黄土高原旱地冬小麦不同生育期根系呼吸及其温度敏感性

研究农作物生育期对根系呼吸(R_A)及其温度敏感性(Q₁₀)的影响对丰富农田生态系统的碳循环理论具有重要理论和现实意义.在黄土高原雨养农田生态系统,于2009—2014年生长季,利用土壤碳通量系统测量相邻裸地土壤微生物呼吸(R_H)和不施肥小麦地的土壤呼吸(R_S=R_A+R_H),研究生育期对冬小麦R_A和Q₁₀的影响.结果表明:冬小麦净光合速率在苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别为5.9、14.4、12.0和4.4 μmol·m^-2·s^-1,根系活力依次为51.0、100.8、84.4和31.8 μg·g^-1·h^-1.冬小麦不同生育期的R_A差异显著,分别为0.26、0.67、0.91和0.56 μmol·m^-2·s^-1,且R_A的变异特征与冬小麦各生育期内土壤水分含量、土壤温度、净光合速率和根系活力密切相关,分别呈抛物线、指数、线性和线性关系模型.Q₁₀在苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别为2.61、4.88、2.26和6.93,且Q₁₀的变异特征与冬小麦各生育期内的净光合速率、根系活力和土壤水分含量有关,这一变化的根系呼吸贡献率在各生育期分别为29%、53%、46%和31%.除了环境因素外,冬小麦生育期也是影响R_A和Q₁₀的重要因素.     

中国南亚热带森林不同演替阶段土壤呼吸的分离量化

量化森林土壤呼吸(R_S)及其组分对准确地评估森林土壤碳吸存极其重要。该文以鼎湖山南亚热带季风常绿阔叶林及其演替系列针阔叶混交林和马尾松(Pinus massoniana)林为研究对象, 采用挖壕沟法结合静态气室CO₂测定法对这3种林分类型的R_S进行分离量化。结果表明: 鼎湖山3种森林演替系列上的森林R_S及其组分(自养呼吸R_A、异养呼吸R_H)均呈现出明显的季节动态, 表现为夏季最高、冬季最低的格局。在呼吸总量上, 季风常绿阔叶林显著高于针阔叶混交林和马尾松林, 但混交林与马尾松林之间差异不显著; R_A除季风常绿阔叶林显著大于针阔叶混交林外, 其余林分之间差异不显著; 对于R_H来说, 3个林分之间均无显著差异。随着森林正向演替的进行, 由马尾松林至针阔叶混交林至季风常绿阔叶林, R_A对土壤总呼吸的年平均贡献率分别为(39.48 ± 15.49)%、(33.29 ± 17.19)%和(44.52 ± 10.67)%, 3个林分之间差异不显著。方差分析结果表明, 土壤温度是影响R_S及其组分的主要环境因子, 温度与R_S及其组分呈显著的指数关系; 土壤含水量对R_S的影响不显著, 甚至表现为轻微的抑制现象, 但未达到显著性水平。对温度敏感性指标Q₁₀值的分析表明, 3个林分均为R_A的温度敏感性最大, R_H的温度敏感性最小。     

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.     

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。     

中亚热带森林更新方式对土壤团聚体磷组分的影响

土壤团聚体在土壤磷贮存和调节磷有效性中起重要作用,然而森林更新方式如何影响土壤团聚体磷组分仍不清楚。本研究选取米槠天然林经不同强度干扰形成的米槠次生林(轻度干扰)、米槠人促更新林(人促林,中度干扰)及杉木人工林(重度干扰)为对象,通过分析土壤团聚体粒径组成、全土和团聚体磷组分、磷吸附指数(P_SOR)、磷遗留指数(P_LGC)、磷饱和度(DPS_M3)等指标,探究森林更新方式对全土及团聚体磷有效性及供磷潜力的影响。结果表明：森林更新方式显著影响土壤团聚体组成。米槠次生林和人促林土壤粗大团聚体(>2 mm)占比显著高于杉木人工林,而土壤粉黏粒团聚体(<0.053 mm)则表现为相反趋势。土壤团聚体组成显著影响土壤磷组分含量。土壤活性磷组分(可溶性磷P_SOL、速效磷P_M3)含量随团聚体粒径减小而降低;总磷(TP)、有机磷(Po)、中等活性磷组分(无机磷Pi_OH、有机磷Po_OH)、闭蓄态磷(P_OCL)含量、P     

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...     

