Effects of litter removal and addition on ecosystem carbon fluxes in a typical steppe

为揭示凋落物去除和添加处理对草原生态系统碳通量的影响, 2013和2014年连续两年在成熟群落围封样地进行凋落物去除实验、在退化群落放牧样地进行凋落物添加实验, 并运用静态箱法探讨碳通量变化规律并分析其主要影响因子。结果表明: 两种群落的净生态系统CO₂交换(NEE)有明显的季节性变化。对成熟群落而言, 去除50%凋落物显著增加了NEE, 去除100%凋落物显著降低了NEE, 而对生态系统总初级生产力(GEP)和生态系统呼吸(ER)均无显著影响; 对退化群落而言, 凋落物添加显著增加了GEP和NEE, 而对ER无显著影响。两种群落的GEP与10 cm土壤温度显著正相关, 但NEE和GEP的变化规律与土壤温度相反, 与10 cm土壤湿度相同。由此可见, 凋落物去除和添加处理对生态系统碳通量的影响主要是改变土壤湿度和地上生物量,而不是改变土壤温度。该研究为合理利用凋落物改善草地生态系统管理和促进草地恢复提供了理论依据。     

早春和夏季氮磷添加对内蒙古典型草原退化群落碳交换的影响

过度放牧导致的养分“入不敷出”是我国天然草地大面积退化的主要原因之一, 而草地退化又显著影响了草原生态系统的固碳功能。能否通过补充土壤养分来恢复退化草地的固碳功能, 迄今相关研究较少。净生态系统碳交换(NEE)、生态系统呼吸(ER)和生态系统总初级生产力(GEP)是表征生态系统碳循环的重要指标。氮(N)和磷(P)是中国典型草原的主要限制性养分元素, 而草地退化进一步加剧了养分的限制。在退化草地上添加氮磷对碳循环的上述过程(NEE、ER和GEP)有何影响, 以及两种养分之间是否存在互作, 目前尚不清楚。为此, 该研究以内蒙古典型草原的退化草地为研究对象, 选择早春融雪期(4月)和夏季生长期(7月)两个时间节点, 设置不施肥(CK)、N添加(10.5 g·m^-2·a^-1, NH₄NO₃)、P添加(7 g·m^-2·a^-1, KH₂PO₄)和N、P共同添加((10.5 g N + 7 g P)·m^-2·a^-1) 4个养分处理, 探究早春和夏季氮磷添加对内蒙古典型草原退化群落碳交换的影响及其互作机制。结果表明: 1)在早春和夏季两个时期, 单独添加N或P对生态系统碳交换过程的影响均未达到显著水平, 而氮磷共同添加可显著提高NEE和GEP。2)早春(4月份)氮磷共同添加对NEE、ER和GEP的互作机制表现为正协同效应, 而夏季(7月份)氮磷共同添加对NEE、ER和GEP的互作机制表现为加性效应。为了恢复退化的典型草原的固碳功能, 氮磷共同添加比单一元素添加效果好, 且早春添加优于夏季添加。该研究对指导退化草地的恢复具有参考价值。     

围封和放牧对沙质草地碳水通量的影响

碳、水循环是沙质草地生态系统物质和能量循环的两个关键生态过程, 认识碳、水循环的变化对了解沙质草地生态系统结构与功能对区域气候变化和人类活动的响应具有重要作用。2013年利用箱式法对科尔沁围封和放牧的沙质草地进行了一个生长季的观测研究, 结果表明: (1)在观测周期内, 沙质草地生态系统生产力(GEP)、生态系统呼吸(ER)、蒸散量(ET)在围封和放牧样地之间存在显著差异(p < 0.05)。围封17年样地的GEP、ER、ET均最大, 其次为围封22样地的, 放牧样地的最小, 且最大值分别为最小值的2.23倍、1.65倍、1.94倍。(2)碳水(GEP和ET)之间存在显著的线性正相关关系(p < 0.01), ET可解释GEP 58%-60%的变异, 水分利用效率(WUE)从大到小依次为: 围封22年(2.85 μmol·nmol^-1) >围封17年(2.75 μmol·nmol^-1) >放牧(2.10 μmol·nmol^-1)。(3) GEP、ER和土壤含水率之间有显著的线性正相关关系(p < 0.01、p < 0.05), 指数模型能够较好地模拟ER对土壤温度变化的响应, ER的温度敏感系数(Q₁₀值)从大到小依次为: 围封17年(1.878) >围封22年(1.733) >放牧(1.477)。因此, 围封能够使退化沙质草地生态系统的碳水循环速率提高, 但围封时间不宜过久。     

