增温和放牧对草地土壤和生态系统呼吸的影响

草地生态系统作为世界陆地生态系统的主体类型,其土壤呼吸和生态系统呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,土壤呼吸是未经扰动的土壤由于代谢活动而产生CO2的过程,生态系统呼吸包括地下部分的土壤呼吸和地上部分植被的自养呼吸。研究增温和放牧对草地土壤和生态系统呼吸的影响,可为预测未来气候变化条件下的全球碳收支以及草地的可持续经营与管理提供重要的科学依据。该文扼要综述了关于草地土壤和生态系统呼吸对增温和放牧的响应方面的研究。结果表明:草地土壤和生态系统呼吸对增温和放牧的响应非常复杂,受多种因素的综合影响,无论是增温还是放牧对草地土壤和生态系统呼吸的影响均具有不确定性,因草地类型、增温幅度、增温时间、放牧强度、放牧频度和放牧方式的不同而不同。在此基础上,指出了以后应加强研究的方向,草地的利用离不开放牧,对于未来气候变化条件下的草地,温度升高和放牧这两个因素必然是同时存在的,以前多数实验是单独研究增温或放牧对它们的影响,然而,这两者对草地生态系统的影响并非可加的,因此,需要加强增温与放牧的耦合试验,同时加强关于生态系统呼吸不同组分对两者的响应的研究,以便更好地理解增温和放牧的影响机制。另外,草地土壤和生态系统呼吸对增温和放牧的响应会随着时间的推移而发生变化,因而加强长期连续的试验观测很有必要。     

中国森林土壤碳储量与土壤碳过程研究进展

森林是陆地生态系统的主体,是陆地上最大的碳储库和碳吸收汇。国内外研究表明,土壤亚系统在调节森林生态系统碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于森林类型的多样性、结构的复杂性以及森林对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对森林土壤碳储量和变率的科学估算,以及土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限。综述了近十几年来我国森林土壤碳储量和土壤碳过程的研究工作,主要包括不同森林类型土壤碳储量、土壤碳化学稳定性、土壤呼吸及其组分、土壤呼吸影响机制、气候变化与土地利用对土壤碳过程的影响等;评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,讨论了尚未解决的主要问题,并分析了未来土壤碳研究的发展趋势,以期为促进我国森林土壤碳循环研究,科学评价森林土壤碳固持潜力及其稳定性维持机制和有效实施森林生态系统管理提供科学参考。     

土壤呼吸组分对气候变暖的响应研究进展

气候变暖正在深刻地改变全球碳循环过程.土壤呼吸作为全球碳循环的重要环节,连接着植物-土壤-微生物之间的碳转移过程.土壤呼吸可分为异养呼吸和根源呼吸(根系呼吸和根际微生物呼吸)等组分.土壤呼吸各组分的发生部位与利用的有机碳源不同,其对气候变暖的响应可能存在显著差异.然而,目前的研究还不能完全实现土壤呼吸各组分的精确区分和量化,气候变暖对土壤呼吸各组分的影响及其具体机制仍存在很多悬而未决的问题,这极大地限制了人们对土壤碳循环评估的精确性以及对气候变暖背景下陆地生态系统碳收支格局变化的认识.本文系统综述了目前国内外土壤呼吸组分区分技术,分析了土壤呼吸组分区分的研究结果,并论述了土壤呼吸各组分对气候变暖的响应研究进展.提出仍需发展新的土壤呼吸组分区分技术或者改进和创新现有技术,未来的研究重点应放在精确区分野外条件下根源呼吸组分,同时开展土壤呼吸组分对多种环境因子变化的响应研究,以期更全面地认识土壤碳循环过程以及全球变化背景下陆地生态系统碳收支的变化趋势.     

