中国北方草地土壤呼吸的空间变异及成因

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键指标,决定了土壤源二氧化碳(CO₂)进入大气的通量,对预测全球气候变化背景下区域乃至全球碳循环变化具有重要意义.本文通过室内短期培养试验测定了中国北方草地样带土壤样品的呼吸速率,研究了北方草地土壤呼吸的区域尺度格局及其与主要调控因子的关系.结果表明：土壤呼吸速率自西向东随年均降水量(MAP)增加呈逐渐增加的趋势,变化范围为0.35～2.09 μg CO₂C·g^-1·h^-1.其中,MAP<100 mm时,土壤呼吸速率为0.35～0.73 μg CO₂C·g^-1·h^-1;100 mm 2C·g^-1·h^-1;MAP>300 mm时,土壤呼吸速率为0.83～2.10 μg CO₂ C·g^-1·h^-1.土壤呼吸速率与年均降水量、地上生物量、土壤有机碳氮含量呈显著正相关,而与年均温和pH值呈显著负相关.增强回归树分析显示,年均降水量、地上生物量、土壤有机碳含量和土壤有机氮含量分别解释了土壤呼吸总变异的25.5%、23.6%、18.3%和12.5%,而土壤pH和年均温仅解释了10.8%和9.2%.     

蚂蚁筑巢对不同恢复阶段热带森林土壤易氧化有机碳时空动态的影响

为探明热带森林恢复过程中蚂蚁筑巢对土壤易氧化有机碳(readily oxidizable carbon, ROC)时空动态的影响及机制, 本研究以西双版纳白背桐(Mallotus paniculatus)群落、野芭蕉(Musa acuminata)群落和崖豆藤(Mellettia leptobotrya)群落3种恢复阶段热带森林为研究对象, 设置“蚂蚁筑巢地”与“非巢地”2种处理进行野外控制实验, 对比分析蚁巢和非蚁巢土壤ROC含量的时空变化特征, 并揭示这些变化与土壤微生物生物量碳及理化性质之间的相互关系。结果表明: (1)蚂蚁筑巢显著影响热带森林土壤ROC含量(P < 0.05), 蚁巢土壤ROC含量较非蚁巢提高了14.2%。不同恢复阶段蚁巢与非蚁巢土壤ROC含量大小顺序为: 野芭蕉群落 > 崖豆藤群落 > 白背桐群落。(2)不同恢复阶段热带森林蚁巢与非蚁巢土壤ROC含量均呈单峰型的时间变化趋势(P < 0.05), 最大值出现在6月, 且各月份蚁巢土壤ROC含量均高于非蚁巢。(3)不同恢复阶段热带森林蚁巢和非蚁巢土壤ROC含量均随土层深度增加呈显著递减的垂直变化趋势(P < 0.05), 且蚁巢土壤ROC含量均大于非蚁巢(P < 0.05)。(4)蚂蚁筑巢引起的土壤理化性质变化对土壤ROC含量产生了一定的影响。土壤ROC含量与土壤pH和容重呈显著负相关(P < 0.05), 与土壤有机碳、微生物生物量碳、全氮、铵态氮及硝态氮呈显著正相关(P < 0.05)。土壤微生物生物量碳与总有机碳是蚁巢土壤ROC时空变化的主要贡献者, 而铵态氮、全氮和总有机碳是非蚁巢ROC时空变化的主控因子。因此, 蚂蚁筑巢改变热带森林土壤微生物量(如微生物生物量碳)及土壤理化性质(如总有机碳、铵态氮与全氮等), 进而显著影响土壤ROC的时空动态。     

