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.     

温带湖泊周边湿地原生草地与人工林土壤碳释放差异性分析

采用红外气体分析法对东平湖湿地人工杨树林和自然草地土壤碳通量进行测定,分析了6:00到18:00两种生境下群落土壤碳通量日变化规律,及其对温度、水分等环境因子的响应。结果表明:(1)两种生境群落的土壤碳通量日动态都呈单峰曲线,但人为耕作过的土壤碳通量明显高于原生草地,土壤碳通量均在6:00达到最小值,杨树林土壤碳通量的最大值出现在12:00,而草地群落土壤碳通量最大值在14:00左右;(2)人工林土壤碳通量与近地面大气温度、土壤温度的相关性均低于草地,且两种生境群落土壤呼吸与近地面大气温度的相关性(P<0.01)均好于与土壤温度的相关性(P<0.05)。土壤碳通量对近地面大气温度的敏感性Q10值大于土壤温度的敏感性,人工林土壤呼吸温度敏感性Q10值小于草地。土壤碳通量与近地面大气相对湿度之间具有显著线性方程关系(P<0.01),人工杨树林和草地的相关系数分别为:0.399、0.29。杨树林土壤碳通量与土壤体积含水量相关性差(P<0.05),湿地草地土壤CO2释放量与土壤体积含水量的相关性不显著(P>0.05),这可能由于土壤体积含水量日变化较小,而不能很好的解释日变化尺度上的土壤呼吸变化;(3)对湿地地土壤碳通量的日变化与土壤养分和盐分相关分析得出,人工林土壤中的有机质和全盐与土壤碳通量具有显著关系(P<0.05),而草地土壤碳通量与土壤养分和盐分相关性均非常差,说明人工林生境土壤有机质和全盐是影响土壤碳通量的一个重要因素,而对草地的影响较小。该结果可以为华北平原东部地区以及温带湖泊湿地的土壤碳通量研究提供参考。     

增温对高寒灌丛土壤呼吸不同组分的影响机制

陆地生态系统土壤呼吸对气候变暖的响应研究方面目前还没有一致的结论,其原因可能为土壤呼吸不同组分对土壤温度变化的敏感性及相应的非生物和生物机制存在显著差异。文章分别从非生物因素和生物因素系统地论述了增温对青藏高原东部窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)高寒灌丛土壤呼吸不同组分的影响机制,发现增温可通过提高土壤微生物群落和植物根系的生理活性直接促进土壤异养呼吸和根系呼吸。同时增温能通过改变非生物因子影响土壤呼吸各组分速率,如增温显著提高土壤养分含量和土壤酶活性,进而间接促进土壤呼吸;而增温引起土壤水分含量较小程度的降低不足以抑制土壤呼吸过程。增温还能通过改变植物群落生产和土壤微生物群落结构等生物因子影响土壤呼吸各组分速率,如增温导致植物细根生产量、死亡量和分解速率提高,非根际土壤微生物生物量与活性增加;增温还导致土壤微生物功能群向革兰氏阳性菌和放线菌群落转变,从而导致土壤微生物对土壤惰性有机碳的利用增加。受根际土壤可利用碳含量较高的影响,根际微生物呼吸对增温的响应不敏感,增温对根际微生物生物量的影响也不显著。由此可见,在青藏高原东部高寒灌丛生态系统中,气候变暖将通过改变非生物与生物因子影响土壤呼吸等碳释放过程。以上结果有利于更加全面地认识全球气候变暖背景下高寒灌丛土壤碳循环过程。     

