川西亚高山林区三种土地利用方式下土壤呼吸动态及组分区分

采用动态密闭气室法(IRGA)对川西亚高山林区云杉(Picea likiangensisvar.balfouriana)人工林、农地和冷杉(Abiesfaxoniana)原始林的土壤呼吸日变化及季节变化进行了测定,计算了土壤呼吸3个组分的值。结果表明,(1)云杉人工林中根系呼吸占林地总呼吸的22%,冷杉原始林为29%;(2)土壤呼吸速率的日变化和季节变化均与10cm地温的变化相一致;(3)由于本地区土壤水分不是限制因子,因此温度成为影响土壤释放CO2的最关键因素,云杉人工林矿质土壤呼吸随温度变化的Q10值为2.44,农地为1.82,冷杉原始林为2.73;(4)云杉人工林年呼吸CO2总量为43.93t.hm-2.a-1,其中72%来自于矿质土壤排放,6%来自于枯落物分解;农地年呼吸CO2总量为26.07t.hm-2.a-1,主要来自矿质土壤;冷杉原始林年呼吸CO2总量为33.95t.hm-2.a-1,其中61%来自于矿质土壤排放,10%来自于枯落物分解。     

模拟氮沉降对长江滩地杨树林土壤呼吸温度敏感性的影响

研究氮沉降量增加对土壤呼吸温度敏感性的影响,对于研究土壤呼吸在气候变化中的作用有重要意义。以长江中下游滩地杨树人工林为对象,通过定位模拟氮沉降实验的方法,研究了滩地杨树人工林生态系统土壤呼吸的变化特征和土壤呼吸各组分的温度敏感性对几种氮沉降量浓度的短期响应。结果表明:(1)各处理土壤总呼吸、土壤微生物呼吸、根系呼吸与各层次土壤温度均呈显著正相关关系,和5cm层土壤温度相关性最大。5cm层土壤温度可以解释土壤总呼吸、土壤微生物呼吸和根系呼吸季节变化的比例分别为50.5%—71.0%、51.5%—73.9%、35.7%—63.2%;(2)对照组(CK,0g N m-2a-1)土壤总呼吸、土壤微生物呼吸与根呼吸的Q10值分别为2.54、2.72和1.94;(3)在各氮添加水平中,中氮水平(MN,10g N m-2a-1)促进了土壤总呼吸、土壤微生物呼吸和植物根呼吸的温度敏感性。高氮水平(HN,20g N m-2a-1)都降低了土壤总呼吸、土壤微生物呼吸和植物根呼吸的温度敏感性,低氮水平(LN,5g N m-2a-1)降低了土壤总呼吸和土壤微生物呼吸的温度敏感性,促进了根呼吸的敏感性。     

中国亚热带森林转换对土壤呼吸动态及通量的影响

通过用静态碱吸收法对中国亚热带福建三明格氏栲自然保护区内的格氏栲天然林和33年生的格氏栲人工林及杉木人工林的土壤呼吸进行为期2a的定位研究,结果表明,3种森林土壤呼吸速率季节变化均呈单峰曲线,最大值出现在5月至6月份,最小值出现在12月至翌年1月份。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林土壤呼吸速率一年中变化范围分别在403.47～1001.12mgCO2m-2h-1、193.89～697.86mgCO2m-2h-1和75.97～368.98mgCO2m-2h-1之间。2002年土壤呼吸速率主要受土壤温度影响,但在极端干旱的2003年则主要受土壤湿度的影响。双因素关系模型(R=aebTWc)拟合结果优于仅考虑土壤温度或土壤湿度的单因素关系模型,土壤温度和土壤湿度共同解释不同年份不同森林土壤呼吸速率季节变化的80%～96%。杉木林土壤呼吸对气候变化敏感性高于格氏栲天然林和人工林。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林土壤呼吸年通量分别为13.742、9.439和4.543tC·hm-2·a-1,前者分别约是后二者的1.5倍和3.0倍。森林转换对土壤呼吸通量的影响可能与枯落物数量和质量、根系呼吸、土壤有机质数量和质量的变化有关。     

