短期施氮肥降低杉木幼林土壤的根系和微生物呼吸

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要过程。在人工林生态系统中, 施肥不仅能提高人工林的生产力和固碳能力, 而且还会对土壤呼吸产生影响。为阐明施氮肥对人工林土壤总呼吸、根系和微生物呼吸的影响, 在中亚热带地区的湖南会同, 以5年生杉木(Cunninghamia lanceolata)幼林为研究对象, 施氮肥1年后, 利用LI-8100对土壤呼吸进行为期12个月的野外原位定点观测。结果发现: 施氮肥使土壤总呼吸、根系呼吸和微生物呼吸分别降低了22.7%、19.6%和23.5%; 土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)为1.81-2.04, 施肥使土壤微生物呼吸的Q₁₀值从对照的2.04降低为1.84, 但土壤总呼吸的Q₁₀值没有发生显著变化; 施肥没有改变土壤呼吸的季节变化, 在双因素模型中, 土壤温度和含水量可以解释土壤呼吸季节变化的69.9%-79.7%。研究表明施氮肥能降低中亚热带地区杉木人工林土壤有机碳分解对温度升高的响应, 在全球变暖背景下有利于增加土壤有机碳储量。     

北京山区不同植被类型的土壤呼吸特征及其温度敏感性

土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,是生态系统碳循环研究中的热点问题.土壤呼吸温度敏感性(Q₁₀)是估算土壤呼吸对全球变暖的反馈参数,研究不同植被类型的Q₁₀对评估森林生态系统碳收支具有重要意义.本研究以北京山区典型植被类型侧柏、油松和栓皮栎为研究对象,通过测定生长季内3种植被类型的土壤理化性质、土壤水热因素以及土壤呼吸速率(R_s)的变化,探究不同植被类型下的土壤呼吸特征及温度敏感性.结果表明:3种主要植被类型的R_s在生长季内与土壤温度、湿度的变化趋势相似,均呈现先升高后降低的单峰变化,R_s在4月初最低(0.45 μmol·m^-2·s^-1),随后逐渐增大,在7月初达到峰值(3.95 μmol·m^-2·s^-1),然后逐渐降低,3种植被类型的R_s和Q₁₀值均存在显著差异.土壤温度和湿度是土壤呼吸的重要影响因素,两者与R_s拟合的回归模型可以解析土壤呼吸速率48.1%～56.7%的变化.北京山区的Q₁₀值在2.05～3.19,在同一植被类型下,Q₁₀值与土壤有机碳含量呈显著负相关(R²>0.9),植被类型、海拔和土壤有机碳含量是造成不同植被类型Q₁₀值差异的重要原因.     

Spatial variation and controlling factors of temperature sensitivity of soil respiration in forest ecosystems across China

土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)是陆地碳循环与气候系统间相互作用的关键参数。尽管已有大量关于不同类型森林Q₁₀季节和年际变化规律的研究, 但是对Q₁₀在区域尺度的空间变异特征及其影响因素仍认识不足, 已有结果缺乏一致结论。该研究通过整合已发表论文, 构建了中国森林生态系统年尺度Q₁₀数据集, 共包含399条记录、5种森林类型(落叶阔叶林(DBF)、落叶针叶林(DNF)、常绿阔叶林(EBF)、常绿针叶林(ENF)、混交林(MF))。分析了不同森林类型Q₁₀的空间变异特征及其与地理、气候和土壤因素的关系。结果显示, 1) Q₁₀介于1.09到6.24之间, 平均值(±标准误差)为2.37 (± 0.04), 且在不同森林类型之间无显著差异; 2)当考虑所有森林类型时, Q₁₀随纬度、海拔、土壤有机碳含量(SOC)和土壤全氮含量(TN)的增加而增大, 随经度、年平均气温(MAT)、平均年降水量(MAP)的增加而减小。气候(MAT、MAP)和土壤(SOC、TN)因素间存在相互作用, 共同解释了33%的Q₁₀空间变异, 其中MAT和SOC是Q₁₀空间变异的主要驱动因素; 3)不同类型森林Q₁₀对气候和土壤因素的响应存在差异。在DNF中Q₁₀随MAP的增加而减小, 而其他类型森林中Q₁₀与MAP无显著相关性; 在EBF、DBF、ENF中Q₁₀随TN的增加而增大, 但Q₁₀对TN的敏感性在EBF中最高, 在ENF中最低。这些结果表明, 尽管Q₁₀有一定的集中分布趋势, 但仍有较大范围的空间变异, 在进行碳收支估算时应注意尺度问题。Q₁₀的主要驱动因素和Q₁₀对环境因素的响应随森林类型而变化, 在气候变化情景下, 不同森林类型间Q₁₀可能发生分异。因此, 未来的碳循环-气候模型还应考虑不同类型森林碳循环关键参数对气候变化的响应差异。     

