南水北调工程对湖泊湿地土壤呼吸速率及碳排放的影响研究

【摘要】湿地是地球三大生态系统之一, 其碳汇功能对应对全球气候变化具有举足轻重的作用。为了阐明湖泊湿地土地利用变化条件下不同植物群落土壤呼吸速率变化及其与相关环境因子的关系, 运用LI-8100A开路式土壤碳通量测量系统, 测定了东平湖湿地典型植物群落(香蒲、芦苇、杨树林)以及应季作物的春季、夏季土壤呼吸速率, 并对大气温度、大气相对湿度、光照强度、土壤温度以及土壤水分等环境因子进行了监测。结果表明:东平湖湿地不同植物群落春夏土壤呼吸速率有明显不同, 夏季呼吸速率高于春季; 不同群落之间土壤呼吸速率也有较大差异, 应季作物土壤呼吸速率均值最大, 其次是香蒲群落和芦苇群落, 杨树林群落最小。从整体看, 南水北调东线工程的实施, 扩大了芦苇、香蒲群落和杨树林群落的面积, 减少了农作物的面积, 对减少碳排放起到了积极作用。为增强湖泊湿地的碳汇功能, 减少温室气体的排放, 应进一步增加湿地植物中木本植物的面积, 减少农作物种植面积; 不同土层温度对不同群落土壤呼吸速率的影响不同, 香蒲群落土壤呼吸速率与0-5 cm土层温度呈正相关, 芦苇群落土壤呼吸速率与0-5 cm, 5-10 cm土层温度呈正相关, 杨树林群落土壤呼吸速率与0-5 cm, 20-25 cm土层温度呈正相关关系。     

武夷山不同海拔植被土壤呼吸季节变化及对温度的敏感性

以武夷山国家级自然保护区为实验基地，研究了4种不同海拔高度上植物群落土壤呼吸速率的季节变化及其对温度的敏感性，以及与主要环境因子的关系.结果表明：4种不同海拔植物群落的土壤呼吸速率均具有明显且一致的季节变化，其中夏季土壤呼吸速率最大，为3.10～6.57 μmol CO₂·m^-2·s^-1，冬季最小，为0.27～1.15 μmol CO₂·m^-2·s^-1；土壤呼吸速率与土壤温度呈显著指数相关，不同样地土壤呼吸速率与土壤含水率和凋落物输入量的关系各不相同；高海拔地区土壤呼吸的Q₁₀值显著高于低海拔地区.在中亚热带地区，不同海拔土壤呼吸速率的季节波动主要受土壤温度的影响；在未来全球气候变暖的背景下，高海拔地区的土壤可能释放更多的CO₂.     

松嫩平原西部草甸草原典型植物群落土壤呼吸动态及影响因素

以松嫩平原西部草甸草原中典型植物虎尾草、碱茅、芦苇和羊草群落为对象,分析了4种植被群落土壤呼吸速率日动态和季节动态及其影响因素,以及土壤盐碱度与土壤呼吸碳排放量的关系.结果表明:4种植物群落的土壤呼吸速率日变化均呈明显的单峰曲线,峰值出现在11:00—15:00,而谷值大多出现在21:00—1:00或3:00—5:00;4种植被群落土壤呼吸速率的季节变化趋势一致,7、8月的土壤呼吸速率(3.21~4.84μmol CO2·m-2·s-1)最高,10月最低(0.46~1.51μmol CO2·m-2·s-1);各群落土壤呼吸速率与土壤和近地表大气温度之间呈极显著相关关系,其中,虎尾草群落的土壤呼吸速率与土壤表层含水量极显著相关,芦苇和羊草群落土壤呼吸速率与近地表的相对湿度显著相关.土壤盐分含量明显抑制了土壤CO2排放量,土壤pH、电导率和土壤交换性钠可以解释该草甸草原土壤呼吸空间变异的87%~91%.     

