亚热带次生林土壤自养和异养呼吸研究

以南京市郊北亚热带次生林为研究对象,于2010年设置挖沟断根和不断根处理小区,观测了土壤呼吸、异养呼吸的季节变异规律,并以此计算了自养呼吸速率,同时,观测了土壤温度、湿度等环境因子.结果表明,土壤呼吸、异养呼吸具有相似的季节变化规律,季节平均土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸速率分别为3.42、2.36和1.06μmol.（...     

模拟酸雨对次生林土壤呼吸及异养呼吸的影响

为研究模拟酸雨对次生林土壤呼吸及异养呼吸的影响,进行野外定位试验.设置裂区试验,分4个区组,每个区组中主区为不断根和挖沟断根小区,每个主区内设置对照(CK)、pH 4.0(A1)、pH 3.0(A2)、pH 2.0(A3)共4个模拟酸雨处理水平.观测不断根小区的土壤呼吸和断根小区的异养呼吸,同时观测土壤温度、土壤湿度.结果表明,在不断根小区,CK、A1、A2、A3处理的土壤呼吸均表现出明显的季节变异趋势;与不断根小区类似,断根小区的异养呼吸也具有明显的季节变异趋势.断根小区的异养呼吸明显低于不断根小区的土壤呼吸.CK、A1、A2、A3处理的年平均土壤呼吸速率分别为(2.47±0.31)、(2.52±0.22)、(2.38±0.17)、(2.43±0.22)μmol·(m~2·s)~(-1);断根小区CK、A1、A2、A3处理的年平均异养呼吸速率分别为(1.55±0.10)、(1.65±0.22)、(1.77±0.08)、(1.78±0.27)μmol·(m~2·s)~(-1).单因素方差分析表明,不断根小区不同模拟酸雨处理之间的土壤呼吸速率以及断根小区不同模拟酸雨处理的异养呼吸速率均无显著差异.回归分析表明,不断根小区的土壤呼吸与断根小区的异养呼吸之间存在极显著(P0.001)的正比例函数关系,模拟酸雨的添加降低了土壤呼吸与异养呼吸之比.土壤温度是决定不断根小区土壤呼吸和断根小区异养呼吸季节变异的最主要的因素,而土壤湿度对土壤呼吸和异养呼吸的季节变异无显著的影响.     

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·(hm²·a)^-1]和3个施磷(以P₂O₅计)副区[0、40和80 kg·(hm²·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·(m²·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     

三峡库区典型林分土壤呼吸及其组分对模拟酸雨的响应

为研究酸雨对森林土壤呼吸的影响,于2016年1月～2017年4月在重庆缙云山三峡库区针阔混交林内选取3块样地,设置了断根与不断根两组处理,每组处理设置pH为4. 5(对照)、4. 0、3. 25和2. 5共4个梯度的模拟酸雨处理.试验观测模拟酸雨下土壤总呼吸与异养呼吸变化特征及土壤温度、土壤湿度,同时采集土样,研究土壤pH、碳氮比及细根生物量对土壤呼吸的影响.结果表明,土壤总呼吸与异养呼吸均表现出了季节变异趋势.不断根样方的CK、T4. 0、T3. 25和T2. 5处理的年均土壤呼吸速率分别为1. 89、1. 88、1. 75和1. 74μmol·(m~2·s)~(-1),断根样方的RCCK、RCT4. 0、RCT3. 25和RCT2. 5处理的年均土壤呼吸速率分别为1. 37、1. 32、1. 19和1. 08μmol·(m~2·s)~(-1).季度平均土壤总呼吸与异养呼吸在2016年7月前差异不显著(P 0. 05),2016年10月后差异均显著(P 0. 01)并呈现对照 pH4. 0 pH3. 25 pH2. 5. 2016年的累积土壤呼吸量T4. 0、T3. 25和T2. 5处理相比对照分别降低3. 89%、9. 64%和11. 24%,RCT4. 0、RCT3. 25和RCT2. 5处理相比对照分别降低6. 79%、13. 23%和25. 56%.与对照相比,模拟酸雨处理降低了异养呼吸占比,降低程度随着酸雨pH增加而加强,说明了酸雨对于异养呼吸的抑制超过了自养呼吸.模拟酸雨处理虽然增加了土壤呼吸的温度敏感性,但是对土壤温度与湿度无显著影响(P 0. 05); 2016年10月之后相比对照模拟酸雨处理显著增加了土壤碳氮比、降低了细根生物量.土壤呼吸与细根生物量有显著正相关关系,与土壤碳氮比有显著的负相关关系.土壤温度与水分对模拟酸雨下土壤呼吸的差异贡献不大,细根生物量与碳氮比是酸雨处理下呼吸差异的主要影响因素.     

