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.     

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.     

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.     

管理措施对农田生态系统土壤呼吸的影响

为研究管理措施(氮肥施用和耕翻措施)对农田土壤呼吸的影响,采用静态暗箱-气相色谱法对农田生态系统的土壤呼吸作用进行了5个生长季(2002~2003年小麦,2003年玉米、大豆,2003~2004年小麦,2004年玉米,2004~2005年小麦)的野外观测试验.结果表明,冬小麦基肥(2002-11-09)、返青肥(2003-02-14)和拔节肥(2003-03-26)施用后2周内氮肥施用处理的土壤呼吸速率明显高于对照,但不同施氮水平间的土壤呼吸速率无显著差异.耕翻对土壤呼吸的影响效应受到前茬作物类型的制约.在2003~2004年的冬小麦生长季(其前茬种植的作物为水稻),不耕和浅耕处理的平均土壤呼吸速率之间无显著差异(p>0.05).在2004年玉米生长季浅耕比不耕处理显著增加了土壤呼吸速率(p<0.05),而在后茬的2004~2005年小麦生长季浅耕比不耕又显著降低了土壤呼吸速率(p<0.05).在前茬作物为水稻的麦田(2004~2005年小麦生长季),深耕比不耕处理显著增加了土壤CO2排放量.不同管理措施下,农田土壤呼吸与土壤温度的关系均可用指数方程描述,针对不同管理措施下拟合得到的指数方程求得的Q10值在1...     

不同耕作措施对旱作夏玉米田土壤呼吸及根呼吸的影响

为了探明不同耕作措施对旱作夏玉米田土壤呼吸及根呼吸的影响,采用定位试验,对比研究了深松耕(ST)、免耕(NT)、旋耕(RT)和翻耕(CT)这4种耕作方式下土壤呼吸速率的动态变化特征;并利用根去除法研究了根呼吸对土壤呼吸的贡献.结果表明,夏玉米生长季,4种耕作方式下土壤呼吸速率随生育期均呈单峰型变化趋势,在抽雄期达到最大,各生育期土壤呼吸速率大小顺序依次表现为:抽雄期开花期灌浆期成熟期拔节期苗期.不同耕作措施对平均土壤呼吸速率的影响表现为CTSTRTNT;土壤呼吸速率与土壤温度的相关系数达到显著性水平(P0.05),不同耕作措施下5 cm地温可以解释土壤呼吸速率变异的35%~75%.而土壤呼吸速率与土壤水分的相关系数却未达到显著性水平.夏玉米生长季中,不同耕作措施下根呼吸作用占土壤呼吸作用的比例在45.13%~56.86%之间波动,均值为51.72%.因此,利用根去除法可以用来了解作物生长对土壤碳排放的贡献及比较不同耕作措施对根系呼吸贡献的影响,从而为筛选出减缓农田土壤有机碳分解的耕作措施提供依据.     

不同施肥方式对设施土壤氨挥发特征的影响

有机肥与改良剂施入土壤是改善土壤结构、增加土壤有机质含量和培肥地力的重要措施,但也会影响土壤的氨挥发,探索不同施肥方式对土壤氨挥发的影响,对于减少氮素损失和保护生态环境具有重要意义.基于设施番茄微区试验,采用LGR915-0016超便携NH₃分析仪观测不同施肥方式[50%化肥N+50%有机肥N+改良剂组（HYG）、50%化肥N+50%有机肥N组（HY）、100%有机肥N组（Y）、100%化肥N组（H）和不施肥处理组（CK）]下土壤氨的排放特征.结果表明:在番茄生育期内,不同施肥方式下设施土壤氨挥发通量的变化趋势基本一致.在土壤氨累积挥发量方面,与CK处理相比,H和HY处理下土壤中氨累积挥发量分别增加了11.76%和12.03%;Y和HYG处理则显著降低了土壤中氨累积挥发量,分别下降了24.31%和15.20%.就单因素模型而言,不同施肥处理下土壤氨挥发通量与0~10 cm土壤温度呈线性回归关系,且各处理均达到显著水平（P均小于0.05）;不同施肥处理下土壤氨挥发通量与0~10 cm土壤含水量均呈显著二次回归关系（P均小于0.05）;与单因素相比,0~10 cm土壤含水量和土壤温度的双因素复合模型（R2为0.700 6~0.849 7）可以更好地解释土壤氨挥发通量的变化情况.相关分析显示,土壤氨累积挥发量与0~20 cm土层土壤铵态氮含量、硝态氮含量、pH及土壤孔隙度均呈极显著相关（P均小于0.01）,与0~20 cm土层土壤容重呈显著相关（P < 0.05）.采用PCA分析提取的2个主成分的累积贡献率为83.09%.研究显示,不同施肥方式会影响设施土壤氨挥发通量,综合考虑土壤氨累积挥发量及其影响因素,100%有机肥N组在降低土壤氨挥发方面显著优于其他处理组.      

