开放式空气CO2浓度增高条件下旱地土壤气体CO2浓度廓线测定

设计了一套适合于FACE(free-air CO₂ enrichment)平台的旱地土壤气体CO₂浓度廓线测定方法,并将其应用于田间实验.在江苏省无锡市郊区具有太湖地区典型水稻土的稻麦轮作农田,对FACE和对照麦田以及裸土0～30cm土层的土壤气体CO₂浓度廓线进行了观测研究.结果表明,所采用的方法满足进行旱地农田土壤气体CO₂浓度廓线研究的要求;在0～30cm土层中,上层土壤气体中的CO₂向上垂直扩散要比下层土壤快;在作物旺盛生长期,大气CO₂浓度升高200±40μmol·mol^-1使0～30cm土层的土壤气体CO₂浓度显著提高14%±5%(t检验P<0.001).     

大气CO2浓度增高对麦田土壤硝化和反硝化细菌的影响

硝化和反硝化细菌是土壤中与氮转化有关的微生物菌群 ,大气CO2 浓度升高可能对它们的数量产生影响。位于中国无锡的稻 麦轮作农田生态系统FACE平台 2 0 0 1年 6月开始运行。本试验在 2 0 0 3年小麦生长季研究了土壤 (0～ 5cm和 5～ 10cm土层 )中硝化和反硝化细菌在大气CO2 浓度升高条件下的变化。试验采用最大可能法 (MPN)计这两种微生物菌群的数量。结果表明 ,0～ 5cm土层硝化菌数拔节期和成熟期FACE低于对照 ,而孕穗期FACE高于对照 ,5～ 10cm土层硝化菌数越冬期与成熟期FACE低于对照 ,大气CO2 浓度升高使得麦田土壤硝化细菌数目减少。 0～ 5cm土层各个生长期反硝化菌数FACE与对照均没有明显差异 ,5～ 10cm土层反硝化菌数拔节期FACE低于对照 ,大气CO2 浓度升高对麦田土壤反硝化菌的影响不大。     

开放式空气CO2浓度增高对中国稻田生态系统线虫营养类群产生的影响

土壤动物在农田生态系统腐屑食物网中占有重要地位 ,它们参与土壤有机质分解、植物营养矿化及养分循环作用 .国内外许多研究表明 ,土壤动物对全球变化 ,尤其是大气CO2 浓度升高能够产生正向、中性和负向的影响 .土壤线虫是这类土壤动物的典型代表 ,因为它们在大多数土壤中分布是丰富的 ,而且营养类群是多样的 .应用自由空气CO2 浓度增高 (FACE)技术设计 3个处理水稻圈暴露在大气CO2 增高(浓度为 5 70 μmol·mol-1)条件下 ,3个对照水稻圈为环境中的CO2 浓度 (370 μmol·mol-1) .在中国无锡稻田生态系统水稻生长期内 ,本项研究监测了 0～ 5cm和 5～ 10cm土层中线虫营养类群 .研究结果显示 ,线虫总数、食细菌线虫、植物寄生线虫、杂食 捕食类线虫在取样深度和取样日期上存在显著差异 ;在整个取样日期中 ,FACE处理 5～ 10cm深度中线虫总数、食细菌线虫数量比对照中的高 ;在 0～ 5cm深度中 ,FACE处理食细菌线虫数量比对照中的高 ,而杂食 捕食类线虫数量则表现出相反的趋势 .食真菌线虫在FACE处理与对照之间也存在极显著差异 .     

土壤CO2浓度的动态观测、模拟和应用

土壤CO2浓度不仅是地上、地下生物活动的反映,其变化对未来大气CO2浓度和气候变化也有重要影响.本文综述了国内外土壤CO2浓度的原位测定方法及其优缺点,分析了不同时(昼夜、几天、季节、年际)空(剖面、立地、景观)尺度上土壤CO2浓度的变化规律和影响因素,概括了现有土壤CO2浓度的模拟模型和发展态势,并总结了土壤CO2浓度梯度法在土壤呼吸研究中的应用和限制因素.最后展望了未来有待研究的4个领域:1)研发适于恶劣土壤环境(如淹水、石质土)的土壤CO2气体采集、测定技术;2)探讨土壤CO2浓度对天气变化的响应及其调控机理;3)加强土壤CO2浓度空间异质性的研究;4)扩大通量梯度法在热带、亚热带土壤呼吸测定中的应用.     

