塔克拉玛干沙漠腹地冬季土壤呼吸及其驱动因子

利用Li-8150系统测定了塔克拉玛干沙漠腹地冬季(1月)土壤呼吸,分析了环境驱动因子对极端干旱区荒漠生态系统土壤呼吸的影响。结果表明:(1)冬季土壤呼吸日变化呈现出显著的单峰曲线,土壤呼吸速率最大值出现在12:00,为0.0684μmol CO2m-2s-1,凌晨04:00附近出现最小值,为-0.0473μmol CO2m-2s-1;(2)土壤呼吸速率与各层气温,0cm地表温度均存在着极其显著或显著的线性关系,且都具有正相关性;(3)土壤呼吸速率与5cm土壤湿度存在着较为明显的线性关系,该层湿度能够解释土壤呼吸的69.5%;(4)0cm地表温度对土壤呼吸贡献最大,其次是5cm土壤湿度;(5)以0cm地表温度、5cm土壤湿度为变量,通过多元回归分析表明:土壤温度-湿度构成的多变量模型能够解释大于86.9%的土壤呼吸变化情况;(6)研究时段内土壤呼吸速率的平均值是-1.45mg CO2m-2h-1。     

科尔沁沙地两种植被类型土壤呼吸动态变化及其影响因子

以科尔沁沙丘-草甸相间地区为研究区,运用LI-6400土壤呼吸配套系统对沙丘-草甸过渡带人工杨树林和固定沙丘小叶锦鸡儿群落土壤呼吸及其相关因子进行观测,结果表明,(1)生长期和生长末期人工杨树林保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的日变化表现为\"多峰型\"。(2)人工杨树林和小叶锦鸡儿群落保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的季变化峰值均出现在8月份,人工杨树林的土壤呼吸明显大于小叶锦鸡儿群落的土壤呼吸。(3)人工杨树林土壤呼吸的季变化与0—10cm土壤温度相关显著(P0.01),保留枯枝落叶土壤呼吸小于去除枯枝落叶。(4)小叶锦鸡儿群落土壤呼吸的季变化与0—10cm土壤含水量相关显著(P0.01),与人工杨树林不同,保留枯枝落叶土壤呼吸大于去除枯枝落叶。(5)人工杨树林土壤呼吸与土壤温度显著呈指数关系,小叶锦鸡儿群落土壤呼吸与土壤含水量显著呈幂函数关系,并运用归一化法,通过建立土壤呼吸LnRs与土壤温度T、土壤含水量Lnθ的双因子回归模型,得出土壤温度和土壤含水量分别对保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的贡献率。     

黄土旱塬区冬小麦不同施肥处理的土壤呼吸及土壤碳动态

依据黄土旱塬区黑垆土上中国科学院长武站长期定位试验 (始于1984年),于2008年3月到6月,测定了冬小麦连作系统中返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期和收获期土壤呼吸日变化、生育期变化以及土壤可溶性有机碳(Dissolved organic C, DOC)和微生物量碳(Soil microbial biomass C, MBC),研究了施肥措施对土壤呼吸、DOC和MBC的影响以及土壤呼吸与碳组分之间的关系.研究涉及6个处理:休闲地(F)、不施肥(CK)、有机肥(M)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)和氮磷有机肥(NPM).结果表明,冬小麦连作系统中土壤呼吸的日变化格局呈单峰曲线,最高值出现在12:00左右(拔节期)和14:30左右(成熟期),最小值出现在0:00～3:00之间或6:00左右;冬小麦土壤呼吸速率拔节期最高,其次是灌浆后期,抽穗期最低;不同施肥条件下,各生育期土壤呼吸速率大小顺序:NPM＞M＞NP＞N＞CK＞F.土壤水分亏缺是导致抽穗期和灌浆期土壤呼吸速率降低的重要原因.各施肥处理DOC含量高低顺序为灌浆期＞抽穗期＞成熟期＞返青期＞拔节期;除M,NPM处理MBC含量拔节期＞灌浆期外,各施肥处理MBC含量高低顺序为成熟期＞抽穗期＞灌浆期＞拔节期＞返青期.同一处理不同生育期土壤呼吸速率与DOC,MBC的相关性较低,但同生育期不同施肥处理土壤呼吸与土壤有机碳组分间存在显著的相关性.以F处理土壤呼吸为基础,估算CK、N和NP处理生育期根系对土壤呼吸的平均贡献率依次为36%、45%和54%.     

