三源区分土壤呼吸组分研究

三源区分土壤呼吸组分是指将土壤呼吸区分为纯根呼吸、根际微生物呼吸和土壤有机质呼吸3个部分。土壤有机质呼吸、纯根呼吸和根际微生物呼吸是3种不同的生物学过程,这3种呼吸对环境变化具有不同的响应机制。区分土壤呼吸中由根系引起的自养和异养呼吸组分的研究对定量评价陆地生态系统碳平衡具有重要的意义。论述了三源区分土壤呼吸组分的意义、方法和应用,分析了不同条件下土壤呼吸组分区分的研究结果。实验室纯根和根际微生物呼吸占根源呼吸比重约为45%和55%;野外条件下约为60%和40%。最后对本研究未来的发展方向进行了展望。     

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.     

苏北淤泥质海岸典型防护林地土壤呼吸组分分离

土壤呼吸组分分离研究在理解生态系统土壤CO2释放对气候变化的响应研究中具有重要的意义。采用挖壕沟法对苏北淤泥质海岸两种典型防护林地土壤呼吸组分进行了分离研究。结果表明:杨树和水杉林地的根呼吸、异养呼吸与土壤总呼吸的季节变化相似,6—9月份较高,其它月份较低。杨树(Populus tomentosa Carr.)和水杉(Metasequoia glyptostroboides HuCheng)林地根系呼吸的年通量分别为767.5gCO2m-2和902.8g CO2m-2,根呼吸对土壤总呼吸的贡献分别为20.2%和25.0%。杨树和水杉林地土壤异养呼吸对土壤总呼吸的贡献均远大于根呼吸,分别是根呼吸的3.9倍和3.0倍。温度是两林地土壤呼吸各组分的主要限制性因子,而土壤含水量不是土壤呼吸组分的限制性因子。本研究结果表明,苏北沿海防护林地的根呼吸对土壤总呼吸的贡献较小。为了能够更加准确的定量估算土壤呼吸各组分,在未来组分分离研究中应加强同位素法的应用。     

增温和刈割对高寒草甸土壤呼吸及其组分的影响

评估土壤呼吸及其组分对增温等全球变化的响应对于预测陆地生态系统碳循环至关重要。本研究利用红外线辐射加热器(Infrared heater)装置在青藏高原高寒草甸生态系统设置增温和刈割野外控制实验。通过测定2018年生长季(5—9月)土壤呼吸和异养呼吸,探究增温和刈割对土壤呼吸及其组分的影响。研究结果表明：(1) 单独增温使土壤呼吸显著增加31.65% (P<0.05),异养呼吸显著增加27.12% (P<0.05),土壤自养呼吸没有显著改变(P>0.05);单独刈割对土壤呼吸和自养呼吸没有显著影响(P>0.05),单独刈割刺激异养呼吸增加32.54% (P<0.05);(2) 增温和刈割之间的交互作用对土壤呼吸和异养呼吸没有显著影响(P>0.05),但是对自养呼吸的影响是显著的(P<0.05),土壤呼吸和异养呼吸的季节效应显著(P<0.05);(3)土壤呼吸及其组分与土壤温度均成显著指数关系,与土壤湿度呈显著的正相关关系(P<0.05),处理影响它们的响应敏感性。本研究表明青藏高原东缘高寒草甸土壤碳排放与气候变暖存在正反馈。     

米槠和杉木人工林土壤呼吸及其组分分析

区分森林土壤呼吸组分是了解生态系统碳循环的重要环节。该文以福建省三明市格氏栲自然保护区米槠(Castanopsis carlesii)人工林和邻近的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象, 于2012年8月至2013年7月, 采用LI-8100开路式土壤碳通量系统, 通过挖壕沟方法, 测定了土壤呼吸及异养呼吸的速率, 同时测定了5 cm深处的土壤温度和0-12 cm深处的土壤含水量。利用指数模型和双因素模型, 分析土壤呼吸及其组分与土壤温度和土壤含水量的关系, 同时计算了土壤呼吸各组分在土壤呼吸中所占的比例, 并分析了不同森林类型对土壤呼吸及其组分的影响。结果表明: 米槠人工林和杉木人工林土壤呼吸及其组分的季节变化显著, 均呈单峰型曲线, 与5 cm深处的土壤温度呈极显著正相关关系。土壤温度可以分别解释米槠人工林土壤呼吸、自养呼吸和异养呼吸变化的70.3%、73.4%和58.2%, 可以解释杉木人工林土壤呼吸、自养呼吸和异养呼吸变化的77.9%、65.7%和79.2%。土壤呼吸及其组分与土壤含水量没有相关关系。米槠和杉木人工林自养呼吸的年通量分别为4.00和2.18 t C·hm^-2·a^-1, 占土壤呼吸年通量的32.5%和24.1%; 异养呼吸年通量分别为8.32和6.88 t C·hm^-2·a^-1, 分别占土壤呼吸年通量的67.5%和75.9%, 米槠人工林土壤呼吸及其组分的年通量都大于杉木人工林。     

