降雨量改变对常绿阔叶林干旱和湿润季节土壤呼吸的影响

通过野外原位试验,研究降雨量改变对华西雨屏区常绿阔叶林干旱和湿润季节土壤呼吸速率的影响。采用LI-8100土壤碳通量分析系统(LI-COR Inc.,USA)测定干旱和湿润季节对照(CK)、增雨10%(LA)、增雨5%(TA)、减雨10%(LR)、减雨20%(MR)、减雨50%(HR)6个处理水平的土壤呼吸速率,并通过回归方程分析温度和湿度与土壤呼吸速率间的关系。结果表明:湿润季节土壤呼吸速率高于干旱季节,HR处理对干旱季节土壤呼吸速率影响较大,而LA处理对湿润季节土壤呼吸速率的影响较大。TA和LR处理使土壤呼吸的温度敏感性增加,而HR、LA和MR处理使土壤呼吸的温度敏感性降低,干旱季节Q10值高于湿润季节。各处理湿润季节土壤微生物量碳氮含量显著高于干旱季节,HR、MR和LA处理减少土壤微生物生物量碳、氮的含量,而TA和LR处理增加土壤微生物生物量碳、氮的含量。与湿润季节相比,干旱季节土壤水分对土壤呼吸速率的影响较大;而与土壤温度相比,土壤水分对土壤呼吸速率的影响较小。在降雨量改变的背景下,华西雨屏区常绿阔叶林无论是干旱还是湿润季节,适当增雨和减雨都会促进土壤呼吸速率,而较高量的增雨和减雨会抑制土壤呼吸速率。     

模拟氮沉降和降雨量改变对华西雨屏区常绿阔叶林土壤有机碳的影响

从2013年11月至2015年12月,通过原位试验,在华西雨屏区常绿阔叶林内设置了对照(CK)、氮沉降(N)、减雨(R)、增雨(A)、氮沉降+减雨(NR)、氮沉降+增雨(NA)6个处理水平,研究了模拟氮沉降和降雨量改变对常绿阔叶林土壤有机碳的影响。结果表明:华西雨屏区常绿阔叶林土壤各土层有机碳含量表现为夏季较高,春冬季较低,0—10 cm土层有机碳含量高于10—20 cm土层。从各处理土壤有机碳含量的平均值来看,0—10 cm土层土壤有机碳含量高低顺序表现为:RNRCKANNA;10—20 cm土层表现为:RNRACKNAN。模拟氮沉降和增雨处理促进了华西雨屏区常绿阔叶林土壤有机碳的累积,模拟减雨抑制了土壤有机碳的累积。常绿阔叶林0—10cm土层土壤C/N值显著高于10—20 cm,土壤C/N值随土层加深而呈现出增加的趋势,降雨使土壤C/N降低,增雨使土壤C/N增高。同一氮沉降条件下,增雨处理增加了土壤有机碳的含量,减雨处理减少了土壤有机碳的含量;同一降雨条件下,氮沉降增加土壤有机碳的含量。氮沉降和降雨对土壤可溶解性有机碳和微生物生物量碳含量产生显著影响(P0.05),对土壤活性碳含量影响不显著(P0.05);其交互作用对土壤有机碳、可溶解性有机碳、微生物生物量碳和活性碳含量影响不显著(P0.05)。     

模拟氮沉降和降雨对华西雨屏区常绿阔叶林凋落物分解的影响

从2013年11月至2015年5月,采用凋落物分解袋法,设置了对照(CK)、氮沉降(N)、减雨(R)、增雨(A)、氮沉降+减雨(NR)、氮沉降+增雨(NA)6个处理水平,研究了模拟氮沉降和降雨对华西雨屏区常绿阔叶林凋落物分解的影响。结果表明:华西雨屏区常绿阔叶林凋落叶分解较快,凋落枝分解较慢;凋落物夏季分解较快,其他季节分解较慢。经过18个月的分解后,凋落叶和枝的质量残留率分别为45.86%和86.67%,凋落叶分解50%需要的时间为1.42 a,比枝短6.19 a。各处理凋落物叶分解系数表现为:k(A)k(CK)k(NA)k(N)k(R)k(NR),凋落枝质量残留率表现为:NNRRNACKA。模拟氮沉降、减雨和增雨处理凋落叶分解50%分别需要1.79、1.94a和1.36a,凋落枝分解50%分别需要8.84、8.63 a和6.47 a。各处理凋落叶分解95%需要5.37—11.33 a,凋落枝分解95%需要27.41—33.84 a。同一氮沉降条件下,增雨处理促进凋落叶分解,减雨处理抑制凋落叶分解;同一降雨条件下,氮沉降抑制凋落叶分解。氮沉降或降雨对凋落物的分解产生显著影响(P0.05),其交互作用影响不显著(P0.05)。可见,在氮沉降持续增加和降雨格局改变的背景下,增雨促进了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物的分解,氮沉降和减雨抑制了凋落物的分解,模拟氮沉降和降雨对凋落物的分解交互作用表现不明显。     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳和氮的影响