水热因子对沙漠地区土壤呼吸的影响

利用Li-6400-09土壤呼吸室和Li-6400便携式光合测定仪,在植物生长季对腾格里沙漠东南缘植被区和流沙区的土壤呼吸进行了连续测定,并分析了温度和水分对土壤呼吸的影响.结果表明:(1)植被区和流沙区土壤呼吸速率的日变化特征相似,即夜间土壤呼吸速率保持在较低的水平,而白天则呈现单峰变化趋势;而季节变化趋势明显不同,即植被区内的土壤呼吸有明显的季节变化,流沙则没有明显的季节变化;(2) 植被区和流沙区0～5cm土壤含水量与土壤呼吸速率均呈显著的线性关系,但植被区的相关性好于流沙区.当0～5cm土壤含水量大于测定期间的平均值 (植被区为6.78%、流沙区6.94%)时,植被区和流沙区的土壤呼吸速率都明显高于土壤含水量小于平均值时的土壤呼吸速率,其土壤呼吸速率平均值之比分别为:2.6、1.5;(3) 土壤呼吸速率与地表5cm处土壤温度呈显著的指数关系,当土壤含水量小于测定期间的平均值时,植被区与流沙区的Q10值分别为1.23和1.43;当土壤含水量大于测定期间的平均值时,植被区与流沙区的Q10值分别为2.23和1.72.由此可见,土壤水分不仅影响了土壤呼吸速率的大小,而且还影响了土壤呼吸速率的温度敏感性.     

黄土旱塬区不同覆盖措施对冬小麦农田土壤呼吸的影响

采用田间试验研究了黄土旱塬区不同覆盖措施下的冬小麦农田土壤呼吸日变化和季节变化特征.试验包括4个处理：作物生育期秸秆覆盖600 kg·hm^-2（M₆₀₀）、秸秆覆盖300 kg·hm^-2（M₃₀₀）、地膜覆盖（PM）和无覆盖处理（CK）.结果表明：冬小麦农田土壤呼吸速率从播种至返青之前呈下降趋势,处理间没有显著差异;越冬后土壤呼吸速率迅速提高,至拔节期最高.与CK相比,3个覆盖处理在越冬至成熟期间均显著促进了土壤CO₂的释放,其中PM与其他处理间的差异达到极显著水平.全生育期M₆₀₀和M₃₀₀处理土壤呼吸速率平均分别为1.47和1.52 μmol CO₂·m^-2·s^-1,较CK（1.38 μmol CO₂·m^-2·s^-1）分别提高了6.6%和10.2%;PM处理土壤呼吸速率平均为3.63 μmol CO₂·m^-2·s^-1,较CK提高了163%.CK处理土壤呼吸日变化呈单峰曲线,峰值出现在12：00左右,秸秆覆盖后峰值时间推迟到14：00左右;PM处理土壤呼吸日变化特征在拔节期与对照相似,在成熟期则呈双峰曲线,峰值分别出现在12：00和16：00左右.土壤呼吸速率与土壤温度和土壤水分分别呈指数和抛物线式相关.     

