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。     

玉米生长季土壤呼吸的时间变异性及其影响因素

基于东北地区玉米生态系统土壤呼吸连续2个生长季的观测,阐明了土壤呼吸日、季节变化特征,综合分析了水热因子、土壤性质、生物量及叶面积指数（LAI）对土壤呼吸的影响。结果表明：玉米地土壤呼吸日变化为不对称的单峰型曲线,最小值和最大值分别出现在6：00-7：00和13：00左右。2005年玉米生长季土壤呼吸速率均值为3．16μmol CO2·m^-2·s^-1,最大值为4．77μmol CO2·m^-2·s^-1,出现在7月28日;最小值为1．31μmol CO2·m^-2·s^-1,出现在5月4日。统计分析表明：土壤温度是玉米生态系统土壤呼吸日变化的驱动因素;土壤温度和土壤水分是影响土壤呼吸季节变化的关键因素,二者可以解释玉米生长季土壤呼吸时间变异的87％;LAI和根系生物量与土壤呼吸速率呈正相关,说明生物因子对土壤呼吸季节变化也有影响;土壤有机质、全氮和碳氮比等土壤理化特性与土壤呼吸速率的关系较弱;玉米生长季追施氮肥明显促进土壤呼吸速率。     

黄土高原水蚀风蚀交错带不同土地利用类型土壤呼吸季节变化及其环境驱动

以黄土高原水蚀风蚀交错区神木县六道沟小流域为研究区,采用动态密闭气室法对植物生长季节（2007年5～10月）5种土地利用方式的土壤呼吸速率进行了测定,并结合水热因子,对不同土地利用方式间土壤呼吸速率的差异性以及其和温度、含水量之间的关系进行了分析。结果表明：5种土地利用类型土壤呼吸速率季节性变化均呈现单峰型曲线,与气温变化趋势一致,其7、8月份土壤呼吸速率均显著高于其它月份（P〈0.05）;生长季节土壤CO2平均释放速率顺序为：长芒草地〉苜蓿地〉柠条地〉农地〉沙柳地,草地在生长前期和旺盛期土壤呼吸强度均显著高于农地和灌木林地;除沙柳地和苜蓿地以外,在土壤呼吸与所有温度指标的关系中,与10cm深度的土壤温度相关性最好,且除沙柳地外,其它4种土地利用类型均与之达到显著相关;农地土壤呼吸对温度的响应最敏感（Q10值为2.20）,除沙柳地（Q10值为1.48）外,其它4种土地利用类型Q10值均在2.0左右,接近于全球Q10的平均水平;通过Van’t Hoff模型估算,2007年植物整个生长季节（5～10月份）,5种土地利用类型土壤呼吸量从高到低依次为：苜蓿地259gC·m^-2,长芒草地236gC·m^-2,柠条地226gC·m^-2,农地170gC·m^-2,沙柳地94gC·m^-2;水分对农地和沙柳地的土壤呼吸影响不大;长芒草地、柠条地和苜蓿地土壤呼吸的双变量模型关系显著（P〈0.05）,比相应的单变量模型更好地解释了土壤呼吸变异。     

林床清理对落叶松(Larix gmelinii)人工林土壤呼吸和物理性质的影响

林下可再生生物质资源的利用是当今森林资源利用的热点,通过林床清理可以获得廉价可再生生物质资源,但其对林分土壤碳收支的影响尚不清楚。运用红外气体分析法（IRGA法）连续两年观测了林床清理对落叶松（Larix gmelinii）人工林土壤呼吸及物理性质的影响,并估算了林床清理生物质资源利用对落叶松人工林碳收支的影响。结果表明：林床清理能够降低落叶松人工林的土壤呼吸,2a的平均值由2．20μmol·m^-2s^-1降低到1．18μmol·m^-2s^-1,平均降低幅度1．02μmol·m^-2s^-1,年呼吸总量由41．2μmol·m^-2a^-1降至22．4μmol·m^-2a^-1,而且,使土壤呼吸Q10值从2．33降低到2．22,R0值从0．61μmol·m^-2s^-1降至0．36μmol·m^-2s^-1;林床清理能够使林床土壤温度冬季低于对照,而夏季则有相反趋势,清理使得林床土壤湿度变化幅度加大,而且秋季和春季较对照低,而夏季偏高;林床清理使得表层土壤容重要比对照未清理样地高53％（P〈0．05）,土壤非毛管孔隙度比未处理样地低49．5％（P〈0．001）,毛管孔隙度较对照未清理降低约15％（P〈0．001）。林床清理导致林下生物质资源所储藏的碳非呼吸性释放约175．0mol·m^-2,当考虑到林床清理导致的土壤呼吸的降低作用时,所测定的2a内土壤净碳支出由175．0mol·m^-2降低至137．4mol·m^-2。林床清理措施增加生物质资源利用和其所导致的土壤呼吸释放减少,能够减少非冉生资源利用导致的碳释放压力。但仍然需要注意到林床清理使得土壤物理结构发生改变,可能不利于落叶松的生长和落叶松林生态系统的稳定。     