准噶尔盆地两种荒漠群落土壤呼吸速率对人工降水的响应

通过野外定位观测准噶尔盆地荒漠植物群落(假木贼群落和盐穗木群落)在不同人工模拟降水强度下的土壤呼吸、土壤温度和湿度动态,探讨了荒漠群落土壤呼吸速率对降水后土壤增湿的响应.结果发现两种荒漠植物群落的土壤呼吸速率均出现了模拟降水后10min减小、随后逐渐增加、达到最大值后再次衰减的现象.降水处理的土壤呼吸速率最大值出现滞后于对照处理,且呼吸速率最大值及最大值后的递减速率普遍高于对照.降水后土壤呼吸速率变化受温度和土壤湿度共同影响,降水后10min土壤呼吸速率的减小与土壤湿度最大值同步,呼吸速率最大值出现时间与地表温度一致,在降水后180～300min.2类群落3种降水处理间的土壤呼吸速率在模拟降水后(0～450min时段)均未达到显著差异.假木贼群落以5mm降水处理的平均土壤呼吸速率最大,盐穗木群落则以2.5mm 处理最大.土壤呼吸速率对模拟降水的响应受降水量、降水前土壤湿润状况、土壤质地等多种因素影响.     

山西岚县皇姑梁小流域人工植物群落生态

应用双向指示种分析法（TWINSPAN）和除趋势对应分析（DCA）等数量分析方法,对山西岚县皇姑梁小流域人工植物群落生态关系进行研究,将该人工植被划分为12个群丛,分别位于不同的海拔高度和坡向。分类结果很好地反映了人工植物群落类型及优势种的分布与环境因子的关系,并在DCA二维排序图上得到了较好的验证。DCA排序轴反映了群落土壤含水量、坡向、海拔高度、人工植被恢复时间和物种多样性的梯度变化,表明土壤含水量、坡向、海拔高度、物种类型及其配置模式是影响人工植物群落分布和变化的主要环境因子,不同物种配置模式对群落演替和物种多样性变化有重要影响,油松＋华北落叶松．沙棘、小叶杨＋油松、油松-沙棘、油松-柠条锦鸡儿等组成的乔灌混交林的物种多样性高于柠条锦鸡儿灌木纯林,并且油松＋华北落叶松-沙棘混交林的物种多样性高于小叶杨＋油松混交林,混交林的生态恢复效果优于纯林,并且对该小流域的生态恢复作用明显。华北落叶松适合在该小流域海拔较高的梁坡顶、半阳坡、半阴坡和阴坡生长,小叶杨适合在其海拔较低的沟底、半阳坡和半阴坡生长,而油松、沙棘、柠条锦鸡儿的生态适应性强,可在其不同海拔和坡向生长。人工植物群落的演替进程,遵循地带性植物群落演替规律。随着群落演替,野生植物不断侵入,油松、华北落叶松、小叶杨等人工林郁闭度增加,沙棘、柠条锦鸡儿等逐渐退化,油松、华北落叶松、小叶杨等出现枯枝、死株现象,这是自然稀疏的结果,亟待加强管理。     

长白山苔原植被变化对土壤呼吸影响研究

气候变化导致长白山苔原由灌木苔原向灌草苔原演化,对土壤呼吸及碳循环造成了重要影响。为了明确植被变化对苔原土壤呼吸的影响,该研究选取了长白山苔原典型的群落,测定分析了不同草本植物盖度下的土壤呼吸的季节动态变化及差异。结果表明：(1)在生长季,3个群落下不同变化阶段样地的土壤呼吸速率均有明显的动态变化,均呈单峰型变化特征;草本植物盖度增加没有改变土壤呼吸的季节动态变化趋势。(2)草本植物盖度增加对土壤呼吸速率有显著影响,随着草本植物盖度的增加,土壤呼吸速率也逐渐增大。(3)不同植物群落下土壤呼吸不同,在草本植物盖度相同的条件下土壤呼吸速率依次为：牛皮杜鹃 小叶章群落>牛皮杜鹃 地榆群落>笃斯越桔 苔草群落。(4)不同群落草本植物盖度增加对土壤呼吸的增速效应不同,牛皮杜鹃 小叶章群落的土壤呼吸增速最快,笃斯越桔 苔草群落的次之,牛皮杜鹃 地榆群落最小;草本植物盖度的增加也使3个群落之间土壤呼吸的差值出现明显的变化。     