黄土旱塬区免耕玉米田土壤呼吸对降雨的响应

在多年定位试验的基础上,采用LI-8150-16多通道土壤碳通量测量系统对传统耕作和免耕处理下玉米田的土壤呼吸进行了连续观测,以探讨不同耕作措施处理下土壤呼吸对降雨的响应。结果表明:降雨发生瞬间,土壤呼吸受应激反应影响迅速降低,传统耕作和免耕处理下分别较降雨前降低62.9%—92.9%和35.8%—56.9%;降雨后,传统耕作和免耕处理土壤呼吸的降幅范围分别为31.5%—89.2%和15.7%—59.9%;土壤体积含水量接近于18%时,传统耕作下土壤呼吸比免耕下高51.8%,当土壤体积含水量高于30%时,传统耕作下土壤呼吸比免耕处理下低43.0%,表明传统耕作土壤呼吸更易受土壤水分的影响,波动幅度大;传统耕作处理下土壤呼吸随土壤温度的升高而增大,免耕处理下土壤呼吸随土壤温度的升高变化不明显;土壤体积含水量较小(20%)时,不同耕作处理下土壤呼吸均随土壤含水量增加而增加,含水量较高(30%)时则均随土壤含水量的升高而减小,两种情况下均为免耕处理的变化速率更大;双因子线性模型可较好地描述玉米田土壤呼吸对温度和水分变化的响应。     

川西平原灌区不同水旱轮作模式周年土壤呼吸特征

水旱轮作是川西平原灌区重要的稻田种植模式,为探究本区域不同水旱轮作模式对周年土壤呼吸的影响,在四川崇州设置蒜-稻(GR)、麦-稻(WR)和油-稻(RR)三种水旱轮作模式,采用静态箱-气相色谱法测定不同模式周年土壤呼吸,并同步测定温度、水层高度等水热生态因子。结果表明:三种轮作模式周年土壤呼吸累积排放量表现为GRRRWR,分别为193.36、160.27、157.28 kg/hm~2;土壤呼吸速率日动态规律基本一致,均表现为单峰型变化趋势,最高值出现在12:00—15:00,6—8月的日变幅高于其余月份;土壤呼吸速率季节动态均呈双峰型变化趋势,在6月和9月达到峰值,其中GR模式土壤呼吸速率年均值最高;三种模式土壤呼吸速率均受0—10 cm、10—20 cm土壤温度的显著影响,而与土壤含水量无显著相关性。土壤温度是旱季土壤呼吸速率季节变化的主要影响因素,土壤水层深度和土壤温度共同作用影响了稻季土壤呼吸速率的变化。     

温带荒漠中温度和土壤水分对土壤呼吸的影响

荒漠对气候变化具有高度敏感性, 深刻认识和量化非生物因子对荒漠生态系统土壤呼吸的影响具有重要意义。采用自动CO₂通量系统(Li-8100)监测了梭梭(Haloxylon ammodendron)、假木贼(Anabasis aphylla)和盐穗木(Halostachys caspica)群落生长季土壤呼吸及温度、土壤含水量等, 深入分析了水热因子对土壤呼吸的影响。土壤呼吸具有不对称的日格局, 最小值出现在8:00, 最大值在12:00~14:00。土壤呼吸的季节格局与气温变化基本同步, 最小值在生长季末期(10月), 最大值在生长季中期(6~7月)。梭梭、假木贼和盐穗木群落生长季平均土壤呼吸速率分别为0.76、0.52和0.46 μmol CO₂·m^-2·s^-1。气温对假木贼(51%)和盐穗木群落(65%)土壤呼吸季节变化的解释率高于梭梭(35%)。梭梭、假木贼和盐穗木群落土壤呼吸温度敏感性(Q₁₀)逐渐增大, 基础呼吸速率(R₁₀)逐渐减小。剔除温度影响后, 梭梭、假木贼群落土壤呼吸与土壤含水量呈显著的幂二次方函数关系, 盐穗木群落两者关系却明显减弱, 未达到显著水平。气温、土壤含水量的二元方程均能解释群落土壤呼吸大部分的时间变异: 梭梭群落71%~93%、假木贼群落79%~82%、盐穗木群落70%~80%。人工模拟降水后土壤呼吸速率表现出降水后10 min减小、180 min时明显增加、达到最大值后再次衰减的现象。5和2.5 mm降水处理下的土壤呼吸速率最大值和其后的递减值高于对照处理, 土壤呼吸增加、达到峰值和其后递减过程与5 cm土壤温度变化基本同步。     

