艾比湖流域不同植物群落土壤呼吸研究

利用开路式土壤碳通量测量系统LI-8100测定艾比湖流域4种植物群落土壤呼吸速率日变化,分析土壤温度、湿度和气温以及空气相对湿度对土壤呼吸速率的影响.结果表明:胡杨、梭梭、芦苇和盐节木4种植物群落的土壤呼吸速率日变化基本呈单峰曲线.胡杨、梭梭和盐节木群落的土壤呼吸速率与地上10 和150 cm处气温均表现为极显著相关.除芦苇群落外,各植物群落土壤呼吸速率与不同深度土壤温度呈极显著负相关.除沙地梭梭群落外,胡杨、盐渍地梭梭、芦苇和盐节木群落的土壤呼吸速率与地上10和150 cm处的空气相对湿度均呈极显著负相关.不同植物群落土壤呼吸速率与土壤湿度呈极显著负相关.多元逐步回归拟合的回归模型均达极显著水平,由土壤温度和湿度共同拟合出的回归模型能够解释土壤呼吸速率变化87%以上的原因.不同植物群落土壤呼吸差异原因的分析显示,细菌、真菌、放线菌以及根系干质量不是造成植物群落土壤呼吸差异的主要原因.      

木麻黄沿海防护林土壤呼吸动态及其关键影响因子

以中国亚热带木麻黄沿海防护林为研究对象,利用LI-8100土壤呼吸自动观测系统,对木麻黄人工林生态系统的土壤呼吸特征进行了监测.结果表明,不同林龄木麻黄林地土壤呼吸日动态均呈双峰变化曲线,8:00~10:00和14:00~16:00出现峰值,最小值出现在20:00~22:00;季节动态均呈单峰曲线,最大值出现在6~7月份,最小值则出现在12~1月份.土壤温度和水分对土壤呼吸的季节变化存在显著影响,并有明显的交互作用,进行单因素方差分析发现,土壤呼吸季节变化与5cm土温存在着较好的指数相关关系(P成林>幼林;随着林龄的增大,土壤呼吸对土壤温度和土壤水分的敏感性增强.     

垄作秸秆覆盖下西南地区蚕豆田土壤呼吸与有机碳特征

土壤呼吸是土壤有机碳库输出的主要途径,为探讨垄作和不同秸秆覆盖量对旱三熟蚕豆田土壤呼吸及有机碳特征的影响,测定了平作无覆盖(T)、垄作无覆盖(R)、垄作+半量覆盖(RS1)、垄作+全量覆盖(RS2)这4个处理下的西南紫色土丘陵区蚕豆/玉米/甘薯旱三熟体系中蚕豆田土壤呼吸及有机碳变化,分析了土壤温度和水分与土壤呼吸的关系.结果表明,蚕豆生长季节农田土壤呼吸随作物生长一致,呈先增加后减弱的变化趋势,全生育期平均土壤呼吸速率差异显著,表现为RS2RS1TR,分别为3.365、2.935、2.683、2.263 g·(m~2·d)~(-1).垄作显著降低了蚕豆农田土壤呼吸速率,而秸秆覆盖显著提高土壤呼吸速率,且随着覆盖量的增加而增加.土壤呼吸速率随土壤温度(5 cm和10 cm)呈指数型增长,10 cm处的回归模型明显好于5 cm.10 cm土层Q10值表现为RS2RS1RT,分别为1.751、1.665、1.616、1.35.垄作和秸秆覆盖下土壤温度、水分与土壤呼吸速率的混合指数模型可以解释土壤呼吸速率变异的68%(R)、79%(RS1)和76%(RS2).垄作和秸秆覆盖下0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤有机碳含量均得到不同程度的提高,且随着覆盖量的增加而增加,其中5~10 cm、10~20 cm土层表现为RS2RS1RT,差异达显著水平,且5~10 cm土层有机碳含量增幅最大;但垄作和秸秆覆盖仅显著提高了颗粒有机碳0~30 cm加权平均值,对颗粒有机碳占土壤有机碳比例的影响效应不显著.     