北京山区不同植被类型的土壤呼吸特征及其温度敏感性

土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,是生态系统碳循环研究中的热点问题.土壤呼吸温度敏感性(Q₁₀)是估算土壤呼吸对全球变暖的反馈参数,研究不同植被类型的Q₁₀对评估森林生态系统碳收支具有重要意义.本研究以北京山区典型植被类型侧柏、油松和栓皮栎为研究对象,通过测定生长季内3种植被类型的土壤理化性质、土壤水热因素以及土壤呼吸速率(R_s)的变化,探究不同植被类型下的土壤呼吸特征及温度敏感性.结果表明:3种主要植被类型的R_s在生长季内与土壤温度、湿度的变化趋势相似,均呈现先升高后降低的单峰变化,R_s在4月初最低(0.45 μmol·m^-2·s^-1),随后逐渐增大,在7月初达到峰值(3.95 μmol·m^-2·s^-1),然后逐渐降低,3种植被类型的R_s和Q₁₀值均存在显著差异.土壤温度和湿度是土壤呼吸的重要影响因素,两者与R_s拟合的回归模型可以解析土壤呼吸速率48.1%～56.7%的变化.北京山区的Q₁₀值在2.05～3.19,在同一植被类型下,Q₁₀值与土壤有机碳含量呈显著负相关(R²>0.9),植被类型、海拔和土壤有机碳含量是造成不同植被类型Q₁₀值差异的重要原因.     

干旱胁迫降低了内蒙古羊草草原的碳累积

采用涡度相关法, 分析了2004年(平水年)和2005-2006年(干旱年)生长季内蒙古锡林河流域羊草(Leymus chinensis)草原的净生态系统碳交换(net ecosystem exchange, NEE)、总初级生产力(gross primary productivity, GPP)和生态系统呼吸(ecosystem respiration, R_e)的季节和年度变化。结果表明: 平水年羊草草原的日最大GPP和R_e分别为4.89和1.99 g C·m^-2·d^-1, 而干旱年GPP和R_e分别为1.53-3.01和1.38-1.77 g C·m^-2·d^-1。与平水年相比, 干旱年日最大GPP、R_e分别下降了38%-68%和11%-12%。平水年羊草草原累积的GPP、R_e分别为294和180 g C·m^-2, 而在干旱年分别为102-123 g C·m^-2和132-158 g C·m^-2。和平水年相比, 干旱年的GPP、R_e分别下降了58%-65%和12%-27%。用Van’t Hoff模型模拟的8个窄土壤含水量(θ)跨度生态系统呼吸(R_e)对土壤温度(T_s)的敏感程度表明: 曲线斜率在θ = 0.16-0.17 m³·m^-3范围内达到最大, 高于或者低于这个阈值, R_e对T_s的敏感度降低。干旱胁迫降低了生态系统生产力和生态系统呼吸量。与平水年相比, 干旱年的GPP比R_e下降的幅度更大, 干旱胁迫降低了内蒙古羊草草原的碳累积, 使生态系统由碳汇变为碳源。     

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。     

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.     

中亚热带森林转换对凋落物养分归还及养分利用效率的影响

为了解中亚热带森林转换对森林生态系统碳及养分循环的影响,以中亚热带米槠天然林、森林转换后的米槠次生林和杉木人工林为对象,对3种林分的凋落物量、养分归还量和养分利用效率进行4年研究.结果 表明:米槠天然林转换为米槠次生林和杉木人工林后,年凋落物量分别下降29.0％和45.7％,凋落物氮归还量分别下降34.0％和72.7％...     

凋落叶多样性对杉木幼苗生长及吸收15N标记硫铵的影响

利用¹⁵N硫铵研究了凋落叶多样性对杉木幼苗生长及养分吸收的影响.结果表明,凋落叶多样性的增加有利于盆栽杉木幼苗的生长.杉木、火力楠、红栲和刺楸4种凋落叶混合处理后,杉木幼苗的生长量最大;杉木、火力楠、刺楸3种凋落叶混合处理后的杉木幼苗生长量次之,其它依次为杉木、火力楠、红栲3种凋落叶混合处理>杉木和刺楸凋落叶处理>杉木和红栲凋落叶处理>对照>杉木和火力楠2种凋落叶混合处理>杉木凋落叶处理.就杉木幼苗对硫铵氮的吸收率而言,不作任何处理的杉木幼苗吸收率最高,其次为杉木、火力楠、红栲和刺楸4种凋落叶混合处理,其它依次为杉木、火力楠、刺楸3种凋落叶混合处理和杉木、火力楠、红栲3种凋落叶混合处理>杉木和刺楸凋落叶处理>杉木和红栲凋落叶处理>杉木和火力楠2种凋落叶混合处理>杉木凋落叶处理.另外,用凋落叶处理后,土壤中硫铵氮的残留量比不作凋落叶处理的土壤多,硫铵氮的总回收量也比不作凋落叶处理的土壤大幅增加,而且凋落叶多样性的增加也会增加硫铵氮的残留量.     

