云南松林不同枯落物输入处理的土壤呼吸动态及其影响因素研究

为揭示枯落物输入变化对林地土壤呼吸的影响,采用枯落物添加和去除试验(DIRT),在对滇中高原磨盘山的云南松(Pinus yunnanensis)林6种不同枯落物处理(对照CK、双倍枯落物DL、去除枯落物NL、去除有机层和A层O/A-Less、去除根系NR、无输入NI)样地土壤呼吸(Rs)和理化性质的测定的基础上,对枯落物输入变化下云南松林地土壤呼吸和土壤理化性质及两者的关系进行了研究。结果表明,(1)不同枯落物处理及不同月份间土壤呼吸差异极显著(P0.01),不同枯落物处理样地的年均土壤呼吸速率分别为:R_(s(DL))=8.32μmol·m~(-2)·s~(-1)、R_(s(CK))=6.34μmol·m~(-2)·s~(-1)、R_(s(NL))=5.71μmol·m~(-2)·s~(-1)、R_(s(NR))=4.32μmol·m~(-2)·s~(-1)、R_(s(O/A-Less))=3.69μmol·m~(-2)·s~(-1)、R_(s(NI))=2.54μmol·m~(-2)·s~(-1)。(2)不同处理对0—10 cm土层土壤水分(φ_w)、土壤温度(t)、全氮(TN)、全碳(TC)、硝态氮(NO3~-)、有机碳(TOC)、p H值和土壤总孔隙度(SP)影响显著(P0.05)。(3)R_s与t和TN呈显著正相关关系(P0.05),而与p H呈极显著负相关关系(P0.01);R_s与φ_w、NO_3~-、TC、SOC、SP、容重和C/N无显著相关性(P0.05)。研究结果对于评估未来气候变化条件下云南松森林生态系统的碳平衡具有重要意义。     

纳帕海流域不同植被类型土壤呼吸动态及其影响因子分析

土壤呼吸在生态系统碳循环过程中占有重要地位,为探讨纳帕海流域生态系统土壤呼吸过程,于2014年8月中下旬期间,采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统对流域内7种植被类型土壤呼吸速率及其与土壤温度的响应规律进行了研究。结果表明:(1)各植被类型的土壤呼吸速率日变化都呈单峰曲线形式,最高值和最低值分别出现在13:00─16:00和2:00─8:00;(2)各植被类型土壤呼吸速率日均值为自然草地(5.506μmol·m~(-2)·s~(-1))轻度退化草地(4.322μmol·m~(-2)·s~(-1))高山灌丛(3.849μmol·m~(-2)·s~(-1))中度退化草地(3.226μmol·m~(-2)·s~(-1))重度退化草地(2.959μmol·m~(-2)·s~(-1))高山松Pinus densata林(2.260μmol·m~(-2)·s~(-1))青稞Hordeum vulgare Linn.var.nudum Hook.f.地(2.256μmol·m~(-2)·s~(-1));(3)当草地开垦为农田后,其土壤呼吸速率降为最低水平;(4)所有植被类型的土壤呼吸速率与5 cm土壤温度呈指数相关,其中在自然草地上,土壤温度对其土壤呼吸的影响最大,但温度敏感性却较低,重度退化草地的土壤温度对其土壤呼吸的影响最小,但温度敏感性最大。研究可见,区域内人类活动使草地退化、转变为农田等过程,导致其土壤呼吸速率显著下降。重度退化草地对温度变化所表现出的相对较高的敏感性,预示着在环境变化的影响下,生态系统过程及功能将会产生更大的波动。     

