北方温带森林不同海拔梯度土壤碳矿化速率及酶动力学参数温度敏感性

采集长白山脉龙岗支脉老秃顶子南坡3个不同海拔梯度森林(岳桦林、针阔混交林、红松林)土壤,进行室内温度梯度培养试验,研究土壤碳矿化速率(C_min)和土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(β_G)动力学参数及温度敏感性.结果表明： 海拔和温度对C_min均有显著影响,3种森林土壤C_min均随着培养温度升高而增加,且岳桦林土壤C_min最高.3种森林土壤碳矿化速率温度敏感性\[Q₁₀(C_min)\]大小为岳桦林>红松林>针阔混交林,但差异不显著.3种森林土壤β_G动力学参数最大反应速率(V_max)和米氏常数(K_m)均随培养温度升高而增加,V_max的温度敏感性\[Q₁₀(V_max)\]为1.78～1.90,K_m的温度敏感性\[Q₁₀(K_m)\]为1.79～2.00.岳桦林Q₁₀(V_max)/Q₁₀(K_m)值显著高于红松林和针阔混交林,表明高海拔岳桦林土壤有机碳水解酶动力学参数受温度升高影响最大.     

亚热带毛竹人工林土壤呼吸组分动态变化及其影响因素

利用Li-8100土壤碳通量测量系统,研究了2013年4月—2014年3月浙江临安市毛竹人工林土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸速率的动态变化规律.结果表明：毛竹人工林土壤总呼吸速率、异养呼吸速率和自养呼吸速率均呈现出明显的季节变化特征,最高值出现在7月,最低值出现在1月,年平均值分别为2.93、1.92和1.01 μmol CO₂·m^-2·s^-1.毛竹林土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸年累积CO₂排放量分别为37.25、24.61和12.64 t CO₂·hm^-2·a^-1.土壤呼吸各组分均与土壤5 cm温度呈显著指数相关,土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸的温度敏感系数Q₁₀值分别为2.05、1.95和2.34.土壤总呼吸速率、异养呼吸速率与土壤水溶性有机碳(WSOC)含量均呈显著相关,而自养呼吸与WSOC无显著相关性;土壤呼吸各组分与土壤含水〖JP2〗量以及微生物生物量碳均无显著相关性.土壤温度是影响毛竹人工林土壤呼吸及其组分季节变化的主要驱动因子,土壤WSOC含量是影响土壤总呼吸和异养呼吸的重要环境因子.     

秦岭小陇山锐齿栎林皆伐迹地土壤呼吸特征

2011年5月-2012年4月,利用Li-6400系统测定秦岭小陇山锐齿栎林皆伐迹地的土壤呼吸速率,研究锐齿栎林皆伐迹地土壤呼吸速率日动态、月动态和土壤温湿度以及土壤理化性质对土壤呼吸的影响.结果表明： 皆伐迹地和锐齿栎对照林地的土壤呼吸日动态和月动态均表现为单峰曲线,与土壤温度变化趋势相似;皆伐迹地和对照林地土壤呼吸速率的月均最大值均出现在7月,分别为4.63和4.01 μmol·m^-2·s^-1,月均最小值均出现在2月,分别为0.10和0.30 μmol·m^-2·s^-1;皆伐后4～6个月,皆伐迹地土壤呼吸速率月均值大于对照林地,此后则小于对照林地;土壤温度、湿度及二者交互作用的多元回归模型能够解释皆伐迹地土壤呼吸速率变化的89.6%～90.8%,解释对照林地的94.7%～95.5%;利用指数方程计算两样地土壤呼吸的Q₁₀值,皆伐迹地和对照林地土壤呼吸的Q₁₀值分别为3.47～4.22和3.54～3.96;皆伐迹地和对照林地年土壤碳释放量分别为344.8和512.9 g·m^-2,冬季土壤碳释放量分别为24.2和40.9 g·m^-2,占全年的7.0%和8.0%.     

