秦岭太白山不同植被带土壤团聚体碳库变化及温度敏感性

森林土壤碳库对全球变暖的响应是气候变暖下预测CO₂不确定性的潜在主要来源。然而,不同植被带上各粒径团聚体的SOC矿化的温度敏感性(Q10)及机理尚不明确。收集了中国太白山4个不同海拔的植被带的土壤,将土壤按粒径大小筛分为大、中、小3类团聚体,并进行了100天的土壤培养实验,以监测在3个恒定温度(5℃、15℃和25℃)下土壤呼吸速率、微生物量碳和胞外酶活性等指标。研究表明(1)团聚体占全土比例随粒径增大而增大,而有机碳含量随粒径的增大而减小。(2)随着海拔的升高,大团聚体、中团聚体、小团聚体的惰性碳库比例分别从45.11%、36.37%、64.72%升高到45.71%、38.11%、67.12%,缓效碳库比例分别从28.81%、37.20%、14.54%下降到28.41%、36.16%、13.78%,活性碳库比例从26.06%、26.42%、20.73%下降到25.35%、25.72%、19.09%。(3)各团聚体温度敏感性(Q10)表现出随海拔升高而增加,随温度升高而降低(T1Q10>T2Q10),并且具有惰性碳库Q10>缓效碳库Q10>活性碳库...     

黄土高原不同植被带土壤团聚体有机碳和酶活性的粒径分布特征

为探究土壤中各粒级团聚体不同形态有机碳和酶活性的分布特征,以黄土高原延河流域森林带、森林草原带、草原带土壤为对象,研究了不同粒级团聚体总有机碳、易氧化碳和腐殖质碳含量,以及纤维素酶、β-D葡糖苷酶、过氧化物酶、蔗糖酶和脲酶活性,分析了土壤团聚体有机碳及其组分与酶活性之间的相关关系.结果表明： 3种植被带土壤团聚体有机碳及其组分含量表现为森林带＞草原带＞森林草原带,3种形态有机碳含量在0.25～2 mm粒径均最高;不同植被带土壤团聚体有机碳及其组分含量和酶活性在0～10 cm土层大于10～20 cm土层;3种植被带纤维素酶、β-D葡糖苷酶、蔗糖酶和脲酶活性表现为森林带＞草原带＞森林草原带,过氧化物酶活性表现为森林带＞森林草原带＞草原带;3种植被带土壤中各种酶活性随着粒径的减小呈递增趋势.土壤纤维素酶、过氧化物酶、蔗糖酶和脲酶活性与团聚体各种形态碳含量均呈显著正相关.
     

氮添加对杉木林土壤有机碳矿化速率及酶动力学参数温度敏感性的影响

为探讨氮添加对亚热带森林土壤有机碳矿化速率(Cmin)及酶动力学参数温度敏感性(Q10)的影响,选择亚热带杉木林土壤为研究对象,采用野外长期氮添加与室内控温培养试验,分析土壤Cmin及β~(-1),4-葡萄糖苷酶(βG)动力学参数温度敏感性。野外试验设置对照(N0)、低氮(N1:50 kg N hm~(-2)a~(-1))、高氮(N2:100 kg N hm~(-2)a~(-1)) 3种处理,每种处理3次重复,室内培养设置10—40℃。结果表明:(1)氮添加增加土壤Cmin,为N2N1N0,但其Q10(Cmin)差异不显著。(2)氮添加增加βG的潜在最大反应速率(Vmax)和催化效率(Vmax/Km),且Vmax和Vmax/Km均为N2N1N0,而氮添加对半饱和常数(Km)影响不显著。Q10(Vmax)和Q10(Km)大小为N2N1N0且差异显著,但是Q10(Vmax/Km)无显著差异。(3)相关分析表明,30℃培养温度下,Cmin和全磷(TP)、硝态氮(NO-3-N)、有效磷(a P)、Vmax正相关; Vmax和TP、NO-3-N正相关,和p H负相关; Km和全氮(TN)负相关; Vmax/Km和p H负相关,和TP正相关。30—40℃培养温度下,Q10(Vmax)和p H负相关,Q10(Vmax/Km)和TN负相关。研究可为氮沉降背景下土壤碳素循环的生物化学过程对增温响应的模型提供重要参数。     