青藏高原纳木错高寒草甸生态系统碳交换对多梯度增水的响应

高寒草甸是青藏高原的主要草地类型, 对青藏高原生态系统碳收支具有重要的调节作用。目前, 有关高寒草甸生态系统碳交换对气候变化的响应所知甚少, 尤其是降水变化会如何影响高寒草甸碳交换过程的相关研究非常匮乏。该文作者于2013和2014年的生长季(5-9月)在青藏高原纳木错地区高寒草甸进行多梯度人工增水实验, 设置对照和5个水分添加梯度, 分别增加0%、20%、40%、60%、80%和100%的降水, 以研究高寒草甸生态系统在不同降水量条件下的碳交换变化。增水处理后, 各处理梯度之间的土壤温度没有显著差异, 而土壤含水量在不同增水处理后出现显著变化, 相对于对照, 增水幅度越大, 对应的土壤含水量越高。综合2013和2014年的观测结果, 高寒草甸生态系统整体表现为碳吸收, 在20%增水处理中, 净生态系统碳交换(NEE)达到最大值, 随着模拟的降水梯度进一步增加, NEE逐渐下降; 增水处理对生态系统呼吸(ER)无显著影响; 总生态系统生产力(GEP)的变化趋势与NEE一致, 即随着增水梯度增大, GEP先增加, 并在增水20%处理达到最大值, 随后GEP开始降低。研究表明, 在高寒草甸生态系统, 水分是影响GEP和NEE的重要因素, 对ER影响较弱; 未来适度的增水(20%-40%)能促进高寒草甸生态系统对碳的吸收。     

Responses of ecosystem carbon exchange to multi-level water addition in an alpine meadow in Namtso of Qinghai-Xizang Plateau,China

高寒草甸是青藏高原的主要草地类型, 对青藏高原生态系统碳收支具有重要的调节作用。目前, 有关高寒草甸生态系统碳交换对气候变化的响应所知甚少, 尤其是降水变化会如何影响高寒草甸碳交换过程的相关研究非常匮乏。该文作者于2013和2014年的生长季(5-9月)在青藏高原纳木错地区高寒草甸进行多梯度人工增水实验, 设置对照和5个水分添加梯度, 分别增加0%、20%、40%、60%、80%和100%的降水, 以研究高寒草甸生态系统在不同降水量条件下的碳交换变化。增水处理后, 各处理梯度之间的土壤温度没有显著差异, 而土壤含水量在不同增水处理后出现显著变化, 相对于对照, 增水幅度越大, 对应的土壤含水量越高。综合2013和2014年的观测结果, 高寒草甸生态系统整体表现为碳吸收, 在20%增水处理中, 净生态系统碳交换(NEE)达到最大值, 随着模拟的降水梯度进一步增加, NEE逐渐下降; 增水处理对生态系统呼吸(ER)无显著影响; 总生态系统生产力(GEP)的变化趋势与NEE一致, 即随着增水梯度增大, GEP先增加, 并在增水20%处理达到最大值, 随后GEP开始降低。研究表明, 在高寒草甸生态系统, 水分是影响GEP和NEE的重要因素, 对ER影响较弱; 未来适度的增水(20%-40%)能促进高寒草甸生态系统对碳的吸收。     

