环境因子对土壤微生物呼吸及其温度敏感性变化特征的影响

在田间条件下研究土壤微生物呼吸及其温度敏感性(Q10)的变化特征及其影响因素对准确理解地区的气候变暖潜力具有重要意义。本研究依托长武农田生态试验站的裸地处理,利用土壤碳通量系统(Li~8100)连续6a(2008~2013年)监测裸地处理下的呼吸速率、土壤温度和水分,探究土壤微生物呼吸及其温度敏感性的变化特征及其影响因素。在日变化尺度上,土壤微生物呼吸速率的变化特征呈单峰曲线,且这种变化趋势主要与土壤温度有关(P0.05),然而日平均土壤微生物呼吸速率和Q10在不同土壤水分含量条件下不同,均呈现出适度的土壤水分条件较高的土壤水分条件较低土壤水分条件的趋势[土壤微生物呼吸速率:1.20?mol·(m2·s)-1vs.0.95?mol·(m2·s)-1vs.0.79?mol·(m2·s)-1;Q10:2.12vs.1.93 vs.1.59]。在季节尺度上,土壤微生物呼吸速率和Q10均呈现出雨季大于非雨季的趋势[土壤微生物呼吸速率:1.11?mol·(m2·s)-1vs.0.90?mol·(m2·s)-1;Q10:1.96 vs.1.59],且这种变化趋势与土壤温度和水分的变化有关(P0.05),然而土壤温度和土壤水分的双变量模型比土壤温度或者土壤水分的单变量模型能解释更多的土壤微生物呼吸季节变异性(R2:0.45~0.82 vs.0.32~0.67 vs.0.35~0.86;模拟值和实测值的拟合系数:0.76 vs.0.64 vs.0.58)。在年际尺度上,年累积土壤微生物呼吸变化于226 g·(m2·a)-1和298 g·(m2·a)-1之间,Q10变化于1.48~1.94之间,而年累积土壤微生物呼吸和Q10的年际变异性主要与年平均土壤水分含量有关(P0.05),且年平均土壤水分别可以解释39%和54%的年累积土壤微生物呼吸和Q10年际变异性。在裸地处理上,土壤有机碳由试验初的6.5 g·kg-1下降到目前的5.5 g·kg-1,但是年累积土壤微生物呼吸却高达255 g·(m2·a)-1,即裸地处理的呼吸流失量比土壤有机碳的流失量高达20倍以上。     

环境因子对土壤微生物呼吸及其温度敏感性变化特征的影响

在田间条件下研究土壤微生物呼吸及其温度敏感性(Q10)的变化特征及其影响因素对准确理解地区的气候变暖潜力具有重要意义。本研究依托长武农田生态试验站的裸地处理,利用土壤碳通量系统(Li~8100)连续6a(2008~2013年)监测裸地处理下的呼吸速率、土壤温度和水分,探究土壤微生物呼吸及其温度敏感性的变化特征及其影响因素。在日变化尺度上,土壤微生物呼吸速率的变化特征呈单峰曲线,且这种变化趋势主要与土壤温度有关(P0.05),然而日平均土壤微生物呼吸速率和Q10在不同土壤水分含量条件下不同,均呈现出适度的土壤水分条件较高的土壤水分条件较低土壤水分条件的趋势[土壤微生物呼吸速率:1.20?mol·(m2·s)-1vs.0.95?mol·(m2·s)-1vs.0.79?mol·(m2·s)-1;Q10:2.12vs.1.93 vs.1.59]。在季节尺度上,土壤微生物呼吸速率和Q10均呈现出雨季大于非雨季的趋势[土壤微生物呼吸速率:1.11?mol·(m2·s)-1vs.0.90?mol·(m2·s)-1;Q10:1.96 vs.1.59],且这种变化趋势与土壤温度和水分的变化有关(P0.05),然而土壤温度和土壤水分的双变量模型比土壤温度或者土壤水分的单变量模型能解释更多的土壤微生物呼吸季节变异性(R2:0.45~0.82 vs.0.32~0.67 vs.0.35~0.86;模拟值和实测值的拟合系数:0.76 vs.0.64 vs.0.58)。在年际尺度上,年累积土壤微生物呼吸变化于226 g·(m2·a)-1和298 g·(m2·a)-1之间,Q10变化于1.48~1.94之间,而年累积土壤微生物呼吸和Q10的年际变异性主要与年平均土壤水分含量有关(P0.05),且年平均土壤水分别可以解释39%和54%的年累积土壤微生物呼吸和Q10年际变异性。在裸地处理上,土壤有机碳由试验初的6.5 g·kg-1下降到目前的5.5 g·kg-1,但是年累积土壤微生物呼吸却高达255 g·(m2·a)-1,即裸地处理的呼吸流失量比土壤有机碳的流失量高达20倍以上。     