温带草原11个植物群落夏秋土壤呼吸对气温变化的响应

 在夏秋季节,采用碱液吸收法对锡林郭勒草原11个群落的土壤呼吸进行了测定,比较和分析了各群落土壤呼吸的季节动态、平均呼吸速率、土壤呼吸对气温变化的响应。结果表明：1）各群落土壤呼吸有明显的季节变化,其动态与气温大体一致,但不完全同步; 2）生长季各群落平均呼吸速率介于565.07～1 349.56 mg C·m-2·d-1之间,总体差异极显著,各群落平均呼吸速率与平均气温无显著相关关系;3）指数模型能较好地表示土壤呼吸对温度变化的响应,温度能在一定程度上解释土壤呼吸的季节变化,但温度较低时模型的拟合好于温度较高时;4）各群落的Q10值介于1.47～1.84之间,与各群落的平均气温亦无显著相关关系,小麦群落的Q10高于所有草地群落,说明土地利用方式对土壤呼吸的温度敏感性有影响。     

干旱区荒漠生态系统的土壤呼吸

采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定了准噶尔盆地高(B)、低(A)两个盖度级3个典型荒漠植物群落梭梭、盐穗木、假木贼的土壤呼吸速率,比较分析了各样地土壤呼吸的变化特征及水热因子对荒漠土壤呼吸特征的可能影响.结果表明:生长季,土壤呼吸速率存在明显的日变化和季节变化规律,不同盖度和群落类型的荒漠土壤呼吸速率变化形式基本相同.日变化格局最高值出现在12:00～14:00,最低值在8:00或20:00;夏季各月(6、7、8月份)土壤呼吸速率高于秋季月份(9、10月份),春季(5月份)最低.高盖度梭梭群落样地日平均土壤呼吸速率与其他样地存在显著差异.各样地土壤呼吸速率与地表温度呈不同程度的正相关,而与土壤温度的相关性较弱;高盖度盐穗木样地(土壤湿度最高)、梭梭样地(土壤湿度最低)土壤呼吸速率与土壤湿度呈显著负相关.地表温度-土壤湿度的多变量模型能在更大空间尺度解释荒漠土壤呼吸速率时间变化的61.9%.样地间土壤呼吸速率的差异可能主要受土壤湿度影响.高、低盖度的梭梭、盐穗木和假木贼群落的Q10值分别为1.34、1.3、1.65、1.58、1.17和1.31,平均值1.39.     

锡林河流域两类植物群落土壤呼吸特征的比较

采用碱液吸收法对锡林河流域一个半干旱典型草原群落的土壤呼吸进行了5个月的野外测定,并对其与气候因子和生物量之间的关系进行了分析.另选择了锡林河岸边的一个沼泽化草甸群落作为对比来研究土壤湿度和植被类型对土壤呼吸的影响.主要结果包括:1)两个群落土壤呼吸的季节动态基本一致,均出现了两个峰值,其中草原群落和草甸群落土壤呼吸速率的变化范围分别为312.8～1 738.9mgC@m-2@d-1和354.6～2 235.6 mg C@m -2@d-1.草甸群落的土壤呼吸速率明显高于草原群落,它们的日平均土壤呼吸速率分别为1 349.6 mg C@m-2@d-1和785.9mg C@m-2@d1;2)在草原群落中,土壤呼吸速率与土壤湿度的相关性比其与温度的关系更加显著,而在草甸群落正好相反,反映出这两种气候因子在不同生境中起着不同的作用.根据土壤呼吸与气温之间的同归关系外推出2001年生长季草原群落和草甸群落的土壤呼吸量分别为142.4 g C/m2和236.1 g C/m2;3)在草甸群落中,地上总生物量与土壤呼吸速率之间没有显著的相关关系,而地上部活体生物量与土壤呼吸速率之间则存有很显著的幂函数关系.在草原群落中,土壤呼吸速率与地上活体生物量或地上总生物量的相关性均很弱.     

