模拟氮沉降对石栎和苦槠幼苗土壤呼吸的影响

用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统测定模拟氮沉降4种不同处理水平(0、60、120\,240 kg · hm^-2 · a^-1)下石栎(Lithocarpus glabra)和苦槠(Castanopsis sclerophylla)幼苗的土壤呼吸速率及土壤温度、含水量对其土壤呼吸的影响。结果表明,氮沉降对土壤呼吸的影响根据施氮水平和幼苗的种类不同而异。低氮(60 kg · hm^-2 · a^-1)处理下石栎和苦槠的土壤呼吸速率平均值分别为(4.014±0.812)μmol · m^-2 · s^-1和(5.170±0.689)μmol · m^-2 · s^-1,比对照组(0 kg · hm^-2 · a^-1)土壤呼吸速率平均值(3.802±0.948)μmol · m^-2 · s^-1和(3.557±0.906)μmol · m^-2 · s^-1分别高5%和45%;两树种在中、高氮处理下均出现对土壤呼吸明显的抑制。其中石栎中、高氮实验组的土壤呼吸速率分别为(2.653±0.681)μmol · m^-2 · s^-1、(2.592±0.736)μmol · m^-2 · s^-1, 比对照组低27%和29%。苦槠中、高氮实验组的土壤呼吸速率为(3.563±0.402)μmol · m^-2 · s^-1、(3.466±0.994)μmol · m^-2 · s^-1, 比对照组低7%和8%;石栎在高氮(240 kg · hm^-2 · a^-1)处理水平下,其土壤呼吸速率同10cm土壤温度之间呈现显著的指数关系(R²=0.811,P=0.001),而在低、中氮实验均未发现有明显指数关系。苦槠各处理水平下其土壤呼吸与土壤温度之间均未发现有明显的指数关系;在土壤呼吸与5cm土壤含水量的相关性方面,仅有苦槠高氮实验组表现出明显的二次方程关系(R²=0.722),而其低、中氮实验组及石栎各实验组均未有明显的相关性;与单因素(温度、含水量)拟合它们与土壤呼吸速率的方程相比,多元回归分析得到的土壤呼吸速率同土壤温度和含水量之间的拟合方程在P=0.05水平上能更好地解释土壤呼吸的变化情况。石栎和苦槠在氮沉降处理下的土壤呼吸温度系数Q₁₀值分别为2.29、1.95、1.59和1.46、1.41、1.76,同对照组2.64和1.78相比,均有明显降低,且两者Q₁₀值的变化分别呈递减和先减小后增大的趋势,表明氮沉降是影响石栎和苦槠土壤CO₂通量的一个重要因素。     

氮添加和凋落物去除对黔中喀斯特地区柳杉人工林土壤呼吸的影响

凋落物是土壤呼吸的主要碳源,日益增加的大气氮沉降通过改变森林凋落物的输入与分解影响土壤呼吸。为揭示氮沉降及凋落物管理对森林土壤呼吸及其组分的影响,以贵州省国有扎佐林场15年生柳杉人工林为研究对象,设置4个氮添加处理:对照(CK,0 gN m^-2 a^-1)、低氮(LN,15 gN m^-2 a^-1)、中氮(MN,30 gN m^-2 a^-1)和高氮(HN,60 gN m^-2 a^-1),并在每种氮添加处理下设置去除凋落物和保留凋落物两种处理,于2021年3月-2022年2月利用LI-8100测定土壤呼吸速率,并分析氮添加及凋落物处理对土壤呼吸速率影响,确定影响土壤呼吸速率变化的主要因子。结果表明:氮添加和去除凋落物处理没有改变土壤呼吸速率的时间变化,土壤呼吸速率月均最大值出现在7月,月均最小值出现在2月。氮添加对土壤呼吸速率无显著影响(P > 0.05),除CK外,去除凋落物处理会显著降低土壤呼吸速率(P < 0.05)。凋落物对土壤总呼吸速率的贡献率为8.6%-28.5%,且LN处理下凋落物对土壤呼吸速率的贡献率最大。土壤呼吸速率与5 m土壤温度呈显著指数相关(P < 0.01),与5 cm土壤湿度呈显著负线性相关(P < 0.01)。土壤温度解释了土壤呼吸速率变异的58.5%-79.5%,土壤湿度解释了土壤呼吸速率变异的26.4%-39.5%,以土壤温度和湿度构建的双变量模型拟合效果均好于单因子模型,土壤温湿度共同解释土壤呼吸速率变异的59.1%-85.8%。结论表明在大气氮沉降增加的背景下,温度是影响土壤呼吸的主要因素,凋落物管理是调控土壤呼吸的关键过程。     

