黄土高原四种人工植物群落土壤呼吸季节变化及其影响因子

以黄土高原侧柏、柠条、沙棘和油松人工植物群落为对象,土壤呼吸日动态和季节变化及其与环境因子之间的关系,结果表明:4种植物群落土壤呼吸速率具有典型的日变化和季节变化模式, 4种群落中,以侧柏6月土壤呼吸日变幅最大,沙棘6月土壤呼吸日变幅最小,大部分群落不同月份最大土壤呼吸与最小土壤呼吸倍数在1.1～1.6之间.4种群落中,以柠条土壤呼吸季节变幅最大,侧柏最小,最大土壤呼吸与最小土壤呼吸的倍数为1.5～2.2倍之间.同一植物类型土壤呼吸具有明显的季节变化特征,其具体变化趋势因植物类型而异.4种植物群落土壤呼吸速率与土壤和大气温度以及土壤含水量的关系在不同季节表现为不同的关系,其中侧柏和柠条土壤呼吸与土壤温度均呈乘幂关系,与大气温度为指数关系.沙棘土壤呼吸与土壤温度和大气温度均为乘幂关系,油松土壤呼吸与土壤温度和大气温度均为线性关系.这表明土壤呼吸与土壤和大气温度之间的关系及其紧密程度因植被类型而异.综合分析表明,同一气候区相同环境因子对不同植物群落土壤呼吸的影响作用不同,且因其自身具有明显的季节变化,从而导致对土壤呼吸的调控作用也具有明显的季节变异模式.     

川西亚高山草甸土壤呼吸的昼夜变化及其季节动态

采用LI-8100A土壤碳通量自动测量系统,于2011年4—11月对川西亚高山草甸的土壤呼吸进行了测定,分析了水热因子对草甸昼、夜间土壤呼吸特征及其季节动态变化的影响。结果表明:1)川西亚高山草甸昼、夜间土壤呼吸的变化格局不同,昼间呈双峰型,夜间呈抛物线型;整个观测期(4—11月)内,夜间土壤呼吸占总土壤呼吸的46.79%,其中草盛期(6—9月)的昼、夜土壤呼吸占有较大比例。2)8次夜间土壤呼吸测定的变化趋势基本相同,最低值均在06:30—07:00左右;昼、夜间土壤呼吸季节变化的主要影响因素为土壤5 cm温度,Van’t Hoff指数模型和Lloyd和Taylor方程均适合预测整个的土壤呼吸通量。3)返青期(4—5月)和枯黄期(10—11月)的昼、夜间土壤呼吸差异不显著,均低于草盛期;整个观测期,草甸昼、夜间土壤呼吸与土壤温度均有显著的指数相关,而与土壤水分含量存在显著线性相关则表现在草返青期夜间及枯黄期昼、夜间。4)整个观测期昼、夜间的Q10值分别为3.90和3.74;对Q10值的分析表明,返青期昼土壤呼吸的Q10值最大(4.14),草盛期夜间的Q10值最小(1.40)。研究结果说明,采用昼、夜间土壤呼吸的瞬时值来推算土壤呼吸的季节通量和年通量时,不仅需要加大观测期间夜间土壤呼吸的测定,还需要考虑昼、夜间土壤温度和土壤含水量及其它生物因子的影响。     

黄土高原小麦田土壤呼吸季节和年际变化

本研究采用自行开发的全自动多通道通量箱法对黄土高原小麦田土壤呼吸变化特征进行了连年原位监测,在此基础上,采用斜率同质性模型（homogeneity-of-slop model, HOS模型）对农田土壤呼吸季节和年际变化的成因进行了解析。结果表明,在日尺度上,土壤呼吸主要受土壤温度的影响,呈现出明显的单峰变化趋势,在12：00左右达最大值。季节尺度上,土壤呼吸冬季较低,春季上升,7月下旬达最大值,之后下降,土壤呼吸季节变化主要受土壤温度和湿度的影响。土壤呼吸年际间变化较大,其变化幅度为815.72 g C?m-2? yr-1～980.12 g C?m-2?yr-1。土壤温度是引起土壤呼吸年际变化最重要的因素,逐步回归分析表明,土壤温度和土壤含水量均与土壤呼吸呈显著的正相关,可以用Rsoil = 1.761 0.119Tsoil - 1.30SWC,（R2=0.48, p<0.0001）来描述土壤呼吸与土壤温度和土壤水分的关系。降水量与土壤呼吸没有显著的相关关系。用HOS模型对土壤呼吸年际变化的成因进行分析的结果表明,功能变化（function change, FC）、环境因子季节变化、环境因子年际变化以及随机误差分别可以解释年际变化的10.6%、 58.4%、4.5%、和 26.5%,功能变化对土壤呼吸年际变化的影响要大于土壤温度年际变化的影响。因此,在土壤呼吸的预测中,不能仅仅依靠环境因子的变化来预测土壤呼吸的变化,还必须考虑到功能变化对土壤呼吸的影响。     

黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子

于中国科学院长武生态试验站(始于1984年),采用动态密闭气室法(Li-8100,USA)于2008年3月至2009年3月监测了裸地土壤呼吸日变化、季节变化以及0-60cm土层的温度和含水量,研究了裸地土壤呼吸的日变化、季节变化特征及其与土壤温度和含水量之间的关系。结果表明:裸地土壤呼吸四季的日变化和季节变化均呈单峰型曲线,与气温变化趋势一致;日变化峰值出现在14:00左右或16:00左右,最低值出现在0:00左右或者6:00左右;季节变化表现为夏季最高,冬季最低,春秋季无明显差异,年平均呼吸速率为0.94μmolCO₂·m^-2·s^-1。土壤呼吸与温度具有极显著(P<0.01)的正相关关系,且可以用R_s=ae^bx形式的指数函数很好地拟合,其中与5cm深度的土壤温度相关性最好。水分对土壤呼吸的影响复杂。裸地土壤呼吸的双变量模型关系显著(P<0.01),比相应的单变量模型更好地解释了土壤呼吸变异。     

华南丘陵区不同土地利用方式下土壤呼吸

采用静态箱-气相色谱法对华南丘陵区针叶林和果园土壤呼吸及其主要影响因子进行了观测。结果表明:针叶林和果园含凋落物年均土壤呼吸分别为(1.96±0.09)和(6.56±0.32)kg.m-2.a-1;不含凋落物年均土壤呼吸分别为(1.60±0.07)和(5.30±2.80)kg.m-2.a-1。土地利用方式对土壤呼吸的影响较大,果园土壤呼吸明显大于针叶林(P<0.01)。针叶林和果园土壤呼吸季节变化模式相似,即雨季较高而旱季较低。不同土地利用方式下不同处理土壤呼吸均与地下5cm土壤温度、地表温度和气温呈显著指数相关。利用Q10模型计算出针叶林和果园土壤呼吸Q10值变化范围在1.73～3.30。土壤呼吸与土壤含水量显著相关。温度和土壤含水量能部分解释针叶林和果园土壤呼吸的季节变化。针叶林和果园由凋落物分解释放的CO2对土壤呼吸的贡献分别为18.14%和19.08%。     

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。     

南京城市公园绿地不同植被类型土壤呼吸的变化

子2007年10月-2008年9月,利用Li-6400便携式光合作用仪配合土壤呼吸气室对南京中山植物园内草坪、疏林和近自然林3种植被类型的土壤呼吸速率的季节变化及其影响因子进行了测定.结果表明:不同植被类型土壤呼吸速率具有明显的季节变化,夏季(8月)较高,近自然林、疏林和草坪类型分别为3.28、4.07和7.58 μmol·m~(-2)·s~(-1),冬季(12月)最低,近自然林、疏林和草坪类型分别为0.82、0.99和1.42 μmol·m~(-2)·s~(-1);不同植被类型的年均土壤呼吸速率有显著差异(P＜0.05),平均土壤呼吸速率大小排序为草坪>疏林>近自然林;不同植被类型的土壤呼吸速率与土壤温度呈显著性指数相关关系,与土壤含水率无显著相关关系;Q_(10)值均随着土层深度的增加而增加;不同植被类型的Q_(10)值存在一定程度的差异,近自然林类型的Q_(10)值大于草坪和疏林类型的Q_(10)值.研究表明,城市如果大量发展草坪可能增加土壤CO_2的排放.

