微生物群落对土壤微生物呼吸速率及其温度敏感性的影响

通过灭菌和重新接种不同土壤微生物群落的方法,探索了改变土壤微生物群落对土壤微生物呼吸速率及其温度敏感性的影响.结果表明,灭菌海伦黑土接种未灭菌的哈尔滨黑土、封丘潮土和祁阳红壤后,15℃时土壤CO2的累积释放量分别为684.25、753.97和644.91μg,25℃时土壤CO2的累积释放量分别为963.06、1 015.44和852.31μg,35℃时土壤CO2的累积释放量分别为1 252.55、380.36和1 177.88μg;土壤CO2的累积释放量随接种剂土壤pH增加而增加,而与接种剂土壤有机质含量高低、接种剂土壤与被接种土壤的地理距离无关.15、25和35℃时,接种不同微生物群落的土壤呼吸速率表现差异的持续时间分别为104、277和1 177 h,差异持续时间随培养温度增高而延长.接种未灭菌的哈尔滨黑土、封丘潮土和祁阳红壤后,土壤呼吸温度敏感性指数Q10在0～104 h分别为1.63、1.49和1.80,在0～277 h分别为1.43、1.39和1.46,在0～1 609 h分别为1.35、1.35和1.35;呼吸温度敏感性随接种剂土壤pH降低而增加,随培养时间延长而减小.本研究表明改变土壤微生物群落将影响土壤微生物呼吸速率及其温度敏感性.     

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．     

放牧对呼伦贝尔草甸草原土壤呼吸温度敏感性的影响

放牧是影响草地生态系统碳循环过程的重要人类活动因素,定量研究放牧对土壤呼吸温度敏感性(Q10)的影响,对于准确评估草地碳收支和碳平衡至关重要.本研究依托呼伦贝尔草甸草原放牧梯度试验平台,利用动态密闭气室法(Li 6400-09)测量草地不同放牧梯度下的土壤呼吸作用.结果表明,不同放牧梯度下土壤呼吸具有明显的季节变化,且主要受温度因子主导,7月土壤呼吸速率达最大;2011年生长季5~9月不同放牧强度的平均土壤呼吸速率大小顺序为:G1(0.23Au·hm-2)>G0(未放牧)>G2(0.34 Au·hm-2)>G3(0.46 Au·hm-2)>G4(0.69 Au·hm-2)>G5(0.92 Au·hm-2).与不放牧相比,重度放牧(0.92 Au·hm-2)条件下Q10值减少了约10%,而轻度放牧(0.23 Au·hm-2)条件下Q10值略有升高.总体上,土壤呼吸温度敏感性(Q10)与放牧强度显著负相关(r=0.944,P<0.05),放牧不同程度地降低了土壤呼吸的温度敏感性.不同放牧梯度下Q10值与地上、地下生物量、土壤有机碳和土壤含水量之间存在显著的正相关线性回归关系,可以解释不同放牧梯度下Q10值71.0%~85.2%的变异性.放牧条件下Q10值发生变化本质上是生物因素和环境因子共同作用的结果.     

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.     

碳磷添加对黄土区农田土壤呼吸及温度敏感性的影响

黄土区耕地面积占全国耕地面积的15%以上,该区域降水资源贫乏,是我国土壤生产力和土壤有机碳储量最低的区域之一。营养的大量投入可以极大地提高土壤生产力,但对于营养添加下土壤CO_2排放有何变化以及是如何改变黄土区土壤环境,进而影响土壤呼吸及温度敏感性还尚不清楚。本文以长武实验田的黑垆土作为研究对象,分别对N12(施氮量120 kg?hm~(-2))土样设置不添加、添加磷源以及CK(长期连作不施肥)土样设置不添加、添加磷源、碳源、碳磷源(共计6个处理),比较分析在15℃和25℃培养下土壤呼吸速率的变化,以及培养周期内土壤温度敏感性Q_(10)(即温度每升高10℃,温室气体排放速率变化的倍数)的变化趋势。通过对呼吸前后土壤pH值、全碳全磷、有机碳、速效磷、硝态氮、铵态氮以及微生物生物量碳磷(MBC、MBP)的测定,分析其影响因素。碳磷添加在一定程度上提高了土壤的呼吸速率,其中碳源的添加明显增强了土壤呼吸速率以及土壤Q_(10)值。碳磷添加大幅度提高了土壤全碳、速效磷含量以及微生物活性,15℃条件培养后,土壤微生物生物量最高。碳磷添加后,土壤呼吸速率与土壤pH、全碳、铵态氮、MBC呈极显著相关关系。该研究为黄土区土壤生产力的提高以及降低温室气体的排放、恢复和改善生态环境提供理论依据。     

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.     