亚热带毛竹人工林土壤呼吸组分动态变化及其影响因素

利用Li-8100土壤碳通量测量系统,研究了2013年4月—2014年3月浙江临安市毛竹人工林土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸速率的动态变化规律.结果表明：毛竹人工林土壤总呼吸速率、异养呼吸速率和自养呼吸速率均呈现出明显的季节变化特征,最高值出现在7月,最低值出现在1月,年平均值分别为2.93、1.92和1.01 μmol CO₂·m^-2·s^-1.毛竹林土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸年累积CO₂排放量分别为37.25、24.61和12.64 t CO₂·hm^-2·a^-1.土壤呼吸各组分均与土壤5 cm温度呈显著指数相关,土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸的温度敏感系数Q₁₀值分别为2.05、1.95和2.34.土壤总呼吸速率、异养呼吸速率与土壤水溶性有机碳(WSOC)含量均呈显著相关,而自养呼吸与WSOC无显著相关性;土壤呼吸各组分与土壤含水〖JP2〗量以及微生物生物量碳均无显著相关性.土壤温度是影响毛竹人工林土壤呼吸及其组分季节变化的主要驱动因子,土壤WSOC含量是影响土壤总呼吸和异养呼吸的重要环境因子.     

马尾松林土壤呼吸组分对不同营林措施的响应

针对不同营林措施(对照、除灌、采伐1(15%)、采伐2(70%)后的三峡库区马尾松飞播林,采用LI-8100对其土壤呼吸组分的呼吸速率和土壤温度、湿度进行为期1年的连续观测分析表明,不同营林措施对土壤呼吸组分的影响不同。1)观测期内,各营林措施下凋落物层呼吸速率差异并不显著,对照、除灌、采伐1、采伐2的根呼吸速率均值分别为:1.00、0.83、0.86、1.11μmolCO_2m~(-2)s~(-1);采伐处理下矿质土壤呼吸显著高于对照和除灌(P0.05);2)与对照相比,营林措施并未显著改变凋落物呼吸对于土壤总呼吸的贡献率(18.78%-23.70%),但降低了根呼吸的贡献率,其中以采伐1最为显著(P0.05);除灌的矿质土壤呼吸贡献率(37.00%)与对照(38.32%)相近,而采伐1(45.63%)和采伐2(43.07%)均显著增加了矿质土壤呼吸的贡献率,矿质土壤呼吸的变化是造成采伐措施下土壤呼吸变化的主要土壤呼吸组分;3)营林后仅采伐2措施下土壤温湿度显著高于对照,土壤温湿度双因子模型较单因子模型能更好的解释土壤呼吸组分变化,但仅能解释其部分变化(4.6%-59.3%),仍需对营林后其他相关因子进行深入的综合研究。     