夜间增温和施肥对亚高山针叶林土壤呼吸的短期影响

开展土壤呼吸对全球气候变化的响应研究对预测全球碳循环具有重要作用.采用红外辐射加热器模拟增温结合外施氮肥的方法,研究川西亚高山针叶林两种主要树种幼苗——云杉(Picea asperata)和岷江冷杉(Abiesfaxoniana)土壤呼吸动态变化对增温和施肥的短期响应.结果表明:在试验处理期间(2008年9月～2009年7月),空气平均温度和5 cm土壤平均温度分别比对照提高了2.03℃和4.10℃.两种幼苗样地土壤呼吸速率在各处理下都表现出明显的季节和日动态.增温对两种幼苗土壤呼吸速率的影响总体表现为促进作用,而施肥处理则表现为抑制效应.但两种幼苗土壤呼吸对增温和施肥处理的响应又存在一定的差异,且与季节密切相关.增温使云杉幼苗土壤呼吸年通量在非施肥和施肥条件下分别增加了22.30%和8.82%,而使冷杉土壤呼吸速率年通量分别仅增加了4.85%和4.45%.两种幼苗在各处理下土壤呼吸速率与地下5 cm土壤温度之间具有显著的指数关系.增温和施肥处理均提高了两种幼苗土壤呼吸速率的Q10值,但云杉幼苗土壤呼吸对温度变化的响应比冷杉更为敏感.总之,不同树种土壤呼吸特征对全球气候变化的响应差异进一步增加了对该区森林碳源/汇功能预测的不确定和复杂性,其内在机理有待进一步深入研究.     

太岳山油松天然林不同土层的碳氮转化速率

采用气压过程分离(Barometric process separation,BaPS)技术,研究油松(Pinus tabulaeformis Carr.)天然林土壤含水量、土壤温度和细根生物量对土壤总硝化速率、反硝化速率和呼吸速率的影响及其在0～52cm土层的变化.结果表明:油松天然林内土壤总硝化速率和呼吸速率随土层深度增加呈递减趋势,反硝化速率在各层间的波动较大;土壤总硝化速率和呼吸速率与土壤含水量、土壤温度及细根生物量均显著正相关(P0.05);土壤反硝化速率和土壤含水量、土壤温度以及细根生物量相关不显著.图4表2参28     

武夷山自然保护区常绿阔叶林优势种对土壤呼吸的影响

为揭示森林土壤呼吸异质性的影响因素,以武夷山自然保护区常绿阔叶林优势种甜槠(Castanopsis eyrei)、细叶青冈(Cyclobalanopsis tenuifolia)、米槠(Castanopsis carlesii)为研究对象,采用LI-8100碳通量系统测定土壤呼吸速率及其影响因子土壤温度、土壤含水量值,比较不同龄级树种土壤温度、土壤含水率、土壤呼吸速率在不同海拔的差异.结果显示,3种常绿阔叶林优势种中甜槠在海拔700 m土壤呼吸速率最高,为4.75μmol m^-2s^-1,米槠在海拔540 m处土壤呼吸速率最高,为3.12μmol m^-2s^-1;细叶青冈在海拔850 m处土壤呼吸速率最高,为4.39μmol m^-2s^-1.无论是单因素模型(自变量为土壤温度)还是双因素模型(自变量为土壤温度和土壤含水率)拟合结果均体现自变量与土壤呼吸速率呈极显著相关关系(P <0.01).不同龄级甜槠、细叶青冈、米槠土壤呼吸速率变化并不显著(P> 0.05),树种差异对土壤呼吸速率变化不显著(P> 0.05).随着海拔升高,温度敏感性指数Q10增大,高海拔地区Q10值显著高于低海拔地区(P <0.05).因此,在中亚热地区常绿阔叶林带中,土壤呼吸速率的变动主要受土壤温度影响,高海拔地区可能释放更多CO2,上述结果丰富了中亚热带森林土壤碳汇研究.(图6表3参47)     

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.     