CO2倍增条件下长白赤松幼苗土壤CO2廓线的动态

采用固定在土壤中的气井系统,监测土壤剖面的CO2动态及其与长白赤松 (Pinus sylvestris var. sylvestriformis (Takenouchi) Cheng et C. D. Chu) 幼苗根系发展之间的关系.实验研究共设4种CO2处理,分别是环境CO2浓度,无苗;CO2为700 μmol/mol,无苗;环境CO2浓度,有苗;CO2为700 μmol/mol,有苗.通过对土壤剖面CO2气体的同步采集与分析表明:土壤CO2廓线与幼苗根系的生物活性密切相关.在土壤表面及壤土和沙土的边界层中,根系分布密集,根系的呼吸作用对那两个土层CO2贡献大;随着幼苗的季节生长,与环境CO2浓度比较,CO2倍增将导致土壤剖面上CO2浓度最大区域由表面向壤土和沙土边界层的转移.本文采用的气井系统提供了一种对土壤无破坏、经济、简单并且能够用于监测幼苗地下过程的廓线研究方法.     

开放式空气CO2浓度增高对中国稻田生态系统线虫营养类群产生的影响(英)

土壤动物在农田生态系统腐屑食物网中占有重要地位,它们参与土壤有机质分解、植物营养矿化及养分循环作用.国内外许多研究表明,土壤动物对全球变化,尤其是大气CO₂浓度升高能够产生正向、中性和负向的影响.土壤线虫是这类土壤动物的典型代表,因为它们在大多数土壤中分布是丰富的,而且营养类群是多样的.应用自由空气CO₂浓度增高(FACE)技术设计3个处理水稻圈暴露在大气CO₂增高(浓度为570μmol·mol^-1)条件下,3个对照水稻圈为环境中的CO₂浓度(370μmol·mol^-1).在中国无锡稻田生态系统水稻生长期内,本项研究监测了0～5cm和5～10cm土层中线虫营养类群.研究结果显示,线虫总数、食细菌线虫、植物寄生线虫、杂食捕食类线虫在取样深度和取样日期上存在显著差异;在整个取样日期中,FACE处理5～10cm深度中线虫总数、食细菌线虫数量比对照中的高;在0～5cm深度中,FACE处理食细菌线虫数量比对照中的高,而杂食捕食类线虫数量则表现出相反的趋势.食真菌线虫在FACE处理与对照之间也存在极显著差异.     

开放式空气CO2浓度增高试验中的NO和NO2地-气交换观测研究

介绍了农田FACE(free airCO2 enrichment)试验中的NO和NO2 地 气交换观测方法 ,即静态暗箱采样—NO和NO2 化学发光分析法 ,并对观测结果进行了分析讨论 .此观测方法简单、易于操作 ,并可获得可靠的NO和NO2 净交换通量观测结果 .在稻麦轮作农田的旱地阶段 ,无论FACE还是对照处理 ,NO主要表现为地面净排放 ,NO2 主要表现为地面净吸收 .逐日的NO净排放不依赖于土壤温度 ,但却与土壤含水量呈线性负相关 (R2 =0 .82 ,P <0 .0 0 1) .NO2 净吸收具有明显的季节变化特征 ,逐日的净吸收通量随土壤温度和土壤含水量的变化可分别用抛物线方程拟合 (温度 :R2 =0 .74 ,P <0 .0 0 1;含水量 :R2 =0 .6 9,P <0 .0 0 1) .大气CO2 浓度升高 2 0 0± 4 0 μmol·mol-1使NO净排放减弱 19% (t 检验P =0 .0 96 ) ,NO2 净吸收减弱 10 % (t 检验P =0 .2 6 ) ,这主要是植物生长受到促进的缘故 .     

开放式空气CO2浓度增高影响稻田-大气CO2净交换的静态暗箱法观测研究

首先介绍静态暗箱法 气相色谱法观测确定陆地生态系统地 气CO2 净交换通量的基本原理和方法 ,然后讨论在开放式空气CO2 增加 (FACE)试验中应用该原理和方法观测研究大气CO2 浓度升高对稻田生态系统 大气CO2 净交换通量的影响 .因缺乏必要参数的实际观测值 ,本文只能根据暗箱观测值计算CO2 净交换通量的最小取值NEEmin.NEEmin计算结果表明 ,在插秧 1个月之后的水稻生长期内 ,大气CO2浓度升高 2 0 0± 4 0 μmol·mol-1使稻田生态系统对大气CO2 的净吸收约为对照的 3倍 .为根据暗箱观测准确确定NEE ,还必须在FACE和对照条件下观测水稻植株的暗维持呼吸系数、地上生物量及根冠比动态 .     