在无有机碳源和缺氧条件下自养菌和异养菌脱氨氮作用*

在无有机碳源和缺氧条件下,应用15N示踪考察4株具有氨氧化作用的菌株在膜反应器中的氨氧化产气情况。当溶氧浓度(DO)<0.5mg/L的缺氧条件下,自养菌Nitro-som onas sp.单株培养,能将6.3%的氨氮转化为氮气,¹⁵N₂产生量占氨氮消耗量的21.86%。自养菌株与异养菌株混合培养,可将30.86%的氨氮转化为氮气,¹⁵N₂产生量占氨氮消耗量的80.38%。在无有机碳的条件下,自养菌和异养菌     

黄土高原刺槐人工林地表凋落物对土壤呼吸的贡献

于黄土高原沟壑区王东沟小流域26年刺槐人工林(Robinia pseudoacacia)中,设置对照(CK)、去除凋落物(no litter, NL)和倍增凋落物(double litter, DL)3个处理,利用Li-8100系统测定各处理的土壤呼吸速率。结果表明,添加或去除凋落物显著影响土壤呼吸(P = 0.091-0.099),与对照(CK)的土壤呼吸速率(3.23 μmol m^-2 s^-1)相比,添加凋落物(DL)使土壤呼吸速率增加26%,去除凋落物(NL)使土壤呼吸速率减少22%。NL、CK和DL的累积土壤呼吸分别为631、787和973 g C m^-2a^-1。各处理土壤呼吸速率与土壤温度呈显著的指数关系(R²=0.81-0.90,P < 0.0001),但与土壤水分的关系不明显。NL、CK和DL的Q₁₀依次为1.92、2.29和2.31。地表凋落物对土壤呼吸年平均贡献量为20%。相关性分析表明,各测定日地表凋落物贡献与土壤温度(r=0.54,P < 0.05)或土壤水分关系显著(r=0.68, P < 0.05)。刺槐人工林地表凋落物的输入量为213 g C m^-2a^-1,大于凋落物引起的呼吸量156 g C m^-2a^-1。在黄土区通过植被恢复治理水土流失过程中,随着地表凋落物的积累,林地生态系统的碳汇功能将逐步得到加强。     

接种丛枝菌根真菌对云南石漠化土壤呼吸的影响

为探明"丛枝菌根（Arbuscular mycorrhiza，AM）真菌-植物-土壤"耦合作用对石漠化土壤呼吸季节动态的影响，采用LI-6400-09土壤呼吸室和便携式光合作用测量系统，对圆柏（Sabina chinensis）接种摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae，FM）、根内根孢囊霉（Rhizophagus intraradices，RI）2种AM菌种处理下土壤呼吸季节动态进行野外连续定位观测，并探究AM真菌接种处理下石漠化土壤呼吸速率与植物生长、土壤理化性质之间的关系。结果表明：（1）相较于对照，接种AM真菌对石漠化生境土壤呼吸季节动态产生了显著影响（P<0.01）。AM真菌处理具有较高的土壤呼吸季节变化幅度，即根内根孢囊霉处理土壤呼吸速率（1.55-9.10 μmol m^-2 s^-1）显著高于摩西斗管囊霉（1.62-8.29 μmol m^-2 s^-1）和对照（1.23-4.46 μmol m^-2 s^-1）；（2） AM真菌接种处理下土壤温湿度变化对土壤呼吸的影响显著大于对照，即土壤温度与水分对土壤呼吸的平均解释量大小顺序为：RI （44.84%；52.35%）>FM （17.18%；41.65%）>CK （2.66%；16.55%）；（3）2种菌种处理下土壤呼吸速率均与土壤有机质、硝态氮、全氮、速效钾、树高、胸径及根系生物量呈显著或极显著正相关（P<0.01或0.05），而与pH呈极显著负相关（P<0.01），但对照处理土壤呼吸速率除与pH呈显著负相关（P<0.05）外，与其它土壤理化指标相关性不显著；（4）土壤温度和水分、硝态氮、铵态氮、有机质、易氧化有机碳、速效钾、全氮及全磷对土壤呼吸变化的贡献最大，而胸径、树高、有效磷、微生物生物量、根系生物量及pH的影响次之。因此，"AM真菌-寄主植物-土壤"相互作用对石漠化生境土壤呼吸季节动态的影响，主要取决于不同AM真菌接种处理对土壤微气候（如含水量）、碳素（有机质、易氧化有机碳）、无机氮库（铵态氮、硝态氮）、根系生物量及磷钾养分可利用性的调控。     