杜鹃红山茶的光响应特性及其最适模型筛选

杜鹃红山茶(Camellia azalea)是我国特有的山茶原生种,仅见于广东省阳春市鹅凰嶂自然保护区内,其树形优美、四季开花,在园林绿化中具有广泛的应用。鉴于当前对杜鹃红山茶光响应曲线模型的适合性尚未见报道,本研究选用二次多项式回归模型、直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型、指数模型和指数改进模型对杜鹃红山茶叶片光响应曲线进行拟合,探讨不同光响应模型对杜鹃红山茶光合特性的适用性,筛选最佳光响应模型。结果表明,杜鹃红山茶叶片光合速率与光强之间存在非线性关系,直角双曲线修正模型的拟合效果最佳;对光响应曲线实测值与拟合值比较,发现二次多项式模型的拟合值与实测值相差较大,而其余5种模型的拟合值与实测值较为接近,但只有直角双曲线修正模型的拟合曲线出现光抑制现象;在各拟合曲线的光合参数中,只有直角双曲线修正模型拟合的P_(max)、I_(sat)、I_c、R_d值与实测值较吻合,相关系数R~2值最大,为0.998;利用直角双曲线修正模型拟合出杜鹃红山茶叶片最大净光合速率(P_(max))为5.56μmol·m~(-2)·s~(-1),饱和光强(I_(sat))为1327.30μmol·m~(-2)·s~(-1),光补偿点(I_c)为29.44μmol·m~(-2)·s~(-1),暗呼吸速率(R_d)为1.909μmol·m~(-2)·s~(-1),初始量子效率(α)为0.065,光合参数值表明,杜鹃红山茶具有较强的光能利用能力,符合阳生喜光植物的特性,同时又具有一定的耐荫能力,对光照的适应范围较宽。     

鄱阳湖南矶湿地净生态系统CO_2交换量的日变化特征

利用涡度相关技术分未淹水期和淹水期对2015年4月—2016年10月鄱阳湖南矶湿地净生态系统CO_2交换量(net ecosystem CO_2exchange,NEE)进行观测,分析其日变化特征和影响因子。结果表明:在未淹水期,湿地NEE日变化呈现"U"型分布特征,日间最大CO_2吸收量为18.24μmol·m~(-2)·s~(-1),夜间最大CO_2释放量为24.92μmol·m~(-2)·s~(-1)。在淹水期,除较高洲滩及湖岸高地外,植被被水面覆盖,湿地NEE日变化无明显特征,日间最大CO_2吸收量为2.29μmol·m~(-2)·s~(-1),夜间最大CO_2释放量为12.66μmol·m~(-2)·s~(-1)。相关分析和主成分分析表明在未淹水期南矶湿地日间NEE月平均日变化与光量子通量密度相关性最高,与气温、降水、土壤含水量和土壤温度的相关性次之,夜间NEE月平均日变化与气温、土壤温度和土壤含水量相关性较高。在淹水期,南矶湿地日间NEE月平均日变化与光量子通量密度、土壤含水量有关,夜间变化与土壤温度、土壤含水量和气温有关。     

半红树植物杨叶肖槿和海芒果的光合特性研究

杨叶肖槿(Thespesia populnea)和海芒果(Cerbera manghas)是2种有较高药用价值和园林价值的半红树植物,在海岸带生态系统中发挥着重要作用。测定了这2种半红树植物的比叶面积、叶绿素含量、叶绿素荧光参数、光响应曲线等光合特征指标。结果表明:杨叶肖槿的光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)分别为519.301和42.178μmol·m~(-2)·s~(-1);海芒果的光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)分别为268.287和29.862μmol·m~(-2)·s~(-1),杨叶肖槿和海芒果分别属于典型阳生植物和中生植物。比较2种半红树植物光合特性发现:杨叶肖槿具有较高的非光化学荧光淬灭(NPQ,2.264)和瞬时水分利用效率(IWUE,9.640μmol·mmol-1),这表明杨叶肖槿在强光下的光保护能力和水分利用能力更强;在高于光饱和点的光强下,杨叶肖槿叶片光合速率未出现下降趋势,对高温和强光照的适应能力更强。海芒果具有较高的比叶面积(SLA,99.07 cm~2·g~(-1))、叶绿素a/b比值(3.519),能在低光环境中有效吸收和转化光能,对低光环境有较强的适应力。上述结果表明,在海岸带绿化中,杨叶肖槿可作为先锋树种种植,而海芒果则需要与阳生植物搭配种植或种植于林缘。     