CO2倍增条件下长白赤松幼苗土壤CO2廓线的动态

采用固定在土壤中的气井系统 ,监测土壤剖面的CO2 动态及其与长白赤松 (Pinussylvestrisvar.sylvestriformis(Takenouchi)ChengetC .D .Chu)幼苗根系发展之间的关系。实验研究共设 4种CO2 处理 ,分别是环境CO2 浓度 ,无苗 ;CO2 为 70 0 μmol/mol,无苗 ;环境CO2 浓度 ,有苗 ;CO2 为 70 0 μmol/mol,有苗。通过对土壤剖面CO2 气体的同步采集与分析表明 :土壤CO2 廓线与幼苗根系的生物活性密切相关。在土壤表面及壤土和沙土的边界层中 ,根系分布密集 ,根系的呼吸作用对那两个土层CO2 贡献大 ;随着幼苗的季节生长 ,与环境CO2 浓度比较 ,CO2 倍增将导致土壤剖面上CO2 浓度最大区域由表面向壤土和沙土边界层的转移。本文采用的气井系统提供了一种对土壤无破坏、经济、简单并且能够用于监测幼苗地下过程的廓线研究方法。     

大气CO2浓度升高对稻田土壤线虫群落的影响

本试验利用无锡稻 麦轮作FACE系统研究平台 ,开展了稻田土壤线虫群落对大气CO2 浓度升高响应的研究。实验中共观测到线虫 2 7科 4 0属 ,其中短腔属 (Brevibucca)、茎属(Ditylenchus)和垫刃属 (Tylenchus)为优势属。拔节期稻田土壤线虫总数、食细菌线虫和捕食 /杂食线虫对大气CO2 浓度升高表现出正响应。食真菌线虫在拔节期和抽穗期对CO2 浓度升高表现出负响应 ,成熟期捕食 /杂食线虫对CO2 浓度升高表现出负响应。在FACE条件下 ,植物寄生线虫的潜根属 (Hirschmanniella)和散香属 (Boleodorus)线虫数量显著增加 ,对CO2 浓度升高敏感     

六盘山林区几种土地利用方式对土壤有机碳矿化影响的比较

 应用土壤培养法,比较分析了六盘山林区天然次生林（杂灌林、山杨（Populus davidanda）和辽东栎（Quercus liaotungensis）林）、农田、草地和人工林（13 a、18 a和25 a华北落叶松（Larix principis-rupprechtii））土壤在30℃和60%田间饱和含水量条件下培养180 d有机碳矿化速率的差异（以180 d累计释放的CO2-C计）。结果显示：农田和草地土壤碳矿化释放的CO2-C含量（180 d释放的gCO2-C·kg-1干土）分别比天然次生林低65%和23%,差异主要在0～40土层;人工林比农田和草地分别高155%和 17%,差异主要在0～70 cm土层。农田土壤碳矿化释放的CO2-C分配比例（即180 d释放CO2-C/土壤 C）比天然次生林平均低12%,草地比天然次生林平均高18%,差异主要在0～40 cm土层;人工林比农田平均高29%,草地比人工林平均高9%,差异主要在0～50 cm土层。不同土地利用方式土壤碳矿化释放的CO2-C含量的差异比其分配比例的差异大。土壤碳矿化释放的CO2-C含量和分配比例总体上都随土层加深而递减。分配比例随土层加深而递减的幅度方面,不同土地利用方式间的差异不大;含量随土层加深而递减的幅度方面,天然次生林和人工林比农田和草地中大;随土层递减的幅度方面,土壤碳矿化释放的CO2-C含量比其分配比例大。这主要由不同土地利用方式土壤碳输入和稳定性等差异所致。结果说明土壤碳矿化速率随天然次生林变成农田或草地而下降,随在农田或草地上造林而增加, 矿化速率变化幅度比分配比例的变化幅度大。另外,土地利用变化也使不同土层土壤碳矿化速率和分配比例差异改变,其中速率改变的幅度比分配比例改变的幅度大。     

高浓度二氧化碳处理对红松幼苗土壤水解酶活性的影响

研究了700和500 μmol·mol^-1高浓度CO₂处理的红松幼苗0～10 cm土层土壤蛋白酶、脲酶、淀粉酶、转化酶和磷酸酶活性的变化.结果表明,土壤蛋白酶(除7月)、脲酶、淀粉酶(除7月)和磷酸酶(除9月)活性在高浓度CO₂条件下极显著增加,而转化酶(除9月)活性却极显著降低.不同高浓度CO₂对酶活性的影响程度不同,500 μmol·mol^-1浓度CO₂处理对蛋白酶和磷酸酶活性的影响较700 μmol·mol^-1处理明显,而700 μmol·mol^-1浓度CO₂处理对脲酶、淀粉酶和转化酶活性的影响较500 μmol·mol^-1显著.     