施肥对高粱地土壤呼吸及其温度敏感性的影响

基于对高粱地进行的5种培肥模式的长期定位试验,研究了不同培肥模式下土壤呼吸速率(Rs)及其温度敏感性(Q10)与环境因子以及光谱特征参数的关系.试验共设5个处理:不施肥(CK)、无机肥(INF)、无机肥+有机肥(INF+M)、无机肥+有机肥+秸秆(INF+M+S)和有机肥+秸秆(M+S).结果表明,施肥处理没有改变Rs的时间动态变化趋势.INF与CK的Rs没有明显差异,测定期间的平均值分别为3. 68μmol·(m~2·s)-1和3. 51μmol·(m~2·s)-1.与INF或CK相比,INF+M、M+S和INF+M+S的Rs分别增加了28. 2%～39. 1%、47. 9%～76. 0%和46. 2%～50. 8%,有机肥和秸秆还田处理后Rs增加.土壤温度和土壤水分分别能解释Rs季节变化的14%～96%和6%～37%,施肥处理显著提高了土壤温度的解释能力,而土壤水分的解释能力没有明显差异; Rs与差值植被指数、比值植被指数、增强植被指数的相关系数高于归一化植被指数;与红边斜率和红边面积的相关系数高于红边位置.有机肥和秸秆的施用降低了Rs与光谱特征参数的相关性.以光谱特征参数、T10、Ws为自变量的3因子模型的决定系数R~2都高于双因子和单因子模型.与CK相比,INF、INF+M、INF+M+S和M+S的Q10分别提高了26%、39%、21%和37%,表明施肥可以提高土壤呼吸的温度敏感性.造成不同处理Rs/Q10/R10差异的主要因子分别为Shannon多样性指数/容重/土壤有机质,可以解释其97. 6%/78. 2%/92. 8%的变异.     

灌水和生物炭施用对水稻土呼吸温度敏感性的影响

水稻田的生态系统呼吸和温度敏感性(Q10)在稻田生态系统温室气体排放等方面有非常重要的作用.本文采用静态暗箱/气相色谱法,研究间歇灌溉和淹水灌溉两种方式下不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、10 t·hm-2生物炭+化肥(LBC)、20t·hm-2生物炭+化肥(MBC)和40 t·hm-2生物炭+化肥(HBC)这5个处理的稻田生态系统呼吸和Q10的变化规律.结果表明:①淹水灌溉下生态系统呼吸的温度敏感系数Q10分别为4. 45 (CK)、7. 40 (NPK)、6. 44 (LBC)、4. 58 (MBC)和3. 87(HBC). 5个处理下淹水灌溉比间歇灌溉均显著降低了稻田生态系统的Q10值(P 0. 01),CK、NPK、LBC、MBC和HBC在淹水灌溉下分别比在间歇灌溉下降低了48. 6%、55. 2%、67. 9%、70. 3%和70. 8%;②两种灌溉条件下,化肥与生物炭配施相比不施肥处理均增加了稻田生态系统的呼吸,但不同的生物炭施入水平,对生态系统呼吸的促进作用差异不显著;③化肥与中、低量生物炭配施相比不施肥均增加了稻田生态系统呼吸的温度敏感性(P 0. 05),但MBC和HBC处理均比NPK处理降低了稻田生态系统的Q10值,稻田生态系统呼吸的温度敏感性随着生物炭施入水平的增加而减小.     