土壤易氧化有机碳对西双版纳热带森林群落演替的响应

土壤易氧化有机碳（Readily oxidizable carbon,ROC）作为土壤中易被氧化且活性较高的有机碳,能够敏感反映群落植被环境与土壤环境的早期变化。为探明土壤ROC时空变化对热带森林次生演替的响应,以西双版纳热带森林不同次生演替阶段（白背桐群落、野芭蕉群落与崖豆藤群落）为研究对象,采用高锰酸钾氧化法测定并分析土壤ROC时空动态特征,探究这些变化与土壤微生物量碳及理化性质之间的相互关系。结果表明：（1）不同次生演替阶段热带森林土壤ROC含量存在显著差异,其大小顺序为：野芭蕉群落（11.38 mg/g） > 崖豆藤群落（10.5 mg/g） > 白背桐群落（9.72 mg/g）;（2）不同次生演替阶段热带森林土壤ROC含量的月份变化趋势基本一致,均表现为6月显著高于12月,且各月份间差异显著;（3）不同次生演替阶段热带森林土壤ROC含量随着土层深度增加而递减,且不同土层间差异显著;（4）土壤有机碳、微生物量碳、全氮、水解氮和铵态氮显著影响土壤ROC含量的时空变化,而pH值与土壤ROC显著负相关。因此,土壤ROC对西双版纳热带森林群落演替具有敏感的响应,土壤总有机碳、微生物量碳、全氮、水解氮、铵态氮及pH是土壤ROC时空变化的主控因素。     

神农架海拔梯度上4种典型森林的土壤呼吸组分及其对温度的敏感性

量化森林土壤呼吸及其组分对温度的响应对准确评估未来气候变化背景下陆地生态系统的碳平衡极其重要。该文通过对神农架海拔梯度上常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林以及亚高山针叶林4种典型森林土壤呼吸的研究发现: 4种森林类型的年平均土壤呼吸速率和年平均异养呼吸速率分别为1.63、1.79、1.74、1.35 μmol CO₂·m^-2·s^-1和1.13、1.12、1.12、0.80 μmol CO₂·m^-2·s^-1。该地区的土壤呼吸及其组分呈现出明显的季节动态, 夏季最高, 冬季最低。4种森林类型中, 阔叶林的土壤呼吸显著高于针叶林, 但阔叶林之间的土壤呼吸差异不显著。土壤温度是影响土壤呼吸及其组分的主要因素, 二者呈显著的指数关系; 土壤含水量与土壤呼吸之间没有显著的相关关系。4种典型森林土壤呼吸的Q₁₀值分别为2.38、2.68、2.99和4.24, 随海拔的升高土壤呼吸对温度的敏感性增强, Q₁₀值随海拔的升高而增加。     

蚂蚁筑巢对热带次生林土壤N2O排放季节动态的影响

采用静态箱-气相色谱法，对西双版纳热带次生林崖豆藤群落中的蚁巢土壤N₂O排放通量的季节动态进行定位研究，分析蚂蚁筑巢引起土壤碳氮库及温湿度等土壤性质变化对N₂O排放的影响特征。结果表明：蚂蚁筑巢显著影响热带森林土壤N₂O排放，蚁巢土壤N₂O排放通量(0.67 mg·m^-2·h^-1)显著高于非蚁巢土壤(0.48 mg·m^-2·h^-1),较非蚁巢土壤增加了40.2%;蚁巢与非蚁巢土壤N₂O排放通量具有显著的季节变化，6月分别为0.90和0.83 mg·m^-2·h^-1,显著高于3月(分别为0.38和0.19 mg·m^-2·h^-1);蚂蚁筑巢显著增加了土壤含水率、温度、有机碳、全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮和微生物生物量碳，相较于非蚁巢增加了7.1%～74.1%,蚁巢土壤pH相较于非蚁巢土壤降低了9.9%。结构方程...     

改变凋落物输入对杉木人工林土壤呼吸的短期影响

从2007年1月至12月, 在长沙天际岭国家森林公园, 通过改变杉木林凋落物输入, 研究杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林群落去除凋落物、加倍凋落物土壤呼吸速率及5 cm土壤温、湿度的季节变化。结果表明: 去除和加倍凋落物对土壤温度和湿度产生的差异不显著(p>0.05), 对土壤呼吸全年产生的差异接近显著(Marginal significant)(p=0.058)。按植物生长期分别分析, 去除和加倍凋落物对土壤呼吸产生的差异, 在生长旺盛期差异显著(p=0.003), 在生长非旺盛期差异性不显著(p=0.098)。去除凋落物年均土壤呼吸速率为159.2 mg CO₂·m^-2·h^-1, 比对照处理土壤呼吸速率(180.9 mg CO₂·m^-2·h^-1)低15.0%, 加倍凋落物的土壤呼吸为216.8 mg CO₂·m^-2·h^-1, 比对照处理高17.0%。去除和加倍凋落物土壤呼吸季节动态趋势与5 cm深度土壤温度相似, 它们之间呈显著指数相关, 模拟方程分别为: y=27.33e^{0.087 2t}(R²=0.853, p＜0.001), y=37.25e^{0.088 8t}(R²=0.896, p＜0.001)。去除和加倍凋落物的Q₁₀值分别为2.39和2.43, 均比对照2.26大。去除和加倍凋落物土壤呼吸与土壤湿度之间关系不显著(p>0.05)。这一结果使我们能够在较短时间内观察到改变凋落物输入对土壤呼吸的影响, 证明凋落物是影响土壤CO₂通量的重要因子之一。     