Abstract：

By using Li-6400 portable photosynthetic apparatus connected to soil chamber,the soil respiration rate under three vegetation types(lawn,open woodland,and close-to-nature forest)in Nanjing Zhongshan Botanical Garden was measured from October 2007 to September 2008,with related affecting factors analyzed.The soil respiration rate had obvious seasonal fluctuation,being the highest in summer(August)and the lowest in winter(December).For the close-to-nature forest,open woodland,and lawn,their soil respiration rate in summer was 3.28,4.07,and 7.58μmol·m~(-2)·s~(-1),and that in winter was 0.82,0.99,and 1.42μmol·m~(-2)·s~(-1),respectively.The annual mean soil respiration rate differed significantly with vegetation type(P＜0.05),which was in order of close-to-nature forest＜open woodland＜lawn.The soil respiration rate had significant exponential correlation with soil temperature,but no correlation with soil moisture.The Q_(10) value increased with increasing soil depth,and was larger in close-tonature forest than in open woodland and lawn.Our results indicated that the rapid development of lawn in urban green space could increase the urban soil CO_2 emission.     

哀牢山中山湿性常绿阔叶林土壤呼吸季节和昼夜变化特征及影响因子比较

 由于受到多种生物和非生物因素的影响,土壤呼吸在不同时间尺度上的动态变化可能不一致。对不同时间尺度的土壤呼吸动态变化的研究有助 于深入了解土壤呼吸变化的机理,也有利于精确推算土壤碳的排放。采用红外CO₂分析法测定哀牢山中山湿性常绿阔叶林季节间(2004年4月～ 2005年3月)和昼夜间 (2004年7、9和11月及2005年1、3和5月共6次)的土壤呼吸。哀牢山中山湿性常绿阔叶林中土壤呼吸的季节变化显著,其中 湿季(5～10月)的土壤呼吸高于干季(11月～翌年4月),全年土壤呼吸的平均值为0.442 g CO₂&;#8226;m^－2&;#8226;h^－1。6 次测定的土壤呼吸日变化模式并不 相同,7和9月、翌年1和3月夜间土壤呼吸大于昼间土壤呼吸,11月和翌年5月则相反;5、7和9月昼夜间的土壤呼吸最大值与最小值的差异比11 月、翌年1和3月的测定结果大。季节间土壤呼吸与土壤温度(p=0.000)和土壤含水量(p=0. 007) 均有显著的指数相关,土壤温度可以解释土壤 呼吸变化的56.1％,土壤含水量可以解释土壤呼吸变化的11.1％。不同季节测定的土壤呼吸日变化与土壤温度、气温和土壤含水量则没有显著 的指数相关。由土壤呼吸与土壤温度拟合的指数方程计算Q₁₀值,在温度为 5.9～16.6 ℃内,全年土壤呼吸的Q₁₀值为4.53,在温度为5.9～ 11.0 ℃内,干季土壤呼吸的Q₁₀值为7.17,在温度为10.3～16.6 ℃内,湿季土壤呼吸的Q₁₀值为2.34。在不同时间尺度上,生物和非生物因素 对哀牢山中山湿性常绿阔叶林的土壤呼吸表现出不同的影响。土壤呼吸的季节变化主要受非生物因子温度和水分变化的调控,而土壤呼吸的昼 夜变化则可能主要受植物的生理活动周期性等生物因素的影响。通过温度的指数函数关系,用土壤呼吸的瞬时值来推算土壤呼吸的日通量和年 通量时,需要考虑温度和水分外的其它生物因子的影响。     

川西平原灌区不同水旱轮作模式周年土壤呼吸特征

水旱轮作是川西平原灌区重要的稻田种植模式,为探究本区域不同水旱轮作模式对周年土壤呼吸的影响,在四川崇州设置蒜-稻(GR)、麦-稻(WR)和油-稻(RR)三种水旱轮作模式,采用静态箱-气相色谱法测定不同模式周年土壤呼吸,并同步测定温度、水层高度等水热生态因子。结果表明:三种轮作模式周年土壤呼吸累积排放量表现为GRRRWR,分别为193.36、160.27、157.28 kg/hm~2;土壤呼吸速率日动态规律基本一致,均表现为单峰型变化趋势,最高值出现在12:00—15:00,6—8月的日变幅高于其余月份;土壤呼吸速率季节动态均呈双峰型变化趋势,在6月和9月达到峰值,其中GR模式土壤呼吸速率年均值最高;三种模式土壤呼吸速率均受0—10 cm、10—20 cm土壤温度的显著影响,而与土壤含水量无显著相关性。土壤温度是旱季土壤呼吸速率季节变化的主要影响因素,土壤水层深度和土壤温度共同作用影响了稻季土壤呼吸速率的变化。     

