格氏栲天然林与人工林根系呼吸季节动态及影响因素

通过用挖壕沟 静态碱吸收法对福建三明格氏栲天然林及33年生格氏栲和杉木人工林的根系呼吸进行为期2a定位研究。不同森林根系呼吸速率季节变化均呈单峰曲线,最大值出现在春末或夏初,最小值出现在冬季。1年中格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林根系呼吸速率变化范围分别在157.76~480.40mgCO2/(m2·h)、53.03~339.45mgCO2/(m2·h)和16.66~228.02mgCO2/(m2·h)之间。在近似正常气候状况的2002年,不同森林根系呼吸主要受土壤温度影响(R2=0.52~0.72);而土壤温度和土壤湿度共同则可解释根系呼吸速率季节变化的81%~90%。在极端干旱的2003年,根系呼吸受土壤温度或湿度的影响较小,土壤温度和土壤湿度共同仅能解释根系呼吸变化的24%~60%,这与根系在持续干旱期间长期处于近休眠状态有关。根系呼吸对土壤温度和土壤湿度的敏感性大小顺序均为杉木人工林>格氏栲人工林>格氏栲天然林。格氏栲天然林根系呼吸占土壤呼吸比例(47.6%)均高于格氏栲和杉木人工林的(42.5%和40.2%),不同森林根系呼吸占土壤呼吸比例均以冬季最低,而以5月或6月最高。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林根系呼吸年通量分别为6.537、4.013和1.828tC/(m2·h)。     

固沙植被区土壤呼吸对反复干湿交替的响应

由降水的不连续性引起的土壤干湿交替是荒漠生态系统土壤呼吸的重要影响因子。在恒温培养条件下,研究了固沙植被区土壤呼吸对不同降雨量(5、10、20 mm)条件下以10 d为降水周期的多重干湿交替过程的响应,结果表明:3个降雨量条件下的多重干湿交替过程中,土壤呼吸速率均在降雨后迅速增大,并在降雨0.5 h后达到最大值,尔后,随着土壤含水量的下降而逐渐减小并恢复到降雨前水平。随着干湿交替过程的依次进行,最大和平均土壤呼吸速率及累积碳释放量均呈现出逐渐减小的趋势。3个干湿循环周期平均呼吸速率和土壤碳释放量均随着降雨量的增加逐渐增大,土壤呼吸速率峰值表现为第1个干湿循环周期土壤呼吸速率峰值随着降雨量的增加而增大,而第2、3个周期各降雨处理下的土壤呼吸速率峰值显示出随着降雨前期土壤含水量的增加而减小的趋势。说明干湿交替过程对土壤呼吸具有显著的激发作用,且干湿交替程度(即降雨前后土壤含水量的变化)以及土壤前期所经历的干湿交替过程是影响荒漠生态系统土壤呼吸对干湿交替响应的重要因素。     

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.     

格氏栲天然林与人工林根际土壤微生物及其生化特性的研究

通过对格氏栲天然林（约１２０年生）和人工林（２８年生）根际土壤和全土微生物、生化活性、土壤养分的研究,结果表明：格氏栲天然林根际和全土土壤养分、土壤微生物区系、生理类群数量、土壤酶活性和生化作用强度均比相应人工林的大,格氏栲天然林根际土壤速效性养分相对富集,而人工林的则存在亏缺现象。格氏栲人工林的根际效应（Ｒ／Ｓ值）比天然林的明显。     