大兴安岭地区岛状林沼泽CH4和N2O排放及其影响因子

沼泽湿地CH₄、N₂O的排放,尤其是高纬度沼泽湿地,对于评估北半球温室气体排放具有重要意义。在2011 年生长季利用野外静态箱-气相色谱法对大兴安岭地区两种典型湿地岛状林沼泽（白桦和兴安落叶松岛状林沼泽）CH₄、N₂O排放通量进行了研究,分析CH₄、N₂O排放通量的季节特征,并探讨温度、水位主控因子对CH₄、N₂O排放通量的影响。结果表明：①生长季白桦（Betula platyphylla）和兴安落叶松（Larix gmelinii）岛状林沼泽CH₄通量除春季白桦岛状林沼泽出现排放峰值外,两样地CH₄都处于弱吸收现象;N₂O排放高峰期分别在初夏、春两季。白桦和兴安落叶松岛状林沼泽CH₄、N₂O 排放通量依次为-60.61、-93.21 μg·m^-2 ·h^-1 和82.92、 45.06 μg·m^-2 ·h^-1。②兴安落叶松岛状林沼泽生长季CH₄、N₂O 排放通量分别与10~40 cm 和 15~40 cm土壤温度呈显著负相关性;而白桦岛状林沼泽CH₄排放通量仅与40 cm土壤温度呈显著负相关,两种类型沼泽均与土壤含水率未呈显著相关性。③白桦和兴安落叶松岛状林沼泽生长季CH₄、N₂O总通量分别为-2.21、-2.74 kg·hm^-2和2.74、0.93 kg·hm^-2;表现为大气CH₄弱吸收的汇,N₂O弱排放的源。     

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.     

碳库管理指数对退耕还林土壤有机碳库变化的指示作用

探讨了黄土丘陵区退耕种植10~40a柠条、沙棘、刺槐林地土壤有机碳库和相关指标的变化特征.结果表明,随退耕期延长,100cm深土层总有机碳及活性有机碳均呈显著增加趋势,但退耕10a 0~40cm浅层土有机碳库既有显著增加,40~100cm深层有机碳库到退耕20~40a才显著提高.3种还林地碳库活度和活性有机碳占总有机碳比例并未随土壤有机碳库增加而持续增长,而是在各土层间分别维持在0.35~0.75和0.25~0.42;碳库管理指数不仅随退耕期延长与土壤有机碳库变化一致, 即在浅层土呈直线快速增加,在深层土以指数函数相对缓慢增长,而且与有机碳库变化呈极显著正相关关系.此外,对比其他碳库指标,到退耕40a时仅碳库管理指数与土壤总有机碳及活性有机碳在不同林地差异变化一致,均为刺槐>沙棘>柠条,说明碳库管理指数能够良好的指示退耕还林土壤有机碳库的变化.     

黄土高原东部山区两种灌木群落的土壤碳通量研究

用动态气室法对2个灌木群落(样地1:黄刺玫+荆条Rosa xanthina+Vitex negundo;样地2:沙棘Periploca sepium)的土壤碳通量进行了连续4年(2005～2008年)的定位测定,研究灌木群落土壤碳通量的年内、年际变化与土壤温度和水分的关系.结果表明:土壤碳通量具有明显的季节变化特点,受土壤温度和水分的影响,土壤碳通量的最大值出现在土壤温度和水分均较高的月份,最低值出现在3、12月以及其它较为干旱的月份;2个灌木群落4年土壤碳通量的平均值分别为(5.20±4.02)、(3.21±2.38)、(3.48±2.48)、(2.73±1.46)μmol.m-.2s-1和(6.10±4.31)、(3.90±2.54)、(3.89±3.07)、(3.92±2.71)μmol.m-.2s-1(以CO2计),4年的总平均值为(4.02±3.08)μmol.m-.2s-1.2个灌木群落4年土壤碳通量的总平均值分别为1002和1169 g.m-.2a-1(以C计),样地间差异不显著(p=0.35).剔除土壤水分胁迫时测定的数据后,指数函数可以很好地拟合土壤碳通量与土壤温度的关系,方程的决定系数分别在0.47～0.85和0.78～0.85之间;样地1和样地2的土壤碳通量温度敏感性指数(Q10值)分别在1.88～2.73和3.61～4.28之间.土壤水分对土壤碳通量的影响在样地1较为明显.但是,对4年测定所有数据的分段分析表明,生长季土壤水分对土壤碳通量影响显著(p0.05),非生长季土壤温度对土壤碳通量影响显著(p0.05).用包含土壤水分和土壤温度的4个双变量关系方程可提高模型的预测能力,R2值在0.52～0.89之间.研究结果可为黄土高原东部山区灌丛土壤碳通量乃至生态系统碳平衡研究提供参考.     