施用竹叶生物质炭对板栗林土壤CO2通量和活性有机碳库的影响

于2012年7月—2013年7月,在浙江省临安市典型板栗林样地采用静态箱-气相色谱法测定了施用竹叶生物质炭后板栗林土壤CO₂排放速率及土壤温度、含水量、水溶性有机碳(WSOC)和微生物生物量碳(MBC)含量变化.结果表明： 板栗林土壤CO₂排放通量呈现显著的季节性变化特征.在试验的第1个月中,生物质炭处理土壤CO₂排放通量显著高于对照(无生物质炭),但之后无显著差异;生物质炭处理的土壤CO₂通量年均值和年累积排放量与对照相比无显著差异.生物质炭处理土壤MBC含量年均值(362 mg·kg^-1)显著高于对照(322 mg·kg^-1),而土壤WSOC年均值无显著差异.土壤CO₂排放通量与不同土层土壤温度之间均具有显著相关性;生物质炭处理的土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀值显著高于对照;土壤CO₂排放通量与WSOC含量之间具有显著相关性,而与土壤含水量和MBC含量均无显著相关性.综上所述,施用竹叶生物质炭对板栗林土壤CO₂年累积排放量无显著影响,但增加了土壤Q₁₀值;土壤温度和WSOC含量是影响板栗林土壤CO₂排放的主要因素.     

施用竹叶生物质炭对板栗林土壤CO2通量和活性有机碳库的影响

于2012年7月—2013年7月,在浙江省临安市典型板栗林样地采用静态箱-气相色谱法测定了施用竹叶生物质炭后板栗林土壤CO₂排放速率及土壤温度、含水量、水溶性有机碳(WSOC)和微生物生物量碳(MBC)含量变化.结果表明： 板栗林土壤CO₂排放通量呈现显著的季节性变化特征.在试验的第1个月中,生物质炭处理土壤CO₂排放通量显著高于对照(无生物质炭),但之后无显著差异;生物质炭处理的土壤CO₂通量年均值和年累积排放量与对照相比无显著差异.生物质炭处理土壤MBC含量年均值(362 mg·kg^-1)显著高于对照(322 mg·kg^-1),而土壤WSOC年均值无显著差异.土壤CO₂排放通量与不同土层土壤温度之间均具有显著相关性;生物质炭处理的土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀值显著高于对照;土壤CO₂排放通量与WSOC含量之间具有显著相关性,而与土壤含水量和MBC含量均无显著相关性.综上所述,施用竹叶生物质炭对板栗林土壤CO₂年累积排放量无显著影响,但增加了土壤Q₁₀值;土壤温度和WSOC含量是影响板栗林土壤CO₂排放的主要因素.     

亚热带天然阔叶林转换为杉木人工林对土壤呼吸的影响

采用静态箱-气相色谱法对浙江省临安市玲珑山风景区天然阔叶林和由天然阔叶林改造的杉木人工林的土壤呼吸进行1年的定位监测.结果表明：天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率均呈现一致的季节性变化规律即夏秋季高、冬春季低;天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率分别为20.0～111.3和4.1～118.6 mg C·m^-2·h^-1;天然阔叶林土壤CO₂年累积排放通量（16.46 t CO₂·hm^-2·a^-1）显著高于杉木人工林（11.99 t CO₂·hm^-2·a^-1）.天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率与土壤含水量均没有显著相关性,而与5 cm处土壤温度呈显著指数相关,Q₁₀值分别为1.44和2.97;天然阔叶林土壤CO₂排放速率与土壤水溶性碳（WSOC）含量无显著相关性,杉木人工林土壤CO₂排放速率与WSOC含量呈显著相关.天然阔叶林转换为杉木人工林显著降低了土壤CO₂排放,提高了土壤呼吸对环境因子的敏感性.
     

马尾松和苦槠林根际土壤矿化和根系分解CO2释放的温度敏感性

以中亚热带马尾松林和苦槠林为对象,原位收集根际和非根际土壤、树木不同生态功能的根系,开展15 ℃、25 ℃、35 ℃和45 ℃恒温培养模拟试验,采用密闭气室碱液吸收法测定53 d内CO₂释放的动态变化.结果表明: 两种森林类型不同温度下土壤矿化CO₂释放速率的根际效应介于1.12～3.09,且培养前期高于培养后期;15 ℃下马尾松林和苦槠林差异不显著,25 ℃和35 ℃下前者低于后者,45 ℃下则相反.不同培养温度下两树种吸收根分解的CO₂释放速率均高于过渡根和贮存根,且马尾松均低于苦槠.两种森林类型CO₂释放的Q₁₀值均为土壤(1.21～1.83)显著高于根系(0.96～1.36).两种森林类型土壤矿化CO₂释放的Q₁₀值差异不显著,而马尾松根系分解CO₂释放的Q₁₀值高于苦槠.推断全球变暖导致的土壤矿化CO2释放的增量将远远高于根系分解,且马尾松林高于苦槠林;地带性顶极群落应对气候变化的抵抗力强于先锋树种群落.     

