黄土丘陵区退耕草地土壤呼吸及其组分对氮磷添加的响应

为探究不同氮磷添加水平对黄土丘陵区退耕草地土壤呼吸及其组分的影响,于2018年5～9月采用田间试验的方法,设置3个施氮(以N计)主区[0、50和100 kg·(hm~2·a)~(-1)]和3个施磷(以P_2O_5计)副区[0、40和80 kg·(hm~2·a)~(-1)].测定每月各处理下土壤总呼吸和异养呼吸速率,以及土壤温度和土壤含水量.结果表明,氮磷添加对土壤温度和土壤水分的影响均不显著(P 0. 05).土壤呼吸速率具明显月份变化特征,在7月达到峰值.未施肥处理的月平均土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸分别为0. 69、0. 39和0. 29 g·(m~2·h)~(-1).未施氮条件下,施磷对土壤呼吸及其组分无显著影响(P 0. 05).施氮条件下,磷添加显著提高土壤呼吸及其组分的呼吸速率(P 0. 05),氮磷配施后月平均土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸最大值分别为0. 93、0. 50和0. 47 g·(m~2·h)~(-1).未施肥的土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸的Q_(10)值分别为1. 86、2. 36和2. 24;氮磷添加降低了土壤呼吸及其组分的Q_(10)值.总体上,氮磷添加对黄土丘陵区退耕草地土壤呼吸及其组分的影响与施氮磷量有关.     

短期氮磷添加对祁连山亚高山草地土壤呼吸组分的影响

为探究短期氮磷添加对祁连山亚高山草地土壤呼吸及其组分的影响,于2019年6~8月采用随机区组设计,设置氮添加［10 g ·（m² ·a）^-1,N］、磷添加［5 g ·（m² ·a）^-1,P］、氮磷混施［10 g ·（m² ·a）^-1N、5 g ·（m² ·a）^-1P,NP］、对照（CK）和完全对照（CK''）这5个处理,测定了土壤总呼吸速率及其组分.结果表明,氮添加对土壤总呼吸和异养呼吸的降低速率均低于磷添加［-16.71% vs.（相对照,下同）-19.20%;-4.41% vs.-13.05%］,但对自养呼吸的降低速率高于磷添加（-25.03% vs.-23.36%）,而氮磷混施则对土壤总呼吸速率无显著影响.土壤总呼吸速率及其组分与土壤温度均呈显著的指数相关,其中氮添加降低了呼吸速率的温度敏感性（Q₁₀：-5.64%~0.00%）,而磷添加增加了Q₁₀（3.38%~6.98%）,氮磷混施降低了自养呼吸速率但增加了异养呼吸速率的Q₁₀（16.86%）,从而降低了土壤总呼吸速率的Q₁₀（-2.63%~-2.02%）.土壤pH、土壤全氮和根系磷含量与自养呼吸速率均具有显著相关性（P<0.05）,而与异养呼吸速率无显著相关,且根系氮含量只与异养呼吸速率呈显著负相关（P<0.05）.总体上,自养呼吸速率对氮添加更加敏感,而异养呼吸速率对磷添加更加敏感,氮或磷添加均显著降低了土壤总呼吸速率,而氮磷混施并未显著影响土壤总呼吸速率,此结果可为准确评估亚高山草地土壤碳排放提供科学依据.     

添加有机物料对豫中烟田土壤呼吸的影响

采用田间试验,设置不施肥（NF）、单施化肥（NPK）、化肥+黑麦草（NPKG）、化肥+小麦秸秆（NPKS）和化肥+烟秆生物炭（NPKB）这5个处理,通过测定烤烟生育期土壤总呼吸速率（R_s）及其组分以及环境因子的动态变化,探讨了添加不同有机物料对烟田土壤呼吸的影响.结果表明：（1）与NPK相比,NPKG和NPKS降低了土壤总呼吸和异养呼吸温度敏感性(Q₁₀),NPKB提高了异养呼吸Q₁₀;土壤呼吸与土壤水热因子的双因素拟合模型能解释土壤呼吸变化50%～80%.（2）添加有机物料显著提高了土壤可溶性有机碳（DOC）含量和根系干物质量,土壤异养呼吸（R_h）与DOC含量呈显著线性回归关系,土壤自养呼吸（R_a）与根系生物量呈显著抛物线型关系,R²为0.327～0.634.（3）烤烟生育期土壤呼吸呈先增加后降低趋势.与NF相比,NPK处理显著增加了土壤呼吸及其组分;与NPK相比,NPKG、 NPKS和NPKB处理R_s速率分别显著提高20.08%、...     