不同幅度的实验增温对藏北高寒草甸净生态系统碳交换的影响

全球气候变暖将对陆地生态系统(尤其是高寒草甸生态系统)碳循环产生深远影响。该研究依托中国科学院地理科学与资源研究所藏北高原草地生态系统研究站(那曲站), 设置不同增温幅度实验, 模拟未来2 ℃增温和4 ℃增温的情景, 探究不同增温幅度对青藏高原高寒草甸净生态系统碳交换(NEE)的影响。研究结果显示: 1)在2015年生长季(6-9月), 不增温和2 ℃增温处理下NEE小于0, 总体表现为碳汇, 而4 ℃增温处理下NEE大于0, 总体表现为碳源; 2)在生长季的6月、8月及整个生长季, 与不增温相比, 4 ℃增温处理显著提高了NEE, 而2 ℃增温处理没有显著改变NEE; 7月, 2 ℃和4 ℃增温处理均显著提高了NEE; 3)在半干旱的高寒草甸生态系统, 土壤水分是决定NEE的关键因素, 增温通过降低土壤水分而导致高寒草甸生态系统碳汇能力下降。该研究可为青藏高原高寒草甸生态系统应对未来气候变化提供基础数据和理论依据。     

山东省暖性草丛生态系统碳库现状和碳通量季节变化特征

了解山东省草地生态系统碳库现状和碳通量变化规律对于全国尺度草地生态系统碳源/汇核算有着重要的意义。该研究采用野外面上调查取样和固定加强点静态箱法(LI-840红外分析仪联用)相结合的方法, 分析了山东省暖性草丛生态系统的固碳现状、碳通量季节动态以及净生态系统CO₂交换(NEE)对各种环境因子的响应。研究结果表明: 山东暖性草丛生态系统平均碳密度为2.74 Mg C·hm ^-2, 碳密度的构成排序为土壤碳密度(89%) >生物量碳密度(9%) >凋落物碳密度(2%), 山东暖性草丛碳库总储量约为15.88 Tg C; 结缕草(Zoysia japonica)暖性草丛生态系统NEE的季节动态总体表现为夏季低, 冬季高, 非生长季节(11月至次年4月)向外界净排放CO₂, 表现为碳源效应; 生长季节(4-9月)则为净吸收CO₂ , 表现为碳汇效应, 峰值月份的平均固碳速率在-2.58- -4.46 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1之间; 2012和2013年泰山小流域暖性草丛NEE年平均值分别为-0.43 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1和-0.31 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1, 都表现为碳汇效应; 光合有效辐射(PAR)、大气温度(T_a)、饱和水汽压差(VPD)和土壤10 cm深度温度(T_s)和含水量(W)是结缕草暖性草丛生态系统NEE动态的主要影响因素, 但不同月份NEE动态的影响因素各异, 且因子间存在着互作效应, 主成分分析表明, NEE的季节动态主要受温度、水分和光强等因子控制。     

Carbon stock and seasonal dynamics of carbon flux in warm-temperature tussock ecosystem in Shandong Province,China

了解山东省草地生态系统碳库现状和碳通量变化规律对于全国尺度草地生态系统碳源/汇核算有着重要的意义。该研究采用野外面上调查取样和固定加强点静态箱法(LI-840红外分析仪联用)相结合的方法, 分析了山东省暖性草丛生态系统的固碳现状、碳通量季节动态以及净生态系统CO₂交换(NEE)对各种环境因子的响应。研究结果表明: 山东暖性草丛生态系统平均碳密度为2.74 Mg C·hm ^-2, 碳密度的构成排序为土壤碳密度(89%) >生物量碳密度(9%) >凋落物碳密度(2%), 山东暖性草丛碳库总储量约为15.88 Tg C; 结缕草(Zoysia japonica)暖性草丛生态系统NEE的季节动态总体表现为夏季低, 冬季高, 非生长季节(11月至次年4月)向外界净排放CO₂, 表现为碳源效应; 生长季节(4-9月)则为净吸收CO₂ , 表现为碳汇效应, 峰值月份的平均固碳速率在-2.58- -4.46 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1之间; 2012和2013年泰山小流域暖性草丛NEE年平均值分别为-0.43 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1和-0.31 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1, 都表现为碳汇效应; 光合有效辐射(PAR)、大气温度(T_a)、饱和水汽压差(VPD)和土壤10 cm深度温度(T_s)和含水量(W)是结缕草暖性草丛生态系统NEE动态的主要影响因素, 但不同月份NEE动态的影响因素各异, 且因子间存在着互作效应, 主成分分析表明, NEE的季节动态主要受温度、水分和光强等因子控制。     

