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.     

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.     

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.     

长期施氮和水热条件对夏闲期土壤呼吸的影响

在黄土高原地区,夏季休闲期既是高温多雨期也是土壤微生物强烈活动期.研究该时期土壤呼吸变化与土壤水分、温度和施氮之间关系,有助于深入理解农田生态系统土壤呼吸的时空变异性及其影响因素.本研究以1984年设立在黄土旱塬区长期田间定位试验为平台,选取了5个不同施氮处理（N0、N45、N90、N135和N180）,于2009年夏...     

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.     

保护性耕作下小麦田土壤呼吸及碳平衡研究

为了研究小麦农田生态系统土壤碳排放与作物碳蓄积特征,采用LI6400-09在重庆北碚西南大学教学试验农场对平作(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生长季节的土壤呼吸及植株生长动态进行了观测.利用根系生物量外推法(root biomass regression,RBR)和根排除法(root exclusion,RE)这2种方法比较分析根系呼吸对土壤总呼吸的贡献,并估算小麦农田碳收支状况.结果表明,土壤呼吸介于0.62~2.91μmol·(m2·s)-1,平均值为1.71μmol·(m2·s)-1.T、R、TS、RS各处理日均土壤呼吸速率分别为1.29、1.59、1.99、1.96μmol·(m2·s)-1,表现为T相似文献   

凋落物呼吸温度敏感性的变化特征及其影响因素

地表凋落物呼吸是土壤呼吸的一个重要组成部分,研究凋落物呼吸温度敏感性的变化特征及其影响因素对准确理解地区的土壤碳循环具有重要意义.本研究在黄土高原南部的一个典型人工刺槐林内(Robinia pseudoacacia L.),通过地表凋落物控制试验(对照处理,去除凋落物处理、倍增凋落物处理),研究凋落物呼吸温度敏感性的年际(2009~2013年)变化特征及其驱动因素.凋落物呼吸温度敏感性的年际差异显著(P0.05):在对照处理下,其最小值为4.15,最大值为6.67,均值为5.10,变异系数为19%;在倍增凋落物处理下,其变化于1.17~6.52之间,均值为3.36,变异系数高达56%.凋落物呼吸温度敏感性的年际变异与年平均土壤水分、地表凋落物量以及二者的交互作用密切相关(P0.01),同时对凋落物呼吸温度敏感性的贡献呈现出土壤水分大于地表凋落物量的趋势(对照处理:2.68和2.04;倍增凋落物处理:1.37和0.69).此外,地表凋落物倍增后,凋落物呼吸温度敏感性却减少了34%(3.36和5.10).同时,在对照处理下,大约有超过50%的地表凋落物碳滞留在该刺槐林生态系统中[215 g·(m~2·a)~(-1)和113 g·(m~2·a)~(-1)],但在倍增处理下,仅有24%的地表凋落物碳滞留在该林地生态系统中[430 g·(m~2·a)~(-1)和326 g·(m~2·a)~(-1)],即在该人工刺槐林生态系统中地表凋落物的增加未必意味着土壤有机碳储量的增加.因此,探究地表凋落物控制措施、土壤水分、地表凋落物量和凋落物呼吸温度敏感性之间的关系对准确理解地区的土壤碳循环具有重要意义.     

耕作和秸秆覆盖对苹果园土壤水分及养分的影响

为了揭示土壤耕作和秸秆覆盖对苹果园土壤保蓄水性能及土壤肥力的影响,研究设置了以土壤耕作(免耕、翻耕、旋耕)为主处理,秸秆覆盖(秸秆覆盖、无覆盖)为副处理的裂区试验,对比分析了各处理果园土壤水分贮量、土壤肥力等性状。结果表明,免耕裸地与翻耕裸地处理的保蓄水效应在果树不同生长期表现不同,在5月份免耕裸地处理1 m土层内土壤贮水量高于翻耕裸地处理,而在10月份免耕裸地处理显著低于翻耕裸地处理;秸秆覆盖各处理1 m土层内土壤贮水量均明显高于无覆盖各处理,耕作与秸秆覆盖相结合在整个土壤水分测定过程中均以免耕秸秆覆盖土壤贮水量最高且较稳定;耕作与秸秆覆盖相结合显著提高了有机质含量,土壤速效肥含量明显增加,各处理以翻耕秸秆覆盖及免耕秸秆覆盖土壤养分含量为最高。在渭北洛川苹果生产基地,采用免耕秸秆覆盖技术能起到较好的保蓄水作用,土壤肥力明显增加。     

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.     

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～...     

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.     

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.     

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.     

不同封育年限荒漠草原土壤呼吸日、季动态变化及其影响因子

围封禁牧措施可以改善退化草地生态环境,是我国退化草地植被恢复的主要措施.为探讨干旱区荒漠草原不同围封禁牧年限的土壤呼吸作用特征及影响因子,在生长季连续观测围封禁牧11 a、7 a、放牧不封育(CK)荒漠草原土壤呼吸速率及环境因子,结果表明:1在日、季尺度上,封育11 a、7 a和CK荒漠草原土壤呼吸速率均具有明显的单峰曲线变化规律,在日尺度上,最大、最小值分别出现在12:00~16:00和00:00~06:00;在季节变化尺度上,最大值出现在降水较多温度适宜的8月,土壤呼吸均值表现为11 a[0.143 g·(m2·h)-1]7 a[0.138 g·(m2·h)-1]CK[0.106 g·(m2·h)-1].2封育与未封育荒漠草原的土壤呼吸速率与空气、土壤温度均呈极显著的指数关系(P0.001),相关性大小为:地表温度(R2:0.408~0.413)空气温度(R2:0.355~0.376)5~20 cm土壤温度(R2:0.263~0.394);温度敏感性系数Q10随着土层的加深逐渐变大,不同封育年限Q10表现为11 a(2.728)7 a(2.436)CK(2.086).3封育11 a、7 a和CK荒漠草原土壤呼吸速率与空气湿度、土壤含水量一元二次模型达到显著水平(P0.05),与空气二氧化碳呈极显著线性负相关(P0.01),与风速呈显著线性正相关(P0.05),与光照强度呈极显著线性正相关(P0.01).4干旱区荒漠草原土壤呼吸作用随着围封禁牧年限的增加而增加,温度敏感性系数亦随之增加,0~20 cm土壤温度和水分是其土壤呼吸的主要影响因子.