东北羊草草原主要植物群落土壤过氧化氢酶活性的研究

东北羊草草原3种植物群落土壤过氧化氢酶活性的季节变化曲线基本都呈抛物线型,虎尾草群落季节变化幅度比羊草群落和碱茅群落大,造成这种现象的原因可能是“种子效应”,对不同土层度过氧化氢酶活性与环境因子的相关分析表明,土壤过氧化氢酶活性随着土层的加深而递减,并与降雨量和大气温度有较强的相关性,且受土壤温度和土壤含水量的协同作用,此外,土壤过氧化氢酶活性与地上植被明显相关,可以反映出植物群落的生长状态。     

半干旱黄土丘陵区沙棘和柠条水分利用与适应性特征比较

对半干旱黄土丘陵区坡地多年人工沙棘(Hippophae rhanvnoides)与柠条(Caragana korshinskii)林的土壤水分状况、生产力月动态以及光合生理和水势日变化特征进行比较．结果表明,沙棘与柠条深层土壤均存在不同程度的旱化现象,沙棘林在季节性土壤水分补偿深度和对深层低土壤水分的利用能力方面要强于柠条林．沙棘林的年度生产力大于柠条林．沙棘能够随着土壤水分条件的改善,而提高水分利用效率;柠条具有高光合特别是高蒸腾的光合生理特征,叶片水分利用效率较沙棘低．沙棘与柠条均兼具有御旱性与耐旱性,但沙棘对干旱的适应方式更积极主动．     

半干旱黄土丘陵区人工林叶面积特征

 该文通过对黄土丘陵区4个密度的刺槐（Robinia pseudoacacia）人工林、3个密度的侧柏（Platycladus orientalis）人工林生长季叶面积变化的研究，揭示了不同密度林分叶面积生长与林分密度的关系；通过对灌木生长季叶面积变化的研究，建立了灌木柠条(Caragana korshinskii)、沙棘（Hippophae rhamnoides）和紫穗槐（Amorpha fruticosa）叶面积与叶鲜重、枝条基径的经验公式，为半干旱区灌木生长调查提供了一种方便、快捷的方法。结果表明：1）刺槐和侧柏各密度林分的单株林木叶面积和叶面积指数均在9月达到最大值，其中刺槐林叶面积指数峰值可达到10.5，侧柏峰值可达到3.2；灌木柠条、沙棘和紫穗槐叶面积和叶面积指数都在8月份达到各自的最大值，柠条、沙棘和紫穗槐的叶面积指数峰值分别为1.1 95、1.123和1.882；2）刺槐叶面积与叶鲜重具有极显著相关的幂函数关系，侧柏、柠条、沙棘、紫穗槐叶面积与叶鲜重具有极显著相关的线性函数关系，其中柠条枝条基径与叶面积还具有极显著相关的幂函数关系，沙棘、紫穗槐枝条基径与叶面积还具有极显著相关的线性函数关系；3）黄土丘陵区，由于林地土壤水分条件的限制，承载力有限。人工林进入生长盛期后， 不同密度刺槐和侧柏林分叶面积指数趋于一致，与最初的造林密度和现存密度没有关系。在不同密度的刺槐和侧柏林分间，单株叶面积与其林分密度成反比。在对上述结果分析的基础上得出：黄土丘陵区，由于林地土壤水分条件的限制，承载力有限。该文所研究的刺槐和侧柏各林分均已达到了当地土地承载力的上限，基于提高单株林木质量的考虑，建议刺槐林郁闭后的密度不超过833株&;#8226;hm^-2，侧柏则不超过1 111株&;#8226;hm^－2。如以全林分生物量为目标，林分密度也可适当减小。     