改变凋落物输入对杉木人工林土壤呼吸的短期影响

从2007年1月至12月, 在长沙天际岭国家森林公园, 通过改变杉木林凋落物输入, 研究杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林群落去除凋落物、加倍凋落物土壤呼吸速率及5 cm土壤温、湿度的季节变化。结果表明: 去除和加倍凋落物对土壤温度和湿度产生的差异不显著(p>0.05), 对土壤呼吸全年产生的差异接近显著(Marginal significant)(p=0.058)。按植物生长期分别分析, 去除和加倍凋落物对土壤呼吸产生的差异, 在生长旺盛期差异显著(p=0.003), 在生长非旺盛期差异性不显著(p=0.098)。去除凋落物年均土壤呼吸速率为159.2 mg CO₂·m^-2·h^-1, 比对照处理土壤呼吸速率(180.9 mg CO₂·m^-2·h^-1)低15.0%, 加倍凋落物的土壤呼吸为216.8 mg CO₂·m^-2·h^-1, 比对照处理高17.0%。去除和加倍凋落物土壤呼吸季节动态趋势与5 cm深度土壤温度相似, 它们之间呈显著指数相关, 模拟方程分别为: y=27.33e^{0.087 2t}(R²=0.853, p＜0.001), y=37.25e^{0.088 8t}(R²=0.896, p＜0.001)。去除和加倍凋落物的Q₁₀值分别为2.39和2.43, 均比对照2.26大。去除和加倍凋落物土壤呼吸与土壤湿度之间关系不显著(p>0.05)。这一结果使我们能够在较短时间内观察到改变凋落物输入对土壤呼吸的影响, 证明凋落物是影响土壤CO₂通量的重要因子之一。     

草地利用方式对土壤呼吸和凋落物分解的影响

草地利用方式影响植被群落结构和土壤微环境, 制约草地生态系统碳循环。该文通过测定温带草原在放牧、割草、围封3种利用方式下湿润年(2012年)和干旱年(2011年)的凋落物产量、质量及其分解速率和土壤碳通量, 分析了草地利用方式对土壤呼吸和凋落物的影响, 探讨了凋落物对土壤呼吸的贡献机制。结果表明: 在干旱年份, 放牧样地土壤呼吸最大, 分别达到割草和围封样地的1.5倍和1.29倍; 在湿润年份, 割草样地土壤呼吸最大, 为309 g C∙m^-2∙a^-1, 明显高于放牧样地和围封样地。不论干旱年还是湿润年, 围封样地凋落物产量都大于放牧样地和割草样地。3种利用方式下湿润年土壤呼吸和凋落物分解均比干旱年增强。因此, 水分是温带草原植物生长和生态系统碳循环的主要限制因子, 草地利用方式则显著影响凋落物生产和分解。进一步分析表明, 经过两年的分解, 同一样地内凋落物质量C:N下降, N含量和木质素:N升高, 土壤呼吸与凋落物产量、凋落物分解速率以及木质素:N正相关, 而与凋落物C:N负相关。     