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80kg P₂O₅/（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单峰曲线,峰值出现在12：00~14：00.与不施肥相比,土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸速率在单施氮下分别增加7.31%~13.13%,1.12%~12.43%和7.64%~46.26%,单施磷下分别增加16.84%~18.42%,11.48%~14.22%和17.15%~29.59%,氮磷配施下分别增加24.17%~27.30%,21.94%~32.43%和34.05%~41.26%.不同氮磷添加下土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸碳排放量昼占比分别为52.68%~61.37%,50.92%~58.70%和51.39%~76.35%.50kg N/（hm²·a）和80kg P₂O₅/（hm²·a）配施处理的土壤累积CO₂排放量（2012g/m²）最高,不施肥处理的土壤累积CO₂排放量（1531g/m²）最低.各处理的土壤呼吸,异养呼吸和自养呼吸均与土壤温度呈显著指数正相关关系,其温度敏感性（Q₁₀）变化范围分别为1.19~1.86,1.08~1.81和1.11~3.67,氮磷添加降低异养呼吸的Q₁₀值,但提高自养呼吸的Q₁₀值.总体表明,氮磷添加增加土壤呼吸及其组分速率,降低异养呼吸的温度敏感性,氮磷添加对土壤呼吸及其组分速率的促进效果与氮磷添加量及其配比有关.     

三峡库区典型林分土壤呼吸及其组分对模拟酸雨的响应

为研究酸雨对森林土壤呼吸的影响,于2016年1月~2017年4月在重庆缙云山三峡库区针阔混交林内选取3块样地,设置了断根与不断根两组处理,每组处理设置p H为4.5(对照)、4.0、3.25和2.5共4个梯度的模拟酸雨处理。试验观测模拟酸雨下土壤总呼吸与异养呼吸变化特征及土壤温度、土壤湿度,同时采集土样,研究土壤p H、碳氮比及细根生物量对土壤呼吸的影响。结果表明,土壤总呼吸与异养呼吸均表现出了季节变异趋势。不断根样方的CK、T4.0、T3.25和T2.5处理的年均土壤呼吸速率分别为1.89、1.88、1.75和1.74μmol·(m2·s)-1,断根样方的RCCK、RCT4.0、RCT3.25和RCT2.5处理的年均土壤呼吸速率分别为1.37、1.32、1.19和1.08μmol·(m2·s)-1。季度平均土壤总呼吸与异养呼吸在2016年7月前差异不显著(P0.05),2016年10月后差异均显著(P0.01)并呈现对照p H4.0p H3.25p H2.5。2016年的累积土壤呼吸量T4.0、T3.25和T2.5处理相比对照分别降低3.89%、9.64%和11.24%,RCT4.0、RCT3.25和RCT2.5处理相比对照分别降低6.79%、13.23%和25.56%。与对照相比,模拟酸雨处理降低了异养呼吸占比,降低程度随着酸雨p H增加而加强,说明了酸雨对于异养呼吸的抑制超过了自养呼吸。模拟酸雨处理虽然增加了土壤呼吸的温度敏感性,但是对土壤温度与湿度无显著影响(P0.05);2016年10月之后相比对照模拟酸雨处理显著增加了土壤碳氮比、降低了细根生物量。土壤呼吸与细根生物量有显著正相关关系,与土壤碳氮比有显著的负相关关系。土壤温度与水分对模拟酸雨下土壤呼吸的差异贡献不大,细根生物量与碳氮比是酸雨处理下呼吸差异的主要影响因素。     