基于海州露天矿排土场不同复垦模式下小气候效应研究

以海州露天矿排土场不同复垦模式(草地、农田、白榆林地、刺槐林地、白榆刺槐混交林地)为研究对象,以裸地为对照,采用定点观测的方法,对海州露天矿排土场不同复垦模式下的光照强度、大气温度、相对湿度、5 cm、10 cm处的土壤温度和0～10 cm、10～20 cm的土壤含水量等小气候因子进行连续观测,分析小气候因子的日变化、日较差和日均值。研究结果表明:不同复垦模式均有降温、增湿、保水、减小日较差和日均值的功能。不同复垦模式对小气候调节能力表现为白榆刺槐混交林地白榆林地刺槐林地农田草地裸地。海州露天矿排土场随着植被的恢复,小气候和环境得到良好的改善。     

祁连山高山草甸土壤CO2通量的时空变化及其影响分析

采用Li-6400便携式光合作用测量系统连接Li-6400-09土壤呼吸室,在2004年生长季节对祁连山高山草甸土壤CO2通量沿海拔梯度进行了野外定位试验,统计分析了水热因子及根系生物量对高山草甸土壤CO2通量特征的可能影响.结果表明,土壤CO2通量存在明显的空间变化规律,沿海拔梯度土壤CO2通量随着海拔梯度的增加而逐渐减小,其变异系数逐渐增加;就日变化而言,土壤CO2通量晚间维持在较低水平,02:00～06:00最低,在07:00～08:30开始升高,11:00～16:00达到峰值,16:00～18:30开始下降,整个过程呈单峰曲线.土壤CO2通量的日平均值介于(0.56±0.32)～(2.53±0.76)μmol·(m2·s)-1.从季节变化来看,土壤CO2通量均以夏秋季较高,春冬季排放量较低,7～8月份达到最大值[4.736 μmol·(m2·s)-1],6月与9月份次之,5月与10月份基本一致,整个生长过程总的变化趋势呈单峰曲线形式.高山草甸土壤CO2通量在植物生长季与10cm土壤温度、土壤含水量、根系生物量都存在不同程度的正相关关系,表明高山草甸土壤CO2通量的空间变异主要受温度、水分和植物根系的综合影响.     

不同施氮处理下旱作农田土壤CH_4、N_2O气体排放特征研究

依托甘肃农业大学布设在定西市李家堡镇的长期施氮定位实验,对不同施氮农田CH4和N2O气体通量,采用静态箱-气相色谱法进行小麦生育期的连续观测,并对影响通量变化的环境因子同期观测.结果表明:5个施氮处理下(0、52.5、105、157.5、210 kg·hm-2),旱作农田土壤在小麦全生育期内表现为CH4累积通量的汇和N2O累积通量的源;且不施氮处理时,CH4累积吸收通量最大;施氮量为210 kg·hm-2时,土壤CH4的累积吸收通量所受抑制最大,即土壤CH4累积吸收通量随施氮量升高而降低.相反,不施氮处理时,土壤N2O的累积排放通量最小,施氮量为210 kg·hm-2时,土壤N2O的累积排放通量最大,土壤N2O累积排放通量随施氮量的增加而增大.综合分析,施氮量增大会抑制全生育期旱作春小麦田土壤CH4吸收通量,提高土壤N2O的排放通量.因此,合理控制施氮量有利于生育期旱作农田土壤减排.CH4平均吸收通量随土壤温度的升高而降低,随土壤水分的升高而升高;相反,N2O平均排放通量随土壤温度的升高而升高,随土壤水分的升高而降低.5~10 cm层次的土壤温度与CH4平均吸收通量呈极显著线性负相关,与N2O平均排放通量呈显著正相关.5~10 cm层次的土壤水分与CH4平均吸收通量呈极显著线性正相关,与N2O平均排放通量呈显著负相关.     

基于森林健康视角的北长山岛人工林生物量

以山东省长岛县北长山岛为研究区,通过现场调查、数学模型和3S技术,分析人工林生物量的总量（全部生物量）、存量（活树生物量）、失量（死树生物量）和存量失量比,并探讨生物量的影响因子.结果显示：（1）北长山岛人工林生物量总量共5.88万t,均值为145.8t/hm²,高于全国和山东省的平均水平;生物量存量共3.79万t,失量共2.09万t,其均值分别为93.9t/hm²和51.9t/hm²,森林健康问题已经成为影响北长山岛人工林生物量的重要因素.（2）随着林分密度的增加,生物量总量和存量呈现先上升后下降的趋势,失量持续上升,存量失量比则不断下降;随着胸径的增大,黑松的存量失量比逐渐减小,刺槐则相反;NDVI与生物量总量、存量和存量失量比呈显著正相关,与失量呈显著负相关.（3）存量失量比与坡向、土壤含水率、全磷和总氮呈显著正相关,与海拔、坡度、含盐量和全钾呈显著负相关,与坡位、pH值和总碳关系不明显.     