三江源地区人工草地的生态系统CO2净交换、总初级生产力及其影响因子

为了揭示三江源区垂穗披碱草(Elymus nutans)人工草地生态系统(100°26′-100°41′ E, 34°17′-34°25′ N, 海拔3 980 m)的净生态系统CO₂交换(NEE), 该研究利用2006年涡度相关系统观测的数据分析了该人工草地的NEE, 总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(R_eco)以及R_eco/GPP的变化特征及其影响因子。CO₂日最大吸收值为6.56 g CO₂·m^-2·d^-1, 最大排放值为4.87 g CO₂·m^-2·d^-1。GPP年总量为1 761 g CO₂·m^-2, 其中约90%以上被生态系统呼吸所消耗, CO₂的年吸收量为111 g CO₂·m^-2。5月的R_eco/GPP略高于生长季的其他月份, 为90%; 6月R_eco/GPP比值最低, 为79%。生态系统的呼吸商(Q₁₀)为4.81, 显著高于其他生态系统。该研究表明: 生长季的NEE主要受光量子通量密度(PPFD)、温度和饱和水汽压差(VPD)的影响, 生态系统呼吸则主要受土壤温度的控制。     

开垦对黄河三角洲湿地净生态系统CO2交换的影响

近年来, 由于对湿地的不合理利用, 自然湿地被大面积地垦殖为农田, 导致湿地生态系统碳循环的模式发生改变, 从而影响了湿地生态系统碳汇功能。该研究通过涡度相关法, 对山东省东营市黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地和开垦多年的棉花(Gossypium spp.)农田的净生态系统CO₂交换(NEE)进行了对比观测, 以探讨该地区典型生态系统NEE的变化规律及其影响因子, 揭示开垦对芦苇湿地NEE和碳汇功能的影响。结果表明: 在生长季, 湿地和农田生态系统NEE的日平均值各月均呈明显的“U”型变化曲线, 非生长季NEE的变幅很小。生长季湿地生态系统日最大净吸收值和释放值分别为16.04 g CO₂·m^-2·d^-1(8月17日)和14.95 g CO₂·m^-2·d^-1(8月9日); 农田生态系统日最大净吸收值和释放值分别为18.99 g CO₂·m^-2·d^-1 (8月22日)和12.23 g CO₂·m^-2·d^-1 (7月29日)。生长季白天两个生态系统NEE与光合有效辐射(PAR)之间呈直角双曲线关系; 非生长季NEE主要受土壤温度(T_s)的影响; 生态系统生长季夜间NEE受T_s和土壤含水量(SWC)的共同影响; 湿地和农田的生态系统呼吸熵(Q₁₀)分别为2.30和3.78。2011年生长季, 黄河三角洲湿地和农田生态系统均表现为CO₂的汇, 总净固碳量分别为780.95和647.35 g CO₂·m^-2, 开垦降低了湿地的碳吸收能力; 而在2011年非生长季, 黄河三角洲湿地和农田生态系统均表现为CO₂的源, CO₂总释放量分别为181.90和111.55 g CO₂·m^-2。全年湿地和农田生态系统总净固碳量分别为599.05和535.80 g CO₂·m^-2。     

西南地区草地群落灌木植物盖度对生态系统碳库的影响

中国西南地区草地主要为暖性及热性草丛、灌草丛, 约占全国草地面积的1/10, 分析灌木植物盖度与草地碳库及其构成的关系对于准确评估尚处于次生演替阶段的南方草地碳储量具有重要意义。该研究基于野外实地调查, 将西南地区不同地貌类型的41个代表性草地样地依据灌木植物盖度划分为3种类型: 无灌木植物草地群落(灌木植物盖度为0)、低灌木植物盖度草地群落(灌木植物盖度0-10%)和高灌木植物盖度草地群落(灌木植物盖度10%-30%), 测定了群落地上、地下生物量和凋落物生物量以及植物和土壤碳含量, 计算碳密度。结果表明: 随着草地群落灌木植物盖度增大, 生态系统植被碳密度从0.304 kg·m ^-2增加到1.574 kg·m ^-2, 其中根系和凋落物碳库也呈增长趋势; 土壤碳密度从7.215 kg·m ^-2增加到9.735 kg·m ^-2, 生态系统碳密度从7.519 kg·m ^-2增加到11.309 kg·m ^-2。草地碳库构成中, 低灌木植物盖度草地群落的土壤碳库占生态系统碳库比例最小。草地群落灌木植物盖度增加改变了草地生态系统碳库构成并导致生态系统碳库增加, 建议在估算草地生态系统碳库时, 需要统筹考虑并兼顾南方地区草地群落灌木植物盖度变化。     

