北京市奥林匹克公园不同地表类型对土壤动物多样性的影响

城市化对城市土壤动物有重要影响,为了探究城市中不同的地表覆盖类型对土壤动物多样性和群落结构的胁迫作用,以北京市奥林匹克公园为例,于2013年秋季通过Baermann法和Tullgren法研究了4种不同地表类型(裸地、完全硬化地表、部分硬化地表、草坪)下的0～5、5～10、10～15 cm 3个土层深度下土壤动物群落结构和多样性的变化.结果表明： 4种地表类型下,单位体积(100 cm³)内土壤动物的个体总数表现为：草坪(210只)>部分硬化(193只)>完全硬化(183只)>裸地(90只).线虫占总捕获量的72.0%～92.8%,为共有优势类群.类群数上,草坪下土壤动物类群数显著高于裸地.在垂直方向上,除了完全硬化外,其他3种地表类型下的土壤动物具有明显的表聚现象.裸地的Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数显著低于其他类型,但Simpson优势度指数显著高于其他类型.草坪的Shannon多样性指数和Margalef丰富度指数最高.硬化类型下土壤动物的多样性介于草坪和裸地之间.从群落相似性来看,除完全硬化和草坪表现为中度相似外,其他地表类型间土壤动物群落相似性指数均表现出中等不相似的特征.动物的多样性指标与土壤温度、pH、速效钾均有显著相关性.     

城市不同地表覆盖类型下土壤有机碳矿化的差异

土壤有机碳(SOC)矿化是陆地生态系统碳循环的重要过程。因受到强烈的人为干扰,城市土壤生态服务功能严重退化,进而对城市土壤地球化学循环尤其是碳循环产生深刻的影响。以北京市奥林匹克森林公园的5种典型地表覆盖类型(草坪、灌木、行道树、植草砖、硬化地表)下土壤为研究对象,研究了城市不同地表覆盖类型下土壤有机碳矿化过程及固碳能力的差异。结果表明,城市5种地表覆盖类型下的土壤有机碳矿化趋势与自然生态系统中的土壤基本一致,都表现为前期矿化较为快速,后期明显减慢并且趋于平稳;不同地表覆盖类型下土壤的有机碳矿化作用有显著差异,灌木、行道树、植草砖覆盖下土壤有机碳矿化能力较强,硬化地表和草坪较弱,与土壤有机碳含量特征类似;一级动力学方程对各土样有机碳矿化过程的模拟结果较好,结果显示草坪覆盖下土壤固碳能力较强,灌木覆盖下次之,行道树、植草砖和硬化地表覆盖下较弱;土壤固碳能力的高低并不对应着土壤有机碳含量的高低,城市人为干扰和外源有机碳的输入对土壤有机碳储量影响较大;硬化地表下不同土层有机碳矿化作用无明显差异,而其他地表覆盖类型下的土壤有机碳矿化作用随土层加深显著减弱,特别是植草砖和行道树特征最为明显;各地表覆盖类型下土壤固碳能力随土层深度变化的规律不显著。城市土壤有机碳矿化的最主要限制因子是土壤有机碳的含量,土壤p H值、养分含量、粘粒含量等性质也通过影响土壤有机碳含量及微生物活动等对土壤有机碳矿化过程产生影响。     

华南丘陵区不同土地利用方式下土壤呼吸

采用静态箱-气相色谱法对华南丘陵区针叶林和果园土壤呼吸及其主要影响因子进行了观测。结果表明:针叶林和果园含凋落物年均土壤呼吸分别为(1.96±0.09)和(6.56±0.32)kg.m-2.a-1;不含凋落物年均土壤呼吸分别为(1.60±0.07)和(5.30±2.80)kg.m-2.a-1。土地利用方式对土壤呼吸的影响较大,果园土壤呼吸明显大于针叶林(P<0.01)。针叶林和果园土壤呼吸季节变化模式相似,即雨季较高而旱季较低。不同土地利用方式下不同处理土壤呼吸均与地下5cm土壤温度、地表温度和气温呈显著指数相关。利用Q10模型计算出针叶林和果园土壤呼吸Q10值变化范围在1.73～3.30。土壤呼吸与土壤含水量显著相关。温度和土壤含水量能部分解释针叶林和果园土壤呼吸的季节变化。针叶林和果园由凋落物分解释放的CO2对土壤呼吸的贡献分别为18.14%和19.08%。     