新疆巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤呼吸对水分条件的响应

为了揭示干旱半干旱区高寒湿地不同水分梯度对土壤呼吸规律的影响,以及土壤温度与含水量对土壤呼吸影响的差异性,以新疆巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地为研究对象,在2014年植物生长季利用LI-8100土壤碳通量自动测量系统对不同水分条件(常年积水区、季节性积水区、常年干燥区)下的土壤呼吸速率进行测定,分析土壤呼吸日变化、季节性变化特征及其与土壤温度、土壤体积含水量的关系. 结果表明:①不同水分条件下巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤呼吸速率日变化均呈明显的单峰曲线,常年积水区、季节性积水区、常年干燥区土壤呼吸速率最大值分别为1.97、7.39、8.83 μmol/(m2·s),均出现在13:00—15:00;土壤CO₂日累积排放量季节性变化明显,差异性达到极显著水平(P<0.01),三者的最大值分别为0.12、0.45、0.40 mol/m2,地表积水显著抑制了土壤呼吸,提高了土壤碳稳定性. ②不同水分条件下土壤呼吸速率与土壤温度、土壤体积含水量之间均呈极显著正相关(P<0.01),常年积水区、季节性积水区和常年干燥区的Q₁₀(土壤呼吸温度敏感性)差异性极显著(P<0.01),其大小表现为常年干燥区(1.54)<常年积水区(2.22)<季节性积水区(3.36),各水分区域6月典型日的Q₁₀最大,表现为常年干燥区(2.56)<季节性积水区(4.30)<常年积水区(4.75),说明水分条件显著影响Q₁₀. ③巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤呼吸受地下5 cm处土壤温度(T)与0~5 cm土壤体积含水量(W)的综合影响,季节性积水区土壤呼吸速率与二者之间满足最佳拟合模型R_s=-1.113+0.041W-0.366T+0.008WT,常年干燥区则满足最佳拟合模型R_s=1.470+0.023W-0.027T+0.002WT.      

黄土台塬不同土地利用方式下土壤呼吸季节性变化及影响因素

为探讨土壤呼吸对植被类型及不同季节环境因素的响应机制,以黄土高原渭北台塬马莲滩林场为研究区,于2015年5月—2016年4月,采用静态箱-气象色谱法逐月测定不同土地利用方式下的土壤呼吸速率(R_s),分析其干、湿季差异及与土壤温度(T)、土壤含水量(W)之间的关系.结果表明:①不同土地利用方式下土壤呼吸速率的季节性变化趋势相一致,最大值出现在6—8月,最小值出现在12月—翌年2月,土壤呼吸速率年均值表现为天然草地>灌木林地>乔木林地>乔灌混交林地>耕地>果园.②不同土地利用方式下土壤呼吸速率与土壤温度均呈正相关,与土壤含水量的关系在湿季(5—10月)呈正相关,在干季(11月—翌年4月)呈负相关,土壤呼吸速率的单因素模型中以指数函数(R_s=aebx)的拟合效果更优.③与单因素模型相比,土壤温度、土壤含水量的双因素模型(R_s=aTbWc和R_s=aebTWc)能更好地解释除耕地外的其他5种土地利用方式下土壤呼吸速率的变化特征,对土壤呼吸速率的解释率在60.0%～82.3%之间,其中R_s=aTbWc对耕地、灌木林地、果园土壤呼吸速率与土壤温度、土壤含水量间关系的拟合效果较好,天然草地、乔木林地、乔灌混交林地则采用R_s=aebTWc的拟合效果较好.研究显示,研究区不同土地利用方式下土壤呼吸速率存在明显的季节性差异,耕地退耕还林后土壤有机碳及活性有机碳含量增加,温度敏感性(Q₁₀)降低,土壤呼吸速率增大,评价退耕还林效益时应综合考虑区域地理气候特点,进一步量化碳的输入/输出过程.      