施氮对青藏高原东缘窄叶鲜卑花灌丛土壤呼吸的影响

开展土壤呼吸对大气氮沉降增加的响应研究对预测陆地生态系统碳循环具有重要意义。采用外施氮肥模拟氮沉降,结合壕沟法分离土壤呼吸组分,研究青藏高原东缘主要的灌丛类型——窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌丛土壤呼吸对不同施氮水平(N0(对照)、N2、N5和N10分别相当于0、2、5和10 g N m-2a-1浓度的氮沉降)的短期响应。结果表明:试验期间(2012年5—10月份),(1)土壤呼吸呈现明显的季节变化,施氮对生长季土壤总呼吸、异养呼吸无显著影响,而对自养呼吸有显著的抑制作用(P0.05)。(2)土壤呼吸也存在显著的日变化,施氮对一天中土壤总呼吸及其组分均有显著影响(P0.001)。总体上,施氮促进了土壤总呼吸、异养呼吸,而抑制了自养呼吸。(3)施氮对土壤总呼吸、异养呼吸平均每月排放CO2通量无显著影响,而对自养呼吸平均每月排放CO2通量有显著的抑制作用(P0.05),并在不同月份对土壤呼吸及其组分的影响不同。(4)土壤总呼吸、异养呼吸与地下5 cm土壤温度之间具有较好的指数关系(P0.001),而与土壤含水量相关性较弱。关于土壤呼吸各组分对大气氮沉降响应差异的机理有待进一步研究。     

川中丘陵区冬水田种植模式转旱作土壤呼吸组分特征及碳平衡

冬水田-水稻是川中丘陵区传统的稻田种植模式,冬水田种植模式转变是实现多熟种植及机械化的重要途径。为探究冬水田-水稻种植模式转旱作过程中作物季及休闲期土壤呼吸速率及其组分构成,试验设置冬水田-水稻转旱作(FTD)、冬水田-水稻(FR)和冬闲田-玉米(FM)3种不同种植模式,采用根排除法和静态明箱-气相色谱法原位取样测定作物季及季后休闲期土壤呼吸及其组分,并通过测算净生态系统生产力(NEP)进而判断冬水田-水稻转旱作过程的农田系统碳汇强度。结果表明:(1)FTD显著提高了土壤总呼吸速率及其自养和异养呼吸速率,从而提高了其累积排放量(P<0.05)。与FR相比,FTD的土壤总呼吸及其自养和异养呼吸的累积排放量分别提高了13.14倍、11.32倍和15.56倍(P<0.05);与FM相比,FTD的土壤总呼吸及其自养和异养呼吸的累积排放量分别提高了70.56%、40.83%和115.47%(P<0.05)。(2)与FR和FM相比,FTD均降低了土壤呼吸及其组分的温度敏感性(Q₁₀),且土壤总呼吸的温度敏感性介于异养呼吸和自养呼吸之间。(3)FR,FM和FTD的净生态系统生产力(NEP)均为正值,其数值分别为7911.66 kg/hm²,5667.89 kg/hm²和1583.46 kg/hm²,均表现为大气CO₂的碳汇,但与FR与FM相比,FTD显著降低了其净生态系统生产力,呈现出较弱的碳汇。     