中国不同气候带人工林与天然林的土壤呼吸差异

通过国内外文献检索收集了201 条中国森林土壤呼吸及相关环境因子数据, 比较了不同气候带(热带、亚热带、暖温带、中温带和高原气候区)人工林和天然林的土壤呼吸差异。结果表明: 中国森林土壤呼吸沿着气候梯度由南至北呈递减趋势,平均速率为2.67 μmol·m^–2·s^–1。天然林平均土壤呼吸速率(2.89 μmol·m^–2·s^–1)显著高于人工林(2.40 μmol·m^–2·s^–1)。除了暖温带以外, 其它四个气候区的天然林土壤平均呼吸速率均高于人工林。人工林土壤平均呼吸速率依次为: 暖温带(3.17 μmol·m^–2·s^–1)>热带(2.83 μmol·m^–2·s^–1)>亚热带(2.20 μmol·m^–2·s^–1)>中温带(1.97 μmol·m^–2·s^–1)>高原气候区(1.14 μmol·m^–2·s^–1); 其中高原气候区的土壤平均呼吸速率显著低于暖温带、热带和亚热带。天然林的土壤平均呼吸速率依次为: 热带(4.40 μmol·m^–2·s^–1)>暖温带(2.75 μmol·m^–2·s^–1)>亚热带(2.70 μmol·m^–2·s^–1)>高原气候区(2.63 μmol·m^–2·s^–1)>中温带(2.37 μmol·m^–2·s^–1)。不同气候带森林土壤自养呼吸贡献率平均为33.1%(17.1-65.7%), 天然林土壤自养呼吸比例(34.7%)略高于人工林(32.6%)。中国森林土壤呼吸的Q₁₀值平均为2.56(1.46-3.60), 沿气候梯度由南到北逐渐增加。不同气候带的人工林土壤呼吸温度敏感性Q₁₀(2.38)要低于天然林(2.68)。     

固沙植被区两类结皮斑块土壤呼吸对不同频率干湿交替的响应

由降水的不连续性引起的土壤干湿交替是荒漠生态系统土壤呼吸的重要影响因素。本文研究了腾格里沙漠东南缘天然固沙植被区以藓类和藻类为优势的2类结皮斑块土壤呼吸对相同总降雨量(20 mm)不同降雨频率(10和20 d)条件下的多重干湿交替的响应。结果表明:2类结皮斑块土壤呼吸速率均在降雨后迅速升高,并在0.5~2 h达到峰值,然后逐渐下降并恢复到降雨前水平;随着干湿交替过程的依次进行,土壤呼吸速率峰值、平均值以及累积碳释放量均呈现逐渐减小的趋势,但随着干旱期的延长,这种减小的程度降低;两类结皮斑块土壤10 d循环条件下的累积碳释放量均低于20 d循环;相同条件下的藓类结皮斑块土壤碳释放量均高于藻类结皮斑块土壤。说明地表覆盖和干湿交替频率均是影响荒漠生态系统土壤呼吸对干湿交替响应的重要因素。     

干湿交替格局下黄土高原小麦田土壤呼吸的温湿度模型

全球气候变化的直接后果是气温升高,同时还可能引起强降雨增多和干旱频发,形成干湿交替的格局.土壤呼吸在全球变化过程中发挥着重要作用.以黄土高原沟壑区小麦田土壤为研究对象,采用3个全自动多通量箱以及相应的气象监测系统,对土壤呼吸和环境因子全天候连续测定,利用已有的单因子模型、双因子模型对测定的土壤呼吸与气温和湿度的关系进行了拟合,通过优化,根据实际情况提出E-Q(exponential-quadratic)模型.结果表明:(1)干湿交替格局下,基于气温的单因子模型(指数模型,幂函数模型和线性模型)不适合模拟土壤呼吸;(2)基于土壤湿度的单因子模型中,二次曲线模型最适合模拟干湿交替格局下土壤呼吸的响应情况;(3)基于气温和土壤湿度的双因子模型中,E-Q模型SR=aebT(c+dW+fW2)g,既能反映土壤呼吸随气温的正向指数变化,又能表现土壤湿度对土壤呼吸的双向调节作用,解释了土壤呼吸73.05%的变化情况,比其他双因子模型和单因子模型更能有效描述干湿交替情况下土壤呼吸对气温和土壤湿度协同变化的响应特征.     