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。     

中国陆地生态系统土壤异养呼吸变异的影响因素

土壤异养呼吸是生态系统碳平衡估算中的关键因子之一.通过文献调研,收集了中国陆地生态系统中土壤异养呼吸的观测数据,同时收集整理了试验地点气候资料(年总降水量和年平均气温)和环境因子(如树木生长年龄)指标.结果表明,异养呼吸与土壤呼吸的关系可用幂函数方程描述,异养呼吸随土壤呼吸的增大而增大,该幂函数方程可解释异养呼吸73%(R2=0.730,P<0.001)的变异.异养呼吸与年总降水量以及年平均气温的关系均可用一元线性方程描述.异养呼吸占土壤呼吸的比例与年总降水量、年平均气温的关系均可用对数回归方程描述,异养呼吸占土壤呼吸的比例随年总降水量的增大和年平均气温的升高而减小.异养呼吸占土壤呼吸的比例随树龄的增大而增大,两者之间的关系可用幂函数方程描述.进一步的结果表明,经验模型模拟得到的异养呼吸模拟值与实际样地观测结果之间呈显著的线性回归关系,采用的经验统计模型可较好地模拟异养呼吸的变异.     

多年施用生物炭对河南烤烟种植区土壤呼吸的影响

为探究生物炭施用对土壤呼吸的影响,采用5 a定位试验(2013～2017年)研究了不施生物炭(CK)、施用1. 5 t·hm-2生物炭(T1)、施用15 t·hm-2生物炭(T2)、施用45 t·hm-2生物炭(T3)这4种处理下土壤呼吸及土壤水热因子的动态变化规律.结果表明:(1)在土壤中连续5a施入中剂量生物炭(T2:15 t·hm-2)显著降低了烤烟生长季土壤呼吸速率,降幅为25. 89%;当施入量增至45 t·hm-2(T3)时土壤呼吸速率显著增加,增幅为21. 48%(P 0. 05).(2)长期中剂量生物炭的添加显著降低了土壤异养呼吸速率和自养呼吸速率,降幅分别为29. 80%和28. 75%;大剂量生物炭(T3:45 t·hm-2)的施入显著增加了土壤异养呼吸速率,增幅为28. 88%.低剂量生物炭(T1:1. 5 t·hm-2)和中剂量生物炭均显著增加土壤呼吸中自养呼吸的比例,大剂量生物炭的施入显著增加了异养呼吸的比例(P 0. 05).(3)低剂量生物炭显著降低了烤烟生长季土壤5 cm温度;大剂量生物炭显著降低了土壤5 cm湿度.土壤呼吸与土壤5 cm温度之间呈显著指数相关,与土壤5 cm湿度之间未表现出显著相关(P 0. 05).综上,连续5a低剂量生物炭的施用对土壤呼吸无影响,适量生物炭的施用具有固碳减排效应,大剂量生物炭施用则会适得其反,建议生物炭施用范围应控制在15 t·hm-2以内.     

添加有机物料对豫中烟田土壤呼吸的影响

采用田间试验,设置不施肥（NF）、单施化肥（NPK）、化肥+黑麦草（NPKG）、化肥+小麦秸秆（NPKS）和化肥+烟秆生物炭（NPKB）这5个处理,通过测定烤烟生育期土壤总呼吸速率（R_s）及其组分以及环境因子的动态变化,探讨了添加不同有机物料对烟田土壤呼吸的影响.结果表明：（1）与NPK相比,NPKG和NPKS降低了土壤总呼吸和异养呼吸温度敏感性(Q₁₀),NPKB提高了异养呼吸Q₁₀;土壤呼吸与土壤水热因子的双因素拟合模型能解释土壤呼吸变化50%～80%.（2）添加有机物料显著提高了土壤可溶性有机碳（DOC）含量和根系干物质量,土壤异养呼吸（R_h）与DOC含量呈显著线性回归关系,土壤自养呼吸（R_a）与根系生物量呈显著抛物线型关系,R²为0.327～0.634.（3）烤烟生育期土壤呼吸呈先增加后降低趋势.与NF相比,NPK处理显著增加了土壤呼吸及其组分;与NPK相比,NPKG、 NPKS和NPKB处理R_s速率分别显著提高20.08%、...     