南京城市公园绿地不同植被类型土壤呼吸的变化

子2007年10月-2008年9月,利用Li-6400便携式光合作用仪配合土壤呼吸气室对南京中山植物园内草坪、疏林和近自然林3种植被类型的土壤呼吸速率的季节变化及其影响因子进行了测定.结果表明:不同植被类型土壤呼吸速率具有明显的季节变化,夏季(8月)较高,近自然林、疏林和草坪类型分别为3.28、4.07和7.58 μmol·m~(-2)·s~(-1),冬季(12月)最低,近自然林、疏林和草坪类型分别为0.82、0.99和1.42 μmol·m~(-2)·s~(-1);不同植被类型的年均土壤呼吸速率有显著差异(P＜0.05),平均土壤呼吸速率大小排序为草坪>疏林>近自然林;不同植被类型的土壤呼吸速率与土壤温度呈显著性指数相关关系,与土壤含水率无显著相关关系;Q_(10)值均随着土层深度的增加而增加;不同植被类型的Q_(10)值存在一定程度的差异,近自然林类型的Q_(10)值大于草坪和疏林类型的Q_(10)值.研究表明,城市如果大量发展草坪可能增加土壤CO_2的排放.

Abstract：

By using Li-6400 portable photosynthetic apparatus connected to soil chamber,the soil respiration rate under three vegetation types(lawn,open woodland,and close-to-nature forest)in Nanjing Zhongshan Botanical Garden was measured from October 2007 to September 2008,with related affecting factors analyzed.The soil respiration rate had obvious seasonal fluctuation,being the highest in summer(August)and the lowest in winter(December).For the close-to-nature forest,open woodland,and lawn,their soil respiration rate in summer was 3.28,4.07,and 7.58μmol·m~(-2)·s~(-1),and that in winter was 0.82,0.99,and 1.42μmol·m~(-2)·s~(-1),respectively.The annual mean soil respiration rate differed significantly with vegetation type(P＜0.05),which was in order of close-to-nature forest＜open woodland＜lawn.The soil respiration rate had significant exponential correlation with soil temperature,but no correlation with soil moisture.The Q_(10) value increased with increasing soil depth,and was larger in close-tonature forest than in open woodland and lawn.Our results indicated that the rapid development of lawn in urban green space could increase the urban soil CO_2 emission.     

城市地表硬化对植物生理生态的影响研究进展

城市地表硬化是城市发展和扩张的主要表征之一,也是影响城市生态环境及植物生理生态的重要原因。在分析城市地表硬化引起植物生态因子变化的基础上,重点综述了地表硬化对植物气体交换、水分平衡、养分循环等生理生态过程的影响,归纳了不同地表硬化性质、气候季节变化、植物类型以及群落结构等因素对地表硬化景观植物生理生态影响的差异。探讨了目前该领域研究中存在的问题,并提出今后研究建议,以期为优化城市生态用地结构,提高城市植物的生态系统服务,改善城市和人居环境提供一定的科学依据。     

黄土高原四种人工植物群落土壤呼吸季节变化及其影响因子

以黄土高原侧柏、柠条、沙棘和油松人工植物群落为对象,土壤呼吸日动态和季节变化及其与环境因子之间的关系,结果表明:4种植物群落土壤呼吸速率具有典型的日变化和季节变化模式, 4种群落中,以侧柏6月土壤呼吸日变幅最大,沙棘6月土壤呼吸日变幅最小,大部分群落不同月份最大土壤呼吸与最小土壤呼吸倍数在1.1～1.6之间.4种群落中,以柠条土壤呼吸季节变幅最大,侧柏最小,最大土壤呼吸与最小土壤呼吸的倍数为1.5～2.2倍之间.同一植物类型土壤呼吸具有明显的季节变化特征,其具体变化趋势因植物类型而异.4种植物群落土壤呼吸速率与土壤和大气温度以及土壤含水量的关系在不同季节表现为不同的关系,其中侧柏和柠条土壤呼吸与土壤温度均呈乘幂关系,与大气温度为指数关系.沙棘土壤呼吸与土壤温度和大气温度均为乘幂关系,油松土壤呼吸与土壤温度和大气温度均为线性关系.这表明土壤呼吸与土壤和大气温度之间的关系及其紧密程度因植被类型而异.综合分析表明,同一气候区相同环境因子对不同植物群落土壤呼吸的影响作用不同,且因其自身具有明显的季节变化,从而导致对土壤呼吸的调控作用也具有明显的季节变异模式.     