格氏栲天然林与人工林根系呼吸季节动态及影响因素

通过用挖壕沟 静态碱吸收法对福建三明格氏栲天然林及33年生格氏栲和杉木人工林的根系呼吸进行为期2a定位研究。不同森林根系呼吸速率季节变化均呈单峰曲线,最大值出现在春末或夏初,最小值出现在冬季。1年中格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林根系呼吸速率变化范围分别在157.76~480.40mgCO2/(m2·h)、53.03~339.45mgCO2/(m2·h)和16.66~228.02mgCO2/(m2·h)之间。在近似正常气候状况的2002年,不同森林根系呼吸主要受土壤温度影响(R2=0.52~0.72);而土壤温度和土壤湿度共同则可解释根系呼吸速率季节变化的81%~90%。在极端干旱的2003年,根系呼吸受土壤温度或湿度的影响较小,土壤温度和土壤湿度共同仅能解释根系呼吸变化的24%~60%,这与根系在持续干旱期间长期处于近休眠状态有关。根系呼吸对土壤温度和土壤湿度的敏感性大小顺序均为杉木人工林>格氏栲人工林>格氏栲天然林。格氏栲天然林根系呼吸占土壤呼吸比例(47.6%)均高于格氏栲和杉木人工林的(42.5%和40.2%),不同森林根系呼吸占土壤呼吸比例均以冬季最低,而以5月或6月最高。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林根系呼吸年通量分别为6.537、4.013和1.828tC/(m2·h)。     

退耕还林地桦木林生态系统碳素密度、贮量与空间分布

对退耕还林5年生的桦木林生物量、碳素密度、碳贮量及其空间分布进行测定。结果表明,桦木各器官的碳素密度在0.4519~0.5137gC.g-1,排列顺序为枝>干>叶>根颈>粗根>中根>细根;死地被物层的碳素含量为0.3953gC.g-1,土壤平均碳素密度为0.0150gC.g-1,随土层深度的增加,各层次土壤碳素密度呈逐渐减少的趋势;桦木林生态系统总的碳贮量为127.9298tC.hm-2,其中乔木层为21.9282tC.hm-2,占整个生态系统的17.14%,死地被物为0.3401tC.hm-2,占0.27%,林地土壤(0~60cm)为105.6615tC.hm-2,占82.59%;桦木各器官的碳贮量与其生物量成正比例的关系,树干的生物量最大,其碳贮量也最大,占乔木层碳贮量的57.33%;5年生桦木林年净生产力为8.9912t.hm-2.a-1,有机碳年固定量为4.4537tC.hm-2.a-1。较之退耕前,桦木林生态系统碳贮量增加15.4797t.hm-2。     

格氏栲和杉木人工林地下碳分配

通过对福建三明36年生的格氏栲人工林和杉木人工林林木地下C分配(TBCA)进行研究,结果表明,由分室累加法直接测定的格氏栲和杉木人工林的TBCA分别为8.426和4.040 t C.hm-2.-a 1。在格氏栲和杉木人工林TBCA组成中,根系净生产量和根系呼吸各约占50%;在根系年净生产量中,细根年净生产量和粗根年净生产量各约占75%和25%。而格氏栲和杉木人工林的细根年C归还量则均约占各自TBCA的1/3(分别为33%和36%)。在假设地下C库处于稳定状态时,由C平衡法计算的格氏栲和杉木人工林的TBCA(分别为6.039t C.hm-2.-a 1和2.987 t C.hm-2.-a 1)低于分室累加法,这与两种人工林地下C库尚未达到稳定状态有关。利用R a ich and N ade lhoffer全球模式方程推算的格氏栲和杉木人工林的TBCA(分别为9.771t C.hm-2.a-1和5.344 t C.hm-2.-a 1)则高于分室累加法,这与全球模式方程只是一种全球尺度规律有关。     

青藏高原东缘亚高山针叶林人工恢复过程中的土壤呼吸特征

采用动态密闭气室红外CO₂分析法,对青藏高原东缘云杉人工林的土壤呼吸进行连续定位测定,并用挖壕沟法区分土壤自养呼吸和异养呼吸.结果表明:4种云杉林的土壤呼吸速率与土壤5 cm层温度有显著的正指数关系,与土壤含水量的相关性不显著.4种云杉林土壤呼吸年通量在792.08～1070.20 g C·m^-2·a^-1,大小依次为：天然云杉林＞22年生云杉人工林＞65年生云杉人工林＞35年生云杉人工林,随着人工林的恢复呈先降低后升高的趋势.在森林恢复过程中,人工云杉土壤自养和异养呼吸年通量均先减少后增加, 在253.36～357.05 g C·m^-2·a^-1和538.69～703.82 g C·m^-2·a^-1范围变化.22年生、35年生、65年生云杉人工林和天然云杉林非生长季 （2007-11-2008-03）和生长季（2008-04-2008-10）的Q₁₀值分别为：4.59、6.54、4.77、3.18和4.17、4.66、3.11、2.74.除22年生云杉人工林,Q₁₀值随云杉林的恢复更新而逐渐降低, 且非生长季节Q₁₀值均明显高于生长季节.     