兴安落叶松林土壤呼吸及组分的变化特征

采用挖壕法断根对兴安落叶松（Larix gmelinii）林土壤呼吸的组分进行分离,利用静态箱/碱液吸收法对土壤呼吸以及各组分的呼吸速率及10 cm土层的土壤温度和土壤含水量进行测定。研究兴安落叶松林土壤呼吸及其组分的日动态和季动态变化特征,阐明大兴安岭地区兴安落叶松林土壤呼吸及其组分的变化规律及其与土壤温度、土壤含水量两个影响因子之间的关系。研究结果显示,①兴安落叶松林土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸都呈现明显的日变化和季节变化规律,日变化曲线均呈单峰型,自养呼吸速率的日变化较平缓,其最大值与土壤呼吸、异养呼吸和土壤温度的时间比较出现滞后现象：在生长季土壤呼吸和异养呼吸月平均呼吸速率值的排列顺序依次为：7月>8月>9月>6月,而自养呼吸月平均呼吸速率值的排列顺序依次为：8月>7月>9月>6月。②兴安落叶松林中土壤呼吸速率、异养呼吸速率和自养呼吸速率与10 cm土壤温度之间均成指数相关关系,通过计算得出Q10值分别为1.69、1.97和1.24,与其他地区的研究结果相比温度敏感性偏低。土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸与土壤含水量有相关性但不显著。③异养呼吸和自养呼吸对土壤总呼吸的贡献率分别约为63％、37％,该地区土壤异养呼吸所占比例接近于自养呼吸的两倍。     

藏北高寒草地地下生物量特征及其与土壤水分的关系

植物地下生物量是高寒生态系统重要的碳库,可以反映植物对极端环境的适应特征。以高寒草原、高寒草甸草原和高寒草甸3种主要草地类型为对象,对比分析了非生长季和生长季的地下生物量,探究不同类型的高寒草地地下生物量分配机制及其动态变化过程。结果表明:(1)3种草地地下生物量的空间分布在生长季和非生长季均呈现"T"字型分布。在这两个时期,3种草地0~10 cm的生物量占总地下生物量的比例均表现为:高寒草原(91.20%,94.72%)高寒草甸草原(83.17%,92.07%)高寒草甸(67.04%,68.38%),且其比例在生长季均有增加;(2)两个时期高寒草甸地下生物量均最高(1 620.39±71.09)g·m~(-2),(3 950.08±291.46)g·m~(-2),非生长季高寒草原最低(136.24±9.14)g·m~(-2),生长季高寒草甸草原最低(133.97±6.93)g·m~(-2);高寒草甸和高寒草原地下生物量在生长季都有显著增加,而高寒草甸草原显著减少;(3)地下生物量与土壤含水量有显著的正相关关系,在同样的温度条件下,土壤含水量是地下生物量的重要影响因子;而生长季是藏北地区降水比较集中的时期,土壤表层水分的增加促使根系向表层生长。     

实验增温对西藏高原玉米田土壤呼吸的影响

青藏高原农业区正经历着明显的气候变暖,但气候变暖如何影响高寒农业生态系统碳循环目前仍不明确。土壤呼吸是第二大陆地生态系统碳通量,高寒农业生态系统土壤呼吸对气候变暖的响应的不确定性限制了气候变化背景下人类对青藏高原高寒生态系统碳循环的预测能力。2015年4月在西藏玉米田采用开顶式生长箱进行模拟增温试验,旨在探究气候变暖对土壤呼吸及其温度敏感性的影响。在2015年玉米生长季节的5—8月份,利用Li8100土壤通量观测系统测定了6次土壤呼吸日变化(8:00—20:00),并利用HOBO微气候观测系统观测了5 cm深处的土壤温度和土壤湿度。结果表明,实验增温显著提高了5 cm深处的土壤温度(t=11.93,P=0.000),增幅为3.22℃,同时显著降低了5 cm深处的土壤含水量,降幅为0.04m~3·m~(-3)(t=4.87,P=0.008)。对照和模拟增温处理的土壤呼吸速率分别为6.79μmol·m~(-2)·s~(-1)和7.34μmol·m~(-2)·s~(-1),两者间无显著差异(F=1.65,P=0.235)。尽管如此,土壤呼吸仍存在着显著的日变化(F=137.66,P=0.000)和季节变异(F=54.48,P=0.000)。对照和模拟增温处理的土壤呼吸温度敏感性分别为1.70和1.77,两者间也无显著差异(t=2.69,P=0.100)。土壤温度解释了36%的对照处理的土壤呼吸变异,而土壤温度和土壤湿度共同解释了62%的土壤呼吸变异。因此,3.22℃的土壤增温没有显著改变土壤呼吸及其温度敏感性,这与3.22℃的土壤增温引起了土壤湿度的降低有关。     