施用生物炭对土壤呼吸以及土壤有机碳组分的影响

为确定生物炭对土壤呼吸速率以及土壤碳组分的影响,采用田间小区试验,以苹果果树枝条生物炭为试验材料,研究了添加0、20、40、60、80 t/hm2的苹果果树枝条生物炭后,小麦生态系统呼吸（R_e）、土壤呼吸（R_s）、植物呼吸（R_p）、土壤TOC（总有机碳）、土壤POC（颗粒有机碳）、WSOC（土壤水溶性有机碳）和土壤AOC（易氧化有机碳）的变化以及各指标之间的相关性.结果表明,添加生物炭显著提高了小麦生态系统呼吸速率、土壤呼吸速率和植物呼吸速率,与对照相比分别增加了9.98%~27.57%、9.33%~19.47%和10.18%~30.14%,并且生物炭施用量为20和40 t/hm2时土壤呼吸速率显著高于其他两个处理,而对于小麦生态系统呼吸速率和植物呼吸速率来说,施用40 t/hm2生物炭时其值最高.对于土壤碳组分,施用生物炭显著提高了0~20 cm土层中土壤w（TOC）、w（POC）和w（AOC）,并且土壤w（TOC）和w（POC）与生物炭施用量呈极显著正相关.对于WSOC而言,当生物炭施用量高于40 t/hm2时其值显著降低,与对照相比,0~10、>10~20和>20~30 cm三个土层中w（WSOC）分别降低了21.82%~28.37%、35.88%~36.58%和32.28%~44.07%.研究显示,适量施用生物炭能够提高土壤w（TOC）、w（POC）和w（AOC）而降低了w（WSOC）,但同时也增加了小麦生态系统呼吸速率.      

亚热带次生林不同土壤呼吸组分的多年观测研究

为研究亚热带次生林不同土壤呼吸组分对土壤呼吸的贡献率及土壤呼吸组分的温度敏感性,于2010-03-2014-02进行了4 a的野外观测试验.设置了4个随机区组,每个区组设置断根和不断根处理,在断根小区四周挖壕沟以防止根系进入断根小区.采用Li-8100便携式土壤碳通量测定系统观测不同处理的土壤呼吸,并同步观测土壤温度和土壤湿度.结果表明,不断根小区的土壤呼吸速率和断根小区的异养呼吸速率均具有明显的季节变异规律,不断根小区的土壤呼吸速率量值极显著(P0.001)高于断根小区的异养呼吸速率量值.4 a观测期间不断根处理平均土壤呼吸速率为(2.59±0.48)μmol·(m2·s)-1,而断根处理平均土壤呼吸速率为(1.74±0.28)μmol·(m2·s)-1.不同年份观测的土壤呼吸速率的年平均值之间无显著差异(P0.05),各年份异养呼吸速率的年平均值之间亦无显著差异(P0.05).土壤呼吸中的异养组分与土壤呼吸之间的关系可用比例函数方程拟合,异养呼吸占土壤呼吸的比例为65.9%,自养呼吸占土壤呼吸的比例为34.1%,异养呼吸是土壤呼吸的主要组成部分.随着观测时间的延长,异养呼吸占土壤呼吸的比例呈线性下降趋势.异养呼吸速率和自养呼吸速率与土壤温度之间的关系均可用指数方程拟合,异养呼吸的温度敏感系数Q10值低于自养呼吸的Q10值.     