不同轮作和管理措施下根系呼吸对土壤呼吸的贡献

根系呼吸对土壤呼吸的贡献是研究土壤碳排放和土壤碳平衡的重点和难点.本研究采用根系排除法联合运用Li-8100土壤碳通量系统测定了华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟传统管理体系(Con.W/M)、冬小麦-夏玉米一年两熟优化管理体系(Opt.W/M)、冬小麦-夏玉米(或夏大豆)-春玉米两年三熟优化管理体系(W/M-M、W/S-M)和春玉米一年一熟优化管理体系(M)作物根区土壤呼吸和非根区土壤呼吸,以根区和非根区土壤呼吸差异除以根区土壤呼吸计算根系呼吸的贡献.结果表明,根区土壤呼吸和非根区土壤呼吸具有明显的季节变化特征,二者具有显著的拟合关系.Con.W/M和Opt.W/M处理小麦季非根区土壤呼吸可分别解释根区土壤呼吸变异的65%和87%,玉米季非根区土壤呼吸的分别解释根区土壤呼吸变异的48%和65%.W/M-M、W/S-M和M处理春玉米非根区土壤呼吸可分别解释根区土壤呼吸变异的68%、76%和58%.Con.W/M处理小麦和玉米季根系呼吸对土壤呼吸贡献分别为25.0%和29.6%,Opt.W/M处理则分别为31.1%和35.0%.不同轮作和管理措施对春玉米根系呼吸的贡献无显著影响,W/M-M、W/S-M和M处理春玉米季根系呼吸贡献分别为23.7%、24.8%和24.9%.5 cm土壤温度对根区土壤呼吸的影响程度大于非根区土壤呼吸.     

陕西大柳塔煤矿复垦地植被群落与土壤因子的关系

以陕北风沙区大柳塔煤矿的复垦地为研究对象,通过样方调查与土壤采集,调查复垦地人工植被的种类与多样性,并运用典范对应分析(CCA)探讨了物种分布与土壤因子之间的关系。结果表明:(1)研究区内共发现植被11科20属21种。草本植被在区内占优势,其中豆科、菊科和藜科植被占种数的47.63%;草本植被以多年生为主,占调查种数的52.38%。(2)物种多样性测度表明,Simpon多样性指数、Shannon-Wiener指数与Pielou均匀度指数均是草地>灌丛>林地;Simpon优势度指数的变化则是林地>灌丛>草地,说明人工草地的物种多样性最高,其次为灌丛,林地最低。(3)CCA排序结果显示,土壤有机质和粗沙含量是制约研究区人工植被分布的主要因子。此外,土壤中0~20 cm粘粉粒含量影响草本植被的分布;而40~60cm的土壤含水量对乔、灌木的分布影响显著。     

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.     