三种木质藤本植物光合特性比较研究

随着城市化进程的加快,园林绿化面积愈来愈少,因此充分利用藤本植物进行垂直绿化,成为了拓展城市绿化空间、改善城市生态环境的重要途径。光合作用是植物体内最重要的代谢过程,不同植物的光合能力对其生长、产量及抗逆性都具有十分重要的影响,但目前对城市园林常用木质藤本植物光合特性方面的研究甚少。本研究采用LI-6400便携式光合作用分析系统,针对城市园林常用的3种木质藤本植物——忍冬(Lonicera japonica Thunb.)、五叶地锦(Parthenocissus quinquefolia Planch.)和地锦(Parthenocissus tricuspidata),开展其光合特性的比较研究,探讨这3种木质藤本植物对环境的适应性及其光合能力的差异,旨在为藤本植物在城市园林绿化中的合理应用提供理论依据。结果表明:3种木质藤本植物在净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)和羧化效率(CE)之间有较为明显的差异。在相同的自然条件下,忍冬的净光合速率(Pn,平均值为13.55μmol·m-2·s-1)、气孔导度(Gs,平均值为5.94×10-2μmol·m-2·s-1)、胞间CO2浓度(Ci,平均值为345.00μmol·mol-1)、水分利用效率(WUE,其值为10.27 mmol·mol-1)和羧化效率(CE,其值为3.93×10-2 mmol·mol-1)等光合参数均高于五叶地锦和地锦。五叶地锦的净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)和羧化效率(CE)均高于地锦。蒸腾速率(Tr)最大的为地锦,其平均值为1.68 mmol·m-2·s-1,而忍冬和五叶地锦的平均值分别为1.35和1.10 mmol·m-2·s-1。     

冰雪灾害后的杉木人工林冠层结构与林下光照及土壤生化特性的关系

2008年1—2月,雨雪冰冻天气袭击广东粤北地区,造成大面积的杉木(Cunninghamia lanceolata)林被破坏。探讨粤北地区冰雪灾害后杉木人工林冠层结构与林下光照及土壤生化特性的关系,对杉木林的恢复具有重要的实际意义。采用实地调查、半球面影像技术和稀释平板法等方法,研究恢复期间杉木林内不同林隙的冠层结构与林下光照、林下土壤微生物多样性和酶活性的关系,旨在为杉木林的恢复提供科学依据。结果表明,随着林隙面积的增大,林冠开度从10.93%增加到18.36%,叶面积指数从2.70减少到1.88,直射光从3.21mol·m~(-2)·d~(-1)增加到9.29mol·m~(-2)·d~(-1),散射光从3.02mol·m~(-2)·d~(-1)增加到5.41mol·m~(-2)·d~(-1),总光照从6.23mol·m~(-2)·d~(-1)增加到14.70mol·m~(-2)·d~(-1)。林冠开度与所在林隙范围、直射光、散射光和总光照均呈极显著正相关(P0.01),与叶面积指数存在显著负相关(P0.05)。叶面积指数与直射光、散射光和总光照均呈显著负相关(P0.05)。各样方的细菌、真菌和放线菌数量分别为0.67~8.07×106、2.83~16.33×105和6.07~48.33×105CFU·g~(-1),脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性分别为.34~1.88mg·kg~(-1)、196.20~418.03mg·kg~(-1)和1.00~2.00 mg·L~(-1)。林冠开度与磷酸酶及过氧化氢酶活性之间呈显著二项式关系。综上可见,冠层结构与林下光照及土壤酶活性的关系密切,一定范围内,较大的林冠开度的有利于受灾杉木人工林林下光照条件的改善和土壤酶活性的提高,但当林冠开度超过一定范围时,土壤酶活性下降。因此,冠层结构在一定程度上能决定林内光分布和反映土壤环境质量,进而影响林木整体的光合性能和林木恢复的速度。     