旱作农田不同耕作土壤呼吸及其对水热因子的响应

为研究旱作农田春玉米生育期不同耕作土壤呼吸变化特征及其对水热因子的响应情况,在山西省寿阳县旱农试验基地采用红外气体分析法测定了传统耕作(CT)、少耕(RT)和免耕(NT)土壤呼吸速率,并同步测定了各土层土壤水分、温度.研究表明:在春玉米生育期内,土壤呼吸速率均呈单峰型变化趋势,峰值出现在8月;传统耕作与少耕土壤呼吸速率变化趋势基本一致,而免耕土壤与前两者相比波动幅度较大;土壤呼吸峰值与水分、温度之间无明显相关,其余时期土壤呼吸与水分、温度因子具有良好的相关性;双因子模型较单因子模型能更好的描述土壤呼吸与水分、温度之间关系,基于水热双因子(10-20 cm)的指数-幂模型能够解释土壤呼吸变化的81％-87％ (P＜O.01);3种耕作土壤呼吸对水热因子协同影响的敏感性表现为CT＞NT＞RT.     

人工覆盖地表对北京典型绿化树光合特性的影响

地表硬化影响城市绿化树生长及生态服务功能的发挥,研究人工覆盖地表下城市绿化树关键生理过程具有重要意义.采用田间模拟试验方法,布设对照(自然地表)、透水硬化和不透水硬化3种覆盖地表,栽植北京2种典型绿化树白蜡和元宝枫,栽植后第4年野外测定其叶片光合及相关生理生态参数,分析人工覆盖地表对北京典型绿化树光合特性的影响.结果表明:白蜡和元宝枫光合作用对不同人工覆盖地表的响应存在差异,对于白蜡而言,透水硬化和不透水硬化地表均使其净光合速率显著降低,对于元宝枫而言,仅不透水硬化地表导致其净光合速率显著降低,透水硬化地表并未对其造成显著影响.透水硬化和不透水硬化地表的空气相对湿度和土壤体积含水率低于对照,植物可利用水分减少,叶片气孔导度下降是白蜡和元宝枫净光合速率降低的主要原因.透水硬化和不透水硬化地表使白蜡PSⅡ有效光化学量子产量(F_v′/F_m′)下降,不透水硬化地表使元宝枫PSⅡ实际光化学量子效率(Φ_PSⅡ)和表观电子传递速率(ETR)升高.     

硬化地表对不同树种土壤微生物群落结构和功能的影响

城市硬化地表可减少土壤有机物输入,并改变土壤理化性质,由此可能影响土壤微生物群落结构和功能,但目前国内外相关研究较少。为研究不同树种下土壤微生物群落对硬化地表的响应,设置透水硬化地表(Pervious pavement, P)、不透水硬化地表(Impervious pavement, IP)和自然地表(Control, C)3个处理水平的地表类型,并栽种北方常见的常绿针叶树油松(pine,Pinus tabulaeformis)和落叶阔叶树白蜡(ash,Fraxinus chinensis)。采用氯仿熏蒸浸提法、磷脂脂肪酸法(PLFA)及BIOLOG培养法分别测定了土壤微生物量、群落结构和功能多样性。结果表明:(1)与自然地表(C)相比,硬化地表下土壤微生物生物量碳、氮含量显著降低(P0.05),土壤微生物群落组成和群落功能多样性发生了改变。透水和不透水硬化地表下土壤微生物细菌、真菌数量降低,真菌/细菌(fungi/bacteria, F/B)、cy/pre(环丙基脂肪酸/前体结构cyclopropyl fatty acid/monoenoic precursors)和sat/mono(一般饱和脂肪酸/单不饱和脂肪酸normal saturated fatty acid/monounsaturated fatty acid)等环境压力指标均显著升高(P0.05),且土壤微生物cy/pre值在不透水硬化地表下显著高于透水硬化地表下,表明不透水硬化地表下土壤环境压力更大;不透水硬化地表下土壤微生物对糖类、氨基酸类、羧酸类、胺类和聚合物的利用显著降低(P0.05),微生物群落功能丰富度及多样性指数显著降低(P0.05)。(2)土壤微生物群落结构和功能多样性在不同树种间存在一定差异。油松树下土壤微生物真菌、丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)和F/B值在透水和不透水硬化地表下均显著降低(P0.05),而白蜡树下只在透水硬化地表下显著降低(P0.05);硬化地表使土壤微生物对糖类、氨基酸类和聚合物的利用强度在油松和白蜡树下表现出显著差异。硬化地表对土壤微生物的影响将进一步影响城市绿地的养分循环、树木生境和生态系统服务功能。     