紫外（UV-B）辐射增强对拔节-孕穗期小麦植株呼吸和土壤呼吸的温度敏感性影响

为研究紫外（UV-B）辐射增强对拔节-孕穗期麦田植株呼吸和土壤呼吸的温度敏感性的影响,应用静态箱-气相色谱法,于2008年春进行田间试验,观测UV-B辐射增强20%处理以及对照（CK）的麦田生态系统呼吸和土壤呼吸的日变化规律,同时观测温度、湿度等环境因子.结果表明,UV-B辐射增强明显抑制了拔节-孕穗期间麦田生态系统呼吸和土壤呼吸作用,且对土壤呼吸的抑制作用大于对生态系统呼吸的抑制作用,在5次测定中,CK比UV-B处理的日平均生态系统呼吸速率高9%、 9%、 3%、 16%和30%, CK比UV-B处理的日平均土壤呼吸速率分别高99%、 93%、 106%、 38%和10%.CK和UV-B处理植株呼吸的温度敏感系数Q₁₀分别为1.79和1.59,土壤呼吸的Q₁₀分别为1.38和1.76,而生态系统呼吸的Q₁₀则分别为1.65和1.63. UV-B辐射增强导致小麦植株呼吸的温度敏感性降低（Q₁₀值减小）,而土壤呼吸的温度敏感性增强（Q₁₀值增大）,但UV-B辐射增强对麦田生态系统呼吸的温度敏感性没有明显影响.     

陆地生态系统呼吸温度敏感性及影响因素研究

陆地生态系统是全球第二大碳库,生态系统呼吸的任何细微变化都会在很大程度上影响着全球碳循环,改变大气中CO2浓度,而气候变化(如气候变暖)反过来会影响生态系统呼吸,从而增强温室效应.呼吸对温度的敏感性系数(Q10)是定量气候-碳循环反馈的一个关键参数,其相关研究仍存在较大的不确定性.本文探究了Q10的影响因素、时空变异性及机理解释,阐述了表观Q10和内在Q10的机理差异,指出内在Q10是有机物分解对温度的敏感性,更能反映生态系统碳循环对气候变化的本质反馈.     

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%.     

内蒙古生态环境敏感性综合评价

针对内蒙古土地沙化、土壤侵蚀、土壤盐渍化和生物多样性减少等区域自然环境演变过程中出现的生态问题,采用遥感和地理信息系统技术,构建敏感性评价指标体系与评价模型,对内蒙古生态环境敏感性进行综合研究,定量揭示研究区生态环境敏感性程度和空间分布特征.结果表明:土地沙化不敏感区、极敏感区分别占研究区面积35.9%和10.1%;土地沙化敏感性等级高的区域集中分布在内蒙古辖区内主要沙漠边缘和沙地;土壤基质多为沙粒、冬春季节多大风且植被覆盖度较低是土地容易发生沙化的主要原因.土壤侵蚀轻度、中度和高度敏感区分别占研究区面积的43.9%、30.2%和19.2%;受降水空间差异影响,土壤侵蚀敏感性等级自东南向西北呈逐步下降趋势.土壤盐渍化不敏感区、极敏感区分别占研究区面积的57.6%和14.6%,盐渍化明显地区主要分布在内蒙古西北部和东部;蒸发量远大于降水量,人类活动影响较明显,是土壤盐渍化高发的主要原因.生境不敏感、高度和极敏感区分别占研究区面积的30.5%、25.1%和10.6%,敏感性等级高的区域主要分布在大小兴安岭地区;这些区域水热条件相对较好,植被覆盖度高,物种数量较为丰富,是生物多样性重点保护区域.综合生态环境高度和极敏感区分别占研究区面积的27.9%和9.6%;敏感性等级高的区域位于内蒙古中北部,等级较低的区域位于内蒙古西北、东北和东南部.     

内蒙古典型草原和锡林河湿地群落非生长季土壤呼吸特征对比研究

本文监测了内蒙古典型草原和锡林河湿地群落非生长季土壤呼吸速率的日动态变化;同时对大气和土壤的温度变化进行测量.研究发现两类群落在非生长季的土壤呼吸速率的变化方式均为单峰模式.典型草原土壤呼吸速率显著低于同期湿地的土壤呼吸速率(P=0.01).典型草原土壤呼吸速率对温度的相关性为0.48,低于湿地的0.86.     