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。     

冬夏季桂花净光合速率及其对环境因子的响应

桂花Osmanthus fragrans是我国城市园林建设中的重要树种,在上海居住区绿化中应用频度高达98.88%。目前对桂花的研究主要集中在栽培、种植和养护方面,但对其光合和蒸腾特性的研究较少。在自然条件下使用LICOR-6400光合测定仪测量了冬季和夏季桂花的净光合速率[Pn/（μmol·m^-2·s^-1）],以及蒸腾速率[T/（mmol·m^-2·s^-1）]、胞间CO2浓度[Ci/（μmol·L^-1）]、气孔导度[GS/（mol·m^-2·s^-1）]等生理因子,以及气温（t/℃）、相对湿度（RH/%）、光合有效辐射[PAR/（μmol·m^-2·s^-1）]等环境因子的日变化。对桂花净光合作用与各种生理因子和环境因子的关系进行了分析,对桂花冬季和夏季净光合速率以及对高低温的适应策略进行了探讨。结果表明,随着气孔导度和蒸腾速率的增大,净光合速率也逐渐升高,但由于气孔调节的局限,净光合速率在达到最高值后又有所下降。冬季,桂花的光合作用效率降低,但其通过扩大对光适应范围,充分利用正午最适的光温条件来维持一定的净光合速率和固碳量。夏季,桂花通过午休现象和大量的蒸发降温来避免高温高光带来的伤害。冬季和夏季桂花的光合固碳能力相差不大,但夏季的桂花的水分利用效率远低于冬季。     

镉、铅胁迫对滇杨(Populus yunnanensis)幼苗生长及其光合生理的影响

为探究滇杨(Populus yunnanensis)在Cd、Pb胁迫下的生长及其光合生理反应,采用水培的方式对滇杨幼苗开展胁迫试验。结果表明,在Cd胁迫下,滇杨株高无显著变化,总根长显著降低,地径在Cd浓度为100μmol·L~(-1)时显著增加;在Pb胁迫下,滇杨株高、总根长均显著降低,地径则在Pb浓度为50和100μmol·L~(-1)时显著增加。Cd、Pb胁迫下丙二醛含量随着胁迫浓度增加而上升,总酚含量仅在胁迫浓度为100和200μmol·L~(-1)时显著提高。200μmol·L~(-1) Cd处理、100和200μmol·L~(-1) Pb处理的叶绿素含量显著低于对照。PSⅡ最大光化学效率和PSⅡ潜在活性仅在Cd浓度为100μmol·L~(-1)时显著低于对照。在Cd胁迫下,滇杨的净光合速率随着胁迫浓度的增加而降低,而在Pb胁迫下,净光合速率则随着胁迫浓度的增加先升后降。滇杨在Cd浓度为50μmol·L~(-1)时耐受性最强,在Pb浓度为100μmol·L~(-1)时耐受性最强,滇杨对Cd的耐受性强于Pb。     

滨海围垦区几种耐盐乔灌木的光合特性比较

为探讨几种耐盐乔木和灌木对滨海围垦区盐碱化土壤的适应能力,采用LI-6400光合作用测定仪在植物生长旺季对崇明东滩围垦区同期栽种的9种耐盐碱陆生植物物种的叶片光合特性进行测定。结果表明,在刺槐(Robinia pseudoacacia)、石楠(Photinia serrulata var.serrulata)、女贞(Ligustrum lucidum)和蜀桧柏(Sabina komarovii)4种乔木物种中,刺槐的最大光合速率、表观量子效率和光饱和点最高,分别为21.28μmol·m-2·s-1、0.049μmol·μmol-1和2 031μmol·m-2·s-1,但光补偿点却较低(13.60μmol·m-2·s-1)。在紫穗槐(Amorpha fruticosa)、伞房决明(Cassia sophera)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis)、海滨木槿(Hibiscus syriacus)和慈孝竹(Bambusa multiplex)5种灌木物种中,紫穗槐的最大光合速率、表观量子效率和光饱和点最高,分别为20.92μmol·m-2·s-1、0.048μmol·μmol-1和1 980.67μmol·m-2·s-1,但光补偿点却最低(2.95μmol·m-2·s-1)。在这些灌木物种中,紫穗槐具有最高的水分利用率(10.58μmol·mol-1)和较低的蒸腾速率(1.86 mmol·m-2·s-1)。因此,就叶片光合特性而言,刺槐和紫穗槐分别是对滨海围垦区盐碱化土壤具有良好适应性的乔木和灌木树种。     

