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.     

土壤异养呼吸的测定及其温度敏感性影响因子

土壤异养呼吸主要指土壤中微生物分解有机质释放CO2的过程,是陆地生态系统中土壤碳的主要净输出途径,土壤异养呼吸与净初级生产力的差值是决定生态系统碳源/汇的关键.本文介绍了土壤异养呼吸的测定方法--室内培养的去根土壤样品培养和原状土柱培养,以及野外原位测定的根排除法、环割法和同位素法等操作方法的优缺点以及适用范围.在土壤异养呼吸的研究方面,土壤异养呼吸温度敏感性(Q10)是碳循环研究的重要方面之一,温度、水分以及土壤呼吸底物是影响Q10的主要因子,一般情况下,随着温度的升高,Q10下降;土壤含水量过低或过高时,Q10降低;土壤有机碳的有效性影响着土壤异养呼吸对温度变化的响应程度,当有效性降低时Q10下降,不同周转时间的有机碳的温度敏感性也不相同,活性有机碳的温度敏感性较惰性有机碳的温度敏感性低.     

高寒草甸植被-土壤系统对气候变暖响应的研究进展

低温限制环境下发育的高寒草甸对气候变暖响应极为敏感,因此,研究高寒草甸响应气候变暖特征对预测未来气候变化下高寒生态系统可能产生的变化具有重要意义。为进一步加深高寒生态系统响应气候变暖机制的理解,从植物个体水平、群落水平特征,以及土壤物理、化学、生物特性等方面,综述了气候变暖对高寒草甸植被-土壤系统的影响,并指出现有研究存在的不确定性,同时对今后的工作做了展望。温度升高促进高寒草甸植物生长发育。在适度增温下植物的光合呼吸、生物量、物种多样性有所增加,然而不同植物种类具有不同的生理结构和生态位,加之增温幅度和时间不同,导致植物光合呼吸强度、生物量分配、物候期出现差异;而温度过度升高则会导致高寒草甸物种趋于单一化,引起物种多样性降低,对群落演替产生重要影响。同时,温度升高增加高寒草甸土壤温度,减少土壤含水量,从而导致土壤有机碳含量降低或增加。在短期增温下,土壤碳和酶活性升高,土壤呼吸速率增加;但随着时间延长,土壤呼吸速率不再增加,表现出对增温的适应性。因此,高寒草甸生态系统不同组分和各生命过程对温度响应模式的差异,导致了气候变暖对高寒草甸植被-土壤系统各组分的影响存在很大不确定性,建议深入开展不同增温幅度和时间下高寒草甸植被-土壤系统各组分正负效应的定量化阈值判断及其生态-分子生物学响应机制研究。     

模拟亚热带常绿阔叶林土壤温度与土壤异养呼吸对气候变暖的响应

为把握森林土壤温度及土壤异养呼吸对气候变暖的响应,利用1986—2013年哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤温度观测数据模拟土壤温度未来上升2℃需要的时间,采用2011—2013年人工控制土壤增温试验中切根处理(NR)与切根增温处理(SW)的观测数据,结合WNMM模型及SRES情景下A2与B2未来气候数据模拟哀牢山森林土壤异养呼吸对气候变暖的响应。结果表明:5 cm土壤温度增加速率为0.224℃·10 a~(-1),自然增温2℃需要90 a;NR与SW处理下土壤Q_(10)值分别为5.17和4.50,根据Q_(10)值进行计算,NR处理在土温升高2℃后土壤异养呼吸较SW处理实测值升高14.6%;经过校正、验证后WNMM模型可以模拟土壤水分(P0.001)与土壤温度的变化(P0.001);A2、B2情景下,NR处理土壤异养呼吸较SW处理分别升高10.2%和9.8%;A2情景下土壤异养呼吸较B2情景下土壤异养呼吸,在NR、SW处理下分别升高7.0%和6.6%。本研究中数学模拟会高估土壤异养呼吸,表明野外的实测试验是不可替代的评估土壤异养呼吸对气候变暖响应的方法。     