Differential responses of short-term soil respiration dynamics to the experimental addition of nitrogen and water in the temperate semi-arid steppe of Inner Mongolia, China

We examined the effects of simulated rainfall and increasing N supply of different levels on CO2 pulse emission from typical Inner Mongolian steppe soil using the static opaque chamber technique, respectively in a dry June and a rainy August. The treatments included NH4NO3 additions at rates of 0, 5, 10, and 20 g N/（m2.year） with or without water. Immediately after the experimental simulated rainfall events, the CO2 effluxes in the watering plots without N addition （WCK） increased greatly and reached the maximum value at 2 hr. However, the efflux level reverted to the background level within 48 hr. The cumulative CO2 effluxes in the soil ranged from 5.60 to 6.49 g C/m2 over 48 hr after a single water application, thus showing an increase of approximately 148.64% and 48.36% in the efftuxes during both observation periods. By contrast, the addition of different N levels without water addition did not result in a significant change in soil respiration in the short term. Two-way ANOVA showed that the effects of the interaction between water and N addition were insignificant in short-term soil COz efftuxes in the soil. The cumulative soil CO2 fluxes of different treatments over 48 hr accounted for approximately 5.34% to 6.91% and 2.36% to 2.93% of annual C emission in both experimental periods. These results stress the need for improving the sampling frequency after rainfall in future studies to ensure more accurate evaluation of the grassland C emission contribution.     

模拟酸雨对北亚热带天然次生林土壤呼吸的影响

于2009年3月～2010年1月在南京市郊龙王山北亚热带天然次生林进行模拟酸雨试验,以便携式土壤CO2通量观测仪对不同酸雨强度处理下的林地土壤呼吸速率进行原位测定,研究酸雨对森林土壤呼吸的影响.结果表明,在本试验阶段,4个酸雨强度处理CK(pH值6.4,去离子水)、T1(pH值4.5)、T2(pH值3.5)、T3(pH值2.5)的平均土壤呼吸速率分别为(3.20±0.21)、(3.34±0.30)、(3.51±0.06)、(2.99± 0.23)μmol/(m2·s),酸雨各处理的土壤呼吸季节变化规律显著.由于森林植被生长期季节变化明显,将其分为非生长季1(2~4月)、生长季(5~10月)、非生长季2(11月~次年1月)3个阶段.配对t检验分析各阶段土壤呼吸速率的结果表明,在非生长季1,模拟酸雨未抑制土壤呼吸作用,T1和T2酸雨处理反而促进了土壤呼吸作用;在生长季,高强度模拟酸雨T3显著抑制了土壤呼吸作用;在非生长季2,也出现了模拟酸雨促进土壤呼吸作用的现象;对于整个观测阶段而言,低强度模拟酸雨处理未显著改变北亚热带天然次生林的土壤呼吸,仅高强度模拟酸雨T3显著抑制了土壤呼吸作用.不同酸雨强度处理下的土壤呼吸速率与土壤温度的指数回归关系均达显著水平(P<0.01),CK、T1、T2、T3处理的Q10值分别为3.04,2.73,2.83,2.51,模拟酸雨处理降低了北亚热带天然次生林土壤呼吸的温度敏感性.     

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...     

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).     

黄土高原不同侵蚀区生物结皮土壤CO2通量日动态特征及其温度敏感性

利用LI-8100土壤碳通量自动观测系统监测了黄土高原不同侵蚀区(水蚀区、水蚀风蚀交错区、风蚀区)生物结皮土壤CO2通量的日变化,分析了土壤呼吸的温度敏感性.结果表明:以去除生物结皮为对照,具有生理活性的生物结皮降低了土壤CO2通量,其中,水蚀区、交错区和风蚀区土壤日平均CO2通量分别降低了5.0％、8.9％和20.5％.水蚀区、交错区和风蚀区生物结皮土壤CO2通量日动态均呈单峰型曲线,峰值出现在12:00-14:00左右,大小分别为1.64、1.64和1.37 μmol·m-2·s-1,但日变化幅度差异明显.土壤呼吸速率随温度的升高呈上升趋势,指数函数能够较好地描述二者的关系.生物结皮土壤呼吸的温度敏感性指数Q10在空间尺度上存在一定变异,其中,水蚀区、交错区Q10值变化范围为1.93～ 2.43,而风蚀区Q10值变化范围为4.80～ 5.56,说明风蚀区生物结皮土壤呼吸对温度的敏感性大于水蚀区和交错区.本研究表明,在探求黄土高原地区土壤碳交换时,应当考虑生物结皮的影响及不同侵蚀区生物结皮土壤CO2通量的差异性.