Effects of pulse precipitation on soil organic matter mineralization in forests: spatial variation and controlling factors

脉冲降水对森林中土壤有机物矿化的影响：空间变化和控制因素 降水脉冲效应使土壤有机物在短时间内迅速分解并释放大量CO₂到大气中。降水脉冲效应对生态系统的碳循环和土壤碳平衡的研究具有十分重要的意义,但它在森林土壤中的空间变化和基本机制仍不清楚。我们采集中国东部22个典型森林生态系统的土壤样品(0–10cm),研究模拟脉冲降水对土壤微生物呼吸速率的影响。模拟降水脉冲使土壤样品达到65%饱和含水量,以分钟为单位测量R_s,持续48 小时。研究结果显示,降水脉冲可以使微生物呼吸速率迅速增加1.70–38.12倍。微生物最大呼吸速率 (R_s-soil-max)、碳释放总量R_s (A_Rs-soil)和达到呼吸峰值的时间(T_Rs-soil-max)在不同的土壤中存在显著差异。此外,不同 气候区的脉冲效应也有明显不同。中温带的R_s-soil-max (11.701 µg C g⁻¹ soil h⁻¹)和A_Rs-soil (300.712 µg C g⁻¹ soil)最高。土壤化学特性(总碳和总氮、pH值和氧化还原电位)和土壤粒径与森林土壤的脉冲效应密切相关,但土壤微生物的贡献较小。我们的研究结果表明,在大尺度范围内,脉冲变化短期内增加森林土壤中CO₂的排放,并揭示了对这种变化影响最大的因素。这些发现为未来对森林生态系统的碳循环和调节全球生态系统碳循环的研究提供科学数据支持。     

蚂蚁筑巢对高檐蒲桃热带森林群落土壤呼吸的影响

蚂蚁筑巢能够改变热带森林土壤微生物与土壤理化性质的状况,从而对土壤呼吸时间动态产生重要影响。本研究以西双版纳高檐蒲桃热带森林群落为研究对象,采用Li-6400-09便携式土壤呼吸测定仪对蚂蚁筑巢地与非筑巢地土壤呼吸进行测定。研究结果表明:(1)高檐蒲桃群落土壤呼吸呈明显的单峰型季节变化趋势,且土壤呼吸速率蚂蚁筑巢地(4.96μmol CO_2m~(-2)s~(-1))高于非筑巢地(4.42μmol CO_2m~(-2)s~(-1))。(2)土壤温度和土壤水分显著影响土壤呼吸的时间动态(P0.01);蚂蚁筑巢显著改变巢内温度与水分(P0.05),进而影响土壤呼吸动态。土壤温度对土壤呼吸动态的贡献:蚁巢(83.8%—91.8%)大于非巢地(81.2%—83.1%),但由于筑巢地土壤湿度低于非巢地,土壤水分对土壤呼吸动态的贡献率表现为蚁巢低于非筑巢地。(3)蚂蚁筑巢显著增加土壤微生物生物量(P0.05),从而对土壤呼吸速率产生极显著的影响(P0.01)。蚂蚁筑巢引起微生物生物量碳的增加能够解释76.9%—71.1%的土壤呼吸变化。(4)蚂蚁筑巢引起土壤理化性质变化对土壤呼吸产生一定的影响。土壤容重与土壤呼吸速率呈显著负相关;土壤呼吸速率与土壤微生物量碳、有机质、易氧化有机碳、全氮、硝氮和铵氮显著正相关(P0.05或P0.01)。因此,蚂蚁筑巢显著改变土壤微生物(如微生物生物量碳)、土壤物理性质(如土壤温度与水分)、土壤化学性质(如碳和氮养分),进而对热带森林土壤呼吸产生重要影响。     