武夷山国家公园不同林地土壤呼吸动态变化及其影响因素

探明亚热带山岳型国家公园不同林地利用方式下土壤呼吸（R_s）的动态变化规律以及影响因素,对准确评价和预测该区域以国家公园为主体的自然保护地体系的碳收支具有重要的现实意义。以武夷山国家公园为研究对象,利用Li-8100开路式土壤碳通量测定系统对茶园、锥栗（Castanea henryi（Skam） Rehd.et Wils.）林、马尾松（Pinus massoniana Lamb.）林和裸地的土壤呼吸及近地面气温、土壤温度、土壤湿度、土壤养分和土壤微生物碳（MBC）、氮（MBN）进行测定。结果显示：（1）与近地面气温、土壤温度和土壤湿度相同,不同林地的R_s均呈现夏 > 春 > 秋 > 冬的季节动态,R_s的季节均值按大小排序为茶园（3.10 μmol m^-2 s^-1） > 马尾松（2.96 μmol m^-2 s^-1） > 锥栗（2.32 μmol m^-2 s^-1） > 裸地（1.43 μmol m^-2 s^-1）,锥栗和裸地之间、锥栗与马尾松之间均差异显著（P<0.01）。除马尾松林外,其他林地水热因子（近地面气温、土壤温度和土壤湿度）的单因子二次多项式模型对R_s的拟合度最高。水热因子共同建立的复合模型中,土壤温度、湿度的幂-指数模型对茶园R_s的拟合度较高,土壤温度和土壤湿度能够解释R_s变化的80%,马尾松林的R_s较适用于土壤温度、湿度建立的对数函数模型,而三因子线性模型（进入回归法）对锥栗林和裸地的R_s的拟合度最优,R²分别为0.565和0.281。（2）茶园和锥栗林的碳、氮、磷含量均高于马尾松林和裸地,MBN含量茶园 > 马尾松 > 锥栗 > 裸地。茶园的R_s与全磷（TP）、有效磷（AP）、全钾（TK）、速效钾（AK）含量呈极显著（P<0.01）正相关,马尾松林的R_s受TP、TK、AK含量的影响极显著（P<0.01）,锥栗林的R_s与TK、AK、MBN含量呈现显著（P<0.05）正相关,裸地的R_s受MBN含量影响较为显著（P<0.05）,4种林地土壤呼吸与养分的多元逐步回归方程R²均接近1。综上,茶园和马尾松林土壤呼吸速率较高,且所有林地的土壤呼吸均呈现夏 > 春 > 秋 > 冬的季节动态。温度和湿度与土壤呼吸的相关性强,是水热条件丰富的亚热带山岳地区土壤呼吸季节变化的主导因素,其中武夷山茶园土壤呼吸对水热因子的响应在4种林地中最为敏感。除温度和湿度外,各林地土壤呼吸受P、K元素的影响较大,其中茶园主要受P元素影响,马尾松林地受K元素影响较多。     