华北平原冬小麦-夏玉米农田生态系统土壤自养和异养呼吸模型构建

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要过程,准确估算土壤呼吸对估算陆地生态系统碳源汇具有重要意义。通过在华北平原典型农田内开展土壤呼吸及其组分的原位观测实验,构建了适用于华北平原冬小麦-夏玉米轮种制农田生态系统的半经验半机理土壤异养呼吸和土壤自养呼吸模型。结果表明,冬小麦-夏玉米农田土壤异养呼吸模型可表达为土壤温度和土壤水分的函数,其中,土壤温度对土壤异养呼吸的影响适合用Arrhenius方程描述,而土壤水分的影响适合用对称的倒抛物线描述。验证表明,该模型的R²和RMSE分别为0.68和0.52μmol m^-2 s^-1。土壤自养呼吸模型包括维持呼吸和生长呼吸两个模块,其中,维持呼吸表达为土壤温度和叶面积指数的函数,其形式分别为Van′t Hoff指数方程和米氏方程;生长呼吸表达为总初级生产力与维持呼吸之差的线性函数。冬小麦季和夏玉米季土壤自养呼吸模型的结构相同,但是两种作物的模型参数差异较大。验证表明,冬小麦季土壤自养呼吸模型的R²和RMSE分别为0.64和0.50μmol m^-2...     

北亚热带-南暖温带过渡区典型森林生态系统土壤呼吸及其组分分离

为阐明北亚热带．南暖温带过渡区典型森林生态系统土壤呼吸与其组分的碳排放速率及其对土壤水热变化的响应规律,本研究用壕沟断根法布设了土壤呼吸组分分离试验,并对土壤温湿度与呼吸速率进行了一年的观测。统计分析结果表明：土壤呼吸及其组分的呼吸速率在夏秋季较高、春冬季较低;土壤温度低于15℃时,呼吸速率的季节性变化主要受控于土壤温度;土壤温度高于15℃,而含水量低于0．20kg·kg^-1时,含水量对呼吸速率有明显的抑制作用;当土壤温湿度分别高于15℃与0．20kg·kg^-1,呼吸速率同时受到土壤温湿度的影响;土壤温湿度分别能解释呼吸速率季节性变化的80．36％～94．94％与7．20％～48．45％,温度的影响高于含水量;5种类型中土壤呼吸、自养与异养呼吸的Q10值变化范围分别为2．30～2．44、2．49～2．82与2．09～2．35,每个类型中自养呼吸的温度敏感性均为最高,其次为土壤呼吸,异养呼吸最低;锐齿栎幼林、锐齿栎老林、华山松与短柄袍针阔混交林、千金榆与短柄袍阔叶混交林及栓皮栎林自养呼吸日贡献率的变化范围分别为35．19％～57．73％、28．73％～49．24％、28．67％～49．82％、24．24％～41．70％与30．07％～46．22％,土壤呼吸的年排放量分别为1105．15gC·m^-2·a^-1、779．12gC·m^-2·a^-1、821．23gC·m^-2·a^-1、912．19gC·m^-2·a^-1与899．50gC·m^-2·a^-1,其中自养呼吸的年贡献率分别为52．89％、39．77％、44．17％、38．15％与43．26％,若考虑断根样方内细根分解的影响,则自养呼吸的年贡献率分别为65．56％、47．95％、53．80％、46．83％与53．86％;5个林分间的土壤呼吸速率、异养呼吸速率没有显著差异（P〉0．05）,而自养呼吸速率存在显著差异（P〈0．05）,类型间活细根生物量的差异解释了自养呼吸速率差异的94．71％。     

施石灰对杉木人工林土壤呼吸及其温度敏感性的影响

我国酸沉降主要分布区域与杉木人工林主要分布区域重合,石灰添加是改良酸化土壤的有效措施。为探究酸沉降背景下施石灰对土壤呼吸及其温度敏感性的影响,本研究以杉木人工林土壤为对象,在2018年6月一次性添加0、1和5 t·hm^-2的氧化钙,于2020年6月开始进行为期一年的原位土壤呼吸速率观测。结果表明：与不施石灰相比,施石灰显著提高了土壤pH值和交换性Ca²⁺含量,不同石灰施用量之间无显著差异。杉木人工林土壤呼吸及其组分具有明显的季节差异,表现为夏季最高,冬季最低,施石灰未显著改变其季节动态特征。施石灰显著降低了土壤异养呼吸速率,提高了自养呼吸速率,最终导致施石灰对土壤呼吸无显著影响。土壤呼吸月动态变化与温度月动态变化基本保持一致,土壤呼吸与土壤温度呈显著的指数关系,施石灰后土壤呼吸及自养呼吸的温度敏感性(Q₁₀)呈上升趋势,土壤异养呼吸的Q₁₀呈下降趋势。综上,施石灰提高了杉木人工林土壤自养呼吸,显著降低了土壤异养呼吸,这有利于杉木人工林土壤固碳。     