喷灌和沟灌方式对农田土壤NH3挥发的影响

研究了2016和2017年传统灌溉（沟灌）和节水灌溉（喷灌）方式氨（NH₃）挥发的季节年际动态变化特征及其影响因素.采用通气法进行原位监测,分析了土壤温度、体积含水量、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）以及气温降水等因素对NH₃挥发的影响.结果表明,NH₃挥发速率的峰值出现在施用氮肥后1~2周,喷灌有效降低NH₃挥发峰值,喷灌和沟灌的NH₃挥发速率峰值在2016年分别为2.67kg/（hm²·d）和11.11kg/（hm²·d）,2017年分别为2.42kg/（hm²·d）和11.73kg/（hm²·d）;马铃薯生长季NH₃挥发存在明显的季节变化,挥发高峰主要发生在7~8月,追肥期高于基肥期.2016~2017年农田土壤NH₃累积挥发量均表现为喷灌<沟灌,与沟灌相比,喷灌分别减少58.15%和43.55%.NH₃挥发速率与土壤温度呈显著正相关（P<0.05）,与体积含水量、NH₄⁺-N、NO₃^--N浓度呈极显著正相关（P<0.01）.     

亚热带次生林土壤自养和异养呼吸研究

以南京市郊北亚热带次生林为研究对象,于2010年设置挖沟断根和不断根处理小区,观测了土壤呼吸、异养呼吸的季节变异规律,并以此计算了自养呼吸速率,同时,观测了土壤温度、湿度等环境因子.结果表明,土壤呼吸、异养呼吸具有相似的季节变化规律,季节平均土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸速率分别为3.42、2.36和1.06μmol.（...     

基于组分区分的亚热带湿地松人工林土壤呼吸对氮添加的响应

氮沉降在很大程度上会对土壤呼吸产生扰动,进而影响到生态系统碳收支.以我国亚热带湿地松人工林为研究对象,通过定位模拟氮沉降控制试验,定量研究根系呼吸和微生物呼吸对氮添加的响应差异,并通过土壤环境的同步监测,初步探讨影响上述过程的生物地球化学与微生物学机理.结果表明:不同氮素添加水平下土壤呼吸速率及其组分总体上都呈现出单峰曲线特征,峰值出现在7月或8月,氮添加对土壤呼吸的季节模式没有明显影响.CK（0,对照）、LN〔60 kg/（hm2·a）,低氮〕和HN〔120 kg/（hm2·a）,高氮〕处理下土壤总呼吸速率的年均值分别为3.91、2.30和1.73 μmol/（m2·s）,各组根系呼吸速率年均值分别为1.41、0.87和0.66 μmol/（m2·s）,各组微生物呼吸速率年均值分别为2.50、1.44和1.07 μmol/（m2·s）.施氮后土壤总呼吸及其组分都受到明显抑制,并且随着施氮水平的提高,土壤总呼吸及其组分明显减小.与对照样地微生物呼吸占比65.2%相比,低氮和高氮处理下微生物呼吸占比显著降低,降幅分别为62.6%和62.1%,说明氮素添加对微生物呼吸的抑制作用大于根系呼吸.施氮后一年,氮素输入对土壤呼吸的抑制在消退.施氮对表层土壤w（TOC）（TOC为总有机碳）、w（NH₄+）、w（NO₃-）、w（DOC）（DOC为可溶性有机碳）、w（DON）（DON为可溶性有机氮）、w（MBC）（MBC为微生物生物量碳）和w（MBN）（MBN为微生物生物量氮）都没有显著影响.氮素添加主要是通过降低土壤pH、加速湿地松人工林土壤酸化,对影响土壤有机质转化的土壤脲酶和蔗糖酶活性产生显著抑制,从而影响到土壤微生物活性,导致土壤微生物呼吸降低,这可能是土壤呼吸对氮添加响应的关键机制.      