环境因子对土壤微生物呼吸及其温度敏感性变化特征的影响

在田间条件下研究土壤微生物呼吸及其温度敏感性(Q10)的变化特征及其影响因素对准确理解地区的气候变暖潜力具有重要意义.本研究依托长武农田生态试验站的裸地处理,利用土壤碳通量系统(Li～8100)连续6 a (2008～2013年)监测裸地处理下的呼吸速率、土壤温度和水分,探究土壤微生物呼吸及其温度敏感性的变化特征及其影响因素.在日变化尺度上,土壤微生物呼吸速率的变化特征呈单峰曲线,且这种变化趋势主要与土壤温度有关(P 0. 05),然而日平均土壤微生物呼吸速率和Q10在不同土壤水分含量条件下不同.均呈现出:适度的土壤水分条件较高的土壤水分条件较低土壤水分条件的趋势[土壤微生物呼吸速率:1. 20μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 95μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 79μmol·(m~2·s)~(-1); Q10:2. 12、1. 93、1. 59].在季节尺度上,土壤微生物呼吸速率和Q10均呈现出雨季大于非雨季的趋势[土壤微生物呼吸速率:1. 11μmol·(m~2·s)~(-1)、0. 90μmol·(m~2·s)~(-1); Q10:1. 96、1. 59],且这种变化趋势与土壤温度和水分的变化有关(P 0. 05),然而土壤温度和土壤水分的双变量模型比土壤温度或者土壤水分的单变量模型能解释更多的土壤微生物呼吸季节变异性(R~2:0. 45～0. 82、0. 32～0. 67、0. 35～0. 86;模拟值和实测值的拟合系数:0. 76、0. 64、0. 58).在年际尺度上,年累积土壤微生物呼吸变化于226 g·(m~2·a)~(-1)和298 g·(m~2·a)~(-1)之间,Q10变化于1. 48～1. 94之间,而年累积土壤微生物呼吸和Q10的年际变异性主要与年平均土壤水分含量有关(P 0. 05),且年平均土壤水分别可以解释39%和54%的年累积土壤微生物呼吸和Q10年际变异性.在裸地处理上,土壤有机碳由试验初的6. 5 g·kg~(-1)下降到目前的5. 5 g·kg~(-1),但是年累积土壤微生物呼吸却高达255 g·(m~2·a)~(-1),即裸地处理的呼吸流失量比土壤有机碳的流失量高20倍以上.     

黄土区农田和草地生态系统土壤呼吸差异及其影响因素

明确土地利用方式变化对土壤呼吸速率的影响,对预测黄土区退耕还草条件下的土壤碳循环变化具有重要的意义.于2010年7月～2011年12月,利用Li-8100系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测黄土高原沟壑区塬坡上相邻农田和草地的土壤呼吸速率,用以验证不同土地利用方式是否导致土壤呼吸速率的变化.结果发现,土地利用方式的改变导致了土壤呼吸速率的显著(P<0.05)变化,试验期间草地平均土壤呼吸速率[1.67μmol·(m2.s)-1]较相邻农田[1.35μmol·(m2.s)-1]提高24%(P<0.05),累积土壤呼吸草地(856 g·m-2)较农田(694 g·m-2)提高了23%(P<0.05).农田与草地的土壤温度差异显著,草地平均土壤温度(14.9℃)较农田(12.4℃)高2.5℃(P<0.05).农田和草地生态系统土壤温度与土壤呼吸均呈显著的指数关系(P<0.000 1).但农田和草地生态系统中土壤呼吸对温度响应存在本质差异(α=0.05),农田土壤呼吸的Q10(2.30)高于草地(1.74).土壤温度能够很好地解释农田和草地生态系统之间土壤呼吸的差异.     