不同树龄杨树人工林的根系呼吸季节动态

根系呼吸是准确评估森林生态系统土壤碳收支的一个重要依据。基于LI-COR-6400-09土壤呼吸系统连续2a测定的3个生长阶段杨树人工林的根系呼吸数据,分析了根系呼吸的季节变化规律及树龄、土壤水热因子和细根生物量对它的影响。结果表明:3个不同树龄人工林的根系呼吸速率均呈明显的季节变化,最大值出现在夏初,最小值出现在秋末,基本上与表层土壤温度的季节变化相一致。根系呼吸的峰值早于土壤温度和细根生物量的峰值,说明林木根系的季节生长节律、地下碳分配模式都可能影响根系呼吸的季节变化。2年生人工林的根系呼吸速率最高,平均为3.78μmolCO2m-2s-1,并随树龄增长呈下降趋势。3个树龄人工林根系呼吸占土壤呼吸的比例介于38.6%-58.0%之间,且2年生人工林最大。不同林龄之间根系呼吸的差异主要与根系的生长周转速率及代谢活性随生长阶段的变化有关。总的来说,表层土壤温度和细根生物量的协同作用可解释根系呼吸速率变化的76%。此外在评估一个轮伐期内的根系呼吸强度时,应考虑不同生长阶段对它的影响。     

万木林保护区柑橘和锥栗园土壤呼吸的比较

采用Li-8100开路式土壤碳通量系统,对福建省万木林保护区内柑橘和锥栗两果园土壤呼吸进行1年的定位观测,分析了土壤水热因子及人为管理措施对土壤呼吸的影响.结果表明:柑橘和锥栗园样地土壤的呼吸速率月变化均呈单峰型曲线,峰值分别出现在7月(3.76 μmol·m-2·s-1)和8月(2.69 μmol·m-2·s-1);柑橘和锥栗园样地土壤呼吸速率的年均值分别为2.68和1.55 μmol·m-2·s-1,且柑橘园土壤呼吸速率极显著高于锥栗园;土壤温度是影响土壤呼吸的主要因素,可以解释土壤呼吸速率月动态变化的73％～86％;锥栗园土壤含水量与土壤呼吸速率呈显著正相关,但柑橘园两者关系不显著;指数方程计算的柑橘和锥栗园土壤呼吸的Q10值分别为1.58和1.75;柑橘和锥栗园土壤呼吸年通量值分别为10.01和5.77tC·hm-2 ·a-1.     

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。     

土壤各组分呼吸区分方法研究进展

土壤呼吸分为自养型呼吸(根呼吸)和异养型呼吸(微生物和动物呼吸),区分各组分呼吸可了解在全球变化条件下土壤碳循环和碳平衡的动态。本文综述了3种主要区分自养呼吸和异养呼吸的方法:①组分法;②根去除术;③同位素法。其中同位素法对根和土壤的影响最小,是最可靠的一种方法;综合各方面考虑,根去除法是最切实可行的方法。     

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。     

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%.     

土壤微生物与根系呼吸作用影响因子分析

土壤呼吸作用作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,是当前碳循环研究中的热点问题.对于土壤呼吸作用主要组成部分土壤微生物呼吸作用和根系呼吸作用影响因子的研究,有助于准确地评估全球碳收支.本文从气候、土壤、植被及地表覆被物、大气CO₂浓度、人为干扰等方面综述了土壤微生物呼吸作用和根系呼吸作用的主导影响因子,指出这些影响因子不仅直接或间接地影响土壤微生物呼吸作用和根系呼吸作用,而且它们之间相互作用、相互影响,且各影响因子的地位和作用会随时空尺度变化发生相应改变.在此基础上,论文提出了未来土壤呼吸作用的研究重点.     