温度对温带和亚热带森林土壤有机碳矿化速率及酶动力学参数的影响

研究了温度对长白山阔叶红松林、鼎湖山常绿阔叶林2个不同纬度的森林土壤有机碳矿化速率和酶动力学参数的影响.结果表明:土壤有机碳矿化速率(C_min)随着温度的增加而增加,长白山土壤C_min及其温度敏感性(Q_10(Cmin))显著高于鼎湖山土壤.长白山土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)的酶动力学参数潜在最大反应速率(V_max)和半饱和常数(K_m)高于鼎湖山土壤,但鼎湖山土壤的催化效率(V_max/K_m)高于长白山土壤,表明随着温度的升高,土壤βG和NAG的V_max和V_max/K_m增加,K_m降低,即酶与底物的结合程度增加.鼎湖山土壤βG的Q_10(Vmax)、Q_10(Km)高于长白山土壤,这与土壤Q_10(Cmin)结果不一致.增温对长白山和鼎湖山森林土壤有机碳矿化及酶动力学参数的影响机制不同,在土壤生物化学过程对增温响应的模型中应区别考虑.     

两种农田土壤不同组分呼吸及其温度敏感性

为探讨农田土壤不同组分呼吸及其对温度变化的响应,选取山东平邑旱耕土和湖南桃江水稻土为供试土壤,设置4个温度水平(5、15、25、35 ℃),对两种土壤的轻组、重组及全土进行63 d的培养试验.结果表明: 两种土壤全土的呼吸均高于轻组和重组.旱耕土重组的呼吸高于轻组,水稻土重组和轻组的呼吸在5～25 ℃温度水平下无显著差异,但35 ℃下重组高于轻组.在不同温度水平下,旱耕土轻组、重组和全土累积呼吸量分别占其初始碳的0.3%～2.8%、0.4%～3.7%和0.6%～7.0%,水稻土分别占其初始碳的0.4%～3.0%、0.3%～3.8%和0.7%～5.3%.两种土壤全土及轻、重组呼吸的温度敏感性(Q₁₀)均随温度升高和培养时间延长而降低;水稻土重组的Q₁₀高于轻组,旱耕土重组和轻组Q₁₀的差异无明显规律.在5～25 ℃温度水平下,旱耕土全土Q₁₀显著高于水稻土,但在25～35 ℃下低于水稻土.说明平邑旱耕土有机碳矿化强度高于桃江水稻土,且对温度变化的响应总体比水稻土更敏感.     

不同土地利用方式下土壤呼吸及其温度敏感性

采用静态箱-气相色谱法对四川盆地中部紫色土丘陵区3种土地利用方式（林地、草地和轮作旱地）土壤呼吸进行测定,结果表明,林地、草地和旱地土壤呼吸速率变化范围分别为78．63～577．97、39．28～584．18和34．48～484．65mgCO2·m^-2·h^-1,年平均土壤呼吸速率分别为264．68、242．91、182．21mgCO2·m^-2h^-1。3种土地利用方式的土壤呼吸速率季节变化趋势均呈单峰曲线,林地和草地土壤呼吸速率最大值均出现在夏末（7月底与8月初之间）,旱地土壤呼吸速率最大值出现的时间比林地和草地要早,在6月底与7月初之间;最小值均出现在12月底与翌年1月初之间。土壤温度和土壤湿度是影响本地区土壤呼吸的主要因子,双因素关系模型（R=αe^bTw^c）较好地拟合了土壤温度和土壤湿度对土壤呼吸的影响,二者共同解释了土壤呼吸变化的64％～90％。土壤呼吸的温度敏感性指数Q10值受土壤（5cm处）温度和土壤（0～10cm）湿度的影响。分析表明3种土地利用土壤的Q10值与土壤温度呈显著负相关关系,而与土壤湿度呈显著正相关关系。     

间伐和林下植被剔除对毛竹林土壤氮矿化速率及其温度敏感性的影响

选择中亚热带毛竹人工林为研究对象,利用野外原位和室内培养相结合的方法,探讨不同间伐强度(25%间伐、50%间伐)和林下植被剔除对土壤氮矿化速率及其温度敏感性的影响。结果表明,25%间伐显著增加土壤氨化速率(P0.01),但降低硝化速率(P0.01);50%间伐显著增加土壤硝化速率(P0.01),而林下植被剔除显著降低土壤硝化速率(P0.01)。相关分析的结果表明,土壤氨化速率与有机碳(SOC)、全氮(TN)及全磷(TP)含量呈显著负相关关系;硝化速率与SOC、含水量(SWC)呈显著正相关关系,与铵态氮(NH~+_4-N)含量呈显著负相关关系。随着温度的升高,不同处理下的氨化速率均显著增加(P0.01),而硝化速率显著降低(P0.01)。25%间伐显著降低土壤净氮矿化和氨化过程的Q_(10)值,对硝化过程的Q_(10)值影响不显著;50%间伐对氨化和硝化过程的Q_(10)值影响均不显著;林下植被剔除对氨化过程的Q_(10)值影响不显著,但显著增加硝化过程的Q_(10)值。不同处理下的土壤氮矿化过程的Q_(10)值介于1.17—1.36之间。25%间伐和林下植被保留有利于毛竹林土壤氮素的供给。     