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。     

桂林尧山桉树及马尾松林秋季土壤碳通量特征

以桂北地区的4年生、20年生桉树林和22年生马尾松林为研究对象.于2012年 9~11月分别对这3种林分的土壤呼吸及其组分、土壤温度、土壤湿度进行了3个月的观测.结果表明：(1)4年生桉树林及22年生马尾松林的土壤呼吸速率显著大于20年生桉树林,4年生桉树林与22年生马尾松林无显著差异;(2)3种林分自养呼吸速率 4年生桉树林显著大于20年生桉树林及22年生马尾松林：异养呼吸速率22年生马尾松林显著大于 4年生桉树林及20年生桉树林.4年生桉树林的自养呼吸贡献率明显大于20年生桉树林和22年生马尾松林;(3)相关性分析表明,土壤温度是影响土壤呼吸及其组分的主要环境因子,3种林分土壤温度与土壤呼吸均呈显著的指数关系.22年生马尾松林的土壤呼吸与土壤含水量呈显著负相关关系,2种桉树林的土壤呼吸与土壤含水量的相关性不显著;(4)对温度敏感性系数 Q10值的分析表明,3种林分中20年生桉树林和22年生马尾松林的温度敏感性较大,4年生桉树林最小.     

万木林保护区柑橘和锥栗园土壤呼吸的比较

采用Li-8100开路式土壤碳通量系统,对福建省万木林保护区内柑橘和锥栗两果园土壤呼吸进行1年的定位观测,分析了土壤水热因子及人为管理措施对土壤呼吸的影响.结果表明:柑橘和锥栗园样地土壤的呼吸速率月变化均呈单峰型曲线,峰值分别出现在7月(3.76 μmol·m-2·s-1)和8月(2.69 μmol·m-2·s-1);柑橘和锥栗园样地土壤呼吸速率的年均值分别为2.68和1.55 μmol·m-2·s-1,且柑橘园土壤呼吸速率极显著高于锥栗园;土壤温度是影响土壤呼吸的主要因素,可以解释土壤呼吸速率月动态变化的73％～86％;锥栗园土壤含水量与土壤呼吸速率呈显著正相关,但柑橘园两者关系不显著;指数方程计算的柑橘和锥栗园土壤呼吸的Q10值分别为1.58和1.75;柑橘和锥栗园土壤呼吸年通量值分别为10.01和5.77tC·hm-2 ·a-1.     

太岳山油松人工林土壤呼吸对强降雨的响应

在全球气候变化背景下,关于森林生态系统土壤呼吸变化的研究越来越受到关注,然而目前由于测定技术限制,对于强降雨影响森林土壤呼吸的国内相关研究还不够深入.选取山西省太岳山油松人工林土壤作为研究对象,应用LI-8150土壤CO2通量全自动连续测量系统,对降雨前后的土壤呼吸速率和环境因子在原位置进行全天候连续监测,分析了3次强降雨前后的土壤呼吸速率变化.结果表明,(1)5月的旱季降雨改善了土壤水分状况,促进了土壤呼吸,降雨结束后土壤呼吸速率的平均水平是降雨发生前的2倍;7月的雨季开端期降雨对土壤呼吸先促进后抑制,土壤容积含水量和土壤呼吸速率的二次关系曲线存在拐点,但总体上降雨是促进了土壤呼吸;8月的雨季降雨整体上抑制土壤呼吸,土壤呼吸速率和土壤容积含水量的变化曲线走势呈明显的镜像,雨中及雨后土壤呼吸速率分别下降了约45％和28％.(2)每一次降雨结束后,土壤温度都有一定程度的下降.雨后,较低的土壤温度在土壤呼吸得到降雨促进时,可加速土壤呼吸速率的恢复;在土壤呼吸受到降雨抑制时,能阻碍土壤呼吸速率的恢复.(3)降雨的不同时期,影响半湿润地区油松人工林土壤呼吸的关键因子也是不同的.降雨前如果土壤容积含水量处于明显变化的状态,水分是影响土壤呼吸的关键因子;如果土壤容积含水量比较稳定,则土壤温度是关键因子.降雨过程中由土壤温湿共同影响土壤呼吸,降雨结束后水分是影响土壤呼吸的关键因子.     