更新方式对亚热带森林土壤溶液可溶性有机质数量及化学结构的影响

采用负压法对福建省三明市亚热带常绿阔叶林中米槠次生林(BF)、米槠人促更新林(RF)、米槠人工林(CP) 0～15、15～30、30～60 cm土层土壤溶液可溶性有机质(DOM)的浓度及光谱学特征进行研究.结果表明: 土壤溶液可溶性有机碳(DOC)浓度整体趋势为RF>CP>BF,而可溶性有机氮(DON)则为米槠人工林最高;且 DOC 和 DON 在表层(0～15 cm)土壤浓度皆显著高于底层(30～60 cm).芳香化指数大小为RF>CP>BF,且整体为表层较高.米槠人工林表层土壤以荧光强度高的短波峰(320 nm)为特征峰,表明其易分解物质含量高,腐殖化程度较低;而米槠人促更新林表层土壤则以宽平的中长波峰(380 nm)为特征峰,说明其腐殖化程度较高,有助于土壤肥力的储存.此外,30～60 cm深层DOM特性几乎不受森林更新方式的影响.     

亚热带米槠林不同更新方式对土壤可溶性有机质降解性的影响

可溶性有机质(DOM)的生物降解性影响着土壤有机质的存留和释放,对深入认识森林土壤养分循环意义重大。为探究森林更新对土壤DOM降解特征的影响,选取亚热带地区米槠天然林(NF)、米槠次生林(SF)和米槠人工促进天然更新林(AR)土壤DOM溶液为研究对象,进行室内降解(42 d)试验。结果表明: 1)3种林分土壤可溶性有机碳(DOC)的降解率和易降解DOC的比例均为SF>AR>NF;可溶性有机氮(DON)和微生物生物量碳(MBC)是显著影响易降解DOC比例的因子;2)难降解组分占3种林分土壤DOC的大部分(72.3%～94.6%),其周转时间长,有利于稳定土壤有机质(SOC)的形成;3)土壤DOM最初的腐殖化指数(HIX_em)会影响易降解DOC的周转时间。DOM光谱结构随降解过程呈现动态变化,说明DOM中易降解组分被消耗完后,微生物会转而降解芳香类和疏水性物质以获取碳源。综上,米槠天然林更新为次生林和人促林后增加了易降解DOC的比例,提高了土壤DOM生物可降解性,不利于SOC的积累。     

中亚热带常绿阔叶林不同演替阶段土壤呼吸及其温度敏感性的变化

为探明中亚热带地区常绿阔叶林演替序列土壤呼吸(R_s)的变化趋势及其影响机制, 在福建省建瓯市万木林自然保护区选取演替时间分别为15年(演替初期)、47年(演替中期)和110年(演替后期)三个不同演替阶段, 进行了为期1年的野外原位观测。结果发现: 演替初期、中期和后期的R_s分别为2.38、3.32和3.91 µmol·m ^-2·s ^-1, 温度敏感性(Q₁₀值)分别为2.64、1.97和1.79; 与演替初期相比, 演替后期的R_s显著增加64.29%, Q₁₀值显著降低32.30%; 不同演替阶段R_s的季节变化模式相似, 温度和含水量可分别解释季节变化的69.5% (初期)、81.9% (中期)和61.3% (后期); 回归分析发现, R_s与凋落物年归还量、细根生物量和土壤全氮和土壤有机质碳含量显著正相关。表明本研究区内植被演替促进了土壤碳排放, 降低了土壤呼吸的温度敏感性; 土壤碳输入增加、养分含量的提高和细根生物量增大是中亚热带常绿阔叶林R_s随演替进程逐渐增大的主要原因。     