小兴安岭原始阔叶红松林与枫桦次生林土壤呼吸及其各组分特征的比较研究

原始阔叶红松林是我国温带典型的地带性顶极植被类型,枫桦次生林是其典型的次生林类型之一,对二者土壤呼吸及其各组分特征的研究有助于准确评价该地区的碳平衡。本研究主要测定了2013和2014年2个生长季原始阔叶红松林和枫桦次生林土壤呼吸（R_S）,并量化了土壤呼吸的各个组分（异养呼吸R_H和自养呼吸R_A）,与此同时测量了土壤10 cm处温度以及土壤含水率。研究结果表明,土壤呼吸及其各组分有着明显的季节变化特性,其大小的变化主要受温度的影响,土壤10 cm处的温度可以解释R_S 64%~70%、R_H 56%~65%、R_A 77%~79%的变异。对于温度的敏感性,原始阔叶红松林土壤呼吸Q₁₀值>枫桦次生林土壤呼吸Q₁₀值,而在单一林型中的比较,R_A Q₁₀值 > R_S Q₁₀值 > R_H Q₁₀值。此外,总体Q₁₀值随着季节有着明显的变化,且随着温度的升高有降低的趋势。原始阔叶红松林和枫桦次生林R_S年平均速率分别为3.92和4.06 μmol·m^-2·s^-1,R_H年平均速率分别为2.97和2.85 μmol·m^-2·s^-1,R_A年平均速率则分别为0.96和1.17 μmol·m^-2·s^-1。原始阔叶红松林土壤呼吸以及土壤土壤自养呼吸要稍低于枫桦次生林,而原始阔叶红松林异养呼吸则高于枫桦次生林异养呼吸,但差异不显著。原始阔叶红松林和枫桦次生林R_S平均年通量分别为942和971 g C·m^-2·a^-1,R_H年通量分别为709和677 g C·m^-2·a^-1,R_A年通量则分别为215和276 g C·m^-2·a^-1。原始阔叶红松林R_S年通量略高于枫桦次生林R_S年通量,但差异不显著。我们的实验结果表明,小兴安岭地区枫桦次生林正向演替的过程中,植被演替变化对土壤呼吸及各组分的影响并不明显,相较于环境因子温度和湿度要小的多。     

土地利用类型对千烟洲森林土壤碳矿化及其温度敏感性的影响

土壤有机质分解是陆地生态系统碳循环的重要环节,它不仅受温度和水分的影响,还对土地利用变化十分敏感.以中国科学院千烟洲生态试验站的柑橘园和湿地松人工林为对象,研究不同土地利用类型、温度(5、10、15、20和25 ℃)和水分(30%、60%和90%饱和含水量)对土壤碳矿化及其温度敏感性的影响.结果表明： 土地利用类型、温度和水分对土壤碳矿化都具有显著影响,且各因素间存在显著的交互效应.柑橘园和湿地松人工林土壤碳矿化速率均与温度呈正相关,60%饱和含水量处理下土壤碳矿化速率最高.在相同的温度和水分处理下,柑橘园土壤碳矿化量显著高于湿地松林.土地利用类型和水分对土壤碳矿化温度敏感性(Q₁₀)具有显著影响.培养7和42 d,土壤碳矿化的温度敏感性随水分升高而上升;柑橘园温度敏感性高于湿地松林,且水分越高差异越明显.包含温度和水分的双因素模型可以很好地模拟土壤碳矿化对温度和水分的响应,温度和水分共同解释土壤碳矿化变异的79.9%～91.9%.     

鄱阳湖苔草湿地非淹水期CO2释放特征

2009年9月至2010年4月非淹水期,在鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区,选择以灰化苔草为建群种的洲滩湿地,设置土壤-植物系统(TC)、剪除植物地上部分(TJ)2个试验处理（分别代表生态系统和土壤呼吸）,利用密闭箱-气相色谱法测定了非淹水期鄱阳湖苔草湿地CO₂释放通量.结果表明：苔草湿地生态系统呼吸与土壤呼吸均具有明显的季节变化模式,释放速率变化范围分别为89.57～1243.99和75.30～960.94mg CO₂·m^-2·h^-1,土壤呼吸占生态系统呼吸的比例为64%(39%～84%);土壤温度是苔草湿地CO₂通量的主要控制因子,可以解释呼吸速率80%以上的变异;生态系统呼吸与土壤呼吸的温度敏感性指数(Q₁₀)分别为3.31和2.75,且冬季的Q₁₀值明显高于春秋季节;土壤水分与CO₂释放速率之间未达到显著相关;非淹水期,鄱阳湖苔草湿地是大气CO₂的汇,其强度为1717.72 g C·m^-2.     