中国森林生态系统土壤呼吸温度敏感性空间变异特征及影响因素

土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)是陆地碳循环与气候系统间相互作用的关键参数。尽管已有大量关于不同类型森林Q₁₀季节和年际变化规律的研究, 但是对Q₁₀在区域尺度的空间变异特征及其影响因素仍认识不足, 已有结果缺乏一致结论。该研究通过整合已发表论文, 构建了中国森林生态系统年尺度Q₁₀数据集, 共包含399条记录、5种森林类型(落叶阔叶林(DBF)、落叶针叶林(DNF)、常绿阔叶林(EBF)、常绿针叶林(ENF)、混交林(MF))。分析了不同森林类型Q₁₀的空间变异特征及其与地理、气候和土壤因素的关系。结果显示, 1) Q₁₀介于1.09到6.24之间, 平均值(±标准误差)为2.37 (± 0.04), 且在不同森林类型之间无显著差异; 2)当考虑所有森林类型时, Q₁₀随纬度、海拔、土壤有机碳含量(SOC)和土壤全氮含量(TN)的增加而增大, 随经度、年平均气温(MAT)、平均年降水量(MAP)的增加而减小。气候(MAT、MAP)和土壤(SOC、TN)因素间存在相互作用, 共同解释了33%的Q₁₀空间变异, 其中MAT和SOC是Q₁₀空间变异的主要驱动因素; 3)不同类型森林Q₁₀对气候和土壤因素的响应存在差异。在DNF中Q₁₀随MAP的增加而减小, 而其他类型森林中Q₁₀与MAP无显著相关性; 在EBF、DBF、ENF中Q₁₀随TN的增加而增大, 但Q₁₀对TN的敏感性在EBF中最高, 在ENF中最低。这些结果表明, 尽管Q₁₀有一定的集中分布趋势, 但仍有较大范围的空间变异, 在进行碳收支估算时应注意尺度问题。Q₁₀的主要驱动因素和Q₁₀对环境因素的响应随森林类型而变化, 在气候变化情景下, 不同森林类型间Q₁₀可能发生分异。因此, 未来的碳循环-气候模型还应考虑不同类型森林碳循环关键参数对气候变化的响应差异。     

黄土高原旱地冬小麦不同生育期根系呼吸及其温度敏感性

研究农作物生育期对根系呼吸(R_A)及其温度敏感性(Q₁₀)的影响对丰富农田生态系统的碳循环理论具有重要理论和现实意义.在黄土高原雨养农田生态系统,于2009—2014年生长季,利用土壤碳通量系统测量相邻裸地土壤微生物呼吸(R_H)和不施肥小麦地的土壤呼吸(R_S=R_A+R_H),研究生育期对冬小麦R_A和Q₁₀的影响.结果表明:冬小麦净光合速率在苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别为5.9、14.4、12.0和4.4 μmol·m^-2·s^-1,根系活力依次为51.0、100.8、84.4和31.8 μg·g^-1·h^-1.冬小麦不同生育期的R_A差异显著,分别为0.26、0.67、0.91和0.56 μmol·m^-2·s^-1,且R_A的变异特征与冬小麦各生育期内土壤水分含量、土壤温度、净光合速率和根系活力密切相关,分别呈抛物线、指数、线性和线性关系模型.Q₁₀在苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别为2.61、4.88、2.26和6.93,且Q₁₀的变异特征与冬小麦各生育期内的净光合速率、根系活力和土壤水分含量有关,这一变化的根系呼吸贡献率在各生育期分别为29%、53%、46%和31%.除了环境因素外,冬小麦生育期也是影响R_A和Q₁₀的重要因素.     