CO2浓度升高对半干旱区春小麦光合作用及水分生理生态特性的影响

大气CO₂浓度升高已成为世界范围内重要环境问题。为了解大气CO₂浓度升高对春小麦光合作用及水分生理生态特性的影响,在典型半干旱区定西利用开顶式气室(OTC)试验平台,以春小麦“定西24号”为供试品种,开展了CO₂浓度增加模拟试验。试验设对照(390μmol·mol^?1)、480μmol·mol^?1和570μmol·mol^?1等3个CO₂浓度(摩尔分数)梯度。结果表明:在对照和增加CO₂浓度条件下,春小麦叶片净光合速率和蒸腾速率日变化均呈“双峰型”分布,出现明显的“午休”现象;胞间CO₂浓度的日变化表现为斜“V”字型曲线;叶水势日变化呈现反抛物线曲线走向,在中午后出现水势曲线拐点。在不同生育时期内,净光合速率、气孔导度和胞间CO₂浓度均表现为开花期最大,乳熟期最小。而蒸腾速率表现为开花期最大,拔节期最小,叶片水平水分利用效率表现为孕穗期最大,乳熟期最小。随着CO₂浓度升高,春小麦叶片净光合速率、胞间CO₂浓度、水分利用效率和水势提高,气孔导度和蒸腾速率降低。与对照大气CO₂浓度相比,在480μmol·mol^?1浓度和570μmol·mol^?1浓度下,整个生育期净光合速率平均分别提高了14.68%和28.20%,气孔导度平均降低了15.29%和24.83%,胞间CO₂浓度平均提高了10.38%和26.15%,蒸腾速率平均减小了6.63%和12.41%,WUE平均增加了22.9%和46.9%。随着CO₂浓度升高,蒸腾失水减少,叶片水势不断增加,从而增强了春小麦对干旱胁迫的抵御能力。研究结果为我国半干旱区春小麦对全球气候变化下的敏感性及适应性提供理论参考。     

大气CO_2浓度和气温升高对谷子生长及产量的影响

研究大气CO_2浓度和气温升高对谷子的影响,有助于人们了解未来气候变化背景下谷子(Setaria italica)生产的变化,以提前采取必要的应对措施。采用控制系统来模拟气温升高2℃和CO_2浓度增加200μmol·mol-1的未来气候情景,研究气候变化对谷子光合及产量的影响。试验设对照(与室外气温、CO_2浓度一致,CK)、增温2℃(C0T1)、CO_2浓度增加200μmol·mol-1(C1T0)和增温2℃+CO_2浓度增加200μmol·mol-1(C1T1)4个处理,对谷子灌浆期的光合作用及成熟期形态指标、生物量和产量进行测定。结果表明,与对照相比,气温升高(C0T1)后,谷子叶片净光合速率无明显变化,气孔导度和蒸腾速率上升,水分利用率下降;大气CO_2浓度升高(C1T0)谷子叶片净光合速率升高,气孔导度和蒸腾速率下降,水分利用率提高;大气CO_2浓度和气温同时升高(C1T1)后,谷子净光合速率提高,气孔导度和蒸腾速率升高,水分利用率下降。与对照相比,气温升高(C0T1)显著增加谷子的株高、穗长、茎直径、叶质量、茎质量、穗质量、地上部分生物量和产量,分别增加了62.29%、63.51%、59.87%、73%、77%、70%、72.3%和76.6%;大气CO_2浓度升高(C1T0)显著增加谷子的株高、穗长、茎直径、节数、叶质量、茎质量、穗质量和地上部分生物量,比对照分别增加35.18%、32.75%、25.80%、21.54%、21.5%、70.8%、19.4%和32.3%;升温和升CO_2复合处理(C1T1)条件下,谷子株高、穗长、茎直径、叶质量、茎质量、穗质量、地上部分生物量和产量升高,与对照相比分别增加58.24%、42.69%、131.89%、34.8%、80%、77.6%和92.6%。未来气候变化对谷子生长发育将以正效应为主。     