黄土高原沟壑区土壤酶活性对植被恢复的响应

结合野外调查与室内分析,研究了黄土高原沟壑区小流域自然坡面和不同植被恢复条件下剖面土壤酶活性的分布特征,以及土壤酶活性对植被恢复的响应.结果表明:黄土高原沟壑区小流域坡地土壤的脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性为高度变异指标,过氧化氢酶活性则为弱变异指标.土壤剖面酶活性受植被恢复措施的显著影响,随土层的加深,土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性逐渐降低,过氧化氢酶活性升高.3种水解酶活性之间呈显著正相关,并与土壤物理性质显著负相关,与土壤化学性质显著正相关;过氧化氢酶活性除与含水量和pH正相关外,与其他理化性质呈负相关.土壤水解酶类可以敏感指示植被恢复的土壤效应,植被恢复措施可以改善表层和深层土壤的生物学性质.     

黄土高原南北样带尺度人工刺槐林对气候响应的敏感性分析

根据黄土高原南北样带尺度的人工刺槐林(Robinia pseudoacacia)的年轮宽度资料,分析了该地区刺槐树木生长趋势,以及刺槐年表对气候响应随降雨梯度变化规律。研究结果表明延安以北的刺槐样点(绥德、神木)年轮指数近期趋于下降,树木有生长衰退现象;而延安以南刺槐样点(延安、富县、宜君、永寿)年轮指数近期趋于上升,树木无生长衰退现象。气候响应结果表明,刺槐年表对气候响应均以延安样点最为敏感,表现年表与温度的负相关关系,以及年表与降雨和干旱指数的正相关关系,而延安以北和以南刺槐样点对气候响应敏感性均较低。黄土高原中部延安地区地处森林草原过渡带,刺槐生长对外界环境变化最为敏感,年表中气候信号也较强;延安以南地区地处森林植被带,气候条件较为适宜刺槐林生长,因而年表中气候信号较弱;延安以北地区地处草原植被带,气候条件比较恶劣,刺槐生长对干旱气候已有一定适应性特征,因而年表中气候信号也较弱。     

中亚热带常绿阔叶林不同演替阶段土壤呼吸及其温度敏感性的变化

为探明中亚热带地区常绿阔叶林演替序列土壤呼吸(R_s)的变化趋势及其影响机制, 在福建省建瓯市万木林自然保护区选取演替时间分别为15年(演替初期)、47年(演替中期)和110年(演替后期)三个不同演替阶段, 进行了为期1年的野外原位观测。结果发现: 演替初期、中期和后期的R_s分别为2.38、3.32和3.91 µmol·m ^-2·s ^-1, 温度敏感性(Q₁₀值)分别为2.64、1.97和1.79; 与演替初期相比, 演替后期的R_s显著增加64.29%, Q₁₀值显著降低32.30%; 不同演替阶段R_s的季节变化模式相似, 温度和含水量可分别解释季节变化的69.5% (初期)、81.9% (中期)和61.3% (后期); 回归分析发现, R_s与凋落物年归还量、细根生物量和土壤全氮和土壤有机质碳含量显著正相关。表明本研究区内植被演替促进了土壤碳排放, 降低了土壤呼吸的温度敏感性; 土壤碳输入增加、养分含量的提高和细根生物量增大是中亚热带常绿阔叶林R_s随演替进程逐渐增大的主要原因。     

黄土高原不同植被类型土壤特性与植被生产力关系研究进展

针对黄土高原不同类型植被,不同立地条件下植被及不同的演替阶段的土壤特性进行了综述,包括土壤养分,土壤酸碱度和土壤水热条件与植被生产力的关系。众多的研究表明,土壤水分与营养供应是影响植被生产力的主要因素,而植被的根系分布和细根周转能够影响土壤有机质和理化性质,植被的演替过程改变着土壤的特性,土壤特性的改变驱动着植被演替。     