黄土高原不同植被带人工刺槐林土壤氮磷转化酶动力学参数及其温度敏感性

土壤酶是有机质降解的催化剂,其动力学特征是表征酶催化性能的重要指标,对评价土壤健康质量有重要作用。本研究选择黄土高原3种植被带下人工刺槐林土壤为对象,探讨了土壤酶动力学参数对温度变化的响应及其温度敏感性(Q₁₀)的变化特征。结果表明: 随着培养温度的升高,土壤丙氨酸转氨酶、亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶的潜在最大反应速率(V_max)和半饱和常数(K_m)均呈线性增加,且V_max呈现出森林带>森林草原带>草原带的地带性规律。V_max的温度敏感性(Q10(V_max))为1.14～1.62,K_m的温度敏感性(Q_10(Km))为1.05～1.47,且两者在森林草原带的值均低于其他植被带。在低、高温区,不同土壤酶的Q₁₀在各植被带间的变化也不尽相同。冗余分析显示,Q₁₀与环境变量尤其是土壤养分有显著的相关关系,这表明Q₁₀可能还受到除温度以外其他环境因子的影响。     

林木树干呼吸变化及其影响因素研究进展

树干呼吸是森林生态系统碳平衡的重要组成部分,它每年消耗碳同化总量(NPP)的11%~33%。受测定技术所限,过去对树干呼吸的研究未能引起足够的重视。近十几年来,由于大气CO₂温室气体浓度的持续升高,树干呼吸已成为研究的热点。测定树干呼吸的方法较多,早期一般采用气体交换法和密闭方法,最近利用便携式光合测定系统(Li-Cor6400)或土壤碳通量测量系统(Li-8100)对树干呼吸采用开路系统测定方法。大量研究结果表明: 1)树干呼吸的日变化呈双峰型曲线,即从早晨开始,树干呼吸速率随温度的上升而增加,到午间有所降低,之后逐渐增加,达到峰值后又逐渐降低。2)树干呼吸的季节动态为:生长季的树干呼吸速率明显高于非生长季,即从春季到夏季树干呼吸速率呈持续升高态势,高峰值出现在7或8月,尔后逐渐下降。树干呼吸活动是一个复杂的生物学过程,其影响因子较多。直接影响因子有气象因子(如温度、湿度和CO₂浓度)和生物因子(如树种、树龄、径阶、边材积和树干氮含量等);而纬度、海拔和地形因子通过影响气象因子或生物因子而间接影响树干呼吸。诸多因子中,树干温度对树干呼吸的贡献最大(Q₁₀可描述树干呼吸对温度升高的敏感性)。树干呼吸机理及其影响因子乃是今后研究的主要内容,一方面要采用统一的测量方法和技术,另一方面要综合考虑影响树干呼吸的内外因素,建立树干呼吸的相关模型,为构建森林生态系统碳循环模型、了解森林生态系统碳收支状况及其对大气CO₂浓度变化的贡献和对全球变化的响应提供理论依据。     