黄河上游灌区稻田N2O排放特征

黄河上游灌区稻田高产区过量施肥现象十分突出,氮肥过量施用引起土壤氮素盈余,导致N₂O排放量增大,由此引起的温室效应引起广泛关注。采用静态箱-气相色谱法研究黄河上游灌区稻田不同施肥处理下N₂O排放特征。试验设置5个施肥处理,包括常规氮肥300 kg/hm²下单施尿素和有机肥配施2个处理,分别用N300和N300-OM代表;优化氮肥240 kg/hm²下单施尿素和有机肥配施2个处理,分别用N240和N240-OM代表;对照不施氮肥用N0代表。试验结果得出,灌区水稻生长季稻田土壤N₂O排放主要集中在水稻分蘖前及水稻生长的中后期,稻田氮肥施用、灌水及土壤温度的变化对N₂O排放通量影响较大,不同处理水稻各生育阶段N₂O累积排放量与稻田土壤耕层NO^-₃-N含量动态变化显著相关。稻田N₂O排放不是黄河上游灌区稻田氮素损失的主要途径,但灌区稻田N₂O排放的增温潜势较大;稻田氮肥过量施用会显著增加N₂O排放量,在相同氮素水平下,有机肥配施会显著增加稻田土壤N₂O的排放量(P＜0.01)。优化施氮能有效减少灌区稻田水稻生长季N₂O排放量。稻田不同处理的水稻整个生长季土壤N₂O排放总量为2.69-3.87 kg/hm²,肥料氮通过N₂O排放损失的百分率仅为0.43%-0.64%。在灌区习惯灌水和高氮肥300 kg/hm²时,N300-OM处理的稻田N₂O排放量达3.87 kg/hm²,在100 a时间尺度上的全球增温潜势(GWPs)为20.76×10⁷ kg CO₂/hm²;优化施氮240 kg/hm²水平下,N240和N240-OM处理的N₂O累计排放量较N300-OM处理,分别降低了1.18 kg/hm²和0.57 kg/hm²,在100 a尺度上每年由稻田N₂O排放引起的GWPs分别降低了6.33×10⁷ kg CO₂/hm²和3.06×10⁷ kg CO₂/hm²。     

大气CO2浓度升高对春玉米土壤呼吸的影响

为探讨春玉米不同生育期土壤呼吸速率对大气CO₂浓度升高的响应,以黄土高原旱作春玉米为研究对象,通过改进的开顶式气室（OTC）模拟大气CO₂浓度升高的环境,在田间条件下设置自然大气CO₂浓度（CK）、OTC对照（OTC,CO₂浓度同CK）与CO₂浓度升高（OTC+CO₂,OTC系统自动控制CO₂浓度700 μmol/mol）3种处理。研究了旱区覆膜高产栽培春玉米播前（V0）、六叶期（V6）、九叶期（V9）、吐丝期（R1）、乳熟期（R3）、蜡熟期（R5）及完熟期（R6）土壤呼吸速率对大气CO₂浓度升高的响应特征,以及大气CO₂浓度升高对土壤呼吸速率的温度与水分效应的影响。研究发现,OTC+CO₂处理土壤呼吸速率,与CK相比,在R3和R5期分别增加43%、104%（P<0.05）,与OTC相比,R3和R5期分别提升了63%、109%（P<0.05）;OTC处理与CK相比,在整个生育期对土壤呼吸影响不显著;3种处理条件下,土壤温度和水分随生育期变化趋势基本一致,土壤呼吸速率与土壤温度和水分分别呈指数相关和抛物线型相关;结果表明：大气CO₂浓度升高对土壤呼吸的影响因生育期而异,土壤温度和土壤水分是影响旱地农田土壤呼吸的重要因素,CO₂浓度升高会使土壤呼吸温度效应值（Q₁₀）降低,土壤呼吸对土壤水分响应的阈值提高。     