米槠天然林和人工林土壤呼吸的比较研究

采用Li-8100开路式土壤碳通量系统,对福建省三明市格氏栲自然保护区米槠天然林和人工林土壤呼吸进行1 a的定位观测,分析了土壤水热因子及凋落物对土壤呼吸的影响.结果表明,米槠天然林和人工林土壤呼吸速率月变化均呈单峰型曲线,峰值分别出现在6月上旬[7.03μmol·(m2·s)-1]和7月下旬[5.12μmol·(m2·s)-1];天然林和人工林土壤呼吸速率的年均值分别为3.74μmol·(m2·s)-1和3.05μmol·(m2·s)-1,两者之间有显著差异(P<0.05);土壤温度是影响土壤呼吸的主要因素,分别可以解释天然林和人工林土壤呼吸速率月动态变化的80.1%和81.0%;天然林土壤含水量与土壤呼吸速率呈显著正相关,但人工林两者不具有相关关系;天然林和人工林土壤呼吸速率与当月凋落物量和前一个月凋落物量呈极显著的正相关关系(P<0.01);指数方程计算的天然林和人工林土壤呼吸的Q10值分别为1.86和2.01,天然林和人工林土壤呼吸年通量值分别为14.34 t·(hm2·a)-1和11.18 t·(hm2·a)-1,天然林转换为人工林后,土壤呼吸年通量下降了22.03%.     

模拟增温对冬小麦-大豆轮作农田土壤呼吸的影响

为研究模拟增温对冬小麦-大豆轮作农田土壤呼吸的影响,设置了随机试验,观测增温和对照处理的农田土壤呼吸速率.采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统对农田土壤呼吸速率进行观测,并采用气压过程分离技术（BaPS）测定土壤CO2产生速率.在观测土壤呼吸速率的同时,观测了两处理的土壤温度、湿度.结果表明,不同增温处理下土壤呼吸速率的季节变异趋势基本一致,其季节变异与土壤温度的变异具有一致性.冬小麦田增温和对照处理的平均土壤呼吸速率分别为（3.54±0.60）μmol·（m2·s）-1和（2.49±0.53）μmol·（m2·s）-1,大豆田增温和对照处理平均土壤呼吸速率分别为（4.80±0.46）μmol·（m2·s）-1和（4.14±0.29）μmol·（m2·s）-1.模拟增温显著促进了冬小麦田和大豆田的土壤呼吸作用,在冬小麦生长后期（抽穗-成熟期）增温和对照处理的土壤呼吸速率差异最为明显（P〈0.05）;在大豆开花-结荚期以及鼓粒-成熟期增温与对照的土壤呼吸速率分别存在极显著性（P〈0.01）和显著性（P〈0.05）差异.进一步的研究表明,模拟增温和对照处理土壤呼吸均与土壤温度存在极显著（P〈0.01）的指数回归关系,但增温处理的土壤呼吸的温度敏感性明显高于对照,小麦生长季增温和对照处理的土壤呼吸温度系数Q10值分别为1.83和1.26,大豆生长季两处理的土壤呼吸温度系数Q10值分别为2.85和1.70.本研究表明,增温显著促进了农田土壤呼吸作用。     

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.     