土壤各组分呼吸区分方法研究进展

土壤呼吸分为自养型呼吸(根呼吸)和异养型呼吸(微生物和动物呼吸),区分各组分呼吸可了解在全球变化条件下土壤碳循环和碳平衡的动态。本文综述了3种主要区分自养呼吸和异养呼吸的方法:①组分法;②根去除术;③同位素法。其中同位素法对根和土壤的影响最小,是最可靠的一种方法;综合各方面考虑,根去除法是最切实可行的方法。     

青藏高原东缘亚高山针叶林人工恢复过程中的土壤呼吸特征

采用动态密闭气室红外CO₂分析法,对青藏高原东缘云杉人工林的土壤呼吸进行连续定位测定,并用挖壕沟法区分土壤自养呼吸和异养呼吸.结果表明:4种云杉林的土壤呼吸速率与土壤5 cm层温度有显著的正指数关系,与土壤含水量的相关性不显著.4种云杉林土壤呼吸年通量在792.08～1070.20 g C·m^-2·a^-1,大小依次为：天然云杉林＞22年生云杉人工林＞65年生云杉人工林＞35年生云杉人工林,随着人工林的恢复呈先降低后升高的趋势.在森林恢复过程中,人工云杉土壤自养和异养呼吸年通量均先减少后增加, 在253.36～357.05 g C·m^-2·a^-1和538.69～703.82 g C·m^-2·a^-1范围变化.22年生、35年生、65年生云杉人工林和天然云杉林非生长季 （2007-11-2008-03）和生长季（2008-04-2008-10）的Q₁₀值分别为：4.59、6.54、4.77、3.18和4.17、4.66、3.11、2.74.除22年生云杉人工林,Q₁₀值随云杉林的恢复更新而逐渐降低, 且非生长季节Q₁₀值均明显高于生长季节.     

三源区分土壤呼吸组分研究

三源区分土壤呼吸组分是指将土壤呼吸区分为纯根呼吸、根际微生物呼吸和土壤有机质呼吸3个部分。土壤有机质呼吸、纯根呼吸和根际微生物呼吸是3种不同的生物学过程,这3种呼吸对环境变化具有不同的响应机制。区分土壤呼吸中由根系引起的自养和异养呼吸组分的研究对定量评价陆地生态系统碳平衡具有重要的意义。论述了三源区分土壤呼吸组分的意义、方法和应用,分析了不同条件下土壤呼吸组分区分的研究结果。实验室纯根和根际微生物呼吸占根源呼吸比重约为45%和55%;野外条件下约为60%和40%。最后对本研究未来的发展方向进行了展望。     

小兴安岭4种原始红松林群落类型生长季土壤呼吸特征

为阐明小兴安岭地带性植被原始红松林土壤呼吸各组分的碳排放速率及其对土壤水热变化的响应规律,采用挖壕法和红外气体分析法测定土壤表面CO2通量(Rs),确定4种原始红松林群落类型生长季的土壤总呼吸(Rt)中土壤微生物呼吸(Rh),根系呼吸(Rr)和凋落物呼吸(Rl)的贡献量动态变化及其影响因子。结果表明:生长季内,4种原始红松林群落类型的Rt、Rh、Rr具有明显的季节性变化,7-9月份较高,6月份和10月份较低。Rh对Rt的贡献量最高,平均在58.8%;Rr对Rt的贡献量次之,平均为26.5%;Rl对Rt的贡献量相对较小,平均为12.5%。生长季土壤呼吸速率与5cm深土壤温度相关性极显著(P0.01)。Rr和Rh的Q10值分别为2.88和2.23。表明根呼吸对土壤温度的敏感性高于微生物呼吸。生长季平均土壤呼吸速率的依次为:椴树红松林(6.38μmol·m-·2s-1)云冷杉红松林(6.32μmol·m-·2s-1)枫桦红松林(5.95μmol·m-·2s-1)蒙古栎红松林(2.86μmol·m-·2s-1)。4种原始叶红松林群落类型间的Rh和Rr也存在一定差异。     

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。     

中国森林土壤呼吸模式

通过收集国内62个森林样地的土壤呼吸及相关因子数据,分析中国森林土壤呼吸模式.结果表明,中国森林土壤呼吸年通量与年均气温、年均降水量、年凋落物量和年地上净生产力均呈显著的线性正相关,土壤呼吸的Q10则与年均气温和年均降水量均呈显著的负相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸与土壤呼吸间均呈显著线性正相关;土壤异养呼吸和枯枝落叶层呼吸与年凋落物量呈显著正相关;土壤异养呼吸与自养呼吸间呈显著的线性正相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸、矿质土壤呼吸占土壤呼吸的比例均值分别为34.7%、20.2%和50.2%.矿质土壤呼吸所占比例与气温和降水量呈显著负相关,而异养呼吸所占比例则与降水量呈显著负相关.根系呼吸所占比例与根系呼吸之间呈渐近线关系(渐近值为45.9%).     