Growing season ecosystem respirations and associated component fluxes in two alpine meadows on the Tibetan Plateau

From 30 June to 24 September in 2003 ecosystem respiration （Re） in two alpine meadows on the Tibetan Plateau were measured using static chamber- and gas chromatography- （GC） based techniques. Simultaneously, plant removal treatments were set to partition Re into plant autotrophic respiration （Ra） and microbial heterotrophic respiration （Rh）. Results indicated that Re had clear diurnal and seasonal variation patterns in both of the meadows. The seasonal variability of Re at both meadow sites was caused mainly by changes in Ra, rather than Rh. Moreover, atthe Kobresia humilis meadow site （K_site）, Ra and Rh accounted for 54% and 46% of Re, respectively. While at the Potentilla fruticosa scrub meadow （P_site）, the counterparts accounted for 61% and 39%, respectively. T test showed that there was significant difference in Re rates between the two meadows （t = 2.387, P = 0.022）. However, no significant difference was found in Rh rates, whereas a significant difference was observed in Ra rates between the two meadows. Thus, the difference in Re rate between the two meadows was mainly attributed to plant autotrophic respirations. During the growing season, the two meadows showed relatively low Q10 values, suggesting that Re, especially Rh was not sensitive to temperature variation in the growing season. Additionally, Re and Rh at the K_site, as well as Rh at the Psite was negatively correlated with soil moisture, indicating that soil moisture would also play an important role in respirations.     

Lower temperature of the cauda epididymidis facilitates the storage of sperm by enhancing oxygen availability

The temperature coefficients for the oxygen consumption rate of sperm from the rat, mouse, bull, and sea urchin were measured to be within a range of 2.7 to 3.0. For a reduction in temperature from 37°C to 30°C, the respiration rate of mammalian sperm declined by a factor of approximately 2.1. Hence, the availability of oxygen to sustain these sperm substantially increased over this temperature range. In addition, the solubility of oxygen in cauda epididymidal fluid increased by 7.6% for a decline in temperature from 37°C to 30°C. The increased availability of oxygen to sperm at the lower temperature is related to the increased storage capacity of the cauda epididymidis in scrotal mammals. In this context, it is suggested that the evolutionary migration of the cauda epididymidis to a cooler, extra-abdominal location may have been influenced by the increased availability of oxygen to sperm and hence resulted in an increased capacity to sustain and thereby store more sperm per unit volume of duct.     

Respiratory responses of higher plants to atmospheric CO2 enrichment

Although the respiratory response of native and agricultural plants to atmospheric CO₂ enrichment has been reported over the past 75 years, only recently have these effects emerged as prominent measures of plant and ecosystem response to the earth's changing climate. In this review we discuss this rapidly expanding field of study and propose that both increasing and decreasing rates of leaf and whole-plant respiration are likely to occur in response to rising CO₂ concentrations. While the stimulatory effects of CO₂ on respiration are consistent with our knowledge of leaf carbohydrate status and plant metabolism, we wish to emphasize the rather surprising short-term inhibition of leaf respiration by elevated CO₂ and the reported effects of long-term CO₂ exposure on growth and maintenance respiration. As is being found in many studies, it is easier to document the respiratory response of higher plants to elevated CO₂ than it is to assign a mechanistic basis for the observed effects. Despite this gap in our understanding of how respiration is affected by CO₂ enrichment, data are sufficient to suggest that changes in leaf and whole-plant respiration may be important considerations in the carbon dynamics of terrestrial ecosystems as global CO₂ continues to rise. Suggestions for future research that would enable these and other effects of CO₂ on respiration to be unravelled are presented.     

中国森林土壤呼吸模式

通过收集国内62个森林样地的土壤呼吸及相关因子数据,分析中国森林土壤呼吸模式.结果表明,中国森林土壤呼吸年通量与年均气温、年均降水量、年凋落物量和年地上净生产力均呈显著的线性正相关,土壤呼吸的Q10则与年均气温和年均降水量均呈显著的负相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸与土壤呼吸间均呈显著线性正相关;土壤异养呼吸和枯枝落叶层呼吸与年凋落物量呈显著正相关;土壤异养呼吸与自养呼吸间呈显著的线性正相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸、矿质土壤呼吸占土壤呼吸的比例均值分别为34.7%、20.2%和50.2%.矿质土壤呼吸所占比例与气温和降水量呈显著负相关,而异养呼吸所占比例则与降水量呈显著负相关.根系呼吸所占比例与根系呼吸之间呈渐近线关系(渐近值为45.9%).     