太原晋祠地区果园土壤呼吸的年际变化及其温度敏感性

太原晋祠地区曾经是著名的稻米之乡,随着晋祠泉的断流,区内土地利用从之前的以水稻田为主转变为以玉米和果园为主.因此,研究土地利用变化后土壤呼吸对于准确估算区域碳循环具有一定意义.基于此目的,本研究以原来为稻田、现为果园利用方式的样地为对象,对其土壤呼吸进行了7 a(2006~2012年)、每月1~3次的定位观测,分析了土壤呼吸的年际、季节变化及其与环境因子年际、季节变化的关系.结果表明,土壤呼吸与土壤温度的季节变化与天数的关系可以用3参数高斯方程模型进行拟合.土壤呼吸的季节变化与土壤温度的季节变化关系为极显著的指数关系,但其与土壤水分季节变化的关系不显著.土壤呼吸速率年平均值为(5.32±3.31)μmol·(m~2·s)-1;碳通量年平均值为1 690.2 g·m-2,在1 294.0~2 006.0g·m~(-2)之间变化,年际均值差异不显著.土壤呼吸的温度敏感性指数(Q_(10))值的年际变化以5、10和15 cm温度测定深度计算分别在1.54~2.20、1.68~2.48和1.82~2.46之间;土壤温度10℃对应的土壤呼吸(R_(10))值的年际变化在2.37~2.81、2.43~3.13和2.59~3.47μmol·(m~2·s)-1之间;Q_(10)和R10值均随土壤温度测定深度增加而增加.Q_(10)的年际变化与10 cm深度的土壤温度(T_(10))的年际变化关系极显著(P=0.016),与其它因子的关系不显著;在拟合方程中增加土壤水分因子不能提高对Q_(10)年际变化的预测精度,说明在本样地水分对Q_(10)的影响较小.R10值的年际变化与环境因子的年际变化关系不显著.与土壤呼吸与土壤温度的单因素模型相比,土壤温度和土壤水分的双变量指数模型可以提高预测土壤呼吸季节变化的准确性.研究结果可以为本地区及同类地区的土壤呼吸估算提供一定参考.     

小尺度范围内植被类型对土壤呼吸的影响

2005~2007年用红外气体分析仪在太原天龙山自然保护区对油松、草地和灌木地的土壤呼吸进行了测定.结果表明,3个样地的土壤呼吸具有明显的季节变化特点,夏秋季高、冬春季低.土壤呼吸的年(3~12月)平均值分别为(3.58±2.50)、(3.82±2.75)和(4.42±3.38)μmol.(m2.s)-1(p0.05).3~12月土壤CO2释放量在854.9~1 297.2 g.(m2.a)-1之间,年间和样地之间的土壤CO2释放量均无显著差异.3个样地土壤呼吸与土壤温度的指数方程均为极显著(p0.01),R2值在0.61~0.81之间;Q10值在2.60~4.50之间,R10值在1.70~3.02μmol.(m2.s)-1之间.3种植被条件下土壤呼吸与土壤水分的关系均不显著(p0.05),最大的R2值仅0.12;但是,用土壤温度10℃时的数据进行分析时,土壤呼吸与土壤水分的关系显著(p0.05).4个双变量复合关系方程的R2值大部分在0.7以上,最高达0.91.     

不同土地利用方式下土壤呼吸空间变异的影响因素

为研究不同土地利用方式下土壤呼吸空间变异的影响因素,进行野外观测试验,测定了土壤呼吸及相应的环境、植被、土壤因子,分析了土壤呼吸的空间变异性及其与这些因子之间的内在联系.结果表明,土地利用方式对土壤呼吸具有重要影响,不同土地利用方式下,土壤呼吸存在显著性差异(P<0.001),土壤呼吸速率在1.82～7.46μmol·(m2.s)-1范围内,最高值与最低值相差5.62μmol·(m2.s)-1.在本研究中,土地利用方式对土壤呼吸的影响作用大于土壤温度、湿度等环境因子.土壤有机碳是影响土壤呼吸空间变异性的关键因子,在所有观测的生态系统中,土壤呼吸与有机碳含量之间的关系均可用幂函数描述.在森林生态系统中,土壤呼吸与观测地点树木胸径(DBH)之间的关系可用对数方程描述.胸径大小体现了树木生长时间的长短.综合土壤有机碳含量(C,%)、有效磷含量(AP,g·kg-1)及胸径(DBH,cm)这3个因子的模型可模拟森林土壤呼吸(Rs)92.8%的空间变异.     

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.     