土壤呼吸对降雨变化和氮沉降交互作用响应的研究进展

土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的关键过程,对大气CO₂浓度变化有直接影响。研究其如何响应降雨变化、氮沉降增加等全球变化因子,成为近年全球变化领域的热点与难点。与土壤呼吸响应降雨变化或氮沉降增加单个因子相比,研究土壤呼吸对这两个因子交互作用的响应更接近真实的自然环境,可更准确地预估未来土壤碳排放的变化趋势。目前,相关研究涉及全球不同的陆地生态系统,从土壤、微生物和植物层面对其响应机理进行揭示。本文从土壤呼吸及其组分、相关的土壤性质、微生物及植物因素方面,较全面地梳理了不同陆地生态系统土壤呼吸响应降雨变化和氮沉降增加交互作用的研究进展,指出了现有研究中的不足及今后需加强的研究方向,以期为进一步揭示土壤呼吸对降雨变化和氮沉降增加交互作用的响应规律及机制提供参考。     

干湿交替下草地生态系统土壤呼吸变化的微生物响应机制研究进展

草地是陆地生态系统中最重要、分布最广的生态系统类型之一,对全球碳循环和气候调节有着重要的作用和效应.我国拥有极为丰富的草地资源,是巨大的陆地碳储存库,也是全球碳循环重要组成部分.干湿交替是土壤中普遍发生的自然现象,这种现象的发生可能会加速土壤的碳矿化过程、激增土壤呼吸以及影响微生物的活性和群落结构等.在全球变化日趋显著的背景下,降雨量、降雨强度以及降雨频率的变化将会加速土壤干湿交替进程,进而带来微生物活性、群落结构以及土壤呼吸的变化,并对全球碳循环过程产生重要影响.本文综述了近十年来国内外的相关文献,对干湿交替条件下,土壤释放CO₂消耗碳源、土壤呼吸随时间的动态变化趋势以及土壤呼吸与微生物量、微生物活性和微生物群落结构之间的关系进行了分析和总结,以期为更好地理解干湿交替过程中草地生态系统土壤呼吸的微生物学响应机制,更准确地预测和评估未来的全球陆地生态系统的碳收支与气候变化提供一定的理论基础.     

模拟酸雨对土壤呼吸影响的研究进展

土壤呼吸是陆地生态系统与大气环境之间进行碳交换的主要途径,在全球碳循环和碳平衡中占有极其重要的地位。全球变化背景下,由于人类活动而导致日益严重的酸雨问题,其对土壤呼吸的影响越来越受到国内外学者的广泛关注。酸雨导致土壤酸化,对土壤微生物代谢活动、植物地上地下生长以及凋落物分解等产生影响,进而影响土壤呼吸。该文综述了模拟酸雨对森林生态系统和农田生态系统土壤呼吸影响的三种结果,即抑制、促进和无影响;酸雨影响土壤呼吸的差异受到酸雨酸性、酸雨处理持续时间以及植被类型、植物生长季节、植被演替阶段以及土壤理化性质等生物和非生物因素的综合影响。低强度和高强度酸雨都倾向于降低土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10))。从影响土壤呼吸的四个关键的生物因子,即光合作用、凋落物、微生物、根系生物量,分析了模拟酸雨影响土壤呼吸的潜在机制;但是酸雨影响土壤呼吸的过程复杂,使得土壤呼吸对酸雨的部分响应机理仍存在不确定性。在此基础上总结了现有研究存在的不足,提出了今后需要给予重点关注的四个方面的研究:(1)不同类型生态系统对酸雨响应的研究;(2)土壤各组分呼吸对酸雨响应的研究;(3)模拟酸雨与其他外界因素的共同作用研究;(4)与土壤呼吸相关的生物因子对酸雨响应的研究。     

