0.338～0.858,P<0.001～0.08),Q_(10)介于1.15～2.25之间,均值为1.72.Q_(10)值与5 cm地温呈负相关关系(r~2=0.407),而与0～10 cm土壤水分含量呈显著的二次函数关系(r~2=0.872,P<0.05).在较低含水量时Q_(10)值随着水分含量的上升而增大,当土壤水分含量较高时转而减小.以往大多数研究认为Q_(10)值与土壤水分含量呈正相关关系,这可能是土壤水分跨度不足造成的,极端的水分条件对Q_(10)值具有重要影响.     

土壤温度和湿度对鲁东南杨树人工林土壤呼吸的协同影响

利用GXH．3051红外C02气体分析仪结合自制密闭箱对鲁东南中龄杨树人工林（MAP）和成熟杨树人工林（MP）土壤呼吸、自养呼吸和异氧呼吸进行了为期2a的定位研究,分析土壤温度和湿度与土壤呼吸的关系及动态变化,探讨土壤温度和湿度对土壤呼吸的协同影响。结果表明,（1）MAP和MP土壤呼吸具明显的季节特征,均呈单峰变化,7月达到高峰,分别为4．43和3．55μm01·m-2．s-1,1月处于低谷,分别为0．72和0．54tmaol·m-2．S-1。（2）土壤温度与土壤呼吸的关系可用指数模型R=ae加’进行拟合,土壤湿度与土壤呼吸的关系可用线性模型R=aW＋b进行拟合。（3）土壤温度和湿度与土壤呼吸的综合关系可用非线性模型R=aebrWc较好地拟合,共同解释了MAP和MP不同年份土壤呼吸、自养呼吸和异氧呼吸的83．3％－85．1％、71％－79．2％、58．6％－76．5％和82．4％－88．3％、68．9％－78．2％、50．2％－78．2％,双因素模型明显优于仅考虑土壤温度或土壤湿度的单因素模型,表明鲁东南杨树人工林土壤呼吸主要受土壤温度和土壤湿度的协同影响。     

土壤温湿度对北京大兴杨树人工林土壤呼吸的影响

采用Li-cor-8150土壤呼吸测定系统,对北京大兴杨树人工林(欧美107,Populus×euramericana cv."74/76")土壤CO_2释放通量、土壤温度和水分进行了为期1年(2007)的定位连续观测,系统研究土壤温度(T_S)和土壤含水量(w)对土壤呼吸速率(R_s)的影响.结果表明:(1)土壤呼吸速率日变化呈单峰曲线,具有明显的白天高,夜间低的规律.非生长季土壤呼吸速率较低,自5月份土壤呼吸速率上升,8月份达到最大值.(2)土壤温度是影响土壤呼吸速率的主要因素,用指数模型解释全年过程中土壤温度对土壤呼吸速率变化的能力为69%.在低温段(<0℃)土壤呼吸速率随土壤温度升高而下降,而在土壤温度>0℃条件下土壤呼吸速率与土壤温度表现为正相关.土壤呼吸速率随土壤含水量上升表现出先升高后降低的趋势,三次方程模拟表明土壤水分的贡献率为33%,而当土壤含水量低于9.5%时,土壤水分的贡献率上升到51%.(3)土壤温、湿度共同作用于土壤呼吸,在不同含水量区间土壤呼吸对土壤温度的响应程度不同:在4%～10%土壤含水量范围内.土壤温度与土壤呼吸的指数模型的R~2达到0.86,而在土壤水分较高或较低时,其相关系数仅为0.6.土壤温度是影响土壤呼吸速率变化的主导因素,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,土壤含水量的影响作用相对加强.土壤呼吸的温度敏感性受土壤温度区间和水分区间的综合影响,用指数模型模拟土壤温湿度对土壤呼吸的影响不能很好的模拟土壤湿度的作用,所以单一模型并不是描述土壤温湿度对土壤呼吸的共同影响的最优模型,而多种模型复合的数学模型有待进一步研究.     

中亚热带森林土壤呼吸日变化及其与土壤温湿度的关系

森林土壤呼吸是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。目前对中亚热带森林土壤呼吸的研究还比较薄弱。本次研究采用Li-8100采集土壤呼吸速率,同时测定土壤0-10 cm土壤含水量和15 cm处的土壤温度。通过分析所测数据研究井冈山国家级自然保护区中亚热带森林生态系统主要森林类型生长季土壤呼吸速率的日变化特征,并分析土壤温湿度与土壤呼吸的相关关系。结果表明,①各个森林类型的土壤呼吸作用在白天比较活跃,夜晚波动很小。峰值一般出现在10：00到14：00之间。日土壤呼吸强度曲线基本遵循倒U型。②阔叶林（优势种：甜槠Castanopsis eyrei（Champ.）Tutch）、针叶林（优势种：台湾松Pinus taiwanensis）、混交林（优势种：银木荷Schima argenteaPritz.和杉木Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook）和竹林（优势种：毛竹Phyllostachys heterocycla cv.Pubescens）的土壤呼吸范围依次为：2.1~5.3、2.19~4.02、1.27~4.23、1.8~6.35μmol·m-2·s-1。混交林的平均土壤呼吸值远小于其他三种林,但其土壤温度相对较低,土壤温湿度的浮动范围较小。竹林和阔叶林虽然土壤呼吸均值较高,但其浮动范围较大,受环境影响较大,土壤温湿度变化较低。③用Excel和Sigmaplot软件统计分析4种林型的土壤呼吸数据,研究结果表明,阔叶林土壤呼吸和土壤温度相关性不显著;针叶林林型土壤体积含水量为25.02%是影响土壤呼吸速率的分界点;混交林林型土壤呼吸和温度存在倒U关系,会随着土壤体积含水量升高而降低;竹林的土壤呼吸速率也随着土壤体积含水量的增加而降低。总而言之,可能由于降雨量过大造成土壤孔隙度变小,进而影响了土壤呼吸作用的活跃度导致各个森林类型的土壤呼吸作用与土壤温湿度的相关性不大。     