东北东部森林生态系统土壤呼吸组分的分离量化

对森林生态系统的土壤呼吸组分进行分离和量化,确定不同组分CO2释放速率的控制因子,是估测局域和区域森林生态系统碳平衡研究中必不可少的内容。采用挖壕法和红外气体分析法测定无根和有根样地的土壤表面CO2通量(RS),确定东北东部6种典型森林生态系统RS中异养呼吸(RH)和根系自养呼吸(RA)的贡献量及其影响因子。具体研究目标包括:(1)量化各种生态系统的RH及其与主要环境影响因子的关系;(2)量化各种生态系统RS中根系呼吸贡献率(RC)的季节动态;(3)比较6种森林生态系统RH和RA的年通量。土壤温度、土壤含水量及其交互作用显著地影响森林生态系统的RH(R2=0.465~0.788),但其影响程度因森林生态系统类型而异。硬阔叶林和落叶松人工林的RH主要受土壤温度控制,其他生态系统RH受土壤温度和含水量的联合影响。各个森林生态系统类型的RC变化范围依次为:硬阔叶林32.40%~51.44%;杨桦林39.72%~46.65%;杂木林17.94%~47.74%;蒙古栎林34.31%~37.36%;红松人工林33.78%~37.02%;落叶松人工林14.39%~35.75%。每个生态系统类型RH年通量都显著高于RA年通量,其变化范围分别为337~540 gC.m-2.a-1和88~331 gC.m-2.a-1。不同生态系统间的RH和RA也存在着显著性差异。     

Partitioning soil respiration of temperate forest ecosystems in northeastern China

Quantifying soil respiration components and their relations to environmental controls are essential to estimate both local and regional carbon (C) budgets of forest ecosystems. In this study, we used the trenching-plot and infrared gas exchange analyzer approaches to determine heterotrophic (R_H) and autotrophic respiration (R_A) in the soil surface CO₂ flux for six major temperate forest ecosystems in northeastern China. The ecosystems were: Mongolian oak forest (dominated by Quercus mongolica), aspen-birch forest (dominated by Populous davidiana and Betula platyphylla), mixed wood forest (composed of P. davidiana, B. platyphylla, Fraxinus mandshurica, Tilia amurensis, Acer amono, etc.), hardwood forest (dominated by F. mandshurica, Juglans mandshurica, and Phellodendron amurense), Korean pine (Pinus koraiensis), and Dahurian larch (Larix gmelinii) plantations, representing the typical secondary forest ecosystems in this region. Our specific objectives were to: (1) quantify R_H and its relationship with the environmental factors of the forest ecosystems, (2) characterize seasonal dynamics in the contribution of root respiration to total soil surface CO₂ flux (RC), and (3) compare annual CO₂ fluxes from R_H and R_A among the six forest ecosystems. Soil temperature, water content, and their interactions significantly affected R_H in the ecosystems and accounted for 46.5%–78.8% variations in R_H. However, the environmental controlling factors of R_H varied with ecosystem types: soil temperature in hardwood and Dahurian larch forest ecosystems, soil temperature, and water content in the others. The RC for hardwood, poplar-birch, mixed wood, Mongolian oak, Korean pine, and Dahurian larch forest ecosystems varied between 32.40%–51.44%, 39.72%–46.65%, 17.94%–47.74%, 34.31%–37.36%, 33.78%–37.02%, and 14.39%–35.75%, respectively. The annual CO₂ fluxes from R_H were significantly greater than those from R_A for all the ecosystems, ranging from 337–540 g Cm^-2a^-1 and 88‐331 gCm^-2a^-1 for R_H and R_A, respectively. The annual CO₂ fluxes from R_H and R_A differed significantly among the six forest ecosystems.