模拟氮沉降对武夷山亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的影响

大气氮沉降是全球变化的焦点问题之一,为研究大气氮沉降对森林生态系统土壤呼吸的影响,在武夷山亚热带常绿阔叶林进行人工模拟氮沉降,设置对照(N0,0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、低氮(N1,50 kg·hm~(-2)·a~(-1))、中氮(N2,100 kg·hm~(-2)·a~(-1))和高氮(N3,150 kg·hm~(-2)·a~(-1)),采用Li-6400分析系统测定土壤呼吸速率,同时测定土壤温度和土壤含水量,探讨氮沉降的背景下土壤温度和土壤含水量与土壤呼吸的关系。结果表明,(1)亚热带常绿阔叶林土壤呼吸速率具有明显的季节动态变化,土壤呼吸速率均为1月最低,8月最高。(2)常绿阔叶林土壤总呼吸存在明显的季节格局,总体呈单峰型,其峰值均出现在8月,重复测量方差分析结果显示,在生长季,氮沉降对土壤总呼吸均无显著影响(P0.05)。(3)常绿阔叶林土壤总呼吸与土壤温度呈显著的指数关系,其响应具体表现在,低高氮(N1,N3)处理和中氮(N2)处理在一定程度上分别提高和降低了土壤呼吸Q_(10)。N0、N1、N2、N3处理下土壤总呼吸的Q_(10)分别为1.52、1.57、1.44、1.56;土壤呼吸速率与0~5 cm和5~10 cm土层土壤含水量之间的关系用二次曲线拟合的效果最好,其决定系数R~2分别为0.156~0.354和0.239~0.387,明显低于土壤呼吸速率与土壤温度关系方程的R~2值,这表明土壤呼吸速率与土壤含水量之间的相关性较弱,由此可知土壤含水量对土壤呼吸的影响远小于土壤温度对土壤呼吸的影响。(4)N0、N1、N2和N3处理的土壤总呼吸年碳排放量分别为5.67、5.98、6.22和4.22 t·hm~(-2)·a~(-1),低氮和中氮处理的排放比对照高出5.46%和9.70%,低氮促进了土壤呼吸年通量,而高氮抑制了土壤呼吸年通量;方差分析结果表明,氮沉降对土壤呼吸、异养呼吸年通量有显著影响,其中N2对土壤呼吸、异养呼吸年通量影响最大(P0.05)。     

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。     

西双版纳热带季节雨林土壤呼吸季节动态及驱动因素

季节雨林是西双版纳热带森林生态系统中原始林,本研究采用挖壕沟法与红外气体分析法研究了西双版纳热带季节雨林土壤呼吸,包括根系呼吸、异养呼吸的干湿季动态变化,旨在为准确估算中国热带碳收支提供基础数据。结果表明,(1)西双版纳热带季节雨林所在的土壤温度和土壤湿度存在显著的季节变化规律,均呈倒"V"型变化趋势。不同季节0-5 cm土壤温度和湿度均显著高于5-10cm;土壤温度和湿度随着季节的变化呈先增加后降低趋势,在夏季达到最大,在冬季最小。(2)西双版纳热带季节雨林土壤总呼吸(R_s)、自养呼吸(R_a)及异养呼吸(R_h)具有明显的分层现象和季节性规律,从分层来看,不同季节0-5cm土壤总呼吸(R_s)、自养呼吸(R_a)及异养呼吸(R_h)均高于5-10cm土层;从季节性规律来看,土壤总呼吸(R_s)、自养呼吸(R_a)及异养呼吸(R_h)随着季节的变化呈先增加后降低趋势,在夏季达到最大,在冬季最小。(3)西双版纳热带季节雨林土壤总呼吸与土壤温度呈显著的指数关系,与土壤湿度呈显著的二次曲线关系,其决定系数R~2分别为0.32-0.46和0.29-0.40(P0.05),明显低于土壤呼吸速率与土壤温度关系方程的R2值,这表明土壤呼吸速率与土壤含水量之间的相关性较弱。(4)主成分分析表明,第一主成分对原始变量的解释贡献了总方差的64.18%,负荷值最高的几个指标分别为有机碳、全氮和转化酶,第二主成分为全氮、全钾和转化酶,说明土壤温度、有机碳、全氮和蔗糖酶是西双版纳热带季节雨林土壤呼吸的主要影响因子。     