氮素添加对贝加尔针茅草原土壤团聚体微生物群落的影响

大气氮沉降增加作为全球气候变化的重要因素,其对土壤生态系统影响的研究受到了生态学家的广泛关注。土壤微生物是有机物分解和养分循环的主要参与者,在维持土壤的功能多样性和可持续发展方面发挥着重要的作用。氮沉降的激增会引起土壤微生物群落结构和功能的改变。土壤中营养物质在不同团聚体组分中分布的不均匀,为微生物提供了空间异质微生境。为揭示草原土壤不同粒径团聚体中微生物群落分布及其对氮素添加响应特征。自2010年起,在内蒙古贝加尔针茅草原典型地段设置N₀（0 kg hm^-2 a^-1）、N₁₅（15 kg hm^-2 a^-1）、N₃₀（30 kg hm^-2 a^-1）、N₅₀（50 kg hm^-2 a^-1）、N₁₀₀（100 kg hm^-2 a^-1）、N₁₅₀（150 kg hm^-2 a^-1）6个氮素添加处理模拟氮沉降野外控制试验。采用磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid,PLFA）法测定>2 mm、0.25-2 mm和<0.25 mm 3个粒径土壤团聚体中微生物PLFA含量,探讨氮素添加对土壤团聚体微生物群落结构的影响。结果表明：氮素添加提高了土壤碳、氮含量,降低了土壤pH。氮素添加显著提高了0.25-2 mm土壤团聚体微生物群落磷脂脂肪酸总量、真菌磷脂脂肪酸含量和真菌/细菌（Fungi/bacteria,F/B）、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌（Gram-positive bacteria/gram-negative bacteria,G⁺/G^-）的比值（P<0.05）,降低了土壤团聚体微生物Margalef丰富度指数（P<0.05）。相关性分析表明,土壤团聚体微生物总PLFAs、真菌PLFAs含量、G⁺/G^-、F/B与土壤有机碳、全氮含量呈显著正相关关系,与C/N值负相关。综合研究表明,连续8年氮素添加显著提高了土壤有机碳和全氮含量、降低了土壤pH;提高了0.25-2 mm土壤团聚体真菌群落,土壤有机碳、全氮的固持与真菌群落的增加有关。     

城市不同地表覆盖类型对土壤呼吸的影响

采用Licor-6400-09的土壤呼吸测量系统对北京市区3种不同覆盖类型地表(全硬地表、半透砖地表、草坪覆盖地表)的土壤呼吸速率及其影响因子进行了测定和分析。结果表明:(1)不同地表覆盖类型的土壤呼吸速率年均值分别为7.928 μmol·m^-2·s^-1(全硬地表),5.592 μmol·m^-2·s^-1(部分硬化地表)、2.625 μmol·m^-2·s^-1(草坪覆盖地表);土壤呼吸日均值最高均出现在夏季(14.785,10.296,5.143 μmol·m^-2·s^-1),最低为冬季(0.490,0.319,0.239 μmol·m^-2·s^-1);(2)3种地表类型的土壤呼吸速率有显著差异(P<0.05),大小排序为:草坪覆盖地表<部分硬化地表<全硬地表;(3)3种地表类型土壤呼吸速率均与土壤温度呈显著的指数相关,Q₁₀值排序为:草坪覆盖地表<部分硬化地表<全硬地表;(4)土壤含水率和土壤电导率与土壤呼吸均有一定的相关性,但关系较为复杂,有待于进一步研究。     

寒温带岛状林沼泽土壤呼吸速率和季节变化

2011年生长季内利用静态箱-气相色谱法,研究了寒温带典型湿地白桦(Betula platyphylla)岛状林沼泽、兴安落叶松(Larix gmelinii)岛状林沼泽土壤呼吸速率的季节动态及其主要环境因子,利用壕沟隔断法对土壤呼吸各组分间的差异进行研究。结果表明:生长季白桦和兴安落叶松岛状林沼泽土壤呼吸速率具有明显的季节性规律,土壤呼吸总速率分别为368.60和312.46 mg m-2h-1,异养呼吸速率分别为300.57和215.70 mg m-2h-1,占土壤呼吸总速率的81.5%和69.0%;自养呼吸速率为68.03和96.76 mg m-2h-1,占土壤呼吸总速率的18.5%和31.0%。不同处理条件下的土壤呼吸在季节变化上表现基本一致,高峰期都发生在夏季;土壤呼吸与温度呈极显著相关性,但与土壤湿度的相关性较差。生长季白桦和兴安落叶松岛状林沼泽土壤呼吸总量分别为12.64和10.61 t/hm2。     