积雪对祁连山亚高山草甸土壤呼吸速率的影响

草地作为陆地生态系统的重要组成部分,是分布最广的植被类型之一,全球草地面积约占陆地面积的1/4,土壤碳储量约占全球总碳储量的1/5,在气候变化和陆地生态系统的碳循环方面起着重要作用。我国各类天然草原面积近4亿hm~2,约占国土面积的41.7%,草地的总碳储量约占陆地生态系统总碳储量的16.7%,其中土壤层占93.1%,在碳储量中占有重要的地位。土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的主要环节,其中草地土壤呼吸占陆地土壤呼吸量的5.6%,因此草地土壤碳库正成为草地生态系统研究的热点。祁连山草地资源丰富,亚高山草甸是祁连山自然保护区的基质景观。积雪作为冰冻圈的重要组成部分,对土壤温度和土壤水分具有调控作用,是影响土壤呼吸的重要因素,但是目前关于积雪对土壤呼吸的影响研究少见。研究区选择祁连山中部天涝池流域,利用LI-8100开路式土壤碳通量测定系统,探讨了土壤不同融化状态下积雪对祁连山亚高山草甸生态系统呼吸速率和土壤呼吸速率的影响,并分析了地表温度和土壤温度、地表空气相对湿度和土壤体积含水量对土壤呼吸的影响。结果表明:(1)雪覆盖降低了生态系统呼吸和土壤呼吸速率,但当日融化的积雪对次日生态系统呼吸有促进作用;(2)呼吸速率与土壤温度和地表温度呈显著指数关系(P0.01),与地表空气相对湿度呈线性相关关系。降雪后,全融土壤中呼吸速率与温度和地表空气相对湿度间的相关性好;(3)温度较高时,温度对呼吸速率的作用强;温度较低时,温度对呼吸速率的影响不大。     

植物功能性状与湿地生态系统土壤碳汇功能

湿地生态系统碳平衡对气候变化极为敏感,是陆地生态系统碳循环响应全球变化的重要环节。然而,湿地生态系统碳汇调节机制仍不十分清楚,并且对影响因子的研究多集中在非生物因子上。综述了植物功能性状和功能性状多样性对湿地生态系统土壤碳汇功能的影响,阐明了生物因子对生态系统碳循环响应全球变化的重要性,介绍了植物功能性状对生态系统碳输入和输出过程的影响,简述了植物功能性状多样性的研究现状及其在指示生态系统碳汇功能现状和预测未来趋势等方面的应用。从优势植物、植物种间关系和植物-微生物种间关系3方面总结了植物功能性状多样性直接和间接影响生态系统碳循环的途径。展望了植物功能性状和功能性状多样性与湿地生态系统土壤碳汇功能的研究前景。     

土壤碳排放组分区分的研究进展

土壤呼吸作为全球碳循环的一个重要组成部分,是理解地下碳排放过程与土壤有机碳稳定性的关键环节。然而,土壤呼吸是由不同组分构成,目前对有关土壤呼吸的许多关键术语尚存在理解片面和使用不当问题,阻碍了相关土壤碳循环的研究进程。本文针对此现状,分别从土壤呼吸各组分所利用的碳源、产生的部位与途径等方面综合分析了国内外土壤碳排放的研究进展及对陆地生态系统地下碳排放过程的认知,并对所涉及的相关术语进行梳理与界定。在此基础上,阐释了土壤呼吸各组分对大气CO_2浓度的贡献及其对全球变暖的响应;结合当前有关土壤碳循环的研究热点,强调了区分陆地生态系统土壤呼吸各组分的必要性与生态重要性,指出深入研究根际激发效应发生机制是破译未来生态系统地下碳循环过程的关键。     