黄土丘陵区3种典型天然草地群落土壤呼吸对模拟降雨的响应

土壤呼吸是影响陆地生态系统碳循环的关键生态学过程之一,降雨是土壤呼吸变化的重要驱动因子.为探明黄土丘陵区退耕草地群落土壤呼吸对降雨的短期响应规律,选择白羊草(Bothriochloa ischaemum)、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)为优势种的3种草地群落为研究对象,于2014年6月和7月,以未降雨群落为对照,对比测定了2种模拟降雨量(15 mm和50 mm)下连续8 d的土壤呼吸速率及土壤水分和土壤温度等.结果表明:2种模拟降雨量对3种草地群落土壤温度和土壤含水量均具有显著影响(p0.05).50 mm降雨下群落土壤呼吸速率增加量高于15 mm降雨.3种群落土壤呼吸对降雨的响应程度存在明显差异,其中,土壤呼吸速率峰值高低顺序为:白羊草(1.75 g·m~(-2)·h~(-1))铁杆蒿(1.69 g·m~(-2)·h~(-1))达乌里胡枝子(1.12 g·m~(-2)·h~(-1)).0~10 cm土壤含水量与土壤呼吸速率呈显著对数函数关系.3种群落土壤呼吸温度敏感性系数Q_(10)值变化范围是1.31~2.01,且月份和降雨量处理间均存在差异.研究表明,准确评估降雨格局改变背景下退耕草地生态系统碳收支需考虑群落类型的差异.     

臭氧浓度升高与土壤湿度对农田土壤微生物呼吸温度敏感性的影响

为研究臭氧浓度升高条件下土壤湿度对农田土壤微生物呼吸温度敏感性的影响,采集经过3个生长季臭氧(100 nL.L-1)熏蒸及对照(CK)处理的农田土壤,在不同土壤湿度下研究土壤微生物呼吸对温度升高的响应规律.结果表明,在土壤湿度适宜的情况下,无论臭氧浓度升高处理还是对照处理中的土壤微生物呼吸均与土壤温度呈现出极显著的指数回归关系.就整个培养试验阶段的平均值而言,CK和100 nL.L-1臭氧处理下的平均土壤呼吸速率分别为0.48和0.33μmol.(m2.s)-1,前者比后者高约45%.臭氧浓度升高显著抑制了土壤微生物呼吸速率,并且显著降低了土壤微生物呼吸的温度敏感性.进一步的结果表明,正常土壤中土壤微生物呼吸的Q10随土壤湿度增加(20%～35%)而下降,而臭氧浓度升高改变了土壤中两者间的这种规律.综合本研究中的结果与以往关于土壤呼吸温度敏感性的研究结果,将Q10与土壤湿度(体积含水量)进行回归分析,可见两者间呈现极显著的二次函数关系,由此可推断其最大Q10值对应的土壤含水量在20%～25%范围内.     

桂林毛村不同土地利用方式下土壤呼吸空间变异特征

为了研究岩溶非岩溶交错区不同土地利用方式下土壤呼吸的空间变异特征及其影响因素,在桂林毛村进行野外观测试验,测定了土壤呼吸速率、δ~(13)C-CO_2值及相应的环境、土壤、植被因子,分析了土壤呼吸的空间变异性及与这些因子之间的关系.结果表明,土壤呼吸速率变化范围为1. 39～5. 31μmol·(m2·s)-1,最高值约为最低值的3. 8倍.毛村不同岩性区下土地利用方式的变化对土壤呼吸具有重要影响,相同岩性区土地利用方式改变前G2点松树林的土壤呼吸速率约为半坡毁林后G1点沙糖桔园的2. 3倍.土壤呼吸导致大气中CO_2浓度增高及δ~(13)C-CO_2值降低,并且两者之间的统计关系可以用反比例函数来描述.结果还发现,在水热条件与全年均值较接近的4月中旬,土地利用方式对土壤呼吸的影响要大于土壤温度、土壤湿度等环境因子.土地利用方式造成的土壤有机碳含量不同是影响土壤呼吸空间变异性的关键因子.在所有观测的生态系统中,土壤呼吸与有机碳含量和全氮含量之间的关系可以用二元线性回归方程描述,并能解释土壤呼吸92. 5%的空间变异性.     