合肥市城乡梯度下麻栎林土壤呼吸特征及影响因素

以合肥市城乡梯度下3个森林公园为研究对象,于2017年4月-2018年6月开展中心城区—城郊—乡村梯度下麻栎林(Quercus acutissima)土壤呼吸速率及主要环境因子的野外观测。结果表明:城乡梯度森林土壤呼吸具有明显的季节性变化,其中夏季较高、冬季最低,呈单峰型曲线,年均土壤呼吸速率大小顺序为乡村(1.89μmol·m~(-2)·s~(-1))中心城区(1.86μmol·m~(-2)·s~(-1))城郊(1.80μmol·m~(-2)·s~(-1));土壤温湿度及土壤活性碳氮沿城乡梯度呈递减格局,土壤C、N在城乡梯度不同位置变异很大,3个区域的pH值差异不显著;不同城乡梯度下森林土壤呼吸速率与土壤温度呈显著正相关(P0.01),中心城区和城郊森林土壤呼吸速率与含水量呈负相关,土壤理化性质对城乡梯度森林土壤呼吸的影响因区域不同而有差异;不同城乡梯度下森林的Q_(10)值存在一定程度差异,Q_(10)值大小顺序为:城郊(2.15)中心城区(2.10)乡村(1.86)。因此,土壤温度及土壤理化性质是造成城乡梯度森林土壤呼吸差异的主要原因。研究结果对于了解控制城乡梯度森林土壤呼吸的因素和更准确估测城市碳通量具有重要作用,可为管理和保护城市森林生态环境提供理论支持。     

疏勒河流域绿洲荒漠过渡带土壤呼吸特征及其影响因素

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环研究的关键问题之一。为了研究绿洲荒漠演化过程土壤呼吸的变化特征及其影响因素,运用地统计学的方法分析了500 m间隔取样尺度下甘肃省玉门镇饮马农场一条绿洲荒漠过渡带(荒漠、荒漠-绿洲、绿洲)土壤呼吸速率在不同时期(5、7、10月)的时空变异性,并结合过渡带不同监测点的植被盖度、土壤温度、空气相对湿度、土壤容积含水量以及土壤0~20 cm土层pH值、盐分、HCO_3~-、Cl~-、Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、K~+、Na~+等理化性质分析,探讨了环境因素与土壤呼吸速率之间的相关性。结果表明:从荒漠向绿洲过渡,土壤呼吸速率从荒漠端的1.21μmol·m~(-2)·s~(-1)逐渐增大到绿洲端的4.85μmol·m~(-2)·s~(-1),增加3倍。从季节变化来看,7月份土壤呼吸速率最大,10月份土壤呼吸速率最小,5月份土壤呼吸速率居中。绿洲荒漠过渡带土壤呼吸速率的变异系数为64.1%~78.1%,属中等变异。从空间相关性来看,7月和10月土壤呼吸速率的块金值为0.065和0.113,均小于0.25,空间相关性强;5月份土壤呼吸速率的块金值为0.690,空间相关性中等。研究发现土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著正相关关系(P=0.002)。     