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。     

中亚热带杉木人工林和米槠次生林凋落物添加与去除对土壤呼吸的影响

在未来大气CO₂浓度升高的背景下, 植被净初级生产力的增加将促使森林土壤碳输入增多。凋落物是土壤碳库的重要来源, 对土壤呼吸会产生重要影响。为了模拟植物净初级生产力提高、凋落物产量增加情景下凋落物对土壤呼吸和土壤碳库的影响, 2013年1月到2014年12月, 在福建省三明市陈大镇国有林场, 在杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林和米槠(Castanopsis carlesii)次生林, 通过设置去除凋落物、添加凋落物和对照(保留凋落物, 不做任何处理)处理, 研究了土壤呼吸和土壤碳库的动态变化。研究发现: 土壤含水量在10%-25%范围内, 土壤呼吸温度敏感性指数(Q₁₀)随着土壤含水量的增加呈递增趋势, 当含水量<10%时, 由于干旱胁迫打破了土壤呼吸与温度之间的耦合, 改变了Q₁₀值, 使得Q₁₀值小于1。土壤呼吸与凋落物输入量呈显著的线性正相关关系, 杉木人工林对照和添加凋落物处理及米槠次生林对照处理, 土壤呼吸与2个月前的凋落物输入量相关性最好。而米槠次生林添加凋落物处理, 土壤呼吸与当月的凋落物输入量相关性最好, 不同林分凋落物呼吸对土壤呼吸的贡献率不同, 米槠次生林凋落物层呼吸年通量明显大于杉木人工林, 分别占各林分土壤总呼吸的34.4%和15.1%, 添加凋落物后, 杉木人工林和米槠次生林的土壤呼吸速率增加, 但添加凋落物处理的土壤呼吸年通量与对照的差值小于年凋落物输入量。因此, 在未来全球CO₂升高背景下, 植被碳储量的增加、凋落物增加并没有引起土壤呼吸成倍增加, 更有利于中亚热带地区土壤碳吸存。     

纬度梯度移栽对兴安落叶松针叶暗呼吸温度敏感性的影响

叶片暗呼吸温度敏感性对研究森林生态系统碳循环及其对气候变化的响应具有重要意义,但其树种内的变异性及季节动态还不清楚.本研究于2018年在同质园内测定了移栽自4个纬度(塔河、松岭、黑河和带岭)的兴安落叶松针叶的暗呼吸温度敏感系数(Q₁₀),旨在探索来自不同气候条件树木的Q₁₀的种内变异性及季节动态.结果表明: 4个移栽地的Q₁₀具有明显的季节动态,其最大值均出现在生长季中期.4个移栽地树木的Q₁₀存在显著差异,其变动范围为(1.48±0.01)～(2.15±0.03),并且在每个生长季阶段中差异的变化格局一致,即来自低纬度高温地区的树木Q₁₀值较大.Q₁₀与针叶氮浓度、可溶性糖浓度、移栽地年均气温和年均降水量间均存在显著正相关关系.综上,Q₁₀在移栽地之间的差异及其季节动态主要由针叶养分含量和树木对移栽原地气候的长期适应引起的,这些因素在森林碳循环对气候变化响应的模型和预测中应该予以考虑.     

Adjustment of Forest Ecosystem Root Respiration as Temperature Warms

Adjustment of ecosystem root respiration to warmer climatic conditions can alter the autotrophic portion of soil respiration and influence the amount of carbon available for biomass production. We examined 44 published values of annual forest root respiration and found an increase in ecosystem root respiration with increasing mean annual temperature (MAT),but the rate of this cross-ecosystem increase (Q10 = 1.6) is less than published values for short-term responses of root respiration to temperature within ecosystems (Q10 = 2-3). When specific root respiration rates and root biomass values were examined, there was a clear trend for decreasing root metabolic capacity (respiration rate at a standard temperature) with increasing MAT. There also were tradeoffs between root metabolic capacity and root system biomass, such that there were no instances of high growing season respiration rates and high root biomass occurring together. We also examined specific root respiration rates at three soil warming experiments at Harvard Forest, USA, and found decreases in metabolic capacity for roots from the heated plots. This decline could be due to either physiological acclimation or to the effects of co-occurring drier soils on the measurement date. Regardless of the cause, these findings clearly suggest that modeling efforts that allow root respiration to increase exponentially with temperature, with Qt0 values of 2 or more, may over-predict root contributions to ecosystem CO2 efflux for future climates and underestimate the amount of C available for other uses,including net primary productivity.     