太岳山油松人工林土壤呼吸对强降雨的响应

在全球气候变化背景下,关于森林生态系统土壤呼吸变化的研究越来越受到关注,然而目前由于测定技术限制,对于强降雨影响森林土壤呼吸的国内相关研究还不够深入.选取山西省太岳山油松人工林土壤作为研究对象,应用LI-8150土壤CO2通量全自动连续测量系统,对降雨前后的土壤呼吸速率和环境因子在原位置进行全天候连续监测,分析了3次强降雨前后的土壤呼吸速率变化.结果表明,(1)5月的旱季降雨改善了土壤水分状况,促进了土壤呼吸,降雨结束后土壤呼吸速率的平均水平是降雨发生前的2倍;7月的雨季开端期降雨对土壤呼吸先促进后抑制,土壤容积含水量和土壤呼吸速率的二次关系曲线存在拐点,但总体上降雨是促进了土壤呼吸;8月的雨季降雨整体上抑制土壤呼吸,土壤呼吸速率和土壤容积含水量的变化曲线走势呈明显的镜像,雨中及雨后土壤呼吸速率分别下降了约45％和28％.(2)每一次降雨结束后,土壤温度都有一定程度的下降.雨后,较低的土壤温度在土壤呼吸得到降雨促进时,可加速土壤呼吸速率的恢复;在土壤呼吸受到降雨抑制时,能阻碍土壤呼吸速率的恢复.(3)降雨的不同时期,影响半湿润地区油松人工林土壤呼吸的关键因子也是不同的.降雨前如果土壤容积含水量处于明显变化的状态,水分是影响土壤呼吸的关键因子;如果土壤容积含水量比较稳定,则土壤温度是关键因子.降雨过程中由土壤温湿共同影响土壤呼吸,降雨结束后水分是影响土壤呼吸的关键因子.     

干湿交替和冻融作用对土壤肥力和生态环境的影响

干湿交替和冻融作用对土壤肥力和生态环境的影响朴河春,刘广深,洪业汤（中国科学院地球化学研究所,贵阳５５０００２）ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＡｌｔｅｒｎａｔｉｖｅＤｒｙｉｎｇ－ＲｅｗｅｔｔｉｎｇａｎｄＦｒｅｅｚｉｎｇ－ＴｈａｗｉｎｇｏｎｓｏｉｌＦｅｒｔｉｌｉｔ...     

格氏栲天然林与人工林细根生物量、季节动态及净生产力

通过对福建三明格氏栲天然林及在其采伐迹地上营造的33年生格氏栲人工林和杉木人工林细根分布、季节动态与净生产力进行的为期3a(1999～2001)的研究,结果表明,格氏栲天然林、格氏栲和杉木人工林活细根生物量分别为4.944t/hm2、3.198t/hm2和1.485t/hm2,死细根生物量分别为3.563t/hm2、2.749t/hm2和1.287t/hm2;死细根生物量占总细根生物量的比例分别为41.9%、46.2%和46.4%;<0.5mm细根生物量占总细根生物量的比例分别为31.2%、29.4%和69.9%。3种林分活细根生物量和死细根生物量季节间差异显著(P<0.05),但年份间差异则不显著(P>0.05);活细根生物量最大值均出现在3月份,最小值一般出现在5～7月份或11～翌年1月份间。0～10cm表土层格氏栲天然林活细根生物量高达295.65g/m2,分别是格氏栲人工林和杉木人工林的2.4倍和8.1倍;该层格氏栲天然林活细根生物量占全部活细根生物量的59.8%,均高于格氏栲人工林(39.07%)和杉木人工林(24.51%)。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林细根分解1a后的干重损失率分别为68.34%～80.13%、63.51%～77.95%和47.69%～60.78%;年均分解量分别为8.747、5.143和2.503t/hm2;死亡量分别为8.632、5.148和2.492t/hm2;年均净生产量分别为8.797、5.425和2.513t/hm2,年周转速率分别为1.78、1     