土壤呼吸组分分离技术研究进展

分离土壤呼吸组分是理解陆地生态系统碳循环的重要步骤,研究农田生态系统土壤呼吸组分的呼吸过程和机理对促进农业温室气体减排和碳汇增加、气候变化适应、保障粮食安全以及推动农业可持续发展都具有积极意义。本文综述了近年来土壤呼吸组分分离的理论依据、主要技术及分类,系统比较了现有技术优势、劣势和应用领域,并总结了土壤呼吸组分分离技术在国内外农田生态系统中的应用情况。由于多数分离技术在森林生态系统的相关研究中发展而来,它们在农田生态系统的应用十分有限,目前应用以同位素法、根分离法和回归法为主。由于土壤呼吸理论划分和分离方法的差异,不同研究结果之间往往难以比较。分离技术的发展有赖于土壤呼吸源分离理论的进一步发展,未来土壤呼吸组分分离研究的主要方向在于：（1）利用现有观测技术促进组分集成分析法和根分离法在农田生态系统中的应用,强化土壤呼吸组分和环境因子的同步观测,准确评估农田碳收支;（2）利用定位观测数据开展大尺度模型研究,改进和重构现有全球碳模型的碳氮过程,并在其中考虑重要的土壤呼吸过程;（3）利用FACE试验评估气候变化对土壤呼吸组分的影响和土壤-植物碳循环的适应机制;（4）分析呼吸组分与植物-土壤-养分的交互作用,评估农田管理措施的综合影响。     

干旱半干旱区不同环境因素对土壤呼吸影响研究进展

土壤呼吸是全球陆地生态系统碳循环的重要环节,也是全球气候变化的关键生态过程。阐明和探讨影响土壤呼吸的各类环境因素,对准确评估陆地生态系统碳收支具有重要意义。干旱半干旱区是陆地生态系统的重要组成部分,研究该区域影响土壤呼吸的环境因素有助于深刻了解干旱半干旱区土壤碳循环过程。就土壤温度、土壤水分、降水、土壤有机质等非生物因子及植被类型、地上、地下生物量、土壤凋落物等生物因子两个方面对土壤呼吸的影响进行了综述。以干旱半干旱区的研究进展为主要论述对象,在上述因素中重点阐述了土壤温度、水分及其耦合作用下土壤呼吸的响应,并就土壤呼吸的Q10值及各影响因素间的交互作用进行归纳总结。在此基础上,说明了土壤温度和水分是影响干旱半干旱区土壤呼吸的主要因素。为了更准确的估算干旱半干旱区土壤呼吸速率,综合分析多种因子的交互影响,提出目前土壤呼吸研究存在的问题和今后重点关注的方向:1)不同尺度下干旱半干旱区土壤呼吸的研究;2)荒漠生态系统土壤呼吸研究;3)非生长季土壤呼吸研究;4)多因素协同作用土壤呼吸模型建立;5)测量方法的改进与完善。     

干扰对典型草原生态系统土壤净呼吸特征的影响

由于土地利用格局的改变和人类干扰活动的加剧,草地生态系统CO2排放与固定的平衡、碳循环特征以及碳储量越来越受到人们的重视。尤其是定量区分土壤净呼吸与土壤总呼吸量之间的比例关系,以及定量描述草地生态系统碳循环过程等方面的研究尚不够完善。以河北沽源的典型草原为研究对象,测定了火烧、灌溉、施肥、刈割干扰下的天然草地土壤净呼吸变化动态及其与主要控制因素之间的关系。结果表明:不同处理土壤净呼吸均表现出明显的季节性变化规律,变化趋势基本一致。火烧、灌溉和刈割处理分别比对照的土壤净呼吸通量降低了28.93%、16.25%和36.82%。土壤温度、土壤湿度与土壤净呼吸通量呈指数相关(P0.01)。对地上生物量、地下生物量、土壤有机碳含量和土壤全氮含量与土壤净呼吸之间进行逐步回归分析表明,土壤有机碳含量(SC)和土壤全氮含量(SN)是土壤净呼吸通量的主要影响因素。     