华西雨屏区苦竹人工林土壤呼吸各组分特征及其温度敏感性

通过在华西雨屏区苦竹(Pleioblastus amarus)人工林内建立固定样地、定期监测等方法,研究该人工林生态系统土壤呼吸各组分特征及其温度敏感性.结果表明:2010年2月-2011年1月,苦竹林平均土壤呼吸速率为1.13 μmol·m-2·s-1,仲夏最高,深冬最低;凋落物层、无根土壤和植物根系对苦竹林土壤呼吸的贡献率分别为30.9％、20.8％和48.3％,各呼吸组分的季节动态均与土壤总呼吸类似,并与温度和凋落量等因素相关;苦竹林土壤总呼吸(RST)、凋落物层CO2排放(RSL)、无根土壤CO2排放(RSS)和植物根系呼吸(RSR)的年碳排放量分别为4.27、1.32、0.87和2.08 MgC· hm-2 ·a-1;土壤总呼吸及其各组分与凋落量呈显著正线性相关,与土壤10 cm温度和气温均呈显著正指数相关;基于土壤温度计算的RST、RSL、RSS和RSR的Q10值分别为2.90、2.28、3.09和3.19,凋落物层CO2排放的温度敏感性显著低于总呼吸和其他各组分.     

中国东北地区兴安落叶松林树干呼吸的研究

树干呼吸是森林碳平衡估计中的一个重要项目同时还能够显示树木的活力。对于如何准确估计森林树干呼吸释放CO2总量还存在争论。在本项研究中,2001、2002连续两年在一个33年生的兴安落叶松(Larix gmelini Rupr.)人工林内对树干呼吸进行了测定,同时测定了不同高度树干呼吸、呼吸的日变化、同龄落叶松林内不同个体的树干呼吸以及相关生长状态因子、水分因子和温度因子。结果显示：1)树干上部的呼吸速率在不同季节都高于下部呼吸速率,树下温度的差异能够一定程度上解释这种差异;2)树干呼吸有午间降低的现象,上午的测定结果树干温度与树干呼吸速率紧密相关,而下午则温度依赖性很小,土壤、空气、小枝木质部水势、叶片蒸腾速率和气孔导度都显示下午植物水分亏缺下午较上午严重,呼吸的这种上下午温度相关性的差异可能受这种水分亏缺的影响;3)在同龄林内,树木个体生长状念包括平均生长速率和树冠投影面积与树干呼吸速率有显著相关关系,而树干温度与之相关性很小。幂指数模型和S曲线模型能够产生较好的拟合效果;4)树干呼吸季节变化明显,7月份出现最大值,但同一月份的年间差异较大。自然指数模型能够较好地拟合温度与树干呼吸的季节变化规律。Q10值在2．22(2001年)和3．53(2002年)之间,与以往研究的结果相当。从以上结果可以看出,通过单一的Q10值估计森林树干呼吸总量会产牛偏差,要想得到准确的估计,至少应该考虑生长状态的差异和水分状态的差异。     

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。     

西双版纳热带季节雨林与橡胶林土壤呼吸

季节雨林和橡胶(Hevea brasiliensis)林是西双版纳热带森林生态系统中原始林和大面积种植人工林的两种代表类型。热带季节雨林层次结构复杂,多样性丰富,而橡胶林结构简单,乔木层只有橡胶树1种。应用碱吸收法,研究了这两种植被类型土壤呼吸速率、地下5 cm土壤温度、气温和土壤含水率的季节变化规律,以及土壤呼吸速率与地下5 cm土壤温度、气温和土壤含水率的关系。结果表明:1)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率、土壤温度、气温和土壤含水率都有明显的季节变化,而且两种林型的变化趋势基本一致;2)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率与地下5 cm土壤温度和气温之间具有显著的指数相关关系,显著水平达1%,与地下5 cm温度的相关性(r²分别为0.87和0.82)明显高于与气温的相关性(r²分别是0.80和0.72);3)季节雨林和橡胶林土壤呼吸速率与土壤含水率具有显著的线性相关(r²分别是0.73和0.63),显著水平达1%;4)橡胶林的土壤呼吸速率明显高于季节雨林,这与两种林型的结构有关;5)季节雨林和橡胶林土壤呼吸的Q₁₀分别为2.16和2.18,比文献报道的热带土壤的Q₁₀(1.96)稍高。     