红壤丘陵区水田和旱地土壤可溶性有机碳矿化对水分的响应

以亚热带红壤丘陵区典型水田和旱地土壤为研究对象,向土壤中添加¹⁴C标记稻草,培养30 d后,提取与原位土壤中结构相似的¹⁴C可溶性有机碳(DOC);将¹⁴C DOC加入水田和旱地土壤中,并设置45%、60%、75%、90%和105%田间持水量(WHC)5个水分梯度,在标准状态下(25 ℃)培养100 d,监测¹⁴C DOC在土壤中的矿化过程.结果表明: 培养100 d后,两种土壤中28.7%～61.4%的标记DOC被矿化为CO₂,且5个水分条件下,水田土壤DOC的矿化率均显著高于旱地,这主要是由于水田土壤DOC的结构组成比旱地土壤更简单.好气条件(56%～75%WHC)有利于两种土壤DOC的分解,淹水条件(105%WHC)则有利于DOC的积累.土壤处于好气条件(45%～90%WHC)时,DOC的生物可分解率及易分解态所占比例均随着含水量的增加而增加.100 d内,水田和旱地易分解态DOC分别占其累积矿化量的80.5%～91.1%和66.3%～72.4%,说明DOC的生物可分解率主要由其易分解态组分所占比例决定.     

呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤CO2排放特征

采用Li-8150多通道土壤碳通量自动观测系统,于2009年6月—2010年6月对呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸进行连续野外观测,分析该地区土壤CO₂通量排放特征.结果表明: 生长季内贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最高值出现在13:00—15:00,最低值出现在5:00—6:00,土壤呼吸呈明显的季节变化,与土壤温度和土壤含水量季节动态相吻合.土壤呼吸与各层土壤温度和土壤含水量关系可以用线性模型和指数-乘幂模型来表示;土壤呼吸与各层土壤温度呈显著的指数回归关系,Q₁₀变化范围分别为1.68～2.14和3.03～3.60,非生长季土壤温度对土壤呼吸的影响更为显著;生长季内土壤呼吸与10 cm土壤含水量呈显著正相关.2009和2010年土壤CO₂年排放量分别为488.47和507.20 g C·m^-2·a^-1,生长季排放量约占年排放量的90%.     

气温和降雨量对中国湿地生态系统CO2交换的影响

湿地由于具有较高的初级生产力以及较低的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的潜在有效碳汇.虽然近年来中国湿地生态系统CO₂交换过程及其影响机制研究取得了一系列进展,但尚缺乏对数据进行系统性整合分析.基于29篇文献的数据,对中国21个典型湿地植被净生态系统CO₂交换(NEE)、生态系统呼吸(R_eco)、总初级生产力(GPP)、NEE的光响应参数以及R_eco的温度响应参数进行整合分析,并探讨了这些指标对温度与降雨的响应.结果表明： 年尺度上,气温和降雨量对NEE(R²=50%,R²=57% )、GPP(R²=60%,R²=50%)和R_eco(R²=44%,R²=50%)均有显著影响(P<0.05).生长季尺度上,NEE (R²=50%)、GPP (R²=36%)和R_eco(R²=19%)与气温呈显著相关(P<0.05);同时NEE(R²=33%)和GPP(R²=25%)也与降雨量呈显著相关(P<0.05),但R_eco与降雨量的相关关系不显著(P>0.05).生长季降雨量与最大光合速率(A_max)之间呈显著相关 (P<0.01),但与表观量子产率(α)、白天生态系统呼吸速率(R_eco,day)无显著相关(P>0.05).生长季气温对α、A_max和R_{eco, day}均无显著影响(P>0.05).生态系统基础呼吸速率(R_ref)与降雨量无显著相关(P>0.05),但是生态系统呼吸的温度敏感系数(Q₁₀)与降雨量呈显著的线性负相关(P<0.05),同时气温对Q₁₀(R²=0.35)、R_ref(R²=0.46)均产生显著影响(P<0.05).     