不同氮水平下夏玉米农田土壤呼吸动态变化及碳平衡研究

为探讨氮肥对华北平原高产农田土壤呼吸动态变化及其碳平衡的影响,试验设计了习惯施氮量(N228,228 kg·hm-2)、2/3习惯施氮量(N152,152 kg·hm-2)和不施氮(N0)3个处理,采用密闭静态箱法研究了不同施氮水平下夏玉米生长季农田的土壤呼吸速率季节变化、土壤呼吸与地温等环境因素的关系以及农田系统的碳平衡。结果表明,夏玉米农田土壤呼吸速率均值和土壤呼吸释放的总碳量分别为C 98.8-115.9 mg·m-2.h-1和C 2 232.3-2 524.2 kg·hm-2。与处理N0相比,处理N152(N 152kg·hm-2)和N225(N 225 kg·hm-2)的土壤呼吸速率均值分别增加了10.2%和17.4%,土壤呼吸释放的总碳量分别增加了6.74%和13.1%。地温(5 cm)和土壤含水量(0-10 cm)分别与土壤呼吸速率呈指数和二次曲线关系,R2均达显著水平。其中地温(5 cm)解释了土壤呼吸季节变化的55.9%-67.0%,而土壤含水量(0-10 cm)可解释土壤呼吸季节变化的25.3%-59.3%。土壤呼吸的温度敏感系数Q10在2.05-2.23之间,且随着施氮水平的提高而增加。处理N0、N152(N 152 kg·hm-2)和N228(N 228kg·hm-2)的土壤含水量分别是22.5%、22.7%和23.3%时,土壤呼吸速率达最高值,超过此阈值,土壤呼吸速率均呈下降的趋势。夏玉米农田系统是大气二氧化碳(CO2)重要的汇,净初级生产力(NPP)固碳量和农田系统的净碳输入(NEP)分别为C 6 829.1-8 950.2 kg·hm-2和C 4 898.2-6 766.8 kg·hm-2。处理N152(N 152 kg·hm-2)和N228(N 228 kg·hm-2)与处理N0相比,NPP固碳量分别增加了24.8%和131.1%,NEP分别增加了31.9%和38.1%。     

增温和增氮及其交互作用对藏北高寒草甸植物群落结构与物种多样性的影响

为探讨气候变暖和区域性氮沉降增加对青藏高原高寒草甸植物群落特征的影响,选择西藏自治区那曲市典型高寒草甸为研究对象,于2014年5月设置对照(CK)、增温(W)、增氮(N)、增温增氮(WN)4个处理,并在2017年和2018年观测了不同功能群植物地上生物量、高度、盖度和物种多样性指数等群落特征对增温增氮及其交互作用的响应,为当地高寒草地畜牧业发展提供有力依据。结果表明:(1)各处理均使群落总生物量显著增加(P0.05);(2)在增温处理下,禾本科高度显著增加,增温、增氮处理下,杂草高度显著增加;增氮处理下,莎草科盖度显著增加,增温增氮处理下,豆科盖度显著增加(P0.05);(3)2018年增温增氮处理下Simpson指数和莎草科物种丰富度显著降低,增氮处理下莎草科物种丰富度显著增加(P0.05);(4)相关分析表明,豆科物种生物量与土壤含水量呈显著负相关。综上所述,高寒草甸在未来气温和氮沉降增加趋势下,总生物量显著增加,物种多样性降低。     