大气CO2增加对土壤脲酶、磷酸酶活性的影响

1　引　　言自 19世纪 70年代工业化革命以来 ,由于化石燃料燃烧、林草地开垦农用等已引起ＣＯ2 大气排放的不断增加 ,可能使未来的 5 0～ 10 0年内 ,全球大气ＣＯ2 将增加 1倍左右 .许多研究证明 ,大气ＣＯ2 增加可提高植物生长代谢水平[1,8] .其结果是植物代谢分泌物的种类和数量发生变化 ,由植物光合作用强度或速率变化引起的植物枯枝落叶质量也会改变 ,二者均可能在经泌入土壤或凋落进入土壤分解后 ,对植物着生的土壤环境产生直接或间接的影响 .植物对大气ＣＯ2 增加的响应途径还有根圈微生物种群 (植物根圈大量活性Ｃ组分将直接作为微…     

红豆草与土壤氮含量对大气二氧化碳浓度升高的响应

在封闭的植物培养箱中,通过盆栽实验,研究了红豆草和土壤氮含量对CO₂浓度增加的响应.结果表明,与正常CO₂浓度(355～370 μmol·mol^-1)相比,CO₂浓度升高(700 μmol·mol^-1),植物生物量增加25.1%(P＜0.01),但植物体氮浓度降低25.3%(P＜0.001),植物全氮没有显著的变化.经3个月盆栽实验后,与原始土壤相比,两种CO₂浓度处理土壤全N、NO₃^--N和NH₄⁺-N都有所降低,而土壤微生物氮则显著增加,这可能与植物生长有关.不同CO₂浓度处理土壤NH₄⁺-N浓度基本一致,但在高CO₂浓度下,土壤NO₃^--N浓度显著降低,而微生物生物氮显著增加.对整个土壤-植物系统而言,盆栽实验后,整个系统全氮有少量增加,但变化不显著,特别是在高CO₂浓度条件下,土壤-植物系统全氮最大,这可能与培养材料红豆草为豆科植物,而且在高CO₂浓度下生物量增加,导致氮的固定量增加有关.     

大气CO2浓度上升和氮添加对南亚热带模拟森林生态系统土壤碳稳定性的影响

大气CO₂浓度升高和氮(N)添加对土壤碳库的影响是当前国际生态学界关注的一个热点。为阐述土壤不同形态有机碳的抗干扰能力, 运用大型开顶箱, 研究了4种处理((1)高CO₂浓度(700 µmol·mol^-1)和高氮添加(100 kg N·hm^-2·a^-1) (CN); (2)高CO₂浓度和背景氮添加(CC); (3)高氮添加和背景CO₂浓度(NN); (4)背景CO₂和背景氮添加(CK))对南亚热带模拟森林生态系统土壤有机碳库稳定性的影响。近5年的试验研究表明: (1) CN处理能明显地促进各土层中土壤总有机碳含量的增加, 其中, 下层土壤(5-60 cm土层)中的响应达到统计学水平。(2)活性有机碳库各组分对处理的响应有所差异: 不同土层中微生物生物量碳(MBC)的含量对各处理的响应趋势基本一致, 各土层中的MBC含量均为CN > CC > NN > CK, 其中0-5 cm、5-10 cm、10-20 cm 3个土层的处理间差异都达到了显著水平; 10-20 cm与20-40 cm两个土层中的易氧化有机碳处理间有显著差异; 而对于各土层中水溶性有机碳, 处理间差异均不明显。(3)各团聚体组分中的有机碳含量的响应也有所差异: 20-40 cm与40-60 cm土层中250-2000 μm组分的有机碳含量存在处理间差异; 40-60 cm土层中53-250 μm组分的有机碳对各处理响应敏感, CC处理和NN处理都有利于该组分碳的深层积累, 尤其CN处理下的效果最为明显; 在各处理10-20 cm、20-40 cm及40-60 cm土壤中, < 53 μm组分中的碳含量间差异显著。大气CO₂浓度上升和N添加促进了森林生态系统中土壤有机碳的增加, 尤其有利于深层土壤中微团聚体与粉粒、黏粒团聚体等较稳定组分中有机碳的积累, 增加了土壤有机碳库的稳定性。     