南方红壤区3年生茶园土壤呼吸特征

为探讨南方红壤区茶园的土壤呼吸特征,采用LI-Cor8100开路式土壤碳通量测定系统观测3年生茶园系统的土壤呼吸速率,对茶园土壤呼吸速率的季节变化和在茶行尺度上的空间异质性进行了研究。结果表明,茶园土壤呼吸速率的月动态变化呈明显的单峰曲线特征,峰值出现在8月;茶园土壤呼吸速率的月动态变化与温度呈极显著相关(P<0.01),土壤10 cm的温度能够解释茶园不同观测区域土壤呼吸速率月动态变化的67.79%~88.52%;用指数方程计算的茶园不同观测区域土壤呼吸Q10值为1.58~1.86。在茶行尺度上,茶园土壤呼吸速率存在明显的空间异质性,土壤呼吸速率通常在距离茶树基部较近的位置较高;根系生物量能够解释茶园土壤呼吸速率在茶行尺度上空间变异的82.68%。因此,根系分布的空间差异是造成茶园土壤呼吸速率空间异质性的主要原因。     

Effect of soil moisture at different temperatures on Rhizoctonia root rot of wheat seedlings

The effect of soil moisture at different temperatures on root rot of wheat seedlings caused by Rhizoctonia solani AG-8 was studied in temperature controlled water tanks under glasshouse conditions. Four moisture levels (15, 30, 50 and 75% of soil water holding capacity at saturation which were equal to –10, –7, –5 and –3 kPa, respectively) were tested in tanks maintained 10, 15, 20 or 25 °C. The role of microbial activity in the effect of soil moisture and temperature on disease severity was also studied by including treatments of steam treated soil. Results showed that at soil moisture levels optimum for plant growth (50 and 75% WHC) disease was more severe at a lower temperature (10 °C), but under relatively dry conditions (15% WHC) disease levels were similar at all temperatures tested. In warm soils (20 and 25 °C) at high soil moisture levels (50 and 75% WHC), disease was more severe in steam treated soil than in non-steam treated soil, indicating that the suppression of disease in natural soil under these conditions was associated with high soil microbial activity.     

Soil respiration of forest ecosystems in Japan and global implications

Within terrestrial ecosystems, soil respiration is one of the largest carbon flux components. We discuss the factors controlling soil respiration, while focusing on research conducted at the Takayama Experimental Site. Soil respiration was affected by soil temperature, soil moisture, rainfall events, typhoons, and root respiration. We consider the temporal and spatial variability of soil respiration at the Takayama Experimental Site and review the variability of annual soil respiration in Japanese forests. In the 26 compiled studies, the values of annual soil respiration ranged from 203 to 1,290 g C m⁻² year⁻¹, with a mean value of 669 g C m⁻² year⁻¹ (SD=264, CV=40). We note the need for more studies and data synthesis for the accurate prediction of soil respiration and soil carbon dynamics in Japanese forests. Finally, several methods for measuring soil respiration rates are compared and the implications of soil respiration rates for global climate change are discussed.     