哀牢山中山湿性常绿阔叶林土壤呼吸季节和昼夜变化特征及影响因子比较

 由于受到多种生物和非生物因素的影响,土壤呼吸在不同时间尺度上的动态变化可能不一致。对不同时间尺度的土壤呼吸动态变化的研究有助 于深入了解土壤呼吸变化的机理,也有利于精确推算土壤碳的排放。采用红外CO₂分析法测定哀牢山中山湿性常绿阔叶林季节间(2004年4月～ 2005年3月)和昼夜间 (2004年7、9和11月及2005年1、3和5月共6次)的土壤呼吸。哀牢山中山湿性常绿阔叶林中土壤呼吸的季节变化显著,其中 湿季(5～10月)的土壤呼吸高于干季(11月～翌年4月),全年土壤呼吸的平均值为0.442 g CO₂&;#8226;m^－2&;#8226;h^－1。6 次测定的土壤呼吸日变化模式并不 相同,7和9月、翌年1和3月夜间土壤呼吸大于昼间土壤呼吸,11月和翌年5月则相反;5、7和9月昼夜间的土壤呼吸最大值与最小值的差异比11 月、翌年1和3月的测定结果大。季节间土壤呼吸与土壤温度(p=0.000)和土壤含水量(p=0. 007) 均有显著的指数相关,土壤温度可以解释土壤 呼吸变化的56.1％,土壤含水量可以解释土壤呼吸变化的11.1％。不同季节测定的土壤呼吸日变化与土壤温度、气温和土壤含水量则没有显著 的指数相关。由土壤呼吸与土壤温度拟合的指数方程计算Q₁₀值,在温度为 5.9～16.6 ℃内,全年土壤呼吸的Q₁₀值为4.53,在温度为5.9～ 11.0 ℃内,干季土壤呼吸的Q₁₀值为7.17,在温度为10.3～16.6 ℃内,湿季土壤呼吸的Q₁₀值为2.34。在不同时间尺度上,生物和非生物因素 对哀牢山中山湿性常绿阔叶林的土壤呼吸表现出不同的影响。土壤呼吸的季节变化主要受非生物因子温度和水分变化的调控,而土壤呼吸的昼 夜变化则可能主要受植物的生理活动周期性等生物因素的影响。通过温度的指数函数关系,用土壤呼吸的瞬时值来推算土壤呼吸的日通量和年 通量时,需要考虑温度和水分外的其它生物因子的影响。     

黄土区大型露天煤矿废弃地植被恢复过程中的植被动态

生境再造与植被恢复是黄土区露天矿生态重建的核心 ,其中植被恢复是生态重建的保证。以我国平朔安太堡露天煤矿为例 ,采用野外调查、统计分析相结合的方法 ,对 1 985～ 2 0 0 1年矿区植被恢复过程中的植被动态进行研究。结果表明 :该区的人工植被经过演变 ,植物种的组成发生较大变化 ,由单一的物种组成结构逐渐发展为复杂的物种组成结构 ,并逐渐趋于动态的平衡。通过研究同一植物在不同配置模式下的生长情况 ,以及它们之间的相互影响 ,得出该区人工植被的较好模式为 :刺槐×油松×柠条、刺槐×油松、刺槐×沙棘和刺槐纯林。首次运用多样性指数、生态优势度、均匀度 ,对该区主要复垦植被群落进行分析 ,进一步预测了人工植被的演替方向 :刺槐林→刺槐林、沙棘林→沙棘林、沙棘×刺槐→刺槐、刺槐×油松→刺槐×油松和刺槐×油松×柠条→刺槐×油松×柠条。     

黄土高原适生树种苗木的耗水特性

黄土高原适生树种苗木的耗水特性韩蕊莲,梁宗锁,侯庆春,邹厚远（中国科学院西北水土保持研究所,杨陵７１２１００）ＷａｔｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｄａｐｔａｂｌｅｎｕｒｓｅｒｙｓｔｏｃｋｓｏｎＬｏｅｓｓｐｌａｔｅａｕ￥ＨａｎＲｕ...     