西天目山毛竹林土壤呼吸特征及其影响因子

毛竹(Phyllostachys edulis)是中国南方重要的森林资源,在区域碳平衡中扮演重要的作用。研究毛竹林土壤呼吸特征及影响因子有助于了解其土壤CO2释放过程的关键驱动因子,为进一步揭示毛竹林土壤碳循环特点提供科学依据。以浙江省西天目山自然保护区毛竹林为研究对象,利用LI-Cor8100开路式土壤碳通量测量系统测定(2007年5、8、11月,2008年1、3月)土壤呼吸速率及环境因子,同时取0—20 cm土层土样测定土壤酶活性,结果表明:(1)毛竹林土壤呼吸具有典型的日动态和季节变化模式,日动态变化较为平缓,土壤呼吸的季节变化较为显著(P0.05),最大值(5.99μmol.m-2.s-1)出现在2007年8月,最小值(1.08μmol.m-2.s-1)出现在2008年1月。(2)回归方程表明,土壤呼吸与土壤5 cm温度呈极显著的指数相关关系(P0.001),与土壤体积含水量相关性较弱(P0.05),与近地面大气温度和CO2浓度分别呈极显著的指数相关关系(P0.001)和显著的线性相关关系(P0.05)。(3)相关分析表明,土壤尿酶、蔗糖酶、纤维素酶活性与土壤呼吸均呈正相关,其中纤维素酶活性达到显著水平。综合分析表明毛竹林土壤温度是调控土壤呼吸季节变化的主要驱动因子,近地面大气环境及土壤酶活性的变化也对其产生不容忽视的影响。     

田间条件下黑垆土基础呼吸的季节和年际变化特征

明确土壤基础呼吸的季节和年际变化及其影响因素,对了解土壤有机碳的变化机理具有重要的意义。在长武农田生态系统国家野外科学观测研究站,本研究依托其长期（始于1984年）的裸地处理,于2009—2011年,利用Li—8100系统（Li—COR, Lincoln, NE, USA）监测了土壤呼吸、土壤水分和土壤温度,研究田间条件下土壤基础呼吸的年际和季节间变化及其与环境变量之间的关系。裸地土壤呼吸具有显著地季节和年际变异特性。2009年土壤呼吸速率波动于0.62—1.83mol?m-2?s-1,平均为1.16 mol?m-2?s-1;2010年土壤呼吸的变化范围为0.30—1.46 mol?m-2?s-1,均值为0.92 mol?m-2?s-1;2011年则为0.06—1.68 mol?m-2?s-1和0.88 mol?m-2?s-1。2009到2011的三年期间裸地土壤呼吸的年累积量依次为282、234和230 g CO2—C m-2。裸地土壤呼吸与土壤温度呈显著指数关系,而与土壤水分呈显著一元二次方程关系。土壤温度和土壤水分共同控制土壤呼吸的变化。试验期间,土壤呼吸累积量与试验期间降水总量相反,但与年均气温无关。在裸地处理上,因土壤呼吸年流失有机碳达到2.5 Mg CO2—C ha-1。     

Effect of soil moisture at different temperatures on Rhizoctonia root rot of wheat seedlings

The effect of soil moisture at different temperatures on root rot of wheat seedlings caused by Rhizoctonia solani AG-8 was studied in temperature controlled water tanks under glasshouse conditions. Four moisture levels (15, 30, 50 and 75% of soil water holding capacity at saturation which were equal to –10, –7, –5 and –3 kPa, respectively) were tested in tanks maintained 10, 15, 20 or 25 °C. The role of microbial activity in the effect of soil moisture and temperature on disease severity was also studied by including treatments of steam treated soil. Results showed that at soil moisture levels optimum for plant growth (50 and 75% WHC) disease was more severe at a lower temperature (10 °C), but under relatively dry conditions (15% WHC) disease levels were similar at all temperatures tested. In warm soils (20 and 25 °C) at high soil moisture levels (50 and 75% WHC), disease was more severe in steam treated soil than in non-steam treated soil, indicating that the suppression of disease in natural soil under these conditions was associated with high soil microbial activity.     