陆地生态系统地下碳输入与输出过程研究进展

生态系统地下碳输入与输出过程是陆地生态系统碳分配和转化的核心,并直接影响着全球碳循环。陆地生态系统凋落物、根系周转、根系分泌物、土壤有机碳、土壤微生物和土壤呼吸是地下碳输入与输出过程中的重要组成部分。由于这些组分非常复杂且其研究技术和方法受到限制,目前人们对陆地生态系统地下碳输入与输出过程尚缺乏全面的认识,故在陆地生态系统碳循环研究中存在诸多的不确定性。该文概述了凋落物、根系周转、根系分泌物、土壤有机碳、土壤微生物和土壤呼吸的研究方法,以及它们对气候变化的响应,探讨了陆地生态系统地下碳输入与输出过程中的研究难点,并对未来需要深入探究的一些领域进行了展望。     

The response of soil respiration to different N compounds addition in a saline–alkaline grassland of northern China

不同形态氮化合物添加对中国北方盐渍化草地土壤呼吸的影响 持续增加的氮沉降在提高陆地生态系统生产力的同时也会对土壤微生物产生显著影响;土壤呼吸由植物根系呼吸和土壤微生物呼吸组成,因此影响植物生产力和微生物的因子都会影响到土壤呼吸。以往氮富集对土壤呼吸的研究主要在土壤中性的草地生态系统开展,而对于盐渍化草地土壤呼吸是如何响应氮沉降的研究尚不多见,这限制了全球变化陆地生态系统土壤呼吸模型预测的准确性和完整性。本研究以中国北方农牧交错带盐渍化草地为研究对象,通过3年(2017–2019年)野外监测土壤呼吸及相关生物和非生物因子的变化,探讨了不同形态氮化合物添加(NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄和NH₄HCO₃)对盐渍化草地土壤呼吸的影响及其调控机制。结果表明：(i)土壤呼吸受大气温度、土壤温度及降水的调控,呈现双峰的季节动态变化趋势和显著的年际差异。(ii)与对照相比,经过3年的处理,土壤呼吸在NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄和NH₄HCO₃添加处理下分别提高了19.9%、13.0%和16.6%。(iii)NH₄NO₃添加对土壤呼吸较高的促进作用与较高的地上生物量、地下生物量以及土壤NO₃⁻含量有关。(iv)在NH₄HCO₃ 添加处理下,土壤碳排放(土壤呼吸)显著增加而碳输入(净生产力)无显著改变,表明NH₄HCO₃添加会降低土壤碳的固持。(v)净地下生产力(BNPP)是盐渍化草地土壤呼吸的最主要调控因子,并且土壤阳离子浓度和pH值通过影响土壤微生物间接影响土壤呼吸。上述研究结果表明,草地添加NH₄NO₃的研究高估了氮沉降对土壤呼吸的影响,并且在碳循环预测模型中应充分考虑盐渍化草地土壤碳动态。     

城市土壤碳循环与碳固持研究综述

城市化过程带来的土地利用变化和环境污染是全球变化的重要方面,城市为人们了解人类与自然复合生态系统对全球变化的影响及其对全球变化的响应过程提供一个独特的"天然实验室"。陆地生态系统碳循环是全球变化研究的热点领域之一,然而,人们对城市在全球碳循环中的作用和影响知之甚少,城市土壤碳循环研究处于起步阶段。介绍了城市土壤的主要特性和碳循环特征,指出强烈的人为作用是其最突出的特点;综述了城市土壤碳库、碳通量和碳固持研究方面取得的进展;探讨了城市化过程中土地利用变化、土壤中生物及土壤管护措施、城市小气候、大气污染沉降和土壤污染等对土壤碳循环的影响;提出未来城市碳循环研究需要开展长期系统监测、深化城市土壤碳循环机制研究、创新研究范式和研究方法、并将研究成果与城市景观规划与设计相结合,提升城市土壤碳管理能力。     