增温和刈割对高寒草甸土壤呼吸及其组分的影响

评估土壤呼吸及其组分对增温等全球变化的响应对于预测陆地生态系统碳循环至关重要。本研究利用红外线辐射加热器(Infrared heater)装置在青藏高原高寒草甸生态系统设置增温和刈割野外控制实验。通过测定2018年生长季(5—9月)土壤呼吸和异养呼吸,探究增温和刈割对土壤呼吸及其组分的影响。研究结果表明：(1) 单独增温使土壤呼吸显著增加31.65% (P<0.05),异养呼吸显著增加27.12% (P<0.05),土壤自养呼吸没有显著改变(P>0.05);单独刈割对土壤呼吸和自养呼吸没有显著影响(P>0.05),单独刈割刺激异养呼吸增加32.54% (P<0.05);(2) 增温和刈割之间的交互作用对土壤呼吸和异养呼吸没有显著影响(P>0.05),但是对自养呼吸的影响是显著的(P<0.05),土壤呼吸和异养呼吸的季节效应显著(P<0.05);(3)土壤呼吸及其组分与土壤温度均成显著指数关系,与土壤湿度呈显著的正相关关系(P<0.05),处理影响它们的响应敏感性。本研究表明青藏高原东缘高寒草甸土壤碳排放与气候变暖存在正反馈。     

生物群区和林龄对森林土壤呼吸及其组分的影响

森林土壤呼吸(RS)一般分为自养呼吸(RA)和异养呼吸(RH)两个组分,各组分对环境变化具有不同的响应,对土壤和生态系统的碳平衡产生重要影响.对全球不同生物群区、林龄的森林RS及其组分RH的研究文献进行检索与分析,结果表明:林地RS沿北方森林-温带针叶林-温带落叶林-热带林次序逐步升高,非相邻区系之间差异显著(α<0.05).土壤异养呼吸组分(RH)及其贡献率(RH/RS),仅北方森林与热带林之间有显著性差异,其余区系之间无显著性差异(α>0.05).异养呼吸组分贡献率(RH/RS),随着RS的不断增加,呈现出RH/RS率降低的总体趋势.对于林地RS,幼龄林显著高于中龄林和成熟林.RH/RS率随树龄增加而略微升高,但龄组之间没有显著性差异(α>0.05).各生物群区及林龄的RH与RS之间显著性相关分析,为全球森林碳收支的估测提供有效的方法和数据基础.     

气候过渡带锐齿栎林土壤呼吸对降雨改变的响应

作为大气与陆地生态系统之间的第二大碳通量,土壤呼吸是评价陆地生态系统碳循环及碳汇能力的不确定性来源之一。降雨格局改变及其导致的土壤水分变化是调节土壤呼吸的重要驱动。气候过渡带的水热状况受全球降雨格局改变的影响更为明显,揭示该区域森林土壤呼吸对降雨改变的响应规律有助于改善碳循环模型的预测精度。然而,气候过渡区的土壤碳排放过程如何响应降雨格局改变尚不清楚。通过在亚热带-暖温带的过渡区(宝天曼)开展降雨改变实验,以阐明锐齿栎林土壤呼吸及其温度敏感性对降雨增加(50%)和减少(50%)的响应规律。结果表明,降雨增加显著提高土壤湿度(+8.92%)而不影响土壤温度。与对照相比,降雨增加导致土壤呼吸显著提高80.5%,其土壤呼吸的温度敏感性(4.07)显著高于对照样地(2.66)。增雨处理下的土壤呼吸与土壤湿度呈负相关。降雨减少则显著降低土壤湿度(-10.25%),并对土壤呼吸有促进趋势,然而,对土壤呼吸的温度敏感性(2.64)无显著影响。减雨处理下的土壤呼吸强度与土壤湿度呈正相关。这意味着在我国亚热带—暖温带过渡区,降雨增加或减少均对土壤呼吸有不同程度的刺激作用,进而很可能减弱该区域森林生态系统土壤的固碳潜力。     