土壤-玉米系统中土壤呼吸强度及各组分贡献

用特殊设计的气体采集箱法对玉米生长期间潮土呼吸强度进行了测定。结果表明,施用150kgNhm^-2的裸地土壤CO2累积排放量是294g C m^-2,约为种植玉米土壤的一半。用根去除法测得的玉米对土壤呼吸的贡献率,苗期小于20％,拔节到收获期波动在30％-70％之间,全生长期平均为46％。玉米生长期间因土壤有机碳分解而释放出的CO2总量为2．94MgChm^-2,大约是0—40cm土层中土壤有机碳总储存量的8％,因此需要输入7．35Mghm^-2的碳含量40％的作物残留物才能平衡土壤中有机碳的损失,约为玉米收获时残留于土壤中根量的一倍,但与残留根量及玉米生长期间根系分泌到土壤的有机物量的总和相当,因此土壤中有机碳总体处于平衡状态。在玉米生长期间,施用氮肥可使土壤CO2排放量降低10％。土壤排放CO2主要受土壤温度的影响,温度效应Q10为1．90-2．88。     

南京城市公园绿地不同植被类型土壤呼吸的变化

子2007年10月-2008年9月,利用Li-6400便携式光合作用仪配合土壤呼吸气室对南京中山植物园内草坪、疏林和近自然林3种植被类型的土壤呼吸速率的季节变化及其影响因子进行了测定.结果表明:不同植被类型土壤呼吸速率具有明显的季节变化,夏季(8月)较高,近自然林、疏林和草坪类型分别为3.28、4.07和7.58 μmol·m~(-2)·s~(-1),冬季(12月)最低,近自然林、疏林和草坪类型分别为0.82、0.99和1.42 μmol·m~(-2)·s~(-1);不同植被类型的年均土壤呼吸速率有显著差异(P＜0.05),平均土壤呼吸速率大小排序为草坪>疏林>近自然林;不同植被类型的土壤呼吸速率与土壤温度呈显著性指数相关关系,与土壤含水率无显著相关关系;Q_(10)值均随着土层深度的增加而增加;不同植被类型的Q_(10)值存在一定程度的差异,近自然林类型的Q_(10)值大于草坪和疏林类型的Q_(10)值.研究表明,城市如果大量发展草坪可能增加土壤CO_2的排放.

Abstract：

By using Li-6400 portable photosynthetic apparatus connected to soil chamber,the soil respiration rate under three vegetation types(lawn,open woodland,and close-to-nature forest)in Nanjing Zhongshan Botanical Garden was measured from October 2007 to September 2008,with related affecting factors analyzed.The soil respiration rate had obvious seasonal fluctuation,being the highest in summer(August)and the lowest in winter(December).For the close-to-nature forest,open woodland,and lawn,their soil respiration rate in summer was 3.28,4.07,and 7.58μmol·m~(-2)·s~(-1),and that in winter was 0.82,0.99,and 1.42μmol·m~(-2)·s~(-1),respectively.The annual mean soil respiration rate differed significantly with vegetation type(P＜0.05),which was in order of close-to-nature forest＜open woodland＜lawn.The soil respiration rate had significant exponential correlation with soil temperature,but no correlation with soil moisture.The Q_(10) value increased with increasing soil depth,and was larger in close-tonature forest than in open woodland and lawn.Our results indicated that the rapid development of lawn in urban green space could increase the urban soil CO_2 emission.     