格氏栲天然林与人工林土壤非保护性有机C含量及分配

通过对福建三明格氏栲天然林及在其采伐迹地上营造的 33年生格氏栲人工林和杉木人工林土壤非保护性有机 C含量及分配的研究 ,结果表明 ,格氏栲天然林 0～ 10 0 cm土层内土壤有机 C贮量分别是格氏栲人工林和杉木人工林的 1.17倍和1.35倍 ,轻组有机 C贮量分别是后两者的 1.6 4倍和 2 .16倍 ,而颗粒有机 C贮量则分别是后两者的 1.6 0倍和 3.4 3倍 ,其土壤轻组有机 C和颗粒有机 C的分配比例亦显著高于后两者。不同林分间差异均以 0～ 10 cm土层为最大 ,该层格氏栲天然林土壤有机 C含量分别是格氏栲和杉木人工林的 1.5 2倍和 1.6 3倍 ,轻组有机 C含量分别是后两者的 1.70倍和 2 .14倍 ,而颗粒有机C含量则分别是后两者的 2 .18倍和 4 .85倍。这种差异与经营人工林时进行皆伐、炼山、整地等对林地干扰强度较大、幼林郁闭前产生水土流失及凋落物、枯死细根归还量减少等有关。土壤轻组有机 C和颗粒有机 C可作为土壤有机 C库变化的较为敏感指标 ,同时亦可指示土壤肥力演变。     

格氏栲天然林与人工林枯枝落叶层碳库及养分库

通过对福建三明格氏栲天然林及在其采伐迹地上营造的 33年生格氏栲人工林和杉木人工林枯枝落叶层现存量与季节动态、C库及养分库的研究表明 ,格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林枯枝落叶层现存量分别为 8.99t· hm- 2 、7.5 6t· hm- 2 和 4 .81t· hm- 2 ;枯枝落叶层中叶占现存量的比例分别为 6 4 .96 %、6 1.38%和 38.0 5 % ,枝占比例分别为 31.5 9%、37.83%和 4 2 .6 2 %。格氏栲天然林与人工林枯枝落叶层现存量最大值均出现在春季 ,而杉木人工林枯枝落叶层现存量最大值出现在夏季。格氏栲天然林枯枝落叶层 C贮量为 4 .0 2 t· hm- 2 ,分别是格氏栲人工林和杉木人工林的 1.2 2倍和 1.77倍 ;格氏栲天然林和人工林枯枝落叶层 C库与杉木人工林的差异均达到显著水平 (P<0 .0 5 )。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林枯枝落叶层养分贮量分别为 138.4 2 kg· hm- 2 、113.5 6 kg· hm- 2 和 72 .39kg· hm- 2 ;除 Mg外 ,格氏栲天然林枯枝落叶层中各种养分贮量均最高。与人工林相比 ,天然林枯枝落叶层现存量、C和养分贮量均最大。枯枝落叶层对林地长期生产力维持具有重要作用。     

Effect of clear-cutting silviculture on soil respiration in a subtropical forest of China

Aims Clear-cutting is a common forest management practice, especially in subtropical China. However, the potential ecological consequences of clear-cutting remain unclear. In particular, the effect of clear-cutting on soil processes, such as the carbon cycle, has not been quantified in subtropical forests. Here, we investigated the response of soil respiration (Rs) to clear-cutting during a 12-month period in a subtropical forest in eastern China.Methods We randomly selected four clear-cut (CC) plots and four corresponding undisturbed forest (UF) plots. Measurements of Rs were made at monthly time points and were combined with continuous climatic measurements in both CC and UF. Daily Rs was estimated by interpolating data with an exponential model dependent on soil temperature. Daily Rs was cumulated to annual Rs estimates.Important findings In the first year after clear-cutting, annual estimates of Rs in CC (508±23g C m ?2 yr^-1) showed no significant difference to UF plots (480±12g C m ?2 yr^-1). During the summer, soil temperatures were usually higher, whereas the soil volumetric water content was lower in CC than in UF plots. The long-term effects of clear-cutting on Rs are not significant, although there might be effects during the first several months after clear-cutting. Compared with previous work, this pattern was more pronounced in our subtropical forest than in the temperate and boreal forests that have been studied by others. With aboveground residuals off-site after clear-cutting, our results indicate that the stimulation of increasing root debris, as well as environmental changes, will not lead to a significant increase in Rs. In addition, long-term Rs will not show a significant decrease from the termination of root respiration, and this observation might be because of the influence of fast-growing vegetation after clear-cutting in situ .     