短花针茅荒漠草原生态系统净碳交换对载畜率的响应

草地生态系统作为中国最大的陆地生态系统,其碳循环的动态变化在全球碳收支平衡中扮演着重要角色。为探讨短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原净CO_2交换的日变化和季节变化特征,阐明放牧及土壤温度和湿度的季节性变化对生态系统净CO_2交换的影响,采用便携式光合仪LI-6400(LI-COR,USA)和密闭式箱法于2013—2014年生长季(5—10月)测定了对照(CK)、轻牧(LG)、中牧(MG)和重度放牧(HG)4个处理的生态系统净碳交换。结果表明:短花针茅荒漠草原净CO_2交换具有明显的日变化规律。净碳交换的日动态主要受气温影响,昼间净碳吸收随温度升高而降低,甚至出现碳释放;夜间随气温降低,生态系统呼吸减弱。整个生长季,短花针茅荒漠草原表现为碳汇,在植物生长季的高峰期,净碳吸收达到峰值(-2.96mol·m~(-2)·s~(-1))。年际间生态系统净碳交换差异显著(P0.000 1),净碳交换主要受降水调控。净碳吸收与土壤温度在两年间均呈显著的二次多项式关系(P0.01),而与土壤湿度的关系则是2013年为显著的线性关系(P0.000 1),2014年为显著的二次多项式关系(P0.01)。土壤温度对生态系统净CO_2交换变化的解释能力为0.31~0.36,而土壤湿度对生态系统净CO_2交换变化的解释能力为0.26~0.51。HG区净碳吸收速率(-0.66mol·m~(-2)·s~(-1))显著低于CK区(-1.65mol·m~(-2)·s~(-1))。放牧减弱了荒漠草原的固碳潜力。     

华南地区马占相思人工林不同改造模式对林分结构的影响

研究间伐强度对华南地区人工林下套种阔叶树种生长的影响,为华南地区人工林营林措施和生态功能恢复评价提供科学依据。以东莞大岭山林场马占相思(Acacia mangium)人工林为研究对象,设置了3种间伐强度处理(0、30%和60%,编号为M1、M2和M3),间伐后均匀套种乡土阔叶树种,以不间伐不套种纯林为对照。改造10 a后,分析不同间伐强度与套种改造模式群落物种组成、物种多样性及林分生长状况的影响。结果表明,间伐套种模式改造10 a后,3种改造模式均显著促进群落乔木层的物种数(22—26种),林分灌木层物种数以M1模式较高,草本层物种数差异不大(14—17种);林分中乔木层、灌木层物种的Shannon-Wiener指数均以M1林分较高,分别为2.09和2.11,Pielou指数差异不大(0.83—0.96和0.90—1.02),草本层多样性指数以CK林分最高。DCA分析结果显示,绝大多数套种树种在改造后林分生长较好,密集分布在M1林分,M2和M3林分次之;间伐或套种处理均促进了幼树的生长,M1林分乔木层树种的平均树高、平均胸径和胸高断面积均显著高于间伐M2和M3林分。该研究结果表明马占相思人工林经营模式以未间伐与套种相结合为最佳,可优化群落林冠结构,加速林分向地带性森林植被阔叶树种混交林演替。     

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。     

典型石漠化生态系统演替过程优势植物种叶片功能性状特征及影响因素

为了明确喀斯特石漠化生态系统不同演替阶段优势种的叶片功能性状特征及其影响因素,探讨石漠化梯度上优势种的适应策略,在中国南方喀斯特2个典型石漠化地区(贵州关岭-贞丰花江、毕节撒拉溪),以不同等级石漠化地区植物优势种为研究对象,运用单因素方差分析、主成分分析、相关性分析和冗余分析,对优势种叶片功能性状以及与环境因子的关系进行分析。结果表明,随着石漠化的加剧,比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和水分利用效率(WUE)呈先增后降的趋势,变化范围分别为101.89—195.68cm~2·g~(-1)、0.40—0.32g·g~(-1)、6.44—12.82μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.36—0.95mol·m~(-2)·s~(-1)和2.49—4.99μmol·mmol~(-1),而叶厚度(LT)、叶面积(LA)呈降低趋势,变化范围分别为0.35—0.18 mm和3 57.41—15.90 cm~2。环境因子中,pH(6.24—7.13)和岩石裸露率(PER)随着石漠化的加剧逐渐升高,而SWC(46.90%—29.10%)呈逐渐下降的趋势,TN、AN和AK呈现先升高后降低的趋势;TP、AP和光和有效辐射(PAR)呈先降低后升高的趋势。主成分分析显示无石漠化地区优势种具有较高的LT和LDMC,较低的SLA,而强度石漠化地区优势种具有较高的Pn、SLA,较低的LMDC。相关性分析显示SLA与Pn、Gs和WUE呈显著正相关,与LT呈显著负相关,WUE与Tr呈显著负相关;TN与AN和TP呈显著正相关,与AP呈显著负相关,PER与SWC呈极显著负相关(r=-0.62,P=0.001),与PAR呈极显著正相关。结合RDA分析,环境因子对优势种叶片功能性状和光合的影响大小为PERSWCpHTKTN,表明PER是最大影响因子,随着石漠化的演替,SWC、pH和土壤养分随之发生变化,SWC、pH、TK和TN是石漠化梯度上优势种功能性状变化的主导因素。综上,石漠化生态系统正向演替伴随着植物生境条件的改善,但优势种适应策略由演替早期的开拓型适应策略转变为演替后期的保守型适应策略。     