The effect of soil warming on bulk soil vs. rhizosphere respiration

There has been considerable debate on whether root/rhizosphere respiration or bulk soil respiration is more sensitive to long-term temperature changes. We investigated the response of belowground respiration to soil warming by 3 °C above ambient in bare soil plots and plots planted with wheat and maize. Initially, belowground respiration responded more to the soil warming in bare soil plots than in planted plots. However, as the growing season progressed, a greater soil-warming response developed in the planted plots as the contribution of root/rhizosphere respiration to belowground respiration declined. A negative correlation was observed between the contribution of root/rhizosphere respiration to total belowground respiration and the magnitude of the soil-warming response indicating that bulk soil respiration is more temperature sensitive than root/rhizosphere respiration. The dependence of root/rhizosphere respiration on substrate provision from photosynthesis is the most probable explanation for the observed lower temperature sensitivity of root/rhizosphere respiration. At harvest in late September, final crop biomass did not differ between the two soil temperature treatments in either the maize or wheat plots. Postharvest, flux measurements during the winter months indicated that the response of belowground respiration to the soil-warming treatment increased in magnitude (response equated to a Q ₁₀ value of 5.7 compared with ∼2.3 during the growing season). However, it appeared that this response was partly caused by a strong indirect effect of soil warming. When measurements were made at a common temperature, belowground respiration remained higher in the warmed subplots suggesting soil warming had maintained a more active microbial community through the winter months. It is proposed that any changes in winter temperatures, resulting from global warming, could alter the sink strength of terrestrial ecosystems considerably.     

模拟降雨对西双版纳热带次生林和橡胶林土壤呼吸的影响

降雨作为一个重要的环境因子,对土壤呼吸具有重要的影响。研究土壤呼吸与降雨的关系,对准确估算大气中的CO2含量具有重要意义。本研究通过人工模拟降雨事件,应用野外原位测定方法,测量了热带次生林和橡胶林土壤呼吸速率、地下5cm土壤温度和土壤含水量的变化,以探究热带两种主要植被类型的土壤呼吸、土壤温度、土壤含水量对旱季单次降雨事件的响应过程与规律。研究发现,在旱季连续一周没有降雨的情况下,人工模拟降雨事件使土壤呼吸在降雨后的2h内被迅速激发,次生林的土壤呼吸最大达到11.15 μmolCO2·m-2·s-1,是对照的近7倍;橡胶林的土壤呼吸最大达到了15.88 μmolCO2·m-2·s-1,是对照的近11倍。随后激发效应迅速降低,尤其是橡胶林,在人工模拟降雨6h后处理与对照间无显著差异。人工模拟降雨前两种林型的土壤含水量与对照相比均无显著性差异,人工模拟降雨后的2d内土壤含水量均显著高于对照;人工模拟降雨前后土壤温度与对照相比均无显著性差异。本研究结果支持了"Birch effect",2种主要热带林型在旱季时期,由于单次降雨事件激发而释放到大气中的CO2是降雨前的数倍。     

不同地表覆盖方式对苹果园土壤性状及果树生长和产量的影响

以黄土高原9年生红富士果园生态系统为对象,研究不同地表覆盖模式（清耕、生草覆盖、地膜覆盖、秸秆覆盖和砂石覆盖）对果园土壤性状及果树生长和产量的影响.结果表明：生草覆盖土壤水分剖面分异最低,砂石覆盖土壤水分剖面分异最高;砂石覆盖提高了根层水分含量,有利于果树对水分的利用.不同地表覆盖模式土壤热量状况变化显著,处理间差异明显,极端最高温度下降,但地膜覆盖处理夏季地温超过果树根系生长的上限温度,对果树根系生长和生理功能发挥不利.除地膜覆盖外,其他地表覆盖模式均能提高土壤CO₂释放速率,其中生草覆盖的效果最为显著.不同地表覆盖模式对果树枝条类型比例及产量影响较大,砂石覆盖处理的中短枝比例和果实产量最高;生草覆盖处理的果实产量最低.因子分析结果表明,对于黄土高原沟壑区盛果期果园,砂石覆盖处理是较为适宜的地表覆盖模式.