塔克拉玛干沙漠腹地冬季土壤呼吸及其驱动因子

利用Li-8150系统测定了塔克拉玛干沙漠腹地冬季(1月)土壤呼吸,分析了环境驱动因子对极端干旱区荒漠生态系统土壤呼吸的影响。结果表明:(1)冬季土壤呼吸日变化呈现出显著的单峰曲线,土壤呼吸速率最大值出现在12:00,为0.0684μmol CO2m-2s-1,凌晨04:00附近出现最小值,为-0.0473μmol CO2m-2s-1;(2)土壤呼吸速率与各层气温,0cm地表温度均存在着极其显著或显著的线性关系,且都具有正相关性;(3)土壤呼吸速率与5cm土壤湿度存在着较为明显的线性关系,该层湿度能够解释土壤呼吸的69.5%;(4)0cm地表温度对土壤呼吸贡献最大,其次是5cm土壤湿度;(5)以0cm地表温度、5cm土壤湿度为变量,通过多元回归分析表明:土壤温度-湿度构成的多变量模型能够解释大于86.9%的土壤呼吸变化情况;(6)研究时段内土壤呼吸速率的平均值是-1.45mg CO2m-2h-1。     

土壤-玉米系统中土壤呼吸强度及各组分贡献

用特殊设计的气体采集箱法对玉米生长期间潮土呼吸强度进行了测定。结果表明,施用150kgNhm^-2的裸地土壤CO2累积排放量是294g C m^-2,约为种植玉米土壤的一半。用根去除法测得的玉米对土壤呼吸的贡献率,苗期小于20％,拔节到收获期波动在30％-70％之间,全生长期平均为46％。玉米生长期间因土壤有机碳分解而释放出的CO2总量为2．94MgChm^-2,大约是0—40cm土层中土壤有机碳总储存量的8％,因此需要输入7．35Mghm^-2的碳含量40％的作物残留物才能平衡土壤中有机碳的损失,约为玉米收获时残留于土壤中根量的一倍,但与残留根量及玉米生长期间根系分泌到土壤的有机物量的总和相当,因此土壤中有机碳总体处于平衡状态。在玉米生长期间,施用氮肥可使土壤CO2排放量降低10％。土壤排放CO2主要受土壤温度的影响,温度效应Q10为1．90-2．88。     

不同耕作措施下旱地农田土壤呼吸及其影响因素

为探讨耕作措施对旱地农田土壤呼吸的影响,采用动态气室法在山西寿阳地区对秸秆还田、免耕覆盖、浅旋耕、常规耕作4种耕作措施下玉米生长季土壤呼吸及影响因子进行了测定和分析。结果表明,4种耕作措施下土壤呼吸速率的日和季节变化规律明显,均呈单峰型,呼吸速率的日峰值出现在11:30 13:30,呼吸速率的季节峰值出现在7月上旬至中旬。浅旋耕、秸秆还田、常规耕作、免耕覆盖措施整个生长季平均土壤呼吸速率分别为2.82、2.77、2.64μmolCO.2m-.2s-1和2.49μmolCO.2m-.2s-1,处理间无显著差异。研究结果还显示土壤温度和湿度是影响旱地农田土壤呼吸的主要因子,二者分别解释了土壤呼吸季节变化的55%78%,20%43%。4种措施下土壤呼吸的温度敏感系数Q10值在2.19 3.07之间,大小依次为免耕覆盖浅旋耕秸秆还田常规耕作。对水分的敏感性依次为免耕覆盖秸秆还田浅旋耕常规耕作。     

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.     

Meloidogyne hapla in Organic Soil: Effects of Environment on Hatch,Movement and Root Invasion

Using new techniques, hatch and movement of Meloidogyne hapla and nematode invasion o f lettuce roots growing in organic soil were studied under controlled soil conditions of temperature, moisture, O₂ and CO₂. When O₂ levels of 2.7, 5, 10, 21 and 40% with CO₂ maintained at 0.03% were used, O₂ below 21% or at 40% reduced nematode activities compared with those at 21%. When CO₂ levels of 0.03, 0.33, 2.8, 10 and 30% with O₂ maintained at 21% were used, all levels above 0.03% CO₂ resulted in less activity than at 0.03% except for more invasion at 0.33% than at 0.03%. Results suggested M. hapla was tolerant of CO₂ below 10% but adversely affected by 30% CO₂. Effect of O₂ was influenced by the level of CO₂ present. No larvae invaded roots at 3.2% O₂ and 18.6% CO₂ but hatch and movement occurred. Night and day temperatures of 21.1 and 26.7 C were more favorable for movement and invasion than 15.5 and 21.1 C, 26.7 and 32.2 C or 26.7 and 32.2 C. Optimum moisture for movement was 80 cm suction and for invasion was 100 cm.