北京西山侧柏人工林土壤呼吸组分及其影响因素

采用挖壕法,利用LI-8100土壤CO2通量自动观测系统,确定了北京西山侧柏人工林土壤呼吸中异养呼吸和根系自养呼吸的贡献率及其影响因子,分析了土壤呼吸的日、月际时间尺度的变异特征,并利用经验模型分析了土壤温度、土壤体积含水量对土壤呼吸的影响.结果表明:1土壤呼吸速率、异养呼吸速率的昼夜变化呈现单峰变化趋势,峰值出现在14:00—15:00;月际变化也呈单峰变化趋势,峰值出现在7—8月;观测期内土壤呼吸速率日均值变化范围在0.09~12.16μmol·m-2·s-1,异养呼吸速率日均值变化范围在0.02~10.86μmol·m-2·s-1,年均贡献率为69.59%;自养呼吸速率日均值为0.01~6.79μmol·m-2·s-1,年均贡献率为30.41%.2土壤温度的日、月际变化均呈单峰形曲线变化而土壤体积含水量变化规律不明显;整个观测期间土壤呼吸速率的温度敏感系数Q10为2.91,异养呼吸速率的Q10为3.52.3模型研究表明,相对于土壤温度、土壤体积含水量单因素模型,土壤温度与土壤体积含水量的复合模型对土壤呼吸速率变化解释能力为86.8%,对异养呼吸速率的解释能力为74.4%.该研究为森林生态系统碳收支估测及碳循环提供数据依据.     

缙云山针阔混交林土壤各组分呼吸速率区分及其与环境因子的关系

以重庆缙云山针阔混交林为试验地,开展针阔混交林土壤各组分呼吸速率的分离量化及其与环境因子之间的关系研究. 于2011—2013年生长季(4—9月),利用壕沟断根和移除凋落物方法区分R_A(自养呼吸速率)、R_H(异养呼吸速率)、R_L(凋落物呼吸速率)及R_SOM(有机质呼吸速率);同时,实地观测土壤各组分呼吸速率、AT(大气温度)、SR(太阳总辐射强度)、ST(5 cm深处土壤温度)和SW(5 cm深处土壤湿度),并通过相关性分析,研究土壤各组分呼吸速率与环境因子之间的关系. 结果表明:①除R_L外,其他组分呼吸速率的月际变化均呈单峰曲线趋势,最大值均出现在6月或7月,月均值差异显著(P<0.05);土壤各组分呼吸速率年均值年际变化均不明显(P>0.05),但土壤各组分呼吸速率年均值之间存在显著差异(P<0.05). ②R_A和R_H分别占R_T(土壤总呼吸速率)的27%和73%,R_SOMSOM占R_H的63%. ③除R_L外,其他土壤组分呼吸均与AT和ST呈显著相关(P<0.05),表明AT和ST是影响土壤各组分呼吸速率的主要因子. ④指数模型最适用于描述该区AT和ST与土壤各组分呼吸速率之间的关系;除R_L外,其他土壤组分呼吸对AT的敏感性Q₁₀(温度每增加10 ℃所造成的呼吸速率改变的商)高于ST,并且不同组分呼吸的Q₁₀之间存在差异.      

中国人为热变化及其对地表能量平衡的影响

利用人口统计、分布数据及能源消费统计资料,对中国1980~2015年人为热通量（Q_a）的时空变化进行了研究,并将其与地表净太阳辐射（R_n）进行了对比分析,以探讨人为热对不同尺度地表能量平衡的影响.结果表明,在研究时段内,全国平均Q_a呈显著升高趋势（0.11W/m²/10a,P<0.001）,从1980年的0.07W/m²上升到2015年的0.45W/m²,已经约相当于全球工业革命以来CO₂排放引起辐射强迫（1.68W/m²）的27%;其中Q_a高值区（≥ 1.00W/m²）已由1990年的点状分布变为2015年的面状分布,占到全国面积的10%;全国平均R_n的趋势率（0.18W/m²/10a）略大于Q_a,但未通过显著性检验（P=0.381）.对于参与计算的31个省会城市,2015年市区Q_a平均值在1~32W/m²之间,平均达17W/m²,相当于R_n平均值（147W/m²）的12%;在栅格尺度上（0.5min×0.5min）,除拉萨外,其余城市的Q_a像元最大值均超过了120W/m²,已经导致局地的热平衡发生了本质变化.研究认为,人为热释放因素不但需要在城市气候模拟研究中给予更多考虑,而且在全球和区域气候模拟与评价中以及制定气候变化应对策略时也有必要给予充分考虑,以促进全面认识并减缓气温升高.     