森林生态系统碳循环对全球氮沉降的响应

森林土壤和植被储存着全球陆地生态系统大约46%的碳,在全球碳平衡中起着非常重要的作用。过去几十年来,森林生态系统的碳循环和碳吸存受到了全球氮沉降的深刻影响,因为氮沉降改变了陆地生态系统的生产力和生物量积累。以欧洲和北美温带森林区域开展的研究为基础,综述了氮沉降对植物光合作用、土壤呼吸、土壤DOM及林木生长的影响特征和机理,探讨了森林生态系统碳动态对氮沉降响应的不确定性因素。热带森林C、N循环与大部分温带森林不同,人为输入的氮对热带生态系统过程的影响也可能不同,因此指出了在热带地区开展碳氮循环耦合研究的必要性和紧迫性。     

草地土壤固碳潜力研究进展

土壤固碳功能和固碳潜力已成为全球气候变化和陆地生态系统研究的重点。草地土壤有机碳库,作为陆地土壤有机碳库的重要组成部分,其较小幅度的波动,将会影响整个陆地生态系统碳循环,进而影响全球气候变化。因此,深入研究草地土壤固碳功能和固碳潜力对于适应和减缓气候变化具有重要意义。在土壤固碳潜力相关概念界定基础上,结合《2006年IPCC国家温室气体清单指南》,从样点及区域尺度上综述了目前关于草地土壤固碳潜力的一般估算方法,同时对各类方法的特点及适用性进行了评述,提出了草地生态系统固碳潜力研究概念模型。最后在对草地土壤固碳的影响因素及固碳措施总结的基础上,阐明了草地土壤有机碳固定研究中存在的问题和发展前景。     

降水变化和养分添加对呼伦贝尔草甸草原土壤呼吸的影响

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,研究土壤呼吸对降水变化和养分沉降的响应有助于评估全球变化对生态系统碳循环的影响.然而,目前降水变化和养分沉降对土壤呼吸的交互影响研究相对较少.本研究以呼伦贝尔草甸草原为对象,通过增减雨和养分添加,模拟研究降水变化和养分沉降及其交互对草甸草原土壤呼吸的影响及其机制.结果表明:增...     

中国草地生态系统模拟增温实验的综合比较

近年来,全球增温对陆地生态系统的影响成为科学家研究的热点之一。草地生态系统是最重要的陆地生态系统之一,故研究草地生态系统对增温的响应尤为重要。本文通过对近10年国内外研究文献的回顾,论述了陆地生态系统增温实验的发展及其在中国草地生态系统的应用,从植物种群、群落、土壤、草地生态功能及动物等方面综合分析了增温对我国高寒草甸、亚高山草甸、羊草草甸、荒漠草原等不同草地类型的影响。结果表明,短期增温有利于草甸区禾本科植物的生长;在植物的不同生长时期增温对地上生物量的重要性存在差异;增温会改变植物的整体物候,显著降低羊草草甸土壤湿度;适度增温可以增加土壤微生物生物量碳、氮,促进高寒草甸土壤碳、磷循环。在此基础上,提出了将来应着重研究的几个科学问题。     

短期氮素添加和模拟放牧对青藏高原高寒草甸生态系统呼吸的影响

氮沉降和放牧是影响草地碳循环过程的重要环境因子,但很少有研究探讨这些因子交互作用对生态系统呼吸的影响。在西藏高原高寒草甸地区开展了外源氮素添加与刈割模拟放牧实验,测定了其对植物生物量分配、土壤微生物碳氮和生态系统呼吸的影响。结果表明:氮素添加显著促进生态系统呼吸,而模拟放牧对其无显著影响,且降低了氮素添加的刺激作用。氮素添加通过提高微生物氮含量和土壤微生物代谢活性,促进植物地上生产,从而增加生态系统的碳排放;而模拟放牧降低了微生物碳含量,且降低了氮素添加的作用,促进根系的补偿性生长,降低了氮素添加对生态系统碳排放的刺激作用。这表明,放牧压力的存在会抑制氮沉降对高寒草甸生态系统碳排放的促进作用,同时外源氮输入也会缓解放牧压力对高寒草甸生态系统生产的负面影响。