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.     

不同温度下的土壤微生物呼吸及其与水溶性有机碳和转化酶的关系

为研究不同温度下的土壤微生物呼吸及其与水溶性有机碳(DOC)和转化酶的关系,设置了室内培养实验.采集南京市周边老山、紫金山、宝华山的土壤,研究不同土壤的微生物呼吸对温度升高的响应规律,并分析土壤DOC含量及转化酶活性.结果表明,不同土壤的累积微生物呼吸与土壤温度之间的关系均可用指数方程描述,其P值均达到极显著水平(P0.001),不同地点土壤的微生物呼吸温度敏感系数(Q10值)在1.762~1.895之间变异.累积土壤微生物呼吸的Q10值随着土壤温度升高表现出降低的趋势.培养后27 d土壤微生物呼吸的Q10值与培养后1 d的Q10值无显著差异(P0.05),这表明难分解有机质的温度敏感性与易分解有机质的温度敏感性一致.对于所有土壤而言,累积土壤微生物呼吸与DOC含量之间存在极显著(P=0.003)的线性回归关系,DOC可以解释累积土壤微生物呼吸31.6%的变异性.无论是单独分析不同土壤还是综合所有土壤的测定结果,累积微生物呼吸与土壤转化酶活性均存在极显著(P0.01)的一元线性回归关系,由此说明转化酶活性是衡量土壤微生物呼吸大小的一个较好的指标.     

桂林毛村不同土地利用方式下土壤呼吸空间变异特征

为了研究岩溶非岩溶交错区不同土地利用方式下土壤呼吸的空间变异特征及其影响因素,在桂林毛村进行野外观测试验,测定了土壤呼吸速率、δ13C-CO2值及相应的环境、土壤、植被因子,分析了土壤呼吸的空间变异性及与这些因子之间的关系.结果表明,土壤呼吸速率变化范围为1.39~5.31μmol·(m2·s)-1,最高值约为最低值的3.8倍.毛村不同岩性区下土地利用方式的变化对土壤呼吸具有重要影响,相同岩性区土地利用方式改变前G2点松树林的土壤呼吸速率约为半坡毁林后G1点沙糖桔园的2.3倍.土壤呼吸导致大气中CO2浓度增高及δ13C-CO2值降低,并且两者之间的统计关系可以用反比例函数来描述.结果发现,在水热条件与全年均值较接近的4月中旬,土地利用方式对土壤呼吸的影响要大于土壤温度、土壤湿度等环境因子.土地利用方式造成的土壤有机碳含量不同是影响土壤呼吸空间变异性的关键因子.在所有观测的生态系统中,土壤呼吸与有机碳含量和全氮含量之间的关系可以用二元线性回归方程描述,并能解释土壤呼吸92.5%的空间变异性.     

西南丘陵区保护性耕作下小麦农田土壤呼吸及影响因素分析

为了探讨保护性耕作对旱作农田土壤呼吸的影响,采用LI6400-09呼吸室在重庆北碚西南大学试验农场对平作(T)、垄作(R)、平作+覆盖(TS)、垄作+覆盖(RS)这4种处理下的西南紫色土丘陵区小麦/玉米/大豆套作体系中小麦作物生长季节的土壤呼吸及其水热生物因子进行了测定和分析.结果表明,小麦生殖生长阶段农田土壤呼吸速率变化范围为1.100～2.508μmol.(m2.s)-1,各处理的土壤呼吸速率差异显著,表现为RS>R>TS>T.各处理10 cm土层的土壤温度表现为T>R>TS>RS.土壤呼吸与土壤温度的关系符合指数函数,Q10值分别为1.25、1.20、1.31和1.26.5 cm土层的土壤含水量高低排序为TS>RS>T>R.土壤水分与土壤呼吸以抛物线曲线拟合最好,说明存在土壤呼吸最强的土壤含水量点,本研究得出小麦生殖生长阶段在土壤含水量的响应阈值为14.80%～17.47%.土壤动物中优势类群为弹尾目和螨目,与土壤呼吸存在一定相关性,对照处理和垄作下相关性高,而秸秆覆盖的处理土壤呼吸与土壤动物没有明显的相关性.     