基于BaPS系统的旱地土壤呼吸作用及其分量确定探讨

应用气压过程分离(BaPS)方法研究了大豆和玉米种植下土壤呼吸速率及其分量的动态变化,并同时用气相色谱仪分析了实验期间BaPS系统内的CO2气体浓度,对2种方法测定的土壤呼吸速率进行了比较.结果表明:(1)BaPS方法与气相色谱测得的土壤呼吸速率具有一致性和可比性;(2)大豆田根区土壤呼吸速率随根系生长有明显的季节变化,速率为(29.8±6.4)mg·kg-1·d-1(以C计),非根区土壤呼吸速率在整个生长季数值较低并且季节变化不明显,为(14.4±5.1)mg·kg-1·d-1(以C计);玉米种植下土壤呼吸有类似的规律,差别在于玉米根系生物量比大豆大,呼吸速率也高,根区呼吸速率为(70.8±38.6)mg·kg-1·d-1(以C计),非根区为(18.1±8.7)mg·kg-1·d-1(以C计);(3)根起源呼吸是土壤呼吸的重要组成部分,根区与非根区土壤呼吸速率的差值可以认为来自于根系活动,研究发现大豆田根起源呼吸占土壤呼吸的50%,玉米田根起源呼吸占到69%;(4)利用根起源呼吸与根系生物量的相关关系,得到大豆根起源呼吸系数为0.048mg·mg-1·d-1,玉米的根起源呼吸系数较小为0.042mg·mg-1·d-1.     

内蒙古羊草草原根呼吸和土壤微生物呼吸区分的研究

利用根生物量回归法对内蒙古锡林河流域羊草草原根呼吸和土壤微生物呼吸进行了区分.结果表明,根呼吸占土壤呼吸的比例在13%~52%之间,平均为(24±3)%;土壤微生物呼吸占土壤呼吸的比例在48%~87%之间,平均为(76±3)%.土壤呼吸与根生物量的线性相关性不稳定.根呼吸活力与根冠比具有负指数相关关系(R2=0.661,P=0.20),与0~10、10~20、20~30和30~40 cm土壤含水量均有极显著的正指数相关关系(P<0.000 1).根呼吸与根呼吸活力具有极显著的指数相关关系(R2=0.848,P=0.01),根呼吸对土壤呼吸的贡献量与根呼吸活力具有显著的指数相关关系(R2=0.818,P=0.01).     

应用根去除法对内蒙古温带半干旱草原根系呼吸与土壤总呼吸的区分研究

2005年生长季分别对内蒙古锡林河流域温带半干旱草原中的羊草自由放牧草原、大针茅自由放牧草原和羊草退化草原中的土壤总呼吸速率和去根土壤的呼吸速率进行了野外测定,初步探讨了在草地群落应用根去除法间接进行根系呼吸测定的可能性,并应用该方法对草地群落根系呼吸占土壤总呼吸的比例进行了估测. 结果表明,应用根去除法在不同草地群落进行根系呼吸占土壤总呼吸比例的估测是切实可行的,其比值范围介于25%～45%之间,平均值为3566%,与国内外相关研究比较,大大提高了其比值的估测精度,在草地碳循环研究中具有较高的应用价值.     

锡林河流域生长季节不同草地类型根系呼吸特征研究

采用根系生物量外推法于2005年生长季对内蒙古锡林河流域温带半干旱草原中的羊草自由放牧草原、大针茅自由放牧草原和羊草退化草原根系呼吸占土壤总呼吸的比例进行了野外测定,研究了不同草地类型土壤总呼吸、根系呼吸和根系呼吸占土壤总呼吸比例的季节变化规律,同时就根系生物量和水热因子等环境要素对上述过程的影响进行了具体分析.结果表明,3个样地根系呼吸和土壤总呼吸的季节变化规律基本一致,均表现为单峰曲线,峰值出现在7月下旬,但羊草退化草原受过度放牧的影响,根系呼吸和土壤总呼吸速率均明显高于其它2个样地;根系呼吸占土壤总呼吸的比例在生长季节内波动明显,且3个样地差异较大,但大多介于40%～50%之间,平均值为40.3%.     