黑岱沟露天煤矿排土场不同植被复垦土壤酶活性及理化性质研究

以黑岱沟露天煤矿排土场不同植被恢复方式下复垦土壤为研究对象,主要分析了沙棘、紫穗槐、杨树和沙棘杨树混交林以及玉米这5种人工植被下土壤的基本理化性质和蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶这3种水解酶的活性,并通过简单相关分析和通径分析研究了土壤基本理化性质与酶活性之间的相关关系,揭示了不同植被恢复下土壤酶活性差异的驱动因子,为该区复垦植物的选择及复垦效果评价提供科学合理的建议与参考.结果表明:15种人工植被恢复下排土场土壤基本理化性质得到改善,土壤酶活性有一定提高,但仍未达到天然草地的水平;2沙棘的有机碳和全氮含量最接近草地,达到草地的54.22%和70.00%,且其容重比最大容重紫穗槐的低17.09%,表现出复垦优势;与沙棘林相比,杨树林的土壤有机碳和全氮比沙棘分别低35.64%和32.14%,容重比沙棘林高16.79%;3不同植被间土壤碱性磷酸酶活性差异不大,而土壤脲酶活性能更敏感地反映不同植被恢复对土壤性质的影响.4排土场复垦土壤有机碳和全氮含量的提高,是排土场肥力恢复和生物活性提高的主要原因.     

长江口潮滩土壤呼吸季节变化及其影响因素

采用静态箱-气相色谱法,于2007年7月至2008年5月对长江口潮滩土壤呼吸通量进行了观测,同时对潮滩气温、土壤温度、近岸水体盐度等环境参数进行了观测.结果表明,长江口潮滩上壤是大气CO2的排放源.土壤呼吸速率具有明妊的季节变化规律,呈单峰形变化.并于7～8月出现排放峰值.气温和各层土壤温度与士壤呼吸速率作用之间具有显...     

华北高产农田长期不同耕作方式下土壤呼吸及其季节变化规律

对华北平原高产农田生态系统2004年的土壤呼吸状况进行了分析,探讨了不同耕作方式下土壤呼吸量的季节变化规律.结果表明,土壤呼吸量的季节变化趋势与当地气候状况紧密相关,在暖温带半湿润大陆性季风气候的影响下,该地春季干旱,夏季雨热同期,土壤呼吸量春季缓慢升高,峰值出现在温度、降水均较高的7月,最大值约为20 g·m-2·d-1(以CO2计),之后逐步回落.不同的耕作措施能够影响土壤呼吸量,本试验研究的3种因素对土壤呼吸量有显著影响(p＜0.01),播种前先翻耕30 cm、播种后覆盖麦秸、不施氮素、施磷75 kg·hm-2·a-1的处理土壤呼吸量最高.5 cm、10 cm地温是影响土壤呼吸的重要因素,土壤呼吸对5 cm地温的敏感性更强,指数方程的模拟较好地表明了土壤呼吸与地温的关系.     

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.     

不同土地利用下土壤呼吸温度敏感性差异及影响因素分析

通过野外观测和室内模拟试验,研究了三江平原不同土地利用方式下土壤呼吸温度敏感性及其影响因素．结果表明,指数模型能较好地表示不同土地利用方式下的土壤呼吸对温度变化的响应,但其在低温时拟合效果较好,高温时拟合效果较差．小叶章湿地Q10值最高（4．29）,垦殖15年农田的Q10值最低（1．45）．不同土地利用方式下Q10值从高到低的排列情况是：小叶章〉灌丛〉弃耕地〉垦殖9年农田〉垦殖15年农田．Q10值与土壤有机碳、水溶性有机碳、轻组有机碳和微生物量碳含量呈线性关系．因此,认为土壤有机碳的数量与结构是影响土壤呼吸温度敏感性的重要因素．不同土地利用方式下土壤Q10值与深度0．10cm处土壤的平均含水量呈线性关系．     

