苹果园土壤呼吸的变化及生物和非生物因素的影响

了解果园土壤呼吸变化及其影响因素,有利于深入理解退耕还果条件下黄土高原地区土壤碳源汇功能.在长武农田生态系统国家野外站,以盛产期果园(2000年建成)为对象,利用土壤碳通量测量系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)于2011、2012年监测了果树冠幅下距树干不同距离处土壤呼吸、土壤水分和温度变化,分析了土壤呼吸的时空变化及其影响因素.结果表明:①土壤呼吸速率随着距树干距离延长而降低.与2 m处相比,0.5 m处土壤累积呼吸量2011年提高20%,2012年提高31%;0.5 m和2 m处土壤呼吸的温度敏感性(Q10)2011年相应依次为1.79和1.56,2012年依次为1.79和1.38.②距树干2 m处温度和水分稍高于0.5 m处,但差异不显著(P>0.05).土壤呼吸与土壤温度均呈显著的指数关系,而与土壤水分的相关性不显著.温度变化可解释土壤呼吸的季节性变化,但并不能解释距离树干不同处的差异.③距离树干不同位置处的根系密度差异是影响果园土壤呼吸空间变化及其温度敏感性的重要生物因素;④冠幅下土壤呼吸的变异系数为23%~31%.估算果园土壤呼吸需考虑其距离树干的空间差异性.     

黄土区果园和刺槐林生态系统土壤有机碳变化及影响因素

果园和刺槐是黄土区小流域综合治理中两种典型土地利用方式,对比分析二者土壤固碳功能变化有助于深入了解小流域综合治理条件下陆地生态系统土壤碳循环过程及其影响因素.在中国科学院长武黄土高原农业生态试验站,针对20世纪80年代以来综合治理的王东沟小流域,选取坡地上不同生长年限苹果园和刺槐林群落,测定表层(0~20 cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)以及根系生物量和地表凋落物含量,研究不同治理措施下SOC的变化特征及其影响因素.结果表明:1随生长年限的增加,苹果园中SOC、TN含量呈降低趋势,而刺槐林中呈增加趋势.与农地(对照)相比,3年、8年、12年、18年苹果园SOC、TN含量分别降低了3.26%、10.54%、18.08%、22.55%和-8.08%、-0.48%、4.97%、16.91%,12年、18年、25年刺槐林SOC、TN含量分别增加了5.31%、32.36%、44.13%和2.49%、15.75%、24.22%;23年、8年、12年、18年苹果园细根生物量,分别为农地(对照)的25.97%、66.23%、85.71%和96.10%,凋落物量均为0 g·m-2,而12年、18年、25年刺槐林细根生物量相较农地(对照),分别增加了23.53%、79.41%、157.35%,凋落物输入量分别为194、298、433g·(m2·a)-1;3有机物输入差异是导致果园和刺槐生态系统土壤固碳功能差异化的重要原因.     

半干旱区土壤微生物呼吸对极端降水的响应

了解土壤微生物呼吸对极端降水的响应对深入理解全球变暖趋势下降水格局的改变对土壤碳循环的影响具有重要意义.于2015年雨季(7~9月)在长武农田生态系统国家野外站,模拟了3种雨季降水量(最高600 mm;平均300 mm;最低150 mm)条件下两种降水形式(每次10 mm:P_(10),每次150 mm:P_(150)).利用土壤碳通量测量系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测不同降水条件下土壤微生物呼吸速率及其土壤水分、温度的变化.相同次降水量条件下,土壤微生物呼吸波动因雨季降水量变化而不同.P_(150)较P_(10)波动剧烈,600 mm降水量下土壤微生物呼吸变异系数分别为36%和33%;300 mm降水量下为28%和22%,150 mm降水量下依次为43%和29%.与P_(10)相比,P_(150)土壤微生物呼吸累积量在600 mm降水量下降低20%;但150 mm降水量下增加22%,300 mm降水量下二者无显著差异.土壤累积呼吸量与水分胁迫时间长短呈显著负相关(R2=0.75).全球变暖趋势下极端性降水事件增加对土壤微生物呼吸的影响不容忽视.     

坡度和降雨影响土壤CO2通量和有机碳流失的模拟研究

坡度和降雨是影响土壤侵蚀发生和发展的重要因素,分析二者对土壤CO_2通量变化的影响,有助于深入理解侵蚀条件下土壤和大气CO_2之间交换的机理.选取黄土高原典型侵蚀性土壤黄绵土,于中国科学院水利部水土保持研究所人工模拟降雨大厅,研究不同坡度(5°、15°和25°)、降雨强度(30、60和90 mm·h-1,即I30、I60、I90)及历时(0.5、1和1.5 h,即H0.5、H1、H1.5)下土壤CO_2通量变化.结果表明:同历时和雨强下,坡度显著影响土壤CO_2通量变化(p0.001),且各坡度下土壤CO_2通量呈现出5°15°25°的趋势,但5°与15°之间差异未达到显著水平,而25°坡度下土壤CO_2通量较5°、15°下显著下降(16.3%~36.5%,10.8%~27.1%);同坡度和历时(H1)下,随着雨强的增加,土壤CO_2通量呈现下降的趋势,相较I30雨强下,I60、I90雨强下对应坡度的土壤CO_2通量降低了2.3%~14.3%,但差异均未达到显著性水平;同坡度和雨强(I90)下,随着历时的增加,土壤CO_2通量也表现出降低的趋势,H1、H1.5历时下,土壤CO_2通量相较H0.5下降1.7%~20.9%,历时对土壤CO_2通量影响达显著性水平(p0.1);土壤CO_2通量的变化与坡面SOC流失量呈线性负相关关系(R2=0.69~0.77,r=-0.83~-0.88,p≤0.1).SOC的流失是导致坡面土壤CO_2通量降低的重要因素.     