为理解模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)的影响,通过一年野外模拟氮(NH₄NO₃)沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮沉降(L, 5 g N·m^-2·a^-1)、中氮沉降(M, 15 g N·m^-2·a^-1)和高氮沉降(H, 30 g N·m^-2·a^-1),研究了氮沉降对天然常绿阔叶林土壤MBC和MBN的影响.结果表明: 氮沉降显著降低了0～10 cm土层MBC和MBN,且随氮沉降量的增加,下降幅度增大;L和M处理对10～20 cm土层MBC和MBN无显著影响,H处理显著降低了10～20 cm土层土壤MBC和MBN;氮沉降对MBC和MBN的影响随土壤深度的增加而减弱.MBC和MBN具有明显的季节变化,在0～10和10～20 cm土层均表现为秋季最高,夏季最低.0～10和10～20 cm土层土壤微生物生物量C/N分别介于10.58～11.19和9.62～12.20,表明在华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物群落中真菌占据优势.     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程微生物生物量的影响

为进一步深化氮沉降对凋落物分解影响的研究,2016年3月—2017年3月,在华西雨屏区天然常绿阔叶林内,用凋落叶分解袋法研究了模拟氮沉降对凋落叶分解过程中微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)的影响。实验设置了对照(0 g N m~(-2)a~(-1))、低氮(5 g N m~(-2)a~(-1))、中氮(15 g Nm~(-2)a~(-1))和高氮沉降(30 g N m~(-2)a~(-1)) 4个处理。结果表明:低氮和中氮处理显著增加了凋落叶分解过程中的MBC和MBN,以低氮处理增加幅度最高;低氮和中氮处理对凋落叶分解过程中的MBP影响不显著;高氮处理显著降低了分解过程中的MBC、MBN和MBP。随模拟氮沉降量的递增,凋落叶分解过程中微生物生物量碳氮比逐渐减少,微生物生物量碳磷比呈现先增加后下降的趋势。研究结果说明,氮沉降影响了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物分解过程中微生物生物量,进而改变了凋落物的分解过程。     

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。     

黄土高原藓结皮土壤呼吸速率对降雨量变化的响应

全球气候变化加剧背景下，干旱和半干旱地区的降雨模式将进一步改变，其造成的土壤水分波动是引起土壤呼吸动态变化的重要因素，但生物结皮土壤呼吸响应降雨模式变化继而影响陆地生态系统碳源/汇功能的机制尚不明确。针对黄土高原风沙土发育的藓结皮，以自然降雨量为对照，分别进行幅度为10%、30%、50%的模拟增雨和减雨处理，并利用便携式土壤碳通量分析仪(LI-8100A)测定了模拟增减雨后的藓结皮土壤呼吸速率，对比分析了其对降雨量变化的响应及机制。结果表明：(1)整个实验周期(2018和2019)增雨和减雨分别显著提高(增幅分别为17.9%—48.2%和27.1%—54.2%)和降低了(降幅分别为1.8%—26.8%和5.2%—20.8%)土壤含水量，但对土壤温度的影响不显著；(2)增雨抑制了藓结皮土壤呼吸速率(降幅分别为7.8%—31.7%和14.7%—39.4%),且随梯度增大抑制作用越明显；减雨则取决于减雨梯度，减雨10%和30%会促进土壤呼吸速率(增幅分别为27.5%、9.6%和23.6%、9.7%)而减雨50%具有抑制作用(降幅分别为15.6%和18.5%)。不同实验周期和不同降雨处理间藓结...     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程中基质质量的影响