基于组分区分的亚热带湿地松人工林土壤呼吸对氮添加的响应

氮沉降在很大程度上会对土壤呼吸产生扰动,进而影响到生态系统碳收支.以我国亚热带湿地松人工林为研究对象,通过定位模拟氮沉降控制试验,定量研究根系呼吸和微生物呼吸对氮添加的响应差异,并通过土壤环境的同步监测,初步探讨影响上述过程的生物地球化学与微生物学机理.结果表明:不同氮素添加水平下土壤呼吸速率及其组分总体上都呈现出单峰曲线特征,峰值出现在7月或8月,氮添加对土壤呼吸的季节模式没有明显影响.CK（0,对照）、LN〔60 kg/（hm2·a）,低氮〕和HN〔120 kg/（hm2·a）,高氮〕处理下土壤总呼吸速率的年均值分别为3.91、2.30和1.73 μmol/（m2·s）,各组根系呼吸速率年均值分别为1.41、0.87和0.66 μmol/（m2·s）,各组微生物呼吸速率年均值分别为2.50、1.44和1.07 μmol/（m2·s）.施氮后土壤总呼吸及其组分都受到明显抑制,并且随着施氮水平的提高,土壤总呼吸及其组分明显减小.与对照样地微生物呼吸占比65.2%相比,低氮和高氮处理下微生物呼吸占比显著降低,降幅分别为62.6%和62.1%,说明氮素添加对微生物呼吸的抑制作用大于根系呼吸.施氮后一年,氮素输入对土壤呼吸的抑制在消退.施氮对表层土壤w（TOC）（TOC为总有机碳）、w（NH₄+）、w（NO₃-）、w（DOC）（DOC为可溶性有机碳）、w（DON）（DON为可溶性有机氮）、w（MBC）（MBC为微生物生物量碳）和w（MBN）（MBN为微生物生物量氮）都没有显著影响.氮素添加主要是通过降低土壤pH、加速湿地松人工林土壤酸化,对影响土壤有机质转化的土壤脲酶和蔗糖酶活性产生显著抑制,从而影响到土壤微生物活性,导致土壤微生物呼吸降低,这可能是土壤呼吸对氮添加响应的关键机制.      

秸秆覆盖条件下小麦生长季根系呼吸对土壤呼吸作用的贡献

在紫色土丘陵区连续6年进行秸秆覆盖试验的"旱三熟"农田系统中,于2012年12月—2013年4月小麦生长季内对土壤呼吸进行测定,并对小麦根系生物量、土壤温度、土壤水分和土壤有机碳含量等指标进行监测,以分析土壤呼吸动态变化的影响因素.结果表明,秸秆覆盖措施显著提高了土壤呼吸速率,秸秆覆盖(S)和秸秆覆盖+腐熟剂(SD)处理分别比对照(CK)增加了45.0%和29.4%.曲线估计表明,土壤呼吸作用与根系生物量呈显著线性关系,通过建立二者的线性回归方程,采用生物量外推法估算小麦根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例,在分蘖期(2012年12月)、拔节期(2013年1月)、抽穗期(2012年3月)和灌浆期(2013年4月),根系呼吸分别占土壤呼吸的28.2%、44.0%、56.9%、56.2%,平均贡献为46.3%,并呈先增加再降低的趋势,在抽穗期达到最大,与根系生物量的变化同步.按照不同处理建立根系生物量与土壤呼吸间的线性回归方程,经计算得出CK、S和SD 3个处理中,根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例分别为42.9%、43.8%和43.7%,秸秆覆盖对根系呼吸作用比例无显著影响.