中国不同气候带人工林与天然林的土壤呼吸差异

通过国内外文献检索收集了201 条中国森林土壤呼吸及相关环境因子数据, 比较了不同气候带(热带、亚热带、暖温带、中温带和高原气候区)人工林和天然林的土壤呼吸差异。结果表明: 中国森林土壤呼吸沿着气候梯度由南至北呈递减趋势,平均速率为2.67 μmol·m^–2·s^–1。天然林平均土壤呼吸速率(2.89 μmol·m^–2·s^–1)显著高于人工林(2.40 μmol·m^–2·s^–1)。除了暖温带以外, 其它四个气候区的天然林土壤平均呼吸速率均高于人工林。人工林土壤平均呼吸速率依次为: 暖温带(3.17 μmol·m^–2·s^–1)>热带(2.83 μmol·m^–2·s^–1)>亚热带(2.20 μmol·m^–2·s^–1)>中温带(1.97 μmol·m^–2·s^–1)>高原气候区(1.14 μmol·m^–2·s^–1); 其中高原气候区的土壤平均呼吸速率显著低于暖温带、热带和亚热带。天然林的土壤平均呼吸速率依次为: 热带(4.40 μmol·m^–2·s^–1)>暖温带(2.75 μmol·m^–2·s^–1)>亚热带(2.70 μmol·m^–2·s^–1)>高原气候区(2.63 μmol·m^–2·s^–1)>中温带(2.37 μmol·m^–2·s^–1)。不同气候带森林土壤自养呼吸贡献率平均为33.1%(17.1-65.7%), 天然林土壤自养呼吸比例(34.7%)略高于人工林(32.6%)。中国森林土壤呼吸的Q₁₀值平均为2.56(1.46-3.60), 沿气候梯度由南到北逐渐增加。不同气候带的人工林土壤呼吸温度敏感性Q₁₀(2.38)要低于天然林(2.68)。     

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.     

不同恢复阶段热带森林土壤nirS型反硝化微生物群落结构及多样性特征

探明热带森林土壤反硝化微生物群落结构及多样性，对于理解反硝化引起的N₂O排放及缓解全球变暖具有重要意义。本研究以西双版纳3个不同恢复阶段热带森林类型[即白背桐（Mallotus paniculatus，MP）、崖豆藤（Millttia leptobotrya，ML）群落、群落及高檐蒲桃（Syzygium oblatum，SO）群落]为研究对象，揭示土壤nirS型反硝化微生物群落组成及多样性的干湿季变化，分析热带森林恢复过程中土壤理化环境变化对nirS型反硝化细菌群落的影响。结果表明，变形菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteria）相对丰度表现为恢复前期高于恢复后期，而脱氯单胞菌属（Dechloromonas）、嗜盐单胞菌属（Halomonas）和罗思河小杆菌属（Rhodanobacter）表现为恢复后期高于恢复前期；绿弯菌门（Chloroflexi）和放线菌门（Actinobacteria）均随恢复年限增加而增加，而贪铜菌属（Cupriavidus）和假单胞菌属（Pseudomonas）的相对丰度表现为随恢复年限增加而降低。9月份各样地新检测出的属数量表现为：SO （19种） > MP （13种） > ML （7种）。土壤nirS型反硝化微生物群落的Shannon多样性指数表现为：高檐蒲桃群落 > 崖豆藤群落 > 白背桐群落，且9月（湿季） > 3月（干季）。相关分析表明，热带森林恢复引起土壤N库（全氮、NH₄⁺、NO₃^-）、C有效性（微生物量碳、易氧化碳）及微气候（土壤含水率与温度）的改变，能够显著影响nirS型反硝化细菌群落的结构及多样性。主成分分析结果表明，土壤硝态氮、微生物量碳、全氮及易氧化碳是调控不同恢复阶段热带森林土壤nirS型反硝化细菌群落结构及多样性变化的主控因子，其次为土壤水分、温度、水解氮、pH、铵态氮、有机碳、容重及C/N。     