为理解氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物分解过程的影响,采用立地控制实验和凋落物分解袋法,研究了低氮沉降(L,50 kg N hm~(-2)a~(-1))、中氮沉降(M,150 kg N hm~(-2)a~(-1))和高氮沉降(H,300 kg N hm~(-2)a~(-1))对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程中基质质量的影响。结果表明:N沉降抑制了凋落叶的分解,并随着N沉降量的增加,抑制作用增强。N沉降遏制了凋落叶的C、N释放和纤维素降解,促进了P释放。N沉降提高了凋落叶的C/P比,中氮和高氮处理提高了凋落叶C/N比。N沉降显著增加了凋落叶N、木质素和纤维素的含量,分解1年后,各N沉降处理的木质素/N和纤维素/N均显著高于对照。N沉降提高了质量残留率与C/N、木质素/N和纤维素/N的相关性,降低了与C/P的相关性。可见,模拟N沉降显著影响了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程中的基质质量,进而影响了凋落叶的分解过程。     

华西雨屏区苦竹林土壤呼吸对模拟氮沉降的响应

2007年11月至2008年11月, 对华西雨屏区苦竹(Pleioblastus amarus)人工林进行了模拟氮沉降试验, 氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(15 g N·m^-2·a^-1)和高氮(30 g N·m^-2·a^-1)。每月下旬, 采用红外CO₂分析法测定土壤呼吸速率, 并定量地对各处理施氮(NH₄NO₃)。结果表明: 2008年试验地氮沉降量为8.241 g·m^-2, 超出该地区氮沉降临界负荷。在生长季节, 苦竹林根呼吸占总土壤呼吸的60%左右。模拟氮沉降促进了苦竹林土壤呼吸速率, 使苦竹林土壤每年向大气释放的CO₂增加了9.4%~28.6%。在大时间尺度上(如1 a), 土壤呼吸主要受温度的影响。2008年6~10月, 土壤呼吸速率24 h平均值均表现为: 对照<低氮<中氮<高氮。氮沉降处理1 a后, 土壤微生物呼吸速率和土壤微生物生物量碳、氮增加, 并且均与氮沉降量具有相同趋势。各处理土壤呼吸速率与10 cm土壤温度、月平均气温呈极显著指数正相关关系, 利用温度单因素模型可以解释土壤呼吸速率的大部分。模拟氮沉降使得土壤呼吸Q₁₀值增大, 表明氮沉降可能增强了土壤呼吸的温度敏感性。在氮沉降持续增加和全球气候变暖的背景下, 氮沉降和温度的共同作用可能使得苦竹林向大气中排放的CO₂增加。     

中度火干扰对兴安落叶松林土壤呼吸的影响

通过测定中度火干扰后塔河地区兴安落叶松(Larix gmelinii)林生长季土壤呼吸(R_s),并进一步探究火干扰后影响土壤呼吸变化的主要环境因子。选择在塔河林业局火烧4年后兴安落叶松林中度火烧迹地设置样地,选择临近未过火区域设置对照样地。土壤呼吸通量用LI-8100进行测量,土壤异养呼吸(R_h)采用壕沟法进行测量。火烧迹地与未火烧对照样地生长季土壤呼吸速率平均值分别为(3.67±1.03)μmol CO_2m~(-2)s~(-1),(4.21±1.25)μmol CO_2m~(-2)s~(-1)。火烧迹地土壤呼吸速率显著降低(P0.05)。生长季土壤呼吸组分的动态变化表明,土壤呼吸速率的降低是因为土壤自养呼吸(R_a)显著降低导致的(P0.05)。温度是控制这一地区生长季土壤呼吸变化的主要环境因子。与对照样地相比,火烧迹地土壤呼吸的变化与土壤温度具有更强的相关性。塔河地区兴安落叶松林火烧迹地和未火烧对照样地Q_(10)分别为5.85±1.06,4.25±1.19,火干扰后Q_(10)显著增加(P0.05)。研究结果表明:在全球气候变化的背景下火干扰后中国塔河地区兴安落叶松林生态系统对温度的变化更为敏感。本研究结果将为研究中国塔河地区火干扰后碳循环变化提供数据支持。     