降雨减少对华北落叶松人工林土壤呼吸的影响

近年来随着降雨格局的变化,区域性干旱加剧,而干旱对土壤碳循环的影响情况仍不十分明确。为探究降雨减少对土壤呼吸的影响,2016年以华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林为研究对象,设置对照(CK)、减少降雨30%(W1)和减少降雨60%(W2)3个处理水平,通过人工隔离降雨模拟干旱条件对土壤呼吸速率的影响。在6—10月份生长季,采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定每月月中、月末土壤呼吸速率,并同时测定5 cm深度土壤温湿度。结果表明:减少降雨60%使土壤湿度显著降低17.8%(P0.05),而对土壤温度的影响不显著;减少降雨30%对土壤温湿度的影响均不显著;对照、减少降雨30%和减少降雨60%的平均土壤呼吸速率分别为2.45、2.29和2.16μmol·m~(-2)·s~(-1),与对照相比,减少降雨抑制了土壤呼吸,减少降雨60%使平均土壤呼吸速率降低了11.84%(P0.05),土壤呼吸通量减少了41.01 g·m~(-2),而减少降雨30%对土壤呼吸的影响不显著;土壤呼吸速率与土壤温度呈显著指数相关(P0.05),土壤温度解释了66.2%的对照处理的土壤呼吸变异,适当减少降雨能够提高土壤呼吸速率与土壤温度的相关性;在2~7℃土壤温度下,土壤呼吸速率与土壤湿度呈显著二元线性相关(P0.05),且在2~7℃土壤温度下减少降雨提高了土壤呼吸速率和土壤湿度的相关性;在13~17℃土壤温度下,减少降雨则降低了土壤呼吸速率和土壤湿度的相关性;减少降雨提高了土壤呼吸的温度敏感性,且随着降雨减少程度的增大而增大。可见,降雨是影响华北落叶松人工林土壤呼吸的重要因子。     

海北高寒草甸返青期土壤温度与水分动态变化

分析青藏高原高寒草甸返青期土壤水分和温度的变化以及相互关系是理解高寒草甸生态系统变化的重要基础。为明晰青藏高原祁连山东部高寒草甸返青期的土壤温度与水分变化规律,选择祁连山东部海北高寒草甸为试验区,以实地测试与方差、相关及回归分析相结合的方法研究了海北高寒草甸返青期土壤分层水分和温度的动态变化。结果表明:(1)观测期内,高寒草甸整个返青期表层0 cm及地表以下5、15、30、60和120 cm土壤各层平均温度分别为10.47、4.11、3.28、1.76、0.80和0.51℃,表层0 cm地温受气温变化影响最为显著;返青早期各层土壤温度均稳定于0℃左右,返青中期各层土壤温度迅速增加,返青中后期自上而下不同土壤层温度逐渐降低;(2)表层、中层和深层土壤平均含水量分别为17.3%、20.6%和20.9%,中层和深层土壤水分含量较小;表层土壤含水量波动剧烈,在整个返青期呈逐渐下降趋势,中层和深层土壤含水量连续增加,波动范围小;(3)高寒草甸土层0~15 cm的土壤体积含水量与土壤温度呈显著负相关,随土壤平均温度增加,土壤体积含水量逐渐降低;15~30、30~45和45~60 cm较深层土壤含水量与土壤平均温度呈显著正相关,随土壤深度增加其相关性也随之增强。该研究可为理解青藏高原高寒草甸生态系统的变化规律和变化过程提供参考依据,对高寒草甸的保护及可持续利用也具有重要意义。     

桂林尧山地区20年生桉树林土壤呼吸昼夜变化特征

以桂林尧山地区20年生桉树林为研究对象,于2013年1—11月,分春、夏、秋和冬4个季节对土壤呼吸速率及环境因子日变化进行24 h的动态监测。结果表明:(1)20年生桉树林土壤呼吸具有明显日变化特征,呈单峰或双峰曲线形式。4季土壤呼吸速率均在17:00—19:00达最大值,在次日05:00—09:00达最小值。白天土壤呼吸速率变化较大,夜间变化较小;(2)4个季节土壤总呼吸速率之间存在显著差异(P0.05),从大到小依次为夏、春、秋和冬季,自养呼吸贡献率从大到小依次为春、冬、夏和秋季;(3)土壤总呼吸、自养呼吸和异养呼吸速率与土壤温度均呈显著正相关关系(P0.01),土壤温度分别可解释土壤总呼吸、自养呼吸和异养呼吸变化的64.18%、15.43%和83.58%;(4)土壤总呼吸、自养呼吸和异养呼吸速率与土壤含水量间呈显著正相关关系(P0.01),土壤含水量在一定范围内对土壤呼吸起促进作用。