CO2浓度增加对长白山森林土壤甲烷氧化影响

大气CO2浓度升高可能对森林土壤的甲烷(CH4)氧化速率产生影响.本文采用开顶箱技术,对连续6年高浓度CO2(500 μmol·mol-1)处理的长白山森林典型树种蒙古栎树下土壤CH4氧化速率进行研究,并利用CH4氧化菌的16S rRNA特异性引物以及CH4单加氧酶功能基因引物分析了土壤中CH4氧化菌的群落结构与数量.结果表明:CO2浓度增高后,生长季土壤甲烷氧化量与对照和裸地相比分别降低了4％和22％;基于16S rRNA特异性引物的DGGE分析表明,CO2浓度增高导致两类甲烷氧化菌的多样性指数降低;CO2浓度增高对土壤中Ⅰ类甲烷氧化菌数量无显著影响,而使土壤中Ⅱ类甲烷氧化菌数量显著减少,功能基因pmoA拷贝数与对照和裸地相比分别降低了15％和46％.CO2浓度增高导致森林土壤甲烷氧化菌数量与活性降低,土壤含水量的增加可能是导致这一现象的主要原因.     

不同二氧化碳浓度条件下红松和长白赤松土壤生化特性研究

以连续5年在生长季以不同浓度CO2(700和500μmol·mol^-1)处理的长白赤松和红松幼苗为研究对象。进行了土壤微生物生物量C、纤维素分解月动态以及过氧化氢酶活性动态研究．结果表明,在秋季。红松和长白赤松土壤微生物生物量C在不同浓度CO2处理箱的大小顺序均为：对照箱>500μmol·mol^-1箱>700μmol·mol^-1箱;红松和长白赤松土壤5和10cm层在不同浓度CO2处理下,其纤维素分解强度的月动态均表现出一定的规律性,且各处理之间在每个月份中也表现出一定的规律性;在生长季,红松和长白赤松土壤纤维素分解强度在5和10cm层均表现为500μmol·mol^-1 CO2处理下较700μmol·mol^-1 CO2处理下高;红松和长白赤松土壤过氧化氢酶活性在不同浓度CO2处理之间均表现出一定的规律性。且各处理的月动态变化也呈现出一定的规律性     

The response of soil microorganisms and roots to elevated CO2 and temperature in a terrestrial model ecosystem

We investigate the response of soil microorganisms to atmospheric CO2 and temperature change within model terrestrial ecosystems in the Ecotron. The model communities consisted of four plant species (Cardamine hirsuta, Poa annua, Senecio vulgaris, Spergula arvensis), four herbivorous insect species (two aphids, a leaf-miner, and a whitefly) and their parasitoids, snails, earthworms, woodlice, soil-dwelling Collembola (springtails), nematodes and soil microorganisms (bacteria, fungi, mycorrhizae and Protista). In two successive experiments, the effects of elevated temperature (ambient plus 2 °C) at both ambient and elevated CO2 conditions (ambient plus 200 ppm) were investigated. A 40:60 sand:Surrey loam mixture with relatively low nutrient levels was used. Each experiment ran for 9 months and soil microbial biomass (Cmic and Nmic), soil microbial community (fungal and bacterial phospholipid fatty acids), basal respiration, and enzymes involved in the carbon cycling (xylanase, trehalase) were measured at depths of 0–2, 0–10 and 10–20 cm. In addition, root biomass and tissue C:N ratio were determined to provide information on the amount and quality of substrates for microbial growth.Elevated temperature under both ambient and elevated CO2 did not show consistent treatment effects. Elevation of air temperature at ambient CO2 induced an increase in Cmic of the 0–10 cm layer, while at elevated CO2 total phospholipid fatty acids (PLFA) increased after the third generation. The metabolic quotient qCO2 decreased at elevated temperature in the ambient CO2 run. Xylanase and trehalase showed no changes in both runs. Root biomass and C:N ratio were not influenced by elevated temperature in ambient CO2. In elevated CO2, however, elevated temperature reduced root biomass in the 0–10 cm and 30–40 cm layers and increased N content of roots in the deeper layers. The different response of root biomass and C:N ratio to elevated temperature may be caused by differences in the dynamics of root decomposition and/or in allocation patterns to coarse or fine roots (i.e. storage vs. resource capture functions). Overall, our data suggests that in soils of low nutrient availability, the effects of climate change on the soil microbial community and processes are likely to be minimal and largely unpredicatable.