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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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．     

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6a(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(P0.05),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:1.20?mol·(m2·s)-1vs.0.95?mol·(m2·s)-1vs.0.79?mol·(m2·s)-1;Q10:2.12vs.1.93 vs.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:1.11?mol·(m2·s)-1vs.0.90?mol·(m2·s)-1;Q10:1.96 vs.1.59],且这种变化趋势与土壤温度和水分的变化有关(P0.05),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(R2:0.45~0.82 vs.0.32~0.67 vs.0.35~0.86;模拟值和实测值的拟合系数:0.76 vs.0.64 vs.0.58)。在年际尺度上,年累积土壤微生物呼吸变化于226 g·(m2·a)-1和298 g·(m2·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(P0.05),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·(m2·a)-1,即裸地处理的呼吸流失量比土壤有机碳的流失量高达20倍以上。     

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6a(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(P0.05),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:1.20?mol·(m2·s)-1vs.0.95?mol·(m2·s)-1vs.0.79?mol·(m2·s)-1;Q10:2.12vs.1.93 vs.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:1.11?mol·(m2·s)-1vs.0.90?mol·(m2·s)-1;Q10:1.96 vs.1.59],且这种变化趋势与土壤温度和水分的变化有关(P0.05),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(R2:0.45~0.82 vs.0.32~0.67 vs.0.35~0.86;模拟值和实测值的拟合系数:0.76 vs.0.64 vs.0.58)。在年际尺度上,年累积土壤微生物呼吸变化于226 g·(m2·a)-1和298 g·(m2·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(P0.05),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·(m2·a)-1,即裸地处理的呼吸流失量比土壤有机碳的流失量高达20倍以上。     

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6a(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(P0.05),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:1.20?mol·(m2·s)-1vs.0.95?mol·(m2·s)-1vs.0.79?mol·(m2·s)-1;Q10:2.12vs.1.93 vs.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:1.11?mol·(m2·s)-1vs.0.90?mol·(m2·s)-1;Q10:1.96 vs.1.59],且这种变化趋势与土壤温度和水分的变化有关(P0.05),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(R2:0.45~0.82 vs.0.32~0.67 vs.0.35~0.86;模拟值和实测值的拟合系数:0.76 vs.0.64 vs.0.58)。在年际尺度上,年累积土壤微生物呼吸变化于226 g·(m2·a)-1和298 g·(m2·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(P0.05),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·(m2·a)-1,即裸地处理的呼吸流失量比土壤有机碳的流失量高达20倍以上。     

内蒙古锡林河流域土壤呼吸的温度敏感性

2004年9月～2005年9月对内蒙古锡林河流域4种草地类型的土壤呼吸速率及相关水热因子进行了野外测定,应用2种数学模型和不同温度指标对草地土壤呼吸的温度敏感性问题进行了探讨.结果表明,Van′tHoff模型对温度变化较为敏感,显示出冬季的Q₁₀值明显大于夏季的特征,应用Arrhenius模型求算的不同季节的Q₁₀值变化不大.在>5℃时,Q₁₀值的变动范围,Van′tHoff模型为1.60～2.03,Arrhenius模型为1.48～1.67,略高于全球平均值;2种模型均对水分的变化比较敏感,表现为Q₁₀值随土壤水分的降低而升高的趋势.     

不同温度下的土壤微生物呼吸及其与水溶性有机碳和转化酶的关系

为研究不同温度下的土壤微生物呼吸及其与水溶性有机碳(DOC)和转化酶的关系,设置了室内培养实验.采集南京市周边老山、紫金山、宝华山的土壤,研究不同土壤的微生物呼吸对温度升高的响应规律,并分析土壤DOC含量及转化酶活性.结果表明,不同土壤的累积微生物呼吸与土壤温度之间的关系均可用指数方程描述,其P值均达到极显著水平(P0.001),不同地点土壤的微生物呼吸温度敏感系数(Q10值)在1.762~1.895之间变异.累积土壤微生物呼吸的Q10值随着土壤温度升高表现出降低的趋势.培养后27 d土壤微生物呼吸的Q10值与培养后1 d的Q10值无显著差异(P0.05),这表明难分解有机质的温度敏感性与易分解有机质的温度敏感性一致.对于所有土壤而言,累积土壤微生物呼吸与DOC含量之间存在极显著(P=0.003)的线性回归关系,DOC可以解释累积土壤微生物呼吸31.6%的变异性.无论是单独分析不同土壤还是综合所有土壤的测定结果,累积微生物呼吸与土壤转化酶活性均存在极显著(P0.01)的一元线性回归关系,由此说明转化酶活性是衡量土壤微生物呼吸大小的一个较好的指标.     

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.     

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.     

生物质炭影响下土壤呼吸温度敏感性及细菌群落结构的变化

为探究生物质炭对土壤呼吸及微生物群落结构的影响,在不同生物质炭用量及不同温度条件下进行室内土壤培养试验,分析土壤CO₂释放规律、不同有机碳组分的变化以及土壤细菌群落结构特征.结果表明：①生物质炭处理对各温度条件下的土壤呼吸均表现为前期激发和后期抑制的效应,且在培养14 d之后,生物质炭处理显著降低了土壤呼吸温度敏感性Q₁₀值.②就土壤有机碳而言,未添加生物质炭的CK处理土壤惰性有机碳含量的下降幅度随温度升高而增大,对温度变化较敏感,但生物质炭的输入显著降低了土壤惰性有机碳的温度敏感性,使各温度条件下土壤惰性有机碳的降幅收窄,且降幅并未随温度的升高而增大.③16S rDNA高通量测序结果显示,至培养末期,CK处理土壤中马赛菌属（Massilia）的相对丰度随温度升高而降低,且生物质炭的输入显著提高了马赛菌属的温度敏感性,使其相对丰度随温度升高降幅增大.与马赛菌属相反,CK处理土壤中嗜盐囊菌属（Haliangium）的相对丰度随温度的升高显著增加,生物质炭的输入降低了其温度敏感性,使温度梯度间相对丰度差异不显著.本研究表明,生物质炭的输入可显著降低土壤呼吸温度敏感性,这与土壤惰性有机碳温度敏感性的降低及马赛菌属和嗜盐囊菌属相对丰度的改变有关.     

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.     

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～...