增温对青藏高原高寒草原生态系统碳交换的影响

碳交换是影响草地生态系统碳汇功能的关键过程,对气候变暖极为敏感。青藏高原分布着大面积的高寒草原,其碳汇功能对气候变暖的响应对区域碳循环过程具有重要的影响。为探究高寒草原生态系统碳交换过程对增温的响应,2012—2014年,在青藏高原班戈县进行了模拟增温对高寒草原生态系统碳交换过程影响的研究。结果表明,增温对高寒草原碳交换各组分的影响存在年际差异,但总体上对碳交换存在负面影响。3年平均结果显示,增温显著降低了高寒草原地上生物量、总生态系统生产力(GEP)、生态系统呼吸(ER)和净生态系统碳交换量(NEE)(P0.05),平均降幅分别为15.1%、36.8%、19.2%和51.5%。增温条件下3年平均土壤呼吸(SR)较对照无显著变化(P0.05),但2013年增温显著降低了SR(P0.05),降幅达18.1%。增温对SR与ER的比值具有一定的促进作用,最高增幅达到40.0%。GEP、ER、SR和NEE与土壤温度和土壤水分无显著相关(P0.05),而GEP、ER和NEE与空气温度呈显著的负相关关系(P0.05)。增温引起的干旱胁迫以及地上生物量降低是导致高寒草原NEE降低的主要原因。研究表明,全球变暖会一定程度降低青藏高原高寒草原的碳汇功能。     

增温对青藏高原高寒草甸呼吸作用的影响

生态系统呼吸(ER)和土壤呼吸(SR)是草地生态系统碳排放的关键环节,其对气候变化极为敏感。高寒草甸是青藏高原典型的草地生态系统,其呼吸作用对气候变化的响应对区域碳排放具有重要的影响。以高寒草甸生态系统为对象,于2012—2016年采用模拟增温的方法研究呼吸作用对增温的响应。结果表明:增温对高寒草甸ER的影响存在年际差异,2013年和2014年增温对ER无显著影响,其他年份显著增加ER(P0.05),综合5年结果,平均增幅达22.3%。增温显著促进了高寒草甸SR(P0.05),较对照处理5年平均增幅高达67.1%;增温总体上提高了SR在ER中的比例(P0.05),最高增幅达到59.9%。ER和SR与土壤温度有显著的正相关关系(P0.05),与土壤水分没有显著的相关关系(P0.05)。对照样地中,土壤温度分别能解释33.0%和18.5%的ER和SR变化。在增温条件下,土壤温度可以解释20.5%和13.0%的ER和SR变化。在增温条件下,SR的温度敏感性显著增加,而ER的温度敏感性变化较小,导致SR的比重进一步增加。因此,在未来气候变暖条件下,青藏高原高寒草甸生态系统碳排放,尤其是土壤碳排放有可能进一步增加,土壤碳流失风险增加。     

氮添加量和施氮频率对温带半干旱草原土壤呼吸及组分的影响

日益加剧的氮沉降已经对陆地生态系统生产力和碳循环过程产生了显著影响。草原生态系统近90%的碳储存在土壤中, 明确土壤呼吸及其组分对氮添加的响应对评估大气氮沉降背景下草原生态系统碳平衡和土壤碳库稳定性是非常重要的。以往关于草原土壤呼吸对氮沉降响应的理解多是基于短期(<5年)和低频(每年1-2次)氮添加实验研究, 而关于长期氮添加和不同施氮频率对土壤呼吸及其组分的影响尚缺乏实验证据。该研究基于2008年建立在内蒙古半干旱草原的长期氮添加实验平台, 包括6个氮添加水平和2个施氮频率处理, 通过连续两年(2018-2019年)土壤呼吸及其组分的测定, 发现: 1)氮添加显著降低了土壤总呼吸速率(R_s), 且R_s下降程度随着氮添加量的增加而增强。土壤异养呼吸速率(R_h)的显著下降是R_s下降的主要原因。2)不同氮添加频率并未显著影响土壤呼吸及其组分对氮添加处理的响应。3)长期氮添加造成的土壤酸化降低了土壤微生物活性并改变了微生物群落结构(真菌/细菌比), 进而导致土壤呼吸及其异养组分呈现显著的负响应。以上结果表明, 长期(>10年)氮添加对土壤地下碳循环过程的抑制作用非常明显, 特别是异养呼吸组分的下降会降低土壤有机碳分解速率, 有助于土壤碳库稳定性的维持。同时, 随着氮添加处理时间的延长, 不同施氮频率影响效应的差异减弱, 表明目前长期的低频氮添加实验监测数据可以为评估自然生态系统对大气氮沉降的响应提供较为可靠的参考。     