Toxic effect assessment of aminotetrazoles and high-energetic azotetrazole salts on soil microbial respiration

The influence of energetic heterocyclic high-nitrogen salts on microbial activity in soil enrichment was investigated. 5-Aminotetrazole, a sodium salt of 5-aminotetrazole, ammonium azotetrazolate, sodium azotetrazolate, guanidinium azotetrazolate, triaminoguanidine azotetrazolate and triaminoguanidine hydrochloride were examined. Respiration tests determined the amount and rate of production of CO₂, H₂ and H₂S from microbial activity. Aminotetrazoles, triaminoguanidine azotetrazolate and triaminoguanidine hydrochloride substantially reduced the amount and rate of microbial CO₂ production. The total amount of CO₂ produced in the soil enrichments was affected by the cation from the azotetrazole salt, whereas the azotetrazolate anion did not seem to inhibit microbial CO₂ production. In contrast, all applied compounds stopped the production of H₂S completely and modified the rate of H₂ production in the cultures compared with the control. The influence of ammonium azotetrazolate and sodium azotetrazolate on the activity of isolated sulfate-reducing bacteria was also determined. The compounds did not have bactericidal activity towards sulfate-reducing bacteria, but the compounds decreased the amount of H₂S produced or slowed the growth of these bacteria in comparison with the control.     

Modeling and coupling of soil respiration and soil water content in fenced Leymus chinensis steppe,Inner Mongolia

Soil respiration was measured with the enclosed chamber method during 2 years in fenced Leymus chinensis steppe, Inner Mongolia, China. Soil water content at 0–10 cm depth was a major limited factor of soil respiration in semi-arid grassland, accounting for 76.4% of the variation. The temperature-dependent exponential function could only explain 38.7% of the variation in soil respiration. With 246 data over the entire experimental period, multiple linear stepwise regressions of soil respiration rate were analyzed with the influencing factors, including soil water content at 0–10 cm depth, air temperature, air pressure, air humidity, total radiation and their interactions. With soil water content at 0–10 cm depth (W) and air temperature (T_h) as combined factors, the twice linear regression (F = 1.68WT_h − 109.09) was simple and its coefficients were significant, accounting for 83.1% of the variation in soil respiration. Due to the lack of long-term and continuous soil water content, a water sub-model based on precipitation and evapotranspiration was introduced, which could provide better fits with the measured values (R² = 0.813). The magnitudes of soil respiration calculated from the twice linear regression equation and water sub-model were 439.58 and 463.06 g CO₂ m⁻² in 2001 (19 June–23 September) and in 2002 (1 June–24 September), respectively. The mean hourly soil respiration rates were in the range of the previous studies in the adjacent region and the world's major temperate grasslands.     

黄潮土的土壤水渗漏及硝态氮淋溶研究

在黄淮海平原 1hm2 小麦 -玉米轮作田块上 ,利用水量平衡模型对黄潮土的土壤水渗漏和硝态氮淋溶状况进行了定量研究。结果表明 ,黄潮土的土壤水渗漏和硝态氮淋溶状况非常严重 ,全耕作年土壤水渗漏量达到2 73 .9mm ,为灌溉水量的 60 .6% ;硝态氮淋溶达到 81.8kg·hm-2 ,为氮输入总量的 15 .7%。     

Effects of temperature on photosynthesis and respiration in hermatypic corals

Photosynthesis and respiration rates of the reef corals Pocillopora damicornis (Linn.), Montipora verrucosa (Lamarck), Porites compressa Dana and Fungia scutaria Lamarck were measured under controlled temperatures. Results indicate that coral metabolism is closely adapted to ambient temperature conditions. Tropical corals measured at Enewetak, Marshall Islands, showed greater primary production compared to maintenance requirements at elevated temperatures than did subtropical varieties of the same species in Hawaii. Photosynthesis: respiration (P:R) ratios were significantly and negatively related with temperature between 18° and 31°C for all Hawaiian corals, whereas at Enewetak this ratio generally showed a curvilinear relationship for this temperature range. Extrapolations of P:R regressions on temperatures to a value of 2.0 (estimated as a minimum required for long-term functional autotrophy) coincide for Hawaiian specimens with published upper lethal temperatures. Extrapolation of P:R regressions for Enewetak specimens at temperatures above 25°C suggests lethal temperatures for these corals to be 2 to 5 C° higher than for Hawaiian corals, in good agreement with recent experimental findings. Interspecific differences in P:R temperature regressions for Hawaiian corals correlating with upper lethal temperature tolerances are described.Contribution No. 505 of the Hawaii Institute of Marine Biology.