Does the different photosynthetic pathway of plants affect soil respiration in a subtropical wetland?

Plants with different photosynthetic pathways could produce different amounts and types of root exudates and debris which may affect soil respiration rates. Therefore, wetland vegetation succession between plants with different photosynthetic pathways may ultimately influence the wetland carbon budget. The middle and lower reaches of the Yangtze River has the largest floodplain wetland group in China. Tian'e Zhou wetland reserve (29°48'N, 112°33′E) is located in Shishou city, Hubei province and covers about 77.5 square kilometers. Hemathria altissima (C4) was found gradually being replaced by Carex argyi (C3) for several years in this place. An in situ experiment was conducted in Tian'e Zhou wetland to determine the change of soil respiration as the succession proceeds. Soil respiration, substrate‐induced respiration, and bacterial respiration of the C4 species was greater than those of the C3 species, but below‐ground biomass and fungal respiration of the C4 species was less than that of the C3 species. There were no significant differences in above‐ground biomass between the two species. Due to the higher photosynthesis capability, higher soil respiration and lower total plant biomass, we inferred that the C4 species, H. altissima, may transport more photosynthate below‐ground as a substrate for respiration. The photosynthetic pathway of plants might therefore play an important role in regulating soil respiration. As C. argyi replaces H. altissima, the larger plant biomass and lower soil respiration would indicate that the wetland in this area could fix more carbon in the soil than before.     

马尾松林土壤呼吸组分对不同营林措施的响应

针对不同营林措施(对照、除灌、采伐1(15%)、采伐2(70%)后的三峡库区马尾松飞播林,采用LI-8100对其土壤呼吸组分的呼吸速率和土壤温度、湿度进行为期1年的连续观测分析表明,不同营林措施对土壤呼吸组分的影响不同。1)观测期内,各营林措施下凋落物层呼吸速率差异并不显著,对照、除灌、采伐1、采伐2的根呼吸速率均值分别为:1.00、0.83、0.86、1.11μmolCO_2m~(-2)s~(-1);采伐处理下矿质土壤呼吸显著高于对照和除灌(P0.05);2)与对照相比,营林措施并未显著改变凋落物呼吸对于土壤总呼吸的贡献率(18.78%-23.70%),但降低了根呼吸的贡献率,其中以采伐1最为显著(P0.05);除灌的矿质土壤呼吸贡献率(37.00%)与对照(38.32%)相近,而采伐1(45.63%)和采伐2(43.07%)均显著增加了矿质土壤呼吸的贡献率,矿质土壤呼吸的变化是造成采伐措施下土壤呼吸变化的主要土壤呼吸组分;3)营林后仅采伐2措施下土壤温湿度显著高于对照,土壤温湿度双因子模型较单因子模型能更好的解释土壤呼吸组分变化,但仅能解释其部分变化(4.6%-59.3%),仍需对营林后其他相关因子进行深入的综合研究。     

Pyrobaculum calidifontis sp. nov., a novel hyperthermophilic archaeon that grows in atmospheric air

A novel, facultatively aerobic, heterotrophic hyperthermophilic archaeon was isolated from a terrestrial hot spring in the Philippines. Cells of the new isolate, strain VA1, were rod-shaped with a length of 1.5 to 10 microm and a width of 0.5 to 1.0 microm. Isolate VA1 grew optimally at 90 to 95 degrees C and pH 7.0 in atmospheric air. Oxygen served as a final electron acceptor under aerobic growth conditions, and vigorous shaking of the medium significantly enhanced growth. Elemental sulfur inhibited cell growth under aerobic growth conditions, whereas thiosulfate stimulated cell growth. Under anaerobic growth conditions, nitrate served as a final electron acceptor, but nitrite or sulfur-containing compounds such as elemental sulfur, thiosulfate, sulfate and sulfite could not act as final electron acceptors. The G+C content of the genomic DNA was 51 mol%. Phylogenetic analysis based on 16S rRNA sequences indicated that strain VA1 exhibited close relationships to species of the genus Pyrobaculum. A DNA-DNA hybridization study revealed a low level of similarity (< or = 18%) between strain VA1 and previously described members of the genus Pyrobaculum. Physiological characteristics also indicated that strain VA1 was distinct from these Pyrobaculum species. Our results indicate that isolate VA1 represents a novel species, named Pyrobaculum calidifontis.