栽培模式对沙棘人工林土壤微生物群落结构和参与氮循环功能基因的影响

以沙棘×油松混交林、沙棘×侧柏混交林、沙棘×刺槐混交林、沙棘纯林的土壤为研究对象,对其土壤微生物种群结构、参与氮循环功能基因丰度进行了检测.结果表明: 沙棘与油松或侧柏混交能显著增加林地土壤总磷脂脂肪酸(总PLFA)、细菌脂肪酸(BPLFA)和革兰氏阳性菌脂肪酸(G⁺PLFA)含量,而真菌脂肪酸 (FPLFA)含量无明显变化.两种混交林地土壤的nifH、amoA、nirK和narG基因丰度明显高于沙棘纯林土壤.土壤总PLFA、G⁺PLFA、革兰氏阴性菌生物量(G^-PLFA)和4种功能基因的丰度均与土壤pH、土壤有机碳、总氮、NH₄⁺-N、速效钾呈显著正相关.不同栽培模式人工林土壤微生物群落和基因丰度的差异主要与土壤理化特性有关.沙棘与油松或侧柏混交为当地2种较好的栽培模式,能有效地改善土壤质量.     

Development of plant communities after restoration of the Antaibao mining site,China

To investigate the dynamic changes in the artificial vegetation in an abandoned mining site,we analyzed the relationships among community types,environmental variables and community structure in the process of vegetation restoration in the Antaibao mining site,China by survey of the communities and use of biological dating methods.By means of the quantitative classification method (two-way indicator-species analysis,TWINSPAN) and the ordination technique (de-trended correspondence analysis,DCA; and de-trended canonical correspondence analysis,DCCA),the plant communities were classified into seven groups:community Ⅰ,Robinia pseudoacacia + Pinus tabulaeformis-Caragana korshinskii-Agropyron cristatum; community Ⅱ,Robinia pseudoacacia-Hippophae rhamnoides-Artemisia capillaries; community Ⅲ,Ulmus pumila-Elaeagnus angustifolia-Artemisia capillaries;community Ⅳ,Caragana korshinskii-Agropyron cristatum+Artemisia capillaries;community Ⅴ,Hippophae rhamnoides-Elymus dahuricus;cornrnunity Ⅵ,Elaeagnus angustifolia+Hippophae rhamnoides-Brassica jucea;community Ⅶ,Hippophae rhamnoides+Elaeagnus angustifolia-Salsola collina.We conclude that the community types and diversity are mainly influenced by the succession time and the soil organic matter content.The forest community is more adaptable to the special inhabitation than the shrub community.     

黄土高原小叶杨与其他树种枯落叶混合分解对土壤性质的影响

将小叶杨分别与其他11个树种枯落叶粉碎混合后进行室内分解培养,分析不同树种枯落叶混合分解对土壤性质的影响及其相互作用.结果表明:12个树种枯落叶单独混土分解均明显提高了土壤脲酶、脱氢酶、磷酸酶活性和有机质、碱解N含量,但对土壤速效P含量和土壤阳离子交换量(CEC)的影响差异较大,其中柠条和紫穗槐枯落叶改善土壤性质的效果明显.小叶杨分别与油松、侧柏、刺槐、白榆枯落叶混合分解,对土壤微生物数量的影响存在相互促进作用;小叶杨分别与侧柏、柠条枯落叶混合分解对土壤有机质、速效P、速效K含量和CEC的影响存在相互促进作用,但对土壤大部分酶活性的影响却存在相互抑制作用;小叶杨与落叶松枯落叶混合分解对土壤多数酶活性和养分含量的影响存在相互促进作用,而与樟子松枯落叶混合分解时则有抑制作用.总体上,小叶杨分别与白榆、油松、落叶松和刺槐枯落叶混合分解可促进土壤性质的改善,而与侧柏、柠条、樟子松、沙棘和紫穗槐枯落叶混合分解时则相互抑制.     

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。