Soil respiration and carbon balance in a subtropical native forest and two managed plantations

From 1999 to 2003, a range of carbon fluxes was measured and integrated to establish a carbon balance for a natural evergreen forest of Castanopsis kawakamii (NF) and adjacent monoculture evergreen plantations of C. kawakamii (CK) and Chinese fir (Cunninghamia lanceolata, CF) in Sanming Nature Reserve, Fujian, China. Biomass carbon increment of aboveground parts and coarse roots were measured by the allometric method. Above- and belowground litter C inputs were assessed by litter traps and sequential cores, respectively. Soil respiration (SR) was determined by the alkaline absorbance method, and the contribution from roots, above- and belowground litters was separated by the DIRT plots. Annual SR averaged 13.742 t C ha⁻¹ a⁻¹ in the NF, 9.439 t C ha⁻¹ a⁻¹ in the CK, and 4.543 t C ha⁻¹ a⁻¹ in the CF. For all forests, SR generally peaked in later spring or early summer (May or June). The contribution of root respiration ranged from 47.8% in the NF to 40.3% in the CF. On average, soil heterotrophic respiration (HR) was evenly distributed between below- (47.3∼54.5%) and aboveground litter (45.5%–52.7%). Annual C inputs (t C ha⁻¹ a⁻¹) from litterfall and root turnover averaged 4.452 and 4.295, 4.548 and 2.313, and 2.220 and 1.265, respectively, in the NF, CK, and CF. As compared to HR, annual net primary production (NPP) of 11.228, 13.264, and 6.491 t C ha⁻¹ a⁻¹ in the NF, CK, and CF brought a positive net ecosystem production (NEP) of 4.144, 7.514, and 3.677 t C ha⁻¹ a⁻¹, respectively. It suggests that native forest in subtropical China currently acts as an important carbon sink just as the timber plantation does, and converting native forest to tree plantations locally during last decades might have caused a high landscape carbon loss to the atmosphere.     

东北东部森林生态系统土壤呼吸组分的分离量化

对森林生态系统的土壤呼吸组分进行分离和量化,确定不同组分CO2释放速率的控制因子,是估测局域和区域森林生态系统碳平衡研究中必不可少的内容。采用挖壕法和红外气体分析法测定无根和有根样地的土壤表面CO2通量(RS),确定东北东部6种典型森林生态系统RS中异养呼吸(RH)和根系自养呼吸(RA)的贡献量及其影响因子。具体研究目标包括:(1)量化各种生态系统的RH及其与主要环境影响因子的关系;(2)量化各种生态系统RS中根系呼吸贡献率(RC)的季节动态;(3)比较6种森林生态系统RH和RA的年通量。土壤温度、土壤含水量及其交互作用显著地影响森林生态系统的RH(R2=0.465~0.788),但其影响程度因森林生态系统类型而异。硬阔叶林和落叶松人工林的RH主要受土壤温度控制,其他生态系统RH受土壤温度和含水量的联合影响。各个森林生态系统类型的RC变化范围依次为:硬阔叶林32.40%~51.44%;杨桦林39.72%~46.65%;杂木林17.94%~47.74%;蒙古栎林34.31%~37.36%;红松人工林33.78%~37.02%;落叶松人工林14.39%~35.75%。每个生态系统类型RH年通量都显著高于RA年通量,其变化范围分别为337~540 gC.m-2.a-1和88~331 gC.m-2.a-1。不同生态系统间的RH和RA也存在着显著性差异。     

Partitioning soil respiration of temperate forest ecosystems in northeastern China