施肥方式对紫色土土壤异养呼吸的影响

采用静态暗箱-气相色谱法于2010年12月至2011年10月对不同施肥方式下的紫色土土壤呼吸进行了研究,以揭示施肥方式对紫色土异养呼吸的影响。结果表明:施肥可对土壤异养呼吸产生激发效应。施肥后第5天出现峰值,猪厩肥处理的异养呼吸峰值为2356.8 mg CO2m-2h-1,显著高于秸秆配施氮磷钾(970.1 mgCO2m-2h-1)和常规氮磷钾处理(406.8 mgCO2m-2h-1)(P0.01);小麦季常规氮磷钾、猪厩肥和秸秆配施氮磷钾处理的平均土壤异养呼吸速率为212.9、285.8和305.8mgCO2m-2h-1,CO2排放量为255.1、342.3和369.5 gC/m2,玉米季为408.2、642.8和446.4 mgCO2m-2h-1,CO2排放量为344.7、542.8和376.9 gC/m2,玉米季土壤异养呼吸平均速率及CO2排放量均高于小麦季。全年平均土壤异养呼吸速率分别为310.6、446.3和377.4 mg CO2m-2h-1,CO2排放总量分别为599.8、885.1和746.4 gC/m2。猪厩肥对土壤异养呼吸速率和CO2排放量的影响最大,秸秆配施氮磷钾肥次之,氮磷钾肥最小,说明有机物料的投入是紫色土土壤异养呼吸速率的主要调控措施,低碳氮比的有机物料能促进土壤异养呼吸和CO2的排放。猪厩肥和秸秆配施氮磷钾肥处理相应地表和地下5 cm温度的Q10值分别为2.64、1.88和2.77、1.99,表明低碳氮比的有机物料还能增加土壤异养呼吸Q10值,使土壤异养呼吸速率对温度的敏感性加强。     

Relationships between carbon allocation and partitioning of soil respiration across world mature forests

Partitioning of soil CO₂ flux (FS) into autotrophic and heterotrophic components depends on how the plant carbon is allocated above- vs. belowground and how the belowground carbon is allocated for respiration and production of roots and their microbial associations. Data of litterfall (FA), root respiration (FR), and FS of world old-growth or mature forests (≥45 ages) were compiled, and the relationship between carbon allocation above- vs. belowground (indexed as the FA/FS ratio) and FS partitioning (indexed as the FR/FS ratio) was examined. The FA/FS ratio ranged from 0.08 to 0.64 and was positively correlated with mean annual air temperature and mean annual precipitation. The ratio increased from boreal to temperate to tropical forests, and was higher in broadleaved forests than in coniferous forests. Site-specific belowground carbon use efficiency (BCUE, root production per unit carbon used by roots and microbial associations) varied from 0.10 to 0.87, contrasting with the common assumption of a constant BCUE. Site-specific FR/FS ranged from 0.09 to 0.71 and increased with FS due to a decrease in BCUE. Deciduousness had a significant effect on the FR/FS ratios, with FR/FS ratios greater in deciduous forests than in evergreen forests. Methods of separating root respiration from soil heterotrophic respiration had a significant effect on estimated FR/FS. The estimated FR/FS ratio was negatively related to the FA/FS ratio, indicating that factors favouring carbon allocation belowground over aboveground will increase the autotrophic contribution to total soil respiration. The relatively low explaining power (r ² = 0.270) of this relationship resulted from deviations from assumptions of constant BCUE and a near steady-state belowground pools.     