油菜/玉米轮作农田土壤呼吸和异养呼吸对秸秆与生物炭还田的响应

土壤呼吸是农田生态系统碳排放的主要途径,为研究土壤呼吸、其组分和水热因子对秸秆与生物炭还田的响应,在重庆国家紫色土肥力与肥料效益长期监测基地采用根系排除法联合运用土壤呼吸自动监测系统(ACE-002/OPZ/SC)测定了无物料还田(CK)、秸秆还田(CS)、秸秆+速腐剂还田(CSD)、生物炭还田(BC)、秸秆+生物炭1∶1还田(CSBC)5种处理下的紫色土丘陵区油菜/玉米轮作制中油菜和玉米生长季的土壤呼吸及其水热因子,并计算了根系呼吸贡献.结果表明,秸秆与生物炭还田显著影响土壤呼吸季节性变化特征和峰值,除BC处理外,其他处理均促进了土壤呼吸和碳排放;油菜季土壤呼吸呈单峰曲线,在0.12~2.29μmol·(m~2·s)~(-1)波动,不同处理土壤呼吸差异显著,表现为CSCSDCSBCCKBC处理;玉米季各处理土壤呼吸变化较复杂,变化范围为1.02~15.32μmol·(m~2·s)~(-1),其中CS、CSD和CSBC呈双峰型曲线,CK和BC呈单峰曲线.土壤异养呼吸能够解释土壤总呼吸变化的86.50%~93.94%,各处理的玉米季根系呼吸贡献(26.49%~32.86%)显著低于CK处理(53.65%).土壤呼吸速率的变化主要受5cm土壤温度控制,与土壤含水量无显著关系;5cm土壤温度能够解释土壤呼吸季节变化的82%~94%.土壤呼吸的温度敏感性系数Q10值在3.28~4.47之间,与CK处理相比,CS、CSD、CSBC处理的Q10分别降低了26.62%、18.12%、20.58%;而BC处理则增大了12.53%.水热双因子对土壤呼吸不存在协同作用,仅用土壤温度单因子指数函数可较好地模拟土壤呼吸速率的动态变化.可见,秸秆、秸秆+速腐剂和秸秆+生物炭还田显著促进了土壤呼吸,生物炭还田抑制了土壤呼吸.     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤呼吸的影响及其持续效应

以太岳山油松林为研究对象,对林地分别作3种凋落物处理:对照(C)、去凋(B)、去凋+切根(A),并设计了4个氮水平:对照(CK,0 kg·hm-2·a-1,以N计,下同)、低氮(LN,50 kg·hm-2·a-1)、中氮(MN,100 kg·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg·hm-2·a-1),研究了土壤呼吸速率在施氮后的连续变化,以及与温度、湿度、微生物生物量C、N、土壤酶活性的关系.结果表明:去凋+切根、去凋、对照样方不同施氮水平下土壤呼吸速率基本都在施N后的第1 d处在最高峰,随即下降,切根+去凋、去凋处理样方的土壤呼吸速率在施氮后第3 d趋于稳定,而对照处理样方的土壤呼吸速率一直处于下降状态.施氮在一定程度上抑制了切根+去凋处理的土壤呼吸速率,而促进了去凋处理、对照处理的土壤呼吸速率,并且土壤微生物生物量C、N的变化与土壤呼吸速率变化一致,土壤呼吸速率与土壤酶活性、土壤湿度的拟合关系不显著(p0.05),而与土壤温度的拟合关系显著(p0.05).以土壤温度、土壤湿度构建的复合模型R s=aebTWc预测土壤呼吸的准确性高于单因子模型,施氮降低了每种凋落物处理指数关系模型(R s=aebT)的决定系数R2,并且施氮降低了切根+去凋、去凋处理的温度敏感性指数Q10,而对对照处理的Q10无明显影响.