施肥对油茶园土壤呼吸和异养呼吸及其温度敏感性的影响

油茶是中国南方重要的木本食用油料树种,研究施肥对油茶园土壤呼吸及其温度敏感性的影响,对于估算中国南方典型种植园林温室气体排放及其对气候变化的响应具有重要意义。设置对照(CK)、施肥(OF)、断根(CK-T)和断根施肥(OF-T)4个处理,采用静态箱-气相色谱法,通过多年观测,分析探讨施肥对油茶园土壤呼吸和异养呼吸及其温度敏感性的影响。结果表明:(1)施肥对油茶园土壤呼吸和异养呼吸无显著影响。研究期间,各处理(OF、CK、OF-T、CK-T)土壤CO_2通量依次为(77.91±2.59)、(73.71±0.97)、(66.82±1.02)mg C m~(-2)h~(-1)和(66.84±3.94)mg C m~(-2)h~(-1);(2)各处理土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))表现为OF-T(1.96±0.01)CK-T(1.79±0.03)OF(1.77±0.01)CK(1.75±0.03),其中,OF-T处理下Q_(10)显著高于其他3个处理,即施肥显著增加了断根处理土壤呼吸Q_(10);(3)施肥显著增加了土壤表层NH_4~+-N和NO_3~--N含量,Q_(10)与土壤表层NH_4~+-N和NO_3~--N含量表现出显著的正相关关系。     

脉冲式降水对不同类型草地土壤微生物呼吸碳释放量的影响

降水事件引起土壤短时间内释放大量CO_2的现象常称为降水脉冲效应。降水事件发生后,由于水分和养分可获得性快速提升使土壤微生物呼吸速率快速升高至正常水分状况的数倍,从而导致土壤CO_2大量释放并一定程度上影响着生态系统碳循环过程和土壤碳平衡,尤其在干旱或半干旱地区。利用自主研发的能快速测定土壤微生物呼吸速率的装置,对内蒙古三类典型草原(草甸草原、典型草原和荒漠草原)土壤分别开展土壤复湿实验(60%饱和含水量),并采用高频测定(48 h测定288次)。在土壤复湿后在所有温带草地类型中均发生了明显的脉冲效应,降水脉冲过程中单位有机质(土壤有机碳,SOC)最大呼吸速率(R_(SOC-max))整体表现为荒漠草原(1.59 mg C g~(-1) SOC h~(-1))草甸草原(0.73 mg C g~(-1) SOC h~(-1))典型草原(0.50 mg C g~(-1) SOC h~(-1));而脉冲效应的持续时间(Duration)则表现为典型草原(2.5 h)草甸草原(1.5 h)荒漠草原(0.67 h)。在土壤复湿48 h内,单位土壤微生物呼吸累积量(A_(R_(Soil)))的大小规律与单位土壤微生物呼吸速率R_(Soil)一致,均为典型草原草甸草原荒漠草原;然而,如果用土壤有机质进行标准化,单位有机质呼吸累积量A_(R_(SOC))表现为荒漠草原(9.74 mg C g~(-1) SOC)典型草原(6.54 mg C g~(-1) SOC)草甸草原(3.54 mg C g~(-1) SOC),与当地年降雨频率呈负相关关系,表明降水脉冲效应与土壤长期经历的干旱状况存在密切关系。本研究结果不仅证明在干旱半干旱区域降水脉冲效应的普遍性,同时还启发我们应从国家或区域尺度开展研究,以进一步揭示土壤基质含量、土壤干旱状况等对降水脉冲效应的影响。     

模拟氮沉降和降雨对华西雨屏区常绿阔叶林土壤呼吸的影响

从2013年12月至2014年11月,通过野外原位试验,对华西雨屏区常绿阔叶林进行了模拟氮沉降和降雨试验,采用LI-8100土壤碳通量分析系统(LI-COR Inc.,USA)测定了对照(CK)、氮沉降(N)、减雨(R)、增雨(W)、氮沉降+减雨(NR)、氮沉降+增雨(NW)6个处理水平的土壤呼吸速率,并通过回归方程分析了温度和湿度与土壤呼吸速率间的关系。结果表明:(1)氮沉降和增雨抑制了常绿阔叶林土壤呼吸速率,减雨促进了常绿阔叶林土壤呼吸速率。(2)减雨使华西雨屏区常绿阔叶林土壤呼吸年通量增加了258 g/m~2,而模拟氮沉降和增雨使华西雨屏区常绿阔叶林土壤呼吸年通量分别减少了321g/m~2和406g/m~2。(3)减雨增加了土壤呼吸的温度敏感性,模拟氮沉降和增雨降低了土壤呼吸的温度敏感性。(4)模拟温度和湿度与土壤呼吸速率间回归方程分析表明,土壤水分对土壤呼吸速率的影响较小。(5)模拟氮沉降和增雨处理减少土壤微生物生物量碳、氮的含量,减雨处理增加了土壤微生物生物量碳、氮的含量。(6)模拟氮沉降和降雨对华西雨屏区土壤CO_2释放的影响未表现出明显的交互作用。     