沙质草地生长季土壤CO_2排放特征及水热因子分析

草地土壤CO_2排放是陆地生态系统碳循环的关键生态学过程之一,研究其通量特征可以定量评估和预测区域CO_2排放状况,服务于全球气候变化下的区域碳管理。应用LI-8150土壤碳通量测定系统,定位观测并分析科尔沁沙地沙质草地生长季(6—9月)土壤CO_2通量特征,探究水热因子(降水、土壤温度和土壤含水量)对碳排放的影响机制。结果表明,(1)在日动态变化尺度上,晴天和雨天土壤CO_2通量呈现不对称"单峰型"曲线,最高值出现在11:00—16:00,最低值在04:00—06:00。(2)在生长季动态变化尺度上,土壤CO_2日平均通量呈现明显的多峰和季节变化,土壤CO_2月平均日通量分别在7月和9月出现高峰值和低峰值;2016年6月1日—9月30日日平均排放通量最小值(0.35μmol·m~(-2)·s~(-1))出现在晴天(6月8日),最大值(2.68μmol·m~(-2)·s~(-1))出现在雨天(7月23日),生长季平均排放通量为1.26μmol·m~(-2)·s~(-1)。(3)土壤CO_2通量表现为雨天高于晴天,降水事件是扰动土壤CO_2排放的关键因子。(4)土壤CO_2通量与土壤温度和土壤含水量分别表现出不同的时间尺度效应。在日尺度上,无论晴天还是雨天,7月土壤CO_2月平均日通量与表层(5 cm)土壤温度和含水量均呈正相关关系,且相关系数高于其他月份;晴天和雨天土壤含水量和温度的协同作用分别可解释土壤CO_2排放的95.0%和85.5%。在生长季尺度上,晴天的土壤含水量和雨天的土壤温度分别能够解释土壤CO_2排放的63.6%和48.0%;当土壤含水量低于4.87%、土壤温度低于25.94℃时,土壤CO_2排放量随含水量、温度的增加而增加;晴天和雨天土壤含水量和温度的协同作用分别可解释土壤CO_2排放的61.6%和43.7%。     

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)。     

珠江三角洲四种森林类型土壤CO2通量特征研究

采用开路式土壤CO2通量测量系统Li-8100&Li-8150对珠江三角洲地区尾叶桉(Eucalyptus urophylla)人工林、乡土树种恢复林、针阔叶混交林和常绿阔叶林4种林型的土壤CO2通量进行了观测。结果表明:4种森林类型年均土壤CO2通量为尾叶桉人工林(3.35μmol.m-2.s-1)>针阔叶混交林(2.66μmol.m-2.s-1)>乡土树种恢复林(2.09μmol.m-2.s-1)>常绿阔叶林(1.86μmol.m-2.s-1);旱季土壤CO2通量明显小于雨季。前3种森林类型凋落物呼吸处理表明,旱季对照组土壤CO2通量均小于相应的去除凋落物组、雨季则相反,全年的对比结果显示,3种森林类型的凋落物呼吸贡献分别达到1.3%、7.1%和10.8%。土壤CO2通量与10 cm土壤温度呈显著指数相关,且土壤CO2通量温度敏感指数表现为针阔叶混交林Q10最大(3.49),尾叶桉人工林Q10最小(1.95)。