不同土地利用对土壤有机碳储量及土壤呼吸的影响

为了探讨土地利用方式对土壤碳储及土壤呼吸的影响,对安徽沿淮洼地杞柳纯林、杞柳-杨树混交林及杨树纯林3种不同土地利用方式下土壤有机碳储量及土壤呼吸特点进行了比较。结果表明:杞柳纯林、杞柳-杨树混交林、杨树纯林0～30cm土壤有机碳含量分别为6.80、8.50和7.71g·kg-1,土壤有机碳密度分别为2.88、3.26和2.95kg·m-2,土壤有机碳含量和土壤碳密度随土层深度的增加而降低。不同土地利用类型土壤呼吸年平均值分别为1.68μmol·m-2·s-1(杞柳纯林)、2.33μmol·m-2·s-1(杞柳-杨树混交林)、1.61μmol·m-2·s-1(杨树纯林),土壤呼吸日均值最高出现在夏季(6.64μmol·m-2·s-1),最低为冬季(0.13μmol·m-2·s-1)。相关分析表明,土壤呼吸速率与地表气温之间呈显著的指数关系,杞柳纯林、杞柳-杨树混交林、杨树纯林的相关系数R2分别为0.71、0.62、0.54。杞柳-杨树混交林较杞柳纯林有利于土壤有机碳的固定,杞柳纯林土壤有机碳储量偏低,与其粗放经营有关。在今后的栽植管理中,应采取合理的耕作施肥措施,在提高土壤肥力的同时增强土壤的碳固定。     

近20年城市遥感研究现状及其发展趋势

随着城市化进程的不断加速,城市遥感研究已成为地理学、生态学、城市规划学等学科领域主要发展方向之一。城市化使人口与经济增长的同时,也使得城市原有的生态环境状况发生改变,从而引起了一系列城市生态环境问题。城市遥感是一门多学科交叉研究领域,近年来已经取得了一系列显著的研究成果。对近年来城市遥感研究涉及的城市地表温度、边界扩张、不透水表面、景观格局以及生态安全5个方面的理论、研究方法、应用动态以及发展方向进行了较为详细的总结与探讨。主要得出如下结论：（1）数据源从单个遥感数据研究走向多源遥感数据融合发展,多源遥感数据尤其是结合高分辨率数据越来越多的被应用到城市研究的各个领域中;（2）城市遥感的研究目标不断扩展、深化和聚焦;（3）城市遥感研究已开始从二维空间向三维空间拓展;（4）城市遥感涉及的研究对象之间相互作用,相互影响在深入解读城市遥感研究理论意义和潜在挑战的基础上,结合最新研究对本文所涉及的主题进行了补充和完善,为城市典型生态环境问题的解决提供新的思路;今后应按照城市形态与构成、城市关键要素、生态环境响应、生态环境评价以及城市扩展与环境预测的体系结构进行综合分析。     

黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子

于中国科学院长武生态试验站(始于1984年),采用动态密闭气室法(Li-8100,USA)于2008年3月至2009年3月监测了裸地土壤呼吸日变化、季节变化以及0-60cm土层的温度和含水量,研究了裸地土壤呼吸的日变化、季节变化特征及其与土壤温度和含水量之间的关系。结果表明:裸地土壤呼吸四季的日变化和季节变化均呈单峰型曲线,与气温变化趋势一致;日变化峰值出现在14:00左右或16:00左右,最低值出现在0:00左右或者6:00左右;季节变化表现为夏季最高,冬季最低,春秋季无明显差异,年平均呼吸速率为0.94μmolCO₂·m^-2·s^-1。土壤呼吸与温度具有极显著(P<0.01)的正相关关系,且可以用R_s=ae^bx形式的指数函数很好地拟合,其中与5cm深度的土壤温度相关性最好。水分对土壤呼吸的影响复杂。裸地土壤呼吸的双变量模型关系显著(P<0.01),比相应的单变量模型更好地解释了土壤呼吸变异。     