温度和水分对中亚热带人工林生态系统呼吸的调控作用

全球气候变化导致的降水格局改变影响陆地生态系统碳收支状况。陆地生态系统所固定的碳主要通过呼吸作用返回到大气中,而温度和水分是调节生态系统呼吸的重要因素。ChinaFLUX千烟洲中亚热带人工林通量站夏季雨热不同季而造成的季节性干旱为探讨温度和水分对生态系统呼吸的调控作用提供了天然的试验条件。研究利用该生态系统2003-2010年涡度相关和常规气象数据,阐述了生态系统呼吸对温度和土壤含水量的响应特征,对比分析了只考虑温度与同时考虑温度和土壤含水量对生态系统呼吸的季节模式和年呼吸量的影响。研究表明,生态系统呼吸的季节变异主要受土壤温度的控制,呈现指数响应特征。但是,在干旱胁迫条件下,土壤含水量对生态系统呼吸的季节变异起到明显的调控作用。参考温度下的生态系统呼吸(R_ref)明显受土壤含水量的影响。生态系统年呼吸量为1 289.4±73.9 gC·m^-2·a^-1,两类模型的估算结果没有显著差异。但是在生态系统的季节变异上,两类模型估算存在显著差异,同时考虑温度与土壤含水量的模型更适合模拟遭受干旱胁迫的生态系统呼吸。     

塔里木河中下游柽柳群落土壤碳通量及其影响因子分析

利用LI-8100监测塔里木河中下游柽柳群落土壤呼吸的日变化,分析了塔里木河中下游干旱荒漠区的温度、地下水和土壤水分对土壤呼吸的影响.结果表明:土壤呼吸的日变化是不规律的单峰值曲线,碳通量的最大值出现在正午12:00～16:00不等,由于受当日云量、风速等气象因子的影响,因此各个断面差异较明显.土壤呼吸与地下水位、各层温度、各层土壤含水量的关系都很显著:地下水位与柽柳根系关系密切,因此土壤碳通量与地下水之间的关系极显著,适合三次曲线模型;气温、近地表气温、地表温度与土壤碳通量成正相关关系,适合指数模型,但是15cm、20cm、25cm、30cm土层温度与土壤碳通量成负相关关系,适合三次曲线模型;土壤含水量与土壤呼吸之间存在极显著关系,适合三次曲线模型;经过多元回归分析得到土壤呼吸与温度、土壤含水量之间的关系模型可以解释67%的土壤呼吸的变化情况.     

北京西山侧柏林土壤呼吸动态特征及其影响因素

以北京西山地区的典型侧柏林为研究对象,于2009—2010年采用LI-8100土壤CO₂通量自动观测系统全天候观测样地的R_S(土壤呼吸速率),分析其在典型日、月际、季节、年内不同时间尺度下的变异特征,并通过单一和二元混合模型分析T(土壤温度)、VWC(土壤体积含水量)对R_S的影响. 结果表明:①典型日R_S的昼夜变化规律不明显,峰值出现在12:00—14:00;R_S的月际、季节、年内变化趋势均呈单峰形日均值,日均值变化范围在0.03～7.84 μmol/(m2·s)之间;T的典型日、月际、季节、年内变化均呈单峰形;VWC变化规律不明显. ②Q₁₀(土壤温度敏感系数)季节性变化差异显著,最大值(3.56)出现在冬季,最小值(1.31)出现在春季;2009年、2010年、2009—2010年观测期间Q₁₀平均值分别为2.01、2.03和2.10. ③T和VWC对R_S的变化解释能力分别为82.8%、20.5%,而T和VWC复合模型对R_S的解释能力为82.6%.      

喀斯特原生林土壤呼吸动态变化及其影响因素

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,然而目前对喀斯特地区原生林土壤呼吸的研究还比较薄弱。本研究通过对茂兰喀斯特原生林土壤呼吸的日、月动态变化监测,得出以下初步结论：1）茂兰喀斯特原生林土壤呼吸有着明显的日变化规律：白天土壤呼吸速率明显高于晚上（最高值出现在13∶00～...     

氮磷添加下黄土丘陵区退耕草地土壤呼吸速率日变化特征

为探究黄土丘陵区退耕草地土壤呼吸及其组分日变化对氮磷添加的响应,采用裂区试验设计,主区施氮[0,50和100kg N/(hm2·a)]和副区施磷[0,40和80kgP2O5/(hm2·a)],于2019年5～8月每月测定各处理下土壤呼吸速率、异养呼吸速率及土壤温度和含水量日变化.结果表明,土壤呼吸速率及其组分日变化均呈...