不同恢复方式下大兴安岭重度火烧迹地林地土壤温室气体通量

为研究大兴安岭重度火烧迹地在不同恢复方式下林地土壤CO₂、CH₄和N₂O排放特征及其影响因素,采用静态箱/气相色谱法,在2017年生长季（6月-9月）对3种恢复方式（人工更新、天然更新和人工促进天然更新）林地土壤温室气体CO₂、CH₄、N₂O通量进行了原位观测。研究结果表明：（1）3种恢复方式林地土壤在生长季均为大气CO₂、N₂O的源,CH₄的汇;生长季林地土壤CO₂排放通量大小关系为人工促进天然更新（（634.40±246.52）mg m^-2 h^-1） > 人工更新（（603.63±213.22）mg m^-2 h^-1） > 天然更新（（575.81±244.12）mg m^-2 h^-1）,3种恢复方式间无显著差异;人工更新林地土壤CH₄吸收通量显著高于人工促进天然更新;天然更新林地土壤N₂O排放通量显著高于其他两种恢复方式。（2）土壤温度是影响3种恢复方式林地土壤温室气体通量的关键因素;土壤水分仅对人工更新林地土壤N₂O通量有极显著影响（P < 0.01）;3种恢复方式林地土壤CO₂通量与大气湿度具有极显著的响应（P < 0.01）;土壤pH仅与天然更新林地土壤CO₂通量显著相关（P < 0.05）;土壤全氮含量仅与人工促进天然更新林地土壤CH₄通量显著相关（P < 0.05）。（3）基于100年尺度,由3种温室气体计算全球增温潜势得出,人工促进天然更新（1.83×10⁴ kg CO₂/hm²） > 人工更新（1.74×10⁴ kg CO₂/hm²） > 天然更新（1.67×10⁴ kg CO₂/hm²）。（4）阿木尔地区林地土壤年生长季CO₂和N₂O排放量为8.85×10⁶ t和1.88×10² t,CH₄吸收量为1.05×10³ t。     

Partitioning of respiration from soil,litter and plants in a mixed-grassland ecosystem

Summary Carbon dioxide effluxes from plants, litter and soil were measured in two mixed-grassland sites in Saskatchewan, Canada. Ecosystems at both locations were dominated by Agropyron dasystachyum (Hook.) Scribn. Respiration rates of intact and experimentally-modified systems were measured in field chambers using alkali-absorption. Removal of green leaves, dead leaves, and litter from a wet sward reduced respiration to as low as 58% of the rate in an intact system. In a dry sward green shoots were the only significant above-ground source of CO₂.Carbon dioxide effluxes from different parts of A. dasystachyum plants, and from soil samples were measured in laboratory vessels at 20° using alkali-absorption. Respiration of green leaves (1.46 mg CO₂ g^-1 h^-1) was significantly higher than microbial respiration in moist, dead leaf samples (0.79 mg CO₂ g^-1 h^-1) or litter (0.75 mg CO₂ g^-1 h^-1). Microbial respiration in air-dried, dead plant material was very low. Average repiration rates of roots separated from soil cores (0.24 mg CO₂ g^-1 h^-1) were lower than many values reported in the literature, probably because the root population sampled included inactive, suberized and senescent roots. Root respiration was estimated to be 17–26% of total CO₂ efflux from intact cores.Laboratory data and field measurements of environmental conditions and plant biomass were combined in order to reconstruct the CO₂ efflux from the shoot-root-soil system. Reconstructed rates were 1.3 to 2.3 times as large as field measured rates, apparently because of stimulation to respiration caused by the experimental manipulations. The standing dead and litter fractions contributed 26% and 23% of the total CO₂ efflux in a wet sward. Both field-measured and reconstructed repiration values suggest that in situ decomposition of standing dead material under moist conditions can be a significant part of carbon balance in mixed grassland.     