西藏高原草原化小嵩草草甸生长季土壤微生物呼吸测定

以西藏当雄县草原化小嵩草草甸生态系统为研究为对象,利用Li6400-09对生长季土壤微生物异养呼吸进行了测定。土壤异养呼吸R(h)动态与土壤温度T()变化趋势一致,尤其与5cm地温相关性最强,说明5cm地温是土壤微生物异养呼吸的主要限制因子。在生长季中土壤异养呼吸与5cm土壤温度呈现不同的函数关系:在降水比较集中的雨季(6～8月),函数关系是Rh=0.106exp0.133T;在降水相对较少的旱季(5月,9～10月),函数关系是Rh=0.18exp0.0833T。在生长季中,雨季土壤日异养呼吸量为2.4g CO₂.m-2,雨季异养呼吸总量为219.6g CO₂.m-2,Q 10为3.8;旱季日异养呼吸量为1.8g CO₂.m-2,呼吸总量为160.2gCO 2.m-2,Q 10值为2.3。结果表明,土壤异养呼吸在降水集中的雨季对土壤温度反应更敏感,在生长季不同时期由于降水格局的影响,土壤水分对土壤微生物异养呼吸对温度的响应有调节作用。2004年生长季(5～10月)土壤异养呼吸总量达379.8gCO₂.m-2。     

天山云杉天然林分土壤呼吸速率的时空变化规律分析

天山云杉(Picea schrenkiana var.tianschanica(Rupr.)Chen et Fu)是构成天山山地森林生态系统的主体。在天山中部,从天山云杉在此区域分布的底线开始,结合天山云杉自然分布特征,沿每隔约100m的海拔梯度选择典型地段设置样地。根据远红外气体分析原理,采用LI-6400-09土壤呼吸室和LI-6400便携式光合作用测量系统,于2006年6-9月,测定了天山云杉天然林分在生长季内土壤呼吸速率随海拔高度和时间的变化规律。在空间上,林分的土壤呼吸速率并非随海拔高度呈线性增加或减少的关系,而是有规律的波动,在海拔1950～2110m之间,土壤呼吸速率是随着海拔高度的增加而降低,在2110～2428m之间是随着海拔高度的增加而升高,在海拔2428m处达到最大的呼吸速率值后又降低。不同海拔高度林分的土壤呼吸速率主要受土壤表面空气相对湿度及土壤温度的影响。在时间上,林分的土壤呼吸速率在生长季内随不同月份的变化为单峰曲线,其最大值出现在7月份;生长季内土壤呼吸速率与土壤温度呈显著负相关,与土壤表面空气相对湿度呈极显著正相关。而林分土壤呼吸速率的日变化在各时间点上的大小排序为7月>6月>8月>9月。它的变化与土壤温度具有极显著的正相关性,与土壤表面空气相对湿度具有显著的负相关性。     

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.      

集雨种植下不同沟垄比对土壤呼吸的影响及其对水热因子的响应

为探明不同宽度沟垄集雨种植下土壤呼吸对土壤水热因子的响应机制,对比研究了沟垄比分别为20 cm∶40 cm(P40)、30 cm∶30 cm(P30)、40 cm∶20 cm(P20)的沟垄集雨种植和平作种植(CP)下冬小麦的土壤呼吸动态变化,及其与土壤温度和水分的关系.结果表明,4个处理的土壤呼吸速率在越冬期最低,返青期开始升高,扬花期前后达到峰值,之后逐渐降低.沟垄集雨处理土壤呼吸速率表现为P40P30P20,垄宽增加使呼吸速率提高1.2%~18.4%;苗期和越冬期,沟垄集雨种植提高了土壤呼吸速率,表现为P40P30P20CP,其中苗期3个沟垄集雨处理均显著高于CP(P0.05),越冬期P40处理显著高于CP;苗期和越冬期沟垄集雨种植提高了土壤温度,拔节期至成熟期CP土壤温度高于沟垄集雨处理;沟垄集雨种植能有效蓄水保墒,随着垄宽的增加集雨效果越好,苗期至拔节期降雨稀少,7.6 cm和12 cm土层土壤含水量均表现为P40P30P20CP.相关分析表明,土壤呼吸与温度的相关系数达极显著水平(P0.01),P40和P30的土壤呼吸与水分的相关系数小于P20和CP;水热双因子二次方程模型能解释呼吸变化的61.7%~74.1%,温度指数模型能解释50.3%~68.2%.本研究结果为沟垄集雨种植的生态效益评估提供理论依据.