施氮对黄土旱塬区春玉米土壤呼吸和温度敏感性的影响

了解施氮对土壤呼吸和温度敏感性的影响,是研究农田土壤呼吸变化的重要环节,对预测农田土壤呼吸变化具有重要意义.基于中国科学院长武黄土高原农业生态试验站的氮肥管理试验,于2013年4月至2014年9月利用LI-8100系统(LICOR,Lincoln,NE,USA)监测施氮和不施氮条件下旱地春玉米生长季土壤呼吸、温度、水分以及根系生物量的变化,研究施氮条件下生物与非生物因素对土壤呼吸速率和温度敏感性(Q10)的影响.施氮显著提高了生长季土壤的累积呼吸量(P0.05),与不施氮相比,施氮处理累积呼吸量2013年提高了35%,2014年提高了54%.但施氮显著降低了土壤呼吸温度敏感性(P0.05),施氮处理的Q10较对照2013年降低了27%,2014年降低了17%.施氮显著提高了春玉米产量、地上部生物量和根系生物量(P0.05).施氮处理根系生物量较不施氮处理2013年提高了0.32倍,2014年提高了1.23倍.施氮对土壤温度和水分无显著影响,根系生物量是施氮条件下导致土壤呼吸差异的重要生物因素.     

模拟条件下侵蚀-沉积部位土壤CO2通量变化及其影响因素

了解土壤侵蚀与沉积对土壤CO_2通量的影响有助于正确评价侵蚀区域土壤和大气之间CO_2交换过程与机制.本试验于2014和2015年雨季(7~9月)在长武农田生态系统国家野外站进行,利用土壤碳通量测量系统LI-8100(LI-COR,Lincoln,NE,USA)和土壤温度及水分数据采集器(EM50,DECAGON,USA),测定侵蚀和沉积地貌下的土壤CO_2通量、土壤水分和温度,并采集径流泥沙.结果表明:1侵蚀区和沉积区土壤CO_2通量均值依次为1.05μmol·(m~2·s)~(-1)和1.38μmol·(m~2·s)~(-1),沉积区较侵蚀区增幅达31%(P0.05);沉积区土壤CO_2通量温度敏感性(8.14)是侵蚀区(2.34)3倍以上.2侵蚀区与沉积区土壤水分均值分别为0.21 m~3·m~(-3)和0.25 m~3·m~(-3),沉积区较侵蚀区提高19%(P0.05).尽管侵蚀区较沉积区土壤温度稍有提高(7%),但差异不显著.3泥沙中有机碳平均含量(7.26 g·kg~(-1))较试验之初(6.83 g·kg~(-1))提高6%.4土壤水分和土壤有机碳(SOC)在侵蚀区和沉积区的重新分布对土壤CO_2通量空间变异有重要影响.     

黄土高原半干旱区土壤呼吸对土地利用变化的响应

明确土地利用方式变化条件下引起土壤呼吸差异性的因素,对预测黄土区退耕还草条件下土壤碳循环变化有重要意义。基于建立于1984 年的长期定位试验,于2011 年3 月至2012年12 月,利用Li-8100 系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测了退耕还草(苜蓿)处理和农田(冬小麦)土壤呼吸季节变化以及土壤表层(0~5 cm)温度和含水量,研究了土地利用变化下土壤呼吸变化特征及其与土壤温度、水分以及有机碳特性之间的关系。结果发现,退耕27 a 来(自1984年麦地转化为苜蓿地),土壤呼吸速率苜蓿地(3.55 μmol·m^-2·s^-1)达小麦地(1.36 μmol·m^-2·s^-1)的2.61 倍,累积呼吸量苜蓿地(981 g·m^-2)达小麦(357 g·m^-2)的2.75 倍。土壤呼吸温度敏感系数(Q₁₀)苜蓿地较小麦地2011 年提高24.5%,2012 年提高2.4%。苜蓿地SOC含量(10.5 g·kg^-1)较小麦地(6.5 g·kg^-1)提高61.5%,微生物量碳(204 mg·kg^-1)较小麦地(152 mg·kg^-1)提高34%,0~5 cm土壤水分含量同期高于小麦地,但二者土壤温度差异不显著。土壤水分、SOC、微生物量碳等是造成二者呼吸差异的因素。