Thawing permafrost increases old soil and autotrophic respiration in tundra: Partitioning ecosystem respiration using δ13C and ∆14C

Ecosystem respiration (R_eco) is one of the largest terrestrial carbon (C) fluxes. The effect of climate change on R_eco depends on the responses of its autotrophic and heterotrophic components. How autotrophic and heterotrophic respiration sources respond to climate change is especially important in ecosystems underlain by permafrost. Permafrost ecosystems contain vast stores of soil C (1672 Pg) and are located in northern latitudes where climate change is accelerated. Warming will cause a positive feedback to climate change if heterotrophic respiration increases without corresponding increases in primary production. We quantified the response of autotrophic and heterotrophic respiration to permafrost thaw across the 2008 and 2009 growing seasons. We partitioned R_eco using Δ¹⁴C and δ¹³C into four sources–two autotrophic (above – and belowground plant structures) and two heterotrophic (young and old soil). We sampled the Δ¹⁴C and δ¹³C of sources using incubations and the Δ¹⁴C and δ¹³C of R_eco using field measurements. We then used a Bayesian mixing model to solve for the most likely contributions of each source to R_eco. Autotrophic respiration ranged from 40 to 70% of R_eco and was greatest at the height of the growing season. Old soil heterotrophic respiration ranged from 6 to 18% of R_eco and was greatest where permafrost thaw was deepest. Overall, growing season fluxes of autotrophic and old soil heterotrophic respiration increased as permafrost thaw deepened. Areas with greater thaw also had the greatest primary production. Warming in permafrost ecosystems therefore leads to increased plant and old soil respiration that is initially compensated by increased net primary productivity. However, barring large shifts in plant community composition, future increases in old soil respiration will likely outpace productivity, resulting in a positive feedback to climate change.     

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。     

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。     

Tree root and soil heterotrophic respiration as revealed by girdling of boreal Scots pine forest: extending observations beyond the first year

Limitations in available techniques to separate autotrophic (root) and soil heterotrophic respiration have hampered the understanding of forest C cycling. The former is here defined as respiration by roots, their associated mycorrhizal fungi and other micro‐organisms in the rhizosphere directly dependent on labile C compounds leaked from roots. In order to separate the autotrophic and heterotrophic components of soil respiration, all Scots pine trees in 900 m² plots were girdled to instantaneously terminate the supply of current photosynthates from the tree canopy to roots. Högberg et al. (Nature 411, 789–792, 2001) reported that autotrophic activity contributed up to 56% of total soil respiration during the first summer of this experiment. They also found that mobilization of stored starch (and likely also sugars) in roots after girdling caused an increased apparent heterotrophic respiration on girdled plots. Herein a transient increase in the δ¹³C of soil CO₂ efflux after girdling, thought to be due to decomposition of ¹³C‐enriched ectomycorrhizal mycelium and root starch and sugar reserves, is reported. In the second year after girdling, when starch reserves of girdled tree roots were exhausted, calculated root respiration increased up to 65% of total soil CO₂ efflux. It is suggested that this estimate of its contribution to soil respiration is more precise than the previous based on one year of observation. Heterotrophic respiration declined in response to a 20‐day‐long 6 °C decline in soil temperature during the second summer, whereas root respiration did not decline. This did not support the idea that root respiration should be more sensitive to variations in soil temperature. It is suggested that above‐ground photosynthetic activity and allocation patterns of recent photosynthates to roots should be considered in models of responses of forest C balances to global climate change.     

Modeling soil CO<Subscript>2</Subscript> emissions from ecosystems

We present a new soil respiration model, describe a formal model testing procedure, and compare our model with five alternative models using an extensive data set of observed soil respiration. Gas flux data from rangeland soils that included a large number of measurements at low temperatures were used to model soil CO₂ emissions as a function of soil temperature and water content. Our arctangent temperature function predicts that Q₁₀ values vary inversely with temperature and that CO₂ fluxes are significant below 0 °C. Independent data representing a broad range of ecosystems and temperature values were used for model testing. The effects of plant phenology, differences in substrate availability among sites, and water limitation were accounted for so that the temperature equations could be fairly evaluated. Four of the six tested models did equally well at simulating the observed soil CO₂ respiration rates. However, the arctangent variable Q₁₀ model agreed closely with observed Q₁₀ values over a wide range of temperatures (r² = 0.94) and was superior to published variable Q₁₀ equations using the Akaike information criterion (AIC). The arctangent temperature equation explained 16–85% of the observed intra-site variability in CO₂ flux rates. Including a water stress factor yielded a stronger correlation than temperature alone only in the dryland soils. The observed change in Q₁₀ with increasing temperature was the same for data sets that included only heterotrophic respiration and data sets that included both heterotrophic and autotrophic respiration.     