塔克拉玛干沙漠腹地冬季土壤呼吸及其驱动因子

利用Li-8150系统测定了塔克拉玛干沙漠腹地冬季(1月)土壤呼吸,分析了环境驱动因子对极端干旱区荒漠生态系统土壤呼吸的影响。结果表明:(1)冬季土壤呼吸日变化呈现出显著的单峰曲线,土壤呼吸速率最大值出现在12:00,为0.0684μmol CO2m-2s-1,凌晨04:00附近出现最小值,为-0.0473μmol CO2m-2s-1;(2)土壤呼吸速率与各层气温,0cm地表温度均存在着极其显著或显著的线性关系,且都具有正相关性;(3)土壤呼吸速率与5cm土壤湿度存在着较为明显的线性关系,该层湿度能够解释土壤呼吸的69.5%;(4)0cm地表温度对土壤呼吸贡献最大,其次是5cm土壤湿度;(5)以0cm地表温度、5cm土壤湿度为变量,通过多元回归分析表明:土壤温度-湿度构成的多变量模型能够解释大于86.9%的土壤呼吸变化情况;(6)研究时段内土壤呼吸速率的平均值是-1.45mg CO2m-2h-1。     

土壤-玉米系统中土壤呼吸强度及各组分贡献

用特殊设计的气体采集箱法对玉米生长期间潮土呼吸强度进行了测定。结果表明,施用150kgNhm^-2的裸地土壤CO2累积排放量是294g C m^-2,约为种植玉米土壤的一半。用根去除法测得的玉米对土壤呼吸的贡献率,苗期小于20％,拔节到收获期波动在30％-70％之间,全生长期平均为46％。玉米生长期间因土壤有机碳分解而释放出的CO2总量为2．94MgChm^-2,大约是0—40cm土层中土壤有机碳总储存量的8％,因此需要输入7．35Mghm^-2的碳含量40％的作物残留物才能平衡土壤中有机碳的损失,约为玉米收获时残留于土壤中根量的一倍,但与残留根量及玉米生长期间根系分泌到土壤的有机物量的总和相当,因此土壤中有机碳总体处于平衡状态。在玉米生长期间,施用氮肥可使土壤CO2排放量降低10％。土壤排放CO2主要受土壤温度的影响,温度效应Q10为1．90-2．88。     

模拟降雨对西双版纳热带次生林和橡胶林土壤呼吸的影响

降雨作为一个重要的环境因子,对土壤呼吸具有重要的影响。研究土壤呼吸与降雨的关系,对准确估算大气中的CO2含量具有重要意义。本研究通过人工模拟降雨事件,应用野外原位测定方法,测量了热带次生林和橡胶林土壤呼吸速率、地下5cm土壤温度和土壤含水量的变化,以探究热带两种主要植被类型的土壤呼吸、土壤温度、土壤含水量对旱季单次降雨事件的响应过程与规律。研究发现,在旱季连续一周没有降雨的情况下,人工模拟降雨事件使土壤呼吸在降雨后的2h内被迅速激发,次生林的土壤呼吸最大达到11.15 μmolCO2·m-2·s-1,是对照的近7倍;橡胶林的土壤呼吸最大达到了15.88 μmolCO2·m-2·s-1,是对照的近11倍。随后激发效应迅速降低,尤其是橡胶林,在人工模拟降雨6h后处理与对照间无显著差异。人工模拟降雨前两种林型的土壤含水量与对照相比均无显著性差异,人工模拟降雨后的2d内土壤含水量均显著高于对照;人工模拟降雨前后土壤温度与对照相比均无显著性差异。本研究结果支持了"Birch effect",2种主要热带林型在旱季时期,由于单次降雨事件激发而释放到大气中的CO2是降雨前的数倍。     

不同耕作措施下旱地农田土壤呼吸及其影响因素

为探讨耕作措施对旱地农田土壤呼吸的影响,采用动态气室法在山西寿阳地区对秸秆还田、免耕覆盖、浅旋耕、常规耕作4种耕作措施下玉米生长季土壤呼吸及影响因子进行了测定和分析。结果表明,4种耕作措施下土壤呼吸速率的日和季节变化规律明显,均呈单峰型,呼吸速率的日峰值出现在11:30 13:30,呼吸速率的季节峰值出现在7月上旬至中旬。浅旋耕、秸秆还田、常规耕作、免耕覆盖措施整个生长季平均土壤呼吸速率分别为2.82、2.77、2.64μmolCO.2m-.2s-1和2.49μmolCO.2m-.2s-1,处理间无显著差异。研究结果还显示土壤温度和湿度是影响旱地农田土壤呼吸的主要因子,二者分别解释了土壤呼吸季节变化的55%78%,20%43%。4种措施下土壤呼吸的温度敏感系数Q10值在2.19 3.07之间,大小依次为免耕覆盖浅旋耕秸秆还田常规耕作。对水分的敏感性依次为免耕覆盖秸秆还田浅旋耕常规耕作。