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。     

川西北高寒草甸不同放牧模式对土壤呼吸的影响

采用土壤二氧化碳(CO_2)通量自动测量系统,对不同放牧模式(全年禁牧、夏季放牧、冬季放牧和自由放牧)下川西北高寒草甸的土壤呼吸进行监测,比较了不同放牧模式下土壤呼吸的季节动态和温度敏感性。研究发现:1)放牧模式可以改变高寒草甸土壤呼吸的季节动态变化。禁牧、夏季放牧以及自由放牧样地的土壤呼吸在季节上的变化趋势基本相似,而冬季放牧样地的土壤呼吸最大值与前者相比明显向后推迟;2)放牧模式并不改变高寒草甸年平均土壤呼吸速率,但对不同季节土壤呼吸速率的影响不同;3)不同放牧模式可以改变土壤呼吸对温度的敏感性(Q_(10))。不同放牧模式下土壤呼吸Q_(10)值大小依次为:禁牧1a(8.13)冬季放牧(7.49)禁牧3a(5.46)夏季放牧(5.20)自由放牧(4.53)。该地区土壤呼吸的Q_(10)值均明显高于热带和其它温带草地土壤呼吸的Q_(10)值。结果表明,放牧模式是影响高寒草甸土壤碳排放的一个重要因素。此外,在未来全球气候变暖背景下,在生长季节无放牧干扰的高寒草甸可能比放牧干扰的高寒草甸释放出更多的CO_2到大气中。     

Experimental forest soil warming: response of autotrophic and heterotrophic soil respiration to a short-term 10°C temperature rise

We warmed the top soil of a mature coniferous forest stand by means of heating cables on control and trenched plots within 24 h by 10°C at 1 cm soil depth (9°C at 5 cm depth) and measured the effect on the autotrophic (R_A) and heterotrophic (R_H) component of total soil CO₂ efflux (R_S). The short time frame of warming enabled us to exclude confounding fluctuations in soil moisture and carbon (C) flow from the canopy. The results of the field study were backed up by a lab soil incubation experiment. During the first 12 h of warming, R_A strongly responded to soil warming; The Q ₁₀ values were 5.61 and 6.29 for 1 and 5 cm soil depth temperature. The Q ₁₀ values for R_A were almost twice as high as the Q ₁₀ values of R_H (3.04 and 3.53). Q ₁₀ values above 5 are above reasonable plant physiological values for root respiration. We see interactions of roots, mycorrhizae and heterotrophic microbes, combined with fast substrate supply to the rhizosphere as an explanation for the high short-term temperature response of R_A. When calculated over the whole duration (24 h) of the field soil-warming experiment, temperature sensitivities of R_A and R_H were similar (no significant difference at P < 0.05); Q ₁₀ values were 3.16 and 3.96 for R_A and 2.94 and 3.35 for R_H calculated with soil temperatures at 1 and 5 cm soil depth, respectively. Laboratory incubation showed that different soil moisture contents of trenched and control plots affected rates of R_H, but did not affect the temperature sensitivity of R_H. We conclude that a single parameter is sufficient to describe the temperature sensitivity of R_S in soil C models which operate on larger temporal and spatial scales. The strong short-term response of R_A may be of relevance in soils suspected to experience increasingly strong diurnal temperature variations.     

全球陆地生态系统光合作用与呼吸作用的温度敏感性

基于全球647套通量数据,定量分析了全球尺度下生态系统光合作用和呼吸作用的温度敏感性(Q10)随纬度、气候和植被的分布规律。结果表明:在全球尺度下,光合作用和呼吸过程的温度敏感性(Q10,G和Q10,R)都随纬度的升高而增加,其中Q10,G和Q10,R的均值分别为3.99±0.21和2.28±0.074。除热带多树草原、常绿落叶林外,Q10,G均大于Q10,R值。不同植被类型的温度敏感性存在显著性差异,表现为:针叶林阔叶林;落叶林常绿林,其中生态系统的季节性变异是造成差异的主要原因。当植被类型和纬度区域共同影响Q10值时,植被类型对Q10值的总变异贡献更大。气候类型对Q10,G和Q10,R都有显著影响。在气候带上,干旱带的Q10,G最小,而冷温带的Q10,G最高。不同气候类型下(除温带草原气候外)的Q10,G都大于Q10,R。在极端条件下,温度可能不在是主导因素,而水分对温度敏感性的影响不可忽略,今后的研究需要更多的关注生态系统温度敏感性对水分变化的响应。     