The effect of soil warming on bulk soil vs. rhizosphere respiration

There has been considerable debate on whether root/rhizosphere respiration or bulk soil respiration is more sensitive to long-term temperature changes. We investigated the response of belowground respiration to soil warming by 3 °C above ambient in bare soil plots and plots planted with wheat and maize. Initially, belowground respiration responded more to the soil warming in bare soil plots than in planted plots. However, as the growing season progressed, a greater soil-warming response developed in the planted plots as the contribution of root/rhizosphere respiration to belowground respiration declined. A negative correlation was observed between the contribution of root/rhizosphere respiration to total belowground respiration and the magnitude of the soil-warming response indicating that bulk soil respiration is more temperature sensitive than root/rhizosphere respiration. The dependence of root/rhizosphere respiration on substrate provision from photosynthesis is the most probable explanation for the observed lower temperature sensitivity of root/rhizosphere respiration. At harvest in late September, final crop biomass did not differ between the two soil temperature treatments in either the maize or wheat plots. Postharvest, flux measurements during the winter months indicated that the response of belowground respiration to the soil-warming treatment increased in magnitude (response equated to a Q ₁₀ value of 5.7 compared with ∼2.3 during the growing season). However, it appeared that this response was partly caused by a strong indirect effect of soil warming. When measurements were made at a common temperature, belowground respiration remained higher in the warmed subplots suggesting soil warming had maintained a more active microbial community through the winter months. It is proposed that any changes in winter temperatures, resulting from global warming, could alter the sink strength of terrestrial ecosystems considerably.     

Soil Respiration along Environmental Gradients in Olympic National Park

Although mountainous landscapes dominate large areas of the Earth, our understanding of how elevation and aspect influence soil respiration in complex mountainous terrain is very limited. Therefore, we measured soil respiration throughout the growing season in 1999 and 2000 at 11 forested sites in Olympic National Park, Washington, USA along elevation-climatic gradients. The study sites ranged from temperate rain forest to alpine forests near tree line. Soil temperature was a significant predictor of soil respiration at all sites, and soil moisture explained additional variability at three sites (R2 from 0.42 to 0.90, P ≤ 0.01). Soil temperatures at the highest-elevation sites were 4.5°C cooler than those at the lowest elevation, but there were no relationships between soil respiration rates at a given temperature and elevation or mean annual temperature that would indicate acclimation of soil respiration to the cooler temperatures at high-elevation sites. Experimental urea additions (1.0 and 2.0 g N m-2 y-1) made at seven of the sites had no consistent effect on soil respiration. Total soil carbon dioxide (CO2) efflux during the growing season (May-September) varied from 0.34 to 0.75 kg C/m2 and was greater at low-elevation sites with warmer soil temperatures and longer growing seasons. Elevation and the length of the frost-free season could both be used to predict growing season (r2 = 0.53) and annual (r2 = 0.81) soil CO2 efflux for the 10 sites located in steep mountainous terrain. Significant correlations also existed with mean annual temperature. These results suggest that warmer soils and a longer snow-free season associated with climatic warming could cause the mountainous ecosystems of the Olympic peninsula to evolve increasing amounts of CO2 from all elevations and aspects.     