黄土高原子午岭退耕地土壤物理性质与群落特征

通过对子午岭北部黄土丘陵沟壑区4、9、15和20a退耕地的生境和植被群落特征的分析,研究了不同年限退耕地的植被群落、土壤水分、容重和生物量的变化。结果表明：随退耕年限的增加,杂草群落中物种分布较均匀,物种丰富度明显增加,植物种数和个体数增加,其优势种和亚优势种分属于6科9属;根系在土层中分布增多,在一定深度范围内土壤结构逐渐疏松,致使土壤容重随退耕年限的增加而减小;在0～80cm土层内土壤含水量从高至低依次为4a、20a、15a和9a退耕地;80～300cm土层的土壤含水量得到明显改善,土壤含水量从高至低依次为20a、4a、15a和9a退耕地;地面生物量随退耕年限的延长而增加,但增加幅度逐渐趋于缓慢。     

树种保护酶活性与PV曲线水分参数变化的关系

在水分胁迫条件下,树种间ＳＯＤ（超氧化物歧化酶）活性与其ＤＩ（抗旱性指数）值的排序结果基本一致,表明ＳＯＤ活性变化所反映的树木抗氧化伤害力大小与ＰＶ曲线水人参数所指示的树木耐旱性强弱具有密切的正相关性。但是树种间ＰＯＤ（过氧化物酶）活性变化与ＤＩ值之间的关系则不密切。其原因：①清除Ｈ２Ｏ２的抗氧化酶类较多（ＰＯＤ只是这一）;②某些树种中且存在歧化Ｈ２Ｏ２的抗氧化剂。在水分胁迫阶段,海红的ＤＩ值最大     

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.     

黄土高原天然次生林植被演替过程中土壤团聚体有机碳动态变化

土壤团聚体物理保护是促进有机碳积累主要机制之一。以黄土高原子午岭林区天然次生林植被演替群落为对象,研究从农田、草地（白羊草,Bothriochloa ischaemum）、灌木林（沙棘,Hippophae rhamnoides）、先锋林（山杨,Populus davidiana）到顶级林（辽东栎,Quercus liaotungensis）5个植被演替阶段0-20 cm土壤团聚体稳定性和团聚体有机碳的动态变化,并分析团聚体有机碳的影响因素。结果表明：土壤团聚体稳定性随着植被演替显著提高（P<0.05）,顶级林的团聚体稳定性最高;土壤有机碳含量和各粒径土壤团聚体（> 2 mm、2-0.25 mm、0.25-0.053 mm、<0.053 mm）有机碳含量均随着植被演替而增加。除草地0.25-0.053 mm团聚体有机碳含量最高外,其他演替阶段均为0.25-2 mm粒径最高。根系生物量、凋落物生物量、微生物生物量碳、团聚体稳定性均与团聚体有机碳含量呈显著正相关关系（P<0.05）。总体而言,长期植被演替有助于团聚体稳定性和团聚体有机碳累积。     

黄土丘陵沟壑区坡面尺度土壤水分空间变异及影响因子

土壤水分空间分布特征及其影响因子是土壤前期含水量模拟和小流域产流机制研究的重要内容,也是半干旱地区进行生态建设的重要参考。通过对黄土高原典型坡面雨季前后100 cm深度内土壤含水量进行观测,分析地形、植被和雨季对土壤水分空间分布的影响。基本统计分析显示,土壤水分的空间异质性在上层(<20 cm)较小,在下层(>40 cm)较大。坡面尺度上,土壤含水量的空间差异主要表现在不同植被类型之间,而不是坡位之间。各覆被类型的土壤含水量相对大小为荒草地>8年生刺槐林>20年生刺槐林>沙棘林。即使沙棘林和刺槐林位于更利于获取土壤水分的地形条件下,其土壤含水量仍然明显低于荒草地。地形对土壤水分的影响被植被类型的影响所掩盖。上述规律在雨季前后都有明显表现。因此,完全基于地形指数的土壤水分预测模型在黄土高原应该慎用,植被类型应该作为土壤水分空间预测的一个重要参数。雨季使土壤含水量整体提高,但是土壤水分空间分布格局并没有根本改变,高处仍高,低处仍低,各样点处的土壤含水量在雨季前后达到显著相关水平,说明土壤水分空间格局并不是瞬时状态,而具有明显的时间稳定性。