封育对羊草草地土壤碳矿化激发效应和温度敏感性的影响

土壤碳矿化(或土壤异养呼吸)的温度敏感性和激发效应是深入揭示土壤呼吸控制机理及其对未来气候变化响应与适应的重要研究方向。该文以自由放牧(FG0)、封育11年(FG11)、封育31年(FG31)的羊草(Leymus chinensis)草地为研究对象, 通过0、5、10、15、20、25 ℃培养, 探讨了封育对羊草草地土壤碳矿化激发效应和温度敏感性的影响。结果表明: 封育年限、添加葡萄糖、培养温度和培养时间对土壤碳矿化速率均具有显著的影响, 不同因素间存在显著的交互效应(p < 0.000 1)。FG0的羊草草地土壤碳矿化累积量显著高于FG11和FG31的, 在添加葡萄糖处理下也呈现相同的趋势。长期封育降低了羊草草地土壤碳矿化的激发效应。在添加葡萄糖后, 培养前7天的土壤碳矿化的激发效应随温度增加而增加, 增加2.28-9.01倍; 在整个56天培养期间, 激发效应介于2.21-5.10倍, 最高值出现在10或15 ℃。土壤碳矿化速率可用经典的指数方程来表示, FG0草地的土壤碳矿化的温度敏感性指数(Q₁₀)大于长期封育草地(FG11和FG31); 与未添加处理相比, 添加葡萄糖显著增加了土壤碳矿化速率的温度敏感性, 即在添加葡萄糖后土壤微生物呼吸受温度的影响更大。长期封育会降低羊草草地土壤的碳矿化速率、温度敏感性和激发效应, 从而降低土壤碳周转速率和释放速率, 使内蒙古地区长期封育草地仍然具有碳固持能力。     

高寒矮嵩草草甸冬季CO2释放特征

冬季碳排放在高寒草地年内碳平衡中占有重要位置。为探讨高寒草地冬季碳排放特征及温度敏感性,于2003-2005年在中国科学院海北高寒草甸生态系统研究站,利用密闭箱-气相色谱法连续观测了高寒矮嵩草草甸2个冬季的生态系统、土壤呼吸通量特征。结果表明:1)高寒矮嵩草草甸冬季生态系统呼吸、土壤呼吸均具有明显的日变化和季节变化规律,温度是其主要的控制因子,能够解释44%以上的呼吸速率变异。2)冬季生态系统呼吸与土壤呼吸速率在统计上没有显著差异,土壤呼吸占生态系统呼吸的比例高达85%以上。3)2003-2004年冬季生态系统呼吸、土壤呼吸的Q₁₀值分别为1.53,1.38;2004-2005年冬季生态系统呼吸与土壤呼吸的Q₁₀值为1.86,1.68,2个冬季生态系统呼吸的Q₁₀值均高于土壤呼吸。4)未发现高寒矮嵩草草甸冷冬年份的Q₁₀值高于暖冬年份以及冬季的Q₁₀值高于生长季。     

土壤呼吸的温度敏感性——全球变暖正负反馈的不确定因素

基于模型模拟结果表明,全球变暖与大气CO2浓度增加将形成正反馈关系,这种正反馈效应将明显加速21世纪的气候变暖。然而,这些模拟模型都基于一个重要假设,即不同平均驻留时间的土壤有机质分解具有相同的温度敏感性(Q10)。这一假设与酶动力学理论相悖,而且不同学者对不同质量土壤有机质分解温度敏感性的差异的认识存在严重分歧,所以,全球变暖与大气CO2浓度增加的正反馈关系的显著性仍值得商榷。围绕土壤呼吸的温度敏感性问题进行了讨论和评述,涉及1)土壤有机质分解温度敏感性争论的焦点问题;2)通过经验模型曲线拟合估计Q10值存在的分歧及Q10变异的机理解释;3)实验室土壤培养实验估计Q10值存在的问题;4)土壤培养实验中Q10值计算方法的改进。进一步深化有关土壤有机质分解温度敏感性不确定性的认识,将为今后土壤呼吸及其对气候变化响应的相关研究提供参考。     