养殖塘CH4通量时空变化特征及其影响因素

本研究基于多通道密闭式动态箱法对亚热带典型养殖塘CH₄通量的时空变化特征及其影响因素进行了分析.结果表明：亚热带养殖塘CH₄主要排放方式是冒泡,CH₄扩散及冒泡通量均呈现明显的季节变化特征.春、夏、秋、冬4个季节CH₄扩散通量分别为：0.113,0.830,0.002,0.005μmol/（m²·s）,冒泡通量分别为0.923,1.789,0.006,0.007μmol/（m²·s）,冒泡通量占总通量的比例分别为89.04%、68.29%、78.95%和60.52%.在冬、春季养殖塘没有人工管理措施的情况下,CH₄通量随着离岸距离的增加而增大,冬、春季养殖塘中间区域CH₄总通量分别是岸边浅水区的34.70和2.98倍.夏季养殖活跃期CH₄通量在空间上呈现出：人工投食区（7.371μmol/（m²·s））>自然生长区（2.151μmol/（m²·s））>人工增氧区（0.888μmol/（m²·s））>岸边浅水区（0.206μmol/（m²·s））的特征.在0.5h尺度上,春季CH₄扩散通量与水温呈显著正相关关系,与风速呈负相关关系,秋季CH₄扩散通量与水温、风速呈正相关关系,冒泡通量和水温呈正相关关系.在日尺度上,水温是CH₄扩散通量和冒泡通量的主控因子,两者均随着水温升高呈指数增加,并且冒泡通量的水温敏感性Q₁₀（12.72）大于扩散通量（7.78）.     

太湖流域典型河流含氮物消减速率研究

采用自主研发的原位培养装置,开展了太湖流域典型河流水体含氮物消减速率及其影响因素研究.结果表明,总氮和氨氮消减速率呈现显著的空间差异性（P<0.05）,消减速率分别为（280.6±180.0）~（1458.8±725.7）mg/（m³·d）、（35.2±3.7）~（343.6±88.4）mg/（m³·d）,但硝态氮消减速率（44.3±7.6）~（521.2±19.2）mg/（m³·d））无显著的空间差异性（P>0.05）.微生物作用下氮素消减速率为95.0~733.1mg/（m³·d）,分别占含氮物总消减速率和总负荷的12.9%~50.3%和2.0%~13.4%,非微生物作用下氮素消减速率为180.0~996.7mg/（m³·d）,占含氮物总消减速率和总负荷的49.8%~87.0%和7.4%~25.7%,说明污染物进入水体,短期内微生物作用对含氮物消减速率的贡献较低.氮素消减速率与TN、NO₃^-、SS均呈线性相关关系（P<0.05）,说明TN、NO₃^-、SS在一定程度上是氮素消减作用的影响因素.     

污灌区盐分累积对污染土壤汞释放通量的影响

采用优化设计的动态通量箱,对不同盐分（NaCl和Na₂SO₄）和盐度（0~5%）的盐渍化土壤土-气界面的汞交换通量进行动态监测,研究盐渍化对污灌区土壤汞和大气释放的影响.结果表明：（1）两种盐分类型对土壤Hg释放的影响呈相反趋势.与未发生盐渍化的对照土壤相比,随着NaCl盐度梯度的上升,土壤Hg释放通量呈现上升趋势,5%盐度处理下,Hg通量均值与对照相比提高了48.94%;而随着Na₂SO₄盐度梯度的上升,土壤Hg释放通量呈现下降趋势,5%盐度处理下,Hg通量均值与对照相比降低了20.62%.（2）土壤盐分含量与土壤汞释放通量均值之间呈线性关系.对于NaCl,含量x（g/kg）与汞通量y [ng/（m²·h）]之间的模型为y=0.8258x+86.709（R²=0.9734）,对于Na₂SO₄,模型为y=-0.3354x+85.997（R²=0.9581）.从研究结果来看,高浓度的NaCl环境对土壤汞释放通量有显著影响,土壤的盐渍化趋势会使汞释放及作物吸收风险更趋严重.     