中亚热带不同类型米槠林凋落枝溶解性有机质动态及光谱学特性

以中亚热带不同类型米槠林为对象,研究了米槠天然林、次生林和人工林凋落枝在生产量持续增加阶段、高峰阶段、持续减少3种生产阶段溶解性有机质的动态及光谱学特性。结果表明:凋落枝生产阶段和森林类型显著影响米槠凋落枝溶解性有机质含量及光谱学特征。米槠天然林在凋落枝生产量持续减少阶段溶解性有机碳(DOC)含量较高,溶解性有机质在254、260和280 nm处的特征紫外吸光值(SUVA₂₅₄、SUVA₂₆₀、SUVA₂₈₀)较低,表明该阶段天然林凋落枝质量较高,具有较高的以溶解性有机质为载体的物质循环效率。米槠人工林在凋落枝生产量高峰阶段具有较高的总氮(TN)、总磷(TP)、溶解性总氮(TDN)和溶解性总磷(TDP)含量以及较低的DOC∶TDP和TDN∶TDP值,但次生林凋落枝溶解性有机质含量及其光谱学特征在各阶段无显著差异。米槠天然林和次生林凋落枝DOC、TDN和TDP与气温和降水量呈负相关,人工林凋落枝TDN、TDP与气温和降水量呈正相关。人工林凋落枝生产量在高峰阶段具有较高的养分含量,可能具有相对快速的物质循环效率,天然林在凋落枝生产量下降阶段以凋落枝溶解性有机质为载体的物质循环效率相对较高。     

九连山次生阔叶林幼苗生长对氮磷添加的响应

以亚热带森林的幼苗群落为对象,设置对照(CK)、氮添加(100 kg N·hm^-2·a^-1)、磷添加(50 kg P·hm^-2·a^-1)和氮+磷添加(100 kg N·hm^-2·a^-1+50 kg P·hm^-2·a^-1)4种处理的施肥样地,测定幼苗的株高、地径、冠幅、比叶面积、死亡率等指标,研究氮磷添加下幼苗的生长与群落结构的变化及其驱动力。结果表明: 与未施肥相比,磷添加下幼苗的株高增长率、地径增长率分别显著下降45.1%和30.3%;主要建群树种死亡率受到施肥的影响,氮添加显著增加米槠幼苗死亡率至25.1%,氮磷施肥显著提高丝栗栲死亡率至25.1%~31.3%,而氮添加、磷添加显著降低了木荷和润楠的死亡率;施肥显著降低了幼苗群落中木荷和丝栗栲的重要值,氮添加、磷添加显著增加了润楠幼苗的重要值。氮+磷添加显著降低了幼苗群落的Shannon指数、Simpson指数;幼苗生长主要受到土壤铵态氮、有效磷、全氮、林冠开度及比叶面积的影响,而幼苗死亡率主要受到土壤铵态氮、有效磷和林冠开度的影响。综合来看,氮磷添加主要通过调控土壤氮磷速效养分,进而改变叶片功能性状来影响幼苗的生长;加速外生菌根树种(米槠和丝栗栲)的死亡,改变幼苗群落建群种的重要值,降低物种多样性, 最终可能改变亚热带次生阔叶林成年树的群落结构。     

氮沉降对黄河三角洲芦苇湿地土壤呼吸的影响

2012年6月至2012年10月, 对黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地进行了模拟氮沉降试验, 氮沉降水平分别为对照(CK, 0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(LN, 50 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(HN, 100 kg N·hm^-2·a^-1)。利用LI-8100土壤碳通量测量系统测定土壤呼吸速率。结果表明, 氮沉降促进了芦苇湿地土壤呼吸作用, LN和HN处理使芦苇生长季(6-10月)平均土壤呼吸速率比CK分别提高19%和58%。积水改变了芦苇湿地土壤呼吸日动态。地面无积水时, 各处理土壤呼吸日动态均呈单峰型曲线; 地面有积水时, 土壤呼吸日动态峰值推后或无单峰型波动规律。积水影响土壤呼吸作用对温度的响应。地面无积水时, 各处理土壤呼吸速率均与气温呈极显著的正指数相关关系, 气温分别解释了CK、LN和HN处理下土壤呼吸季节变化的69.9%、64.5%和59.9%; 地面有积水时, 各处理土壤呼吸与气温相关性不显著。CK、LN和HN处理下土壤呼吸温度敏感性系数Q₁₀值分别为1.68、1.75和1.68, 表明LN处理增强了土壤呼吸温度敏感性, HN处理对其影响不显著。