降雨对草地土壤呼吸季节变异性的影响

利用土壤碳通量自动观测系统(LI-8150)对呼伦贝尔草原在自然降雨条件下的土壤呼吸作用进行了野外定位连续观测,研究结果表明:降雨对土壤呼吸作用存在激发效应和抑制效应,降雨发生后1-2 h内土壤呼吸速率可增加约1倍,当单次或者连续降雨累积量大于7-8 mm,或土壤含水量大于29%-30%时,降雨对土壤呼吸会产生明显的抑制作用。土壤呼吸的激发效应往往体现在次日,表现为次日平均土壤呼吸速率的显著升高;而抑制效应则在当日即可体现出来,表现为观测当日平均土壤呼吸速率的明显下降。土壤呼吸季节变异性与降雨频率和降雨强度密切相关,在降雨量一定的情况下,较低的降雨频率和较高的降雨强度会增加土壤呼吸的变异性。呼伦贝尔草甸草原而言,在生长季土壤平均含水量为16.5%时,土壤呼吸的温度敏感性值(Q₁₀)为2.12;而平均土壤含水量为26%时,Q₁₀值为2.82,明显高于前者,土壤含水量与Q₁₀之间存在正相关关系。降雨导致土壤呼吸的激发效应和抑制效应交替发生,使草地土壤呼吸的季节变异性增加,降雨格局变化必然会对草地碳循环和碳通量特征产生深刻影响。     

Mechanisms of carbon and nutrient release and retention in beech forest gaps

Fluxes of CO₂ and N₂O were measured along a microclimatic gradient stretching from the centre of a gap into a mature beech stand using an automated chamber method. Simultaneously the regulating factors like soil water tensions, soil temperatures, nitrate concentrations were measured along the gradient. The daily mean values of the fluxes of CO₂ and N₂O were divided into classes of temperature and furthermore subdivided into classes of soil water tension to assess the significance of each regulating factor.Soil respiration at the centre of the gap was 40% lower compared to the rooted mature stand. The difference was explained by root respiration. At both sites soil respiration was primarily controlled by the soil temperature with an average Q₁₀ value of 2.3 over the different classes of temperature and soil water tension. Soil water tension reduced the soil respiration by up to 20% only by soil water tension above 400–600 hPa at the mature stand. The formation of N₂O was reduced when the soil temperature was below 10°C or the soil water tension exceeded 200 hPa. Therefore the N₂O emission was 6 times higher at the unrooted centre of the gap due to the high moisture content in the growing season. Higher nitrate concentration doubled the N₂O emission at the unrooted edge of the canopy and resulted in losses of 6.4 kg N ha^-1 within six months. Above 10°C and below 200 hPa the N₂O emission depended strongly upon the temperature with varying Q₁₀ values over the different classes of temperature and soil water tension. High Q₁₀ values up to 14.4 have been calculated below 14°C and were explained by several processes with synergetic effects.     

中国东部亚热带森林土壤呼吸的时空格局

土壤呼吸是陆地碳循环中仅次于全球总初级生产力的第二大碳通量途径, 揭示土壤呼吸的时空格局对整个陆地碳循环具有重要意义。该文在中国东部亚热带季风气候区, 按纬度梯度由南向北选取深圳梧桐山、杨东山十二度水保护区、宁波天童山3个区域作为研究对象, 于2009年8月至2010年10月测定了不同季节各个区域内代表性植被类型的土壤呼吸速率及地下5 cm处土壤温度, 旨在初步了解中国东部亚热带森林地区土壤呼吸的时空格局及其影响因素。结果显示: 3个区域的土壤呼吸速率均存在显著的季节变化, 其变幅为2.64-6.24 μmol CO₂·m ^-2·s^-1, 总体趋势和地下5 cm处土壤温度的季节变化一致, 均为夏季最高冬季最低; 土壤温度的变化可以解释不同样地土壤呼吸季节变化的58.3%-90.2%; 各样地全年的Q₁₀值从1.56到3.27; 通过离样地最近的气象站点的日平均气温与试验样地地下5 cm处土壤温度之间的线性正相关关系推算出日土壤温度的变化, 利用土壤呼吸速率和地下5 cm处土壤温度之间的指数关系, 估算出各样地全年的土壤CO₂通量为1 077-2 058 g C·m^-2·a^-1, 在全球所有生态系统类型中处于较高水平。