基于农户意愿的矿区耕地损害补偿测度研究——以庞庄、垞城、柳新煤矿开采为例

矿产资源的开发利用,在支撑社会经济发展的同时却带来区域资源生态环境的破坏,尤其是矿区农户承担着较大的外部成本。论文以矿区耕地损害为研究对象,在调查农户认知和接受补偿意愿的基础上,通过构建计量模型,测算基于农户意愿下的补偿额度。结果表明:①调查结果显示,69.19%的农户因煤矿开采失去一部分耕地,49.19%的农户表示耕地质量降低,95.14%的农户认为居住环境遭到破坏,93.51%的农户认为采矿破坏了耕种文化传承;②实证结果表明,庞庄、垞城、柳新煤矿周边农户每年接受最低补偿分别为34 780.80、36 506.85和35 397.60元/hm²,其中经济损害受偿意愿分别为12 731.10、18 982.80、11 230.95元/(hm²·a),社会保障损害受偿意愿分别为11 782.35、10 777.95、12 765.00元/(hm²·a),生态损害受偿意愿分别为7 277.10、4 282.35、7 306.05元/(hm²·a),文化传承损害受偿意愿分别为2 990.25、2 463.75和4 095.6元/(hm²·a);③对比分析发现,当前政策下矿区耕地损害补偿额度一般在9 458.70~15 764.40元/(hm²·a)之间,明显低于基于农户意愿下的补偿额度,并且56.76%的农户表示不接受一次性补偿。以上结果能够为矿区生态补偿和政策创新提供决策依据和定量参考。     

太湖竺山湾甲烷扩散通量及其驱动机制

选取竺山湾为研究区域,同时选取受人为活动影响较小的湖心区作为对比区域,基于2011年11月至2013年8月逐月连续观测,探讨外源输入及富营养化对CH4扩散通量的影响及其驱动机制,结果表明,竺山湾水-气界面CH4扩散通量显著(P＜0.01)高于湖心区CH4扩散通量,其平均通量分别为(0.193±0.049)mmol/(m...     

牛粪-化肥配施对水稻田氮磷迁移转化的影响

在控制外源N输入量相同的前提下,通过田间小区实验,探讨有机肥与化肥不同施用量（牛粪施用量：5,10,20t/hm²）对稻田田间土-水界面氮磷迁移转化特征的影响.结果表明：控制稻田水中NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN和TP输出的最佳时期分别为施肥后的第5,30,7,20d,且TN和TP浓度随时间变化符合单指数衰减方程（0.7444≤R²≤0.9724;1.1×10^-6≤F≤0.0055）.采用牛粪部分代替化肥的施肥方式,在一定范围内能降低稻田退水中TN、TP输出负荷（41.8%、36.0%、64.3%;20.3%、39.1%、48.9%）,还可以降低稻田水中N/P,降低水体富营养化风险.同时,牛粪的施用可提高土壤中脲酶和磷酸酶的含量,促进氮磷向植物可吸收形态转化.综合经济成本和生态效益核算,采用10t有机肥代替无机肥的处理是相对经济环保的施肥方法,该施肥方式下,氮磷年输出负荷分别为17.70,1.26kg/hm².     

氮沉降与生物炭对土壤可溶性有机质的影响

利用盆栽实验，探讨氮沉降与生物炭（BC）施用对杉木幼苗土壤可溶性有机碳（DOC）含量和可溶性有机质（DOM）光谱学特征的短期影响.氮沉降处理为0（对照）、40（低氮）和80kgN/（hm²·a）（高氮），在不同氮沉降下BC施用水平分别为0（对照）、12（低量BC）和36t/hm²（高量BC）.结果表明：相比对照处理，单独低氮与单独高氮处理3个月后土壤pH值分别下降了0.06和0.09（P<0.05），但单独施用BC和氮沉降背景下施用BC处理的土壤pH值均呈上升趋势，增加了0.32~0.94（P<0.05）.与对照处理相比，单独低氮处理的土壤DOC含量显著降低，单独高氮处理的则显著升高且DOM结构趋于简单；单独施用BC和氮沉降背景下施用BC处理中，低量BC处理的土壤DOC含量无明显变化，但高量BC处理的显著提高了30.1%~95.6%，并且DOM结构趋于复杂.冗余分析发现，土壤pH值是导致不同处理DOM存在差异的关键因素.因此，氮沉降背景下施用高量BC短期内可以减缓土壤酸化，提高土壤DOC含量并使DOM更加稳定.