施肥对油茶园土壤呼吸和异养呼吸及其温度敏感性的影响

油茶是中国南方重要的木本食用油料树种,研究施肥对油茶园土壤呼吸及其温度敏感性的影响,对于估算中国南方典型种植园林温室气体排放及其对气候变化的响应具有重要意义。设置对照(CK)、施肥(OF)、断根(CK-T)和断根施肥(OF-T)4个处理,采用静态箱-气相色谱法,通过多年观测,分析探讨施肥对油茶园土壤呼吸和异养呼吸及其温度敏感性的影响。结果表明:(1)施肥对油茶园土壤呼吸和异养呼吸无显著影响。研究期间,各处理(OF、CK、OF-T、CK-T)土壤CO_2通量依次为(77.91±2.59)、(73.71±0.97)、(66.82±1.02)mg C m~(-2)h~(-1)和(66.84±3.94)mg C m~(-2)h~(-1);(2)各处理土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))表现为OF-T(1.96±0.01)CK-T(1.79±0.03)OF(1.77±0.01)CK(1.75±0.03),其中,OF-T处理下Q_(10)显著高于其他3个处理,即施肥显著增加了断根处理土壤呼吸Q_(10);(3)施肥显著增加了土壤表层NH_4~+-N和NO_3~--N含量,Q_(10)与土壤表层NH_4~+-N和NO_3~--N含量表现出显著的正相关关系。     

人工模拟降水条件下旱作农田土壤“Birch效应”及其响应机制

降水事件引起干土复湿刺激土壤CO_2,脉冲释放的现象被称为"Birch效应",其作用机制可能是降水刺激土壤"底物供给"增加或引起土壤"微生物胁迫"所致。为深入了解土壤"Birch效应"对降水格局改变的响应过程及内在机制,在冬小麦拔节期和夏闲期分别进行了不同降水量(1-32 mm)人工模拟降水实验,系统观测了降水后0-72 h土壤呼吸及土壤碳组分变化特征,结果表明:土壤呼吸随降水量的增大而增强,1-16 mm降水土壤呼吸峰值出现在降水后4h,而32 mm降水土壤呼吸峰值出现时间滞后了4 h。与较小降水量相比,较大的降水量能增加土壤呼吸但会推迟土壤呼吸峰值出现时间。土壤呼吸速率峰值(SRP)与降水量(P)呈幂相关(拔节期:SR-P=0.97P~(0.09),R~2=0.5,P0.05;夏闲期:SR-P=1.07P~(0.09),R~2=0.98,P0.01)。降水后72h累积CO_2释放量(CO_2-P)与降水量呈线性相关(拔节期:CO_2-P=0.03P+5.99,R~2=0.58,P0.05;夏闲期:CO_2-P=0.11P+6.04,R~2=0.86,P0.01)。土壤呼吸温度敏感性系数和降水量之间存在二次曲线关系(拔节期:Q_(10)=-0.007P~2+0.2P+0.7,R~2=0.32,R~20.05;夏闲期:Q_(10)=-0.01P~2+0.3P+0.2,R~2=0.86,P0.01)。逐步回归分析表明,冬小麦拔节期所有降水量处理土壤呼吸与土壤微生物量碳相关性均达到显著水平(P0.05),指示土壤"Birch效应"是由"微生物胁迫"所致。而在夏闲期,当降水量小于8 mm时土壤呼吸与微生物量碳相关性显著,即以微生物胁迫机制占主导;8 mm降水处理下土壤呼吸与氯仿熏蒸-K_2SO_4提取态有机碳相关性达到极显著水平,指示则为两种机制共同起作用,而当降水量大于16 mm时,土壤呼吸主要与可提取态有机碳显著相关,"Birch"效应转为以底物供给机制占主导。与夏闲期相比,冬小麦拔节期作物生长会削弱"Birch效应",并改变其响应机制。