湖南会同林区毛竹林地的土壤呼吸

采用CID-301PS光合分析仪(配带土壤呼吸室),对湖南会同林区毛竹林地土壤呼吸进行测定,结果表明,毛竹林地土壤总呼吸速率、异养呼吸速率、自养呼吸速率及凋落物呼吸速率的年平均值分别为2.13、1.44、0.69μmolCO2·m-2·s-1和0.31μmolCO2·m-2·s-1,并呈现明显的季节变化规律和日变化规律,季节变化曲线呈单峰型,表现为1～7月份随着气温、地温的升高呈上升的趋势,在8月达年呼吸速率的最大值,分别达4.95、3.01、1.94μmolCO2·m-2·s-1和0.80 μmolCO2·m-2·s-1,此后随温度的降低而呈逐渐递减的趋势,直到翌年的1月份或2月份,分别为0.76、0.70、 0.06μmolCO2·m-2·s-1 和 0.05μmolCO2·m-2·s-1.日变化曲线图表现为单峰形态,一般也是随着温度的升高而加大,随着温度的降低而减小.6:00～14:00,随着土壤温度的升高而增加,一般在16:00～18:00出现最高峰,此后,一直递减,直到次日4:00～8:00.由此计算出毛竹林地土壤年释放CO2量为33.94 t·hm-2·a-1,其中,林地异养呼吸、自养呼吸和凋落物呼吸分别占总呼吸的59.5%、28.3%和12.2%.     

Effects of cyanide, salicylhydroxamic acid, and temperature on respiration and germination of spores of the fern Sphaeropteris cooperi

During the first 96 h of culture, germinating spores of the fern Sphaeropteris cooperi (F. v. Muell.) Tryon showed a gradual rise in respiratory activity to a maximum of about 6.5 μl 0₂ h⁻¹ mg⁻¹ dry wt. This was followed by a transitory decline in rate, concluded by a second respiratory rise preceding the emergence of the rhizoid after 192 h of culture. Oxygen uptake during the first 120 h of germination was insensitive to 1 m M potassium cyanide (KCN) but was inhibited by 1 m M salicylhydroxamic acid (SHAM); however, beyond this time cyanide showed increasing inhibitory effectiveness whereas SHAM became less effective. Regardless of time of application, KCN had no effect on germination. Maximum inhibition of germination by SHAM was achieved if applied up to 120 h after culture initiation, after which spores became insensitive to SHAM. Heat treatment (50°C for 90 min) during the cyanide-resistant phase of respiration (0 h–120 h) induced cyanide-sensitive respiration and completely inhibited spore germination. Elevated temperatures had little effect if applied during the cyanide-sensitive phase (beyond 120 h). Temperature inhibited spores regained their ability to germinate if maintained in culture until the cyanide-resistant pathway was restored and then subjected to a second photoinductive light treatment. These results suggest the presence and possible involvement of the cyanide-resistant, alternative respiratory pathway during germination of Sphaeropteris cooperi spores.     

Partitioning of soil respiration components and evaluating the mycorrhizal contribution to soil respiration in a semiarid grassland

土壤呼吸组分的区分对于理解地下碳循环过程非常重要。而菌根真菌在地下碳循环过程中扮演着重要的角色, 但是有关菌根呼吸在草原生态系统中的研究相对较少。该研究在内蒙古半干旱草原应用深浅环网孔法, 结合浅环、深环(排除根系)和一个带有40 μm孔径窗口的土壤环(排除根系但是有菌根菌丝体)将根和菌丝物理分离, 来区分不同的呼吸组分。结果表明: 异养呼吸对总呼吸的贡献比例为51%, 根呼吸的贡献比例为26%, 菌根呼吸的贡献比例为23%, 菌根呼吸的比例3年变化范围为21%-26%。与国内外研究相比, 此方法提供了一个相对稳定的菌根呼吸测量精度范围, 在草原生态系统中切实可行。对菌根呼吸的准确定量将有助于预测草原生态系统土壤碳释放过程对未来气候变化的响应。