模拟氮沉降对长江滩地杨树林土壤呼吸温度敏感性的影响

研究氮沉降量增加对土壤呼吸温度敏感性的影响,对于研究土壤呼吸在气候变化中的作用有重要意义。以长江中下游滩地杨树人工林为对象,通过定位模拟氮沉降实验的方法,研究了滩地杨树人工林生态系统土壤呼吸的变化特征和土壤呼吸各组分的温度敏感性对几种氮沉降量浓度的短期响应。结果表明:(1)各处理土壤总呼吸、土壤微生物呼吸、根系呼吸与各层次土壤温度均呈显著正相关关系,和5cm层土壤温度相关性最大。5cm层土壤温度可以解释土壤总呼吸、土壤微生物呼吸和根系呼吸季节变化的比例分别为50.5%—71.0%、51.5%—73.9%、35.7%—63.2%;(2)对照组(CK,0g N m-2a-1)土壤总呼吸、土壤微生物呼吸与根呼吸的Q10值分别为2.54、2.72和1.94;(3)在各氮添加水平中,中氮水平(MN,10g N m-2a-1)促进了土壤总呼吸、土壤微生物呼吸和植物根呼吸的温度敏感性。高氮水平(HN,20g N m-2a-1)都降低了土壤总呼吸、土壤微生物呼吸和植物根呼吸的温度敏感性,低氮水平(LN,5g N m-2a-1)降低了土壤总呼吸和土壤微生物呼吸的温度敏感性,促进了根呼吸的敏感性。     

增加降水对干旱河谷区云南松人工林土壤呼吸的影响

2013年5月至2014年6月,对干旱河谷区云南松(Pinus yunnanensis)人工林进行增加降水试验,试验设置对照(CK,0 mm m~(-2)a~(-1))、增水10%(A1,80 mm m~(-2)a~(-1))、增水20%(A2,160 mm m~(-2)a~(-1))和增水30%(A3,240 mm m~(-2)a~(-1))4个处理水平。采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统测定每月土壤呼吸速率。结果表明,4个处理云南松人工林土壤呼吸速率均呈明显的季节变化,7月最高,2月最低。与CK相比,A1年均土壤呼吸速率无显著性差异(P0.05),A2显著增加了12.88%(P0.05),而A3明显减少了17.71%(P0.05)。3个增水处理均提高了土壤呼吸的温度敏感性,减弱了土壤呼吸与土壤湿度的关系。与土壤温度相比,土壤湿度对土壤呼吸的影响相对较小。增水增加了湿季土壤微生物碳、氮含量,干季对微生物碳含量无影响,但明显降低了微生物氮含量。这说明,降水增加对干旱河谷区云南松人工林土壤呼吸的影响是不尽相同的,适当的增水会促进土壤呼吸,而过量的增水会抑制土壤呼吸。     

青藏高原高寒草甸土壤CO2排放对模拟氮沉降的早期响应

研究大气氮沉降输入对青藏高原高寒草甸土壤-大气界面CO₂交换通量的影响,对于准确评价全球变化背景下区域碳平衡至关重要。通过构建多形态、低剂量的增氮控制试验,利用静态箱-气相色谱法测定土壤CO₂排放通量,同时测定相关土壤变量和地上生物量,分析高寒草甸土壤CO₂排放特征及其主要驱动因子。研究结果表明:低、高剂量氮输入倾向于消耗土壤水分,而中剂量氮输入有利于土壤水分的保持;施氮初期总体上增加了土壤无机氮含量,铵态氮累积效应更为显著;施氮显著增加地上生物量和土壤CO₂排放通量,铵态氮的促进效应显著高于硝态氮。另外,土壤CO₂排放通量主要受土壤温度驱动,其次为地上生物量和铵态氮储量。上述结果反映了氮沉降输入短期内可能刺激了植物生长和土壤微生物活性,加剧了土壤-大气界面CO₂排放。     