Nitrogen addition reduces soil respiration in a mature tropical forest in southern China

Response of soil respiration (CO₂ emission) to simulated nitrogen (N) deposition in a mature tropical forest in southern China was studied from October 2005 to September 2006. The objective was to test the hypothesis that N addition would reduce soil respiration in N saturated tropical forests. Static chamber and gas chromatography techniques were used to quantify the soil respiration, following four‐levels of N treatments (Control, no N addition; Low‐N, 5 g N m^?2 yr^?1; Medium‐N, 10 g N m^?2 yr^?1; and High‐N, 15 g N m^?2 yr^?1 experimental inputs), which had been applied for 26 months before and continued throughout the respiration measurement period. Results showed that soil respiration exhibited a strong seasonal pattern, with the highest rates found in the warm and wet growing season (April–September) and the lowest rates in the dry dormant season (December–February). Soil respiration rates showed a significant positive exponential relationship with soil temperature, whereas soil moisture only affect soil respiration at dry conditions in the dormant season. Annual accumulative soil respiration was 601±30 g CO₂‐C m^?2 yr^?1 in the Controls. Annual mean soil respiration rate in the Control, Low‐N and Medium‐N treatments (69±3, 72±3 and 63±1 mg CO₂‐C m^?2 h^?1, respectively) did not differ significantly, whereas it was 14% lower in the High‐N treatment (58±3 mg CO₂‐C m^?2 h^?1) compared with the Control treatment, also the temperature sensitivity of respiration, Q₁₀ was reduced from 2.6 in the Control with 2.2 in the High‐N treatment. The decrease in soil respiration occurred in the warm and wet growing season and were correlated with a decrease in soil microbial activities and in fine root biomass in the N‐treated plots. Our results suggest that response of soil respiration to atmospheric N deposition in tropical forests is a decline, but it may vary depending on the rate of N deposition.     

Effects of Elevated Atmospheric Carbon Dioxide and Temperature on Soil Respiration in a Boreal Forest Using δ13C as a Labeling Tool

This study examines the effect of elevated atmospheric carbon dioxide [CO₂] (+340 ppm, ¹³C-depleted) and/or elevated air temperature (2.8–3.5°C) on the rate and δ¹³C of soil respiration. The study was conducted in a boreal Norway spruce forest using temperature-controlled whole-tree chambers and ¹³C as a marker for root respiration. The δ¹³C of needle carbohydrates was followed after the onset of the CO₂ treatment in August 2001 and during a 2.5-week period in the summer of 2002. Averaged over the growing seasons of 2002 and 2003, we observed a 48% and 62% increase, respectively, in soil respiration in response to elevated [CO₂], but no response to elevated air temperature. The percentage increase in response to elevated [CO₂] varied seasonally (between 10% and 190% relative to the control), but the absolute increase varied less (39 ± 11 mg C m⁻² h⁻¹; mean ± SD). Data on δ¹³C of soil respiration indicate that this increase in soil respiration rate resulted from increased root/rhizosphere respiration of recently fixed carbon. Our results support the hypothesis that root/rhizosphere respiration is sensitive to variation in substrate availability.     

不同生态恢复模式对黄土残塬沟壑区深层土壤有机碳的影响

黄土高原退耕还林近20年来,大量生态恢复工程的实施,势必对土壤碳库产生影响。为评估生态恢复的土壤碳汇效益,本研究以黄土残塬沟壑区天然次生林、人工生态林和人工经济林等3种生态恢复模式为对象,研究其4 m土壤有机碳(SOC)储量。结果表明:(1)三种生态恢复模式具有明显的碳汇效益。天然次生林4 m SOC储量为(166.40±42.90) t/hm~2比坡中农地((58.73±4.73) t/hm~2显著增加了183.33%;人工生态林和人工经济林分别为(111.32±13.30) t/hm~2、(104.60±7.10) t/hm~2比坡中农地高89.54%、78.11%;(2)0—60 cm SOC含量随深度的增加显著降低(P0.05),由表层的(11.03±7.51) g/kg减少到(2.40±0.93) g/kg,降幅达78.22%,表现出明显的表聚性;60—400 cm SOC含量变化较为稳定,含量较低为(1.81±0.88) g/kg;(3)三种恢复模式深层(1—4 m)SOC储量与坡中农地相比分别提高109.43%、76.43%、65.06%;深层SOC储量天然次生林((77.81±8.40) t/hm~2)、人工生态林((65.55±7.71) t/hm~2)、人工经济林((61.32±3.16) t/hm~2)分别占4 m剖面有机碳储量的46.76%、58.89%、58.62%。结果表明天然次生林和人工混交林是黄土高原残塬沟壑区良好的生态恢复模式,且深层SOC在土壤碳库中不可忽视。