Seasonal variation in CO2 efflux of stems and branches of Norway spruce trees

BACKGROUND AND AIMS: Stem and branch respiration, important components of total forest ecosystem respiration, were measured on Norway spruce (Picea abies) trees from May to October in four consecutive years in order (1) to evaluate the influence of temperature on woody tissue CO2 efflux with special focus on variation in Q10 (change in respiration rate resulting from a 10 degrees C increase in temperature) within and between seasons, and (2) to quantify the contribution of above-ground woody tissue (stem and branch) respiration to the carbon balance of the forest ecosystem. METHODS: Stem and branch CO2 efflux were measured, using an IRGA and a closed gas exchange system, 3-4 times per month on 22-year-old trees under natural conditions. Measurements of ecosystem CO2 fluxes were also determined during the whole experiment by using the eddy covariance system. Stem and branch temperatures were monitored at 10-min intervals during the whole experiment. KEY RESULTS: The temperature of the woody tissue of stems and branches explained up to 68% of their CO2 efflux. The mean annual Q10 values ranged from 2.20 to 2.32 for stems and from 2.03 to 2.25 for branches. The mean annual normalized respiration rate, R10, for stems and branches ranged from 1.71 to 2.12 micromol CO2 m(-2)s (-1) and from 0.24 to 0.31 micromol CO2 m(-2) s(-1), respectively. The annual contribution of stem and branch CO2 efflux to total ecosystem respiration were, respectively, 8.9 and 8.1% in 1999, 9.2 and 9.2% in 2000, 7.6 and 8.6% in 2001, and 8.6 and 7.9% in 2002. Standard deviation for both components ranged from 3 to 8% of the mean. CONCLUSIONS: Stem and branch CO2 efflux varied diurnally and seasonally, and were related to the temperature of the woody tissue and to growth. The proportion of CO2 efflux from stems and branches is a significant component of the total forest ecosystem respiration, approx. 8% over the 4 years, and predictive models must take their contribution into account.     

典型温带草原群落土壤呼吸温度敏感性与土壤水分的关系

工业革命以来,人类活动所导致的CO2等温室气体的浓度在大气中持续上升,全球表面温度因此不断升高。在全球温暖化的背景下,土壤呼吸与温室效应之间正反馈关系势必影响到未来陆地生态系统功能与全球变化的趋势,所以,关于土壤呼吸对温度变化响应的研究备受瞩目。土壤呼吸对温度依赖性的研究已经有许多报道,其关系可以用简单的指数方程表示。但是,土壤水分条件对于土壤呼吸温度敏感性(用Q10表示)的影响却研究得较少。采用碱液吸收法对内蒙古典型温带草原11个不同水分状况群落的土壤呼吸进行了测定,并分析了土壤呼吸的温度敏感性。结果显示土壤呼吸的温度敏感性存在一定程度的空间变异,各群落Q10值平均为1．65,变异系数为6．94％。其中,春小麦群落的Q10值最高(1．84),其次是湿生杂类草群落(Q10=1．78),而Q10最低的是冷蒿(aRMESIA FRIGIDA)-星毛萎陵菜(pOTENTILLA ACAULIS)群落(1．47)。用Spearman秩相关分析法对表层土壤(O～20cm)水分与Q10值之间的关系进行了分析,结果表明各群落Q10值与生长季土壤平均水分含量呈显著的正相关关系(R=0．64545,p=0．032),说明水分状况对土壤呼吸的温度敏感性有一定程度的影响。由此推断,在中国温带草原地区,温度升高对较湿润区域土壤呼吸的影响大于较干旱区域。全球变化导致的水分时空格局的变化可能对温带草原土壤呼吸有较大的影响。所以,模拟大尺度土壤CO2排放量时,水分因素必须作为一个重要的变量加以考虑。     

Measurement of stem respiration of sycamore (Platanus occidentalis L.) trees involves internal and external fluxes of CO2 and possible transport of CO2 from roots

CO(2) released by respiring cells in tree stems can either diffuse to the atmosphere or dissolve in xylem sap. In this study, the internal and external fluxes of CO(2) released from respiring stems of five sycamore (Platanus occidentalis L.) trees were calculated. Mean rates of stem respiration were highest in mid-afternoon and lowest at night, and were positively correlated with air temperature. Over a 24 h period, on average 34% of the CO(2) released by respiring cells in the measured stem segment remained within the tree. CO(2) efflux to the atmosphere consisted of similar proportions of CO(2) derived from local respiring cells (55%) and CO(2) that had been transported in the xylem (45%), indicating that CO(2) efflux does not accurately estimate respiration. A portion of the efflux of transported CO(2) appeared to have originated in the root system. A modification of the method for calculating stem respiration based on internal and external fluxes of CO(2) was developed to separate efflux due to local respiration from efflux of transported CO(2).