气温和降雨量对中国湿地生态系统CO2交换的影响

湿地由于具有较高的初级生产力以及较低的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的潜在有效碳汇.虽然近年来中国湿地生态系统CO₂交换过程及其影响机制研究取得了一系列进展,但尚缺乏对数据进行系统性整合分析.基于29篇文献的数据,对中国21个典型湿地植被净生态系统CO₂交换(NEE)、生态系统呼吸(R_eco)、总初级生产力(GPP)、NEE的光响应参数以及R_eco的温度响应参数进行整合分析,并探讨了这些指标对温度与降雨的响应.结果表明： 年尺度上,气温和降雨量对NEE(R²=50%,R²=57% )、GPP(R²=60%,R²=50%)和R_eco(R²=44%,R²=50%)均有显著影响(P<0.05).生长季尺度上,NEE (R²=50%)、GPP (R²=36%)和R_eco(R²=19%)与气温呈显著相关(P<0.05);同时NEE(R²=33%)和GPP(R²=25%)也与降雨量呈显著相关(P<0.05),但R_eco与降雨量的相关关系不显著(P>0.05).生长季降雨量与最大光合速率(A_max)之间呈显著相关 (P<0.01),但与表观量子产率(α)、白天生态系统呼吸速率(R_eco,day)无显著相关(P>0.05).生长季气温对α、A_max和R_{eco, day}均无显著影响(P>0.05).生态系统基础呼吸速率(R_ref)与降雨量无显著相关(P>0.05),但是生态系统呼吸的温度敏感系数(Q₁₀)与降雨量呈显著的线性负相关(P<0.05),同时气温对Q₁₀(R²=0.35)、R_ref(R²=0.46)均产生显著影响(P<0.05).     

黄河三角洲芦苇湿地生长季净生态系统CO2交换及其环境调控机制

采用涡度相关法,对2011年生长季的黄河三角洲芦苇湿地净生态系统CO₂交换(NEE)进行了观测,研究湿地NEE的变化规律及其影响因子.结果表明: 不同月份芦苇湿地的NEE日变化均呈“U”形曲线,CO₂最大净吸收率和释放率的日均值分别为(0.44±0.03)和(0.16±0.01) mg CO₂·m^-2·s^-1;芦苇湿地NEE、生态系统呼吸(R_eco)、总初级生产力(GPP)的季节变化均呈现生长旺季(7—9月)较高、生长初期(5—6月)和生长末期(10—11月)较低的趋势;R_eco和NEE在8月达到峰值,GPP在7月达到峰值.芦苇湿地生态系统的CO₂交换受到光合有效辐射(PAR)、土壤温度(T_s)和土壤体积含水量(SWC)的共同影响.白天NEE与PAR呈直角双曲线关系;5 cm深处T_s与夜间生态系统呼吸(R_eco,n)呈指数关系,生态系统呼吸的温度敏感性(Q₁₀)为2.30,SWC和T_s是影响芦苇湿地R_eco,n的主要因子.在整个生长季,黄河三角洲芦苇湿地生态系统是一个明显的CO₂的汇,总净固碳量为780.95 g CO₂·m^-2.     

施肥对板栗林土壤CO2通量的影响

2011年6月—2012年6月,在浙江省临安市典型板栗林样地布置施肥试验,研究板栗林土壤CO₂通量与环境因子的关系.试验设置不施肥(对照)、施无机肥、有机肥及有机无机混合肥(1/2无机肥 + 1/2有机肥)4个处理.利用静态箱法测定土壤CO₂排放速率,以及土壤温度、含水量和水溶性有机碳(WSOC)含量.结果表明: 板栗林中土壤CO₂排放呈现显著的季节性变化特征,最小值均出现在2月,最大值均出现在7、8月.施用无机肥、有机肥和有机无机混合肥的土壤年累积CO₂通量比对照分别增加29.5%、47.0% 和50.7%.施用无机肥的土壤WSOC含量(105.1 mg·kg^-1)显著高于对照(76.6 mg·kg^-1),但明显低于有机肥(133.0 mg·kg^-1)和混合肥处理(121.17 mg·kg^-1).无机肥、有机肥和混合肥处理的土壤呼吸Q₁₀值(1.75、1.49和1.57)均高于对照(1.47).土壤CO₂排放速率与土壤5 cm温度、WSOC含量之间呈极显著正相关,但与土壤含水量没有明显的相关性.施肥导致土壤WSOC含量增加可能是板栗林地土壤CO₂排放速率增加的原因之一.