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。     

重庆缙云山两种林分土壤呼吸对模拟氮沉降的季节响应差异性

氮沉降对土壤呼吸的影响仍然存在着争论,需要进一步研究。选择重庆缙云山的马尾松林和柑橘林开展了氮添加实验,分别设置3个氮添加水平(低氮T_5:20 g N m~(-2)a~(-1),中氮T_(10):40 g N m~(-2)a~(-1)和高氮T_(15):60 g N m~(-2)a~(-1))和对照(T_0:0 g N m~(-2)a~(-1))共4个水平的处理,各林分每个处理各9次重复,每个处理量分4次,在每个季度开始各施1次。采用ACE(Automated Soil CO_2 Exchange Station,UK)自动土壤呼吸监测系统测定两林分土壤表层(0—10 cm)的呼吸、温度和湿度,分别在当年的7月、9月、11月、第2年的1月、2月、3月、5月、6月各连续测定4d,每天(8:00—18:00)4次,以揭示两种林分土壤呼吸对模拟氮沉降的季节动态响应及其差异性。结果表明:(1)柑橘林与马尾松林林下土壤表层呼吸表现出一致的季节变化动态趋势:夏季春季秋季冬季,但柑橘林土壤呼吸显著高于马尾松林(P0.05)。(2)总体上氮沉降抑制了2种林分土壤表层呼吸,而N沉降量大抑制程度越高。只在冬季土壤湿度低的马尾松林下氮沉降促进了土壤呼吸。(3)土壤温度与土壤呼吸有极显著的正相关指数关系(P0.01),而土壤水分与土壤呼吸有显著的二次模型拟合关系,但均受到氮沉降量处理的影响。综合分析表明,在亚热带山区2类森林下的典型案例结果支持氮沉降抑制土壤呼吸的认识。     

Effects of soil water content on soil respiration in forests and cattle pastures of eastern Amazonia

The effect of soil water content on efflux of CO₂ from soils has been described by linear, logarithmic, quadratic, and parabolic functions of soil water expressed as matric potential, gravimetric and volumetric water content, water holding capacity, water-filled pore space, precipitation indices, and depth to water table. The effects of temperature and water content are often statistically confounded. The objectives of this study are: (1) to analyze seasonal variation in soil water content and soil respiration in the eastern Amazon Basin where seasonal temperature variation is minor; and (2) to examine differences in soil CO₂ emissions among primary forests, secondary forests, active cattle pastures, and degraded cattle pastures. Rates of soil respiration decreased from wet to dry seasons in all land uses. Grasses in the active cattle pasture were productive in the wet season and senescent in the dry season, resulting in the largest seasonal amplitude of CO₂ emissions, whereas deep-rooted forests maintained substantial soil respiration during the dry season. Annual emissions were 2.0, 1.8, 1.5, and 1.0 kg C m^-2 yr^-1 for primary forest, secondary forest, active pasture, and degraded pasture, respectively. Emissions of CO₂ were correlated with the logarithm of matric potential and with the cube of volumetric water content, which are mechanistically appropriate functions for relating soil respiration at below-optimal water contents. The parameterization of these empirical functions was not consistent with those for a temperate forest. Relating rates of soil respiration to water and temperature measurements made at some arbitrarily chosen depth of the surface horizons is simplistic. Further progress in defining temperature and moisture functions may require measurements of temperature, water content and CO₂ production for each soil horizon.     

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。     

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。     

川西亚高山森林土壤呼吸和微生物生物量碳氮对施氮的响应

随着全球大气氮沉降的明显增加,将有可能显著影响我国西部地区受氮限制的亚高山森林生态系统。土壤微生物是生态系统的重要组成部分,是土壤物质循环和能量流动的重要参与者。由于生态系统类型、土壤养分、氮沉降背景值等的差异,土壤呼吸和土壤生物量碳氮对施氮的响应存在许多不确定性。而施氮会不会促进亚高山森林生态系统中土壤呼吸和微生物对土壤碳氮的固定?基于此假设,选择了川西60年生的四川红杉(Larix mastersiana)亚高山针叶林为研究对象,通过4个水平的土壤施氮控制试验(CK:0 g m~(-2) a~(-1)、N1:2 g m~(-2)a~(-1)、N2:5 g m~(-2) a~(-1)、N3:10 g m~(-2)a~(-1)),监测了土壤呼吸及土壤微生物生物量碳氮在一个生长季的动态情况。结果表明:施氮对土壤呼吸各指标和土壤微生物碳氮都有极显著的影响,施氮能促进土壤全呼吸、自养呼吸、异养呼吸通量和土壤微生物生物量碳氮的增长,施氮使土壤呼吸通量提高了11%—15%,土壤微生物量碳提高了5%—9%,土壤微生物量氮提高了23%—34%。在中氮水平下(5 g m~(-2) a~(-1))对土壤呼吸的促进最显著。相关分析发现,土壤呼吸与微生物生物量碳氮和微生物代谢商极呈显著正相关,微生物量碳氮与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度呈极显著负相关。通过一般线性回归拟合土壤呼吸速率与土壤10 cm温湿度的关系,发现土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度极显著负相关(P0.001),中氮水平下土壤温度敏感性系数Q_(10)值(7.10)明显高于对照(4.26)。