Quantifying soil respiration components and their relations to environmental controls are essential to estimate both local and regional carbon (C) budgets of forest ecosystems. In this study, we used the trenching-plot and infrared gas exchange analyzer approaches to determine heterotrophic (R_H) and autotrophic respiration (R_A) in the soil surface CO₂ flux for six major temperate forest ecosystems in northeastern China. The ecosystems were: Mongolian oak forest (dominated by Quercus mongolica), aspen-birch forest (dominated by Populous davidiana and Betula platyphylla), mixed wood forest (composed of P. davidiana, B. platyphylla, Fraxinus mandshurica, Tilia amurensis, Acer amono, etc.), hardwood forest (dominated by F. mandshurica, Juglans mandshurica, and Phellodendron amurense), Korean pine (Pinus koraiensis), and Dahurian larch (Larix gmelinii) plantations, representing the typical secondary forest ecosystems in this region. Our specific objectives were to: (1) quantify R_H and its relationship with the environmental factors of the forest ecosystems, (2) characterize seasonal dynamics in the contribution of root respiration to total soil surface CO₂ flux (RC), and (3) compare annual CO₂ fluxes from R_H and R_A among the six forest ecosystems. Soil temperature, water content, and their interactions significantly affected R_H in the ecosystems and accounted for 46.5%–78.8% variations in R_H. However, the environmental controlling factors of R_H varied with ecosystem types: soil temperature in hardwood and Dahurian larch forest ecosystems, soil temperature, and water content in the others. The RC for hardwood, poplar-birch, mixed wood, Mongolian oak, Korean pine, and Dahurian larch forest ecosystems varied between 32.40%–51.44%, 39.72%–46.65%, 17.94%–47.74%, 34.31%–37.36%, 33.78%–37.02%, and 14.39%–35.75%, respectively. The annual CO₂ fluxes from R_H were significantly greater than those from R_A for all the ecosystems, ranging from 337–540 g Cm^-2a^-1 and 88‐331 gCm^-2a^-1 for R_H and R_A, respectively. The annual CO₂ fluxes from R_H and R_A differed significantly among the six forest ecosystems.     

亚热带天然阔叶林转换为杉木人工林对土壤呼吸的影响

采用静态箱-气相色谱法对浙江省临安市玲珑山风景区天然阔叶林和由天然阔叶林改造的杉木人工林的土壤呼吸进行1年的定位监测.结果表明：天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率均呈现一致的季节性变化规律即夏秋季高、冬春季低;天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率分别为20.0～111.3和4.1～118.6 mg C·m^-2·h^-1;天然阔叶林土壤CO₂年累积排放通量（16.46 t CO₂·hm^-2·a^-1）显著高于杉木人工林（11.99 t CO₂·hm^-2·a^-1）.天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率与土壤含水量均没有显著相关性,而与5 cm处土壤温度呈显著指数相关,Q₁₀值分别为1.44和2.97;天然阔叶林土壤CO₂排放速率与土壤水溶性碳（WSOC）含量无显著相关性,杉木人工林土壤CO₂排放速率与WSOC含量呈显著相关.天然阔叶林转换为杉木人工林显著降低了土壤CO₂排放,提高了土壤呼吸对环境因子的敏感性.
     

南亚热带森林群落演替过程中林下土壤的呼吸特征

采用CI-310便携式光合作用系统及其附件,测定了广东省黑石顶自然保护区南亚热带森林演替系列中的马尾松林和松阔混交林林下土壤的呼吸速率。测定结果显示:在自然条件下,马尾松林土壤呼吸速率在1.650~4.0μmolCO2m-2s-1,松阔混交林土壤呼吸速率在1.70~3.950μmolCO2m-2s-1之间。林下土壤呼吸速率与温度和土壤空气相对湿度可用拟合,据此并结合当地气象资料推算出马尾松林和松阔混交林的年均土壤呼吸量分别为31.027、36.629 tCO2hm-2,后者高于前者。