去除和添加凋落物对枫香（Liquidambar formosana）和樟树（Cinnamomum camphora）林土壤呼吸的影响

2007年1月至12月,在长沙天际岭国家森林公园,使用LI-COR-6400-09连接到LI-6400便携式CO2/H2O分析系统,测定亚热带枫香(Liquidambar formosana)和樟树(Cinnamomum camphora)林去除和添加凋落物(931.5 g · m-2a-1和1003.4 g · m-2a-1)的土壤呼吸速率以及5 cm土壤温、湿度,研究凋落物对2种森林生态系统中土壤呼吸速率的影响.结果表明:枫香和樟树林去除和添加凋落物的土壤呼吸速率季节变化显著,在季节动态上的趋势与5 cm土壤温度相似,均呈单峰曲线格局,全年去除凋落物土壤呼吸速率平均值分别为1.132 μmol CO2 · m-2s-1和1.933 μmol CO2 · m-2s-1,分别比对照处理1.397 μmol CO2 · m-2s-1和2.581 μmol CO2 · m-2s-1低18.62%和26.49%;添加凋落物土壤呼吸速率平均值分别为2.363 μmol CO2 · m-2s-1和3.267 μmol CO2 · m-2s-1,分别比对照处理高71.31%和39.18%.两种群落去除和添加凋落物土壤呼吸的季节变化均与5 cm土壤温度呈显著指数相关(P﹤0.001),与5 cm土壤湿度相关性不显著(P>0.05);土壤温度和湿度可以共同解释去除和添加凋落物后土壤呼吸变化的95.2%、93.7%和90.0%、92.8%.枫香和樟树群落去除和添加凋落物土壤呼吸温度敏感性Q10值分别为3.01、3.29和3.02、4.37,均比对照处理Q10值2.98和2.94高.这证明凋落物是影响森林CO2通量的一个重要因子.     

青藏高原高寒草地地上植物碳积累速率对生态系统多功能性的影响机制

在全球气候变暖的背景下, 草地作为陆地生态系统碳库的重要组成部分, 其较小幅度的波动, 会影响整个陆地生态系统碳循环和生态系统多功能性(EMF)。地上植物碳积累速率(CAR)表示从生长季初始到生长季生物量峰值的群落地上部分碳累积速率, 能够很好地表征固碳功能、固碳潜力和效率。因此, 植物CAR的变化会改变地上和地下群落维持EMF的能力。目前EMF的相关报道多探讨地上群落多样性和EMF的关系, 而缺乏高寒草地生态系统植被地上CAR对EMF的影响机制研究。该研究目的是探究高寒草地群落CAR对EMF的调控作用、机理和过程, 这将对草地生态系统管理提供理论支持, 并推进对生态系统多功能性维持机制的理解。2015年7-8月, 在青藏高原地区进行草地样带调查, 共计取115个样点。综合土壤有机碳、全氮、全磷、地上和地下生物量以及微生物生物量碳等13种生态系统参数计算生态系统多功能性指数(M)。利用归一化植被指数(NDVI, 1982-2013年)计算并提取2015年物候数据, 最终获得CAR。采用薄盘光滑样条插值法插值气象数据, 提取样点2011-2015年年降水量和年平均气温, 以供分析CAR对EMF的调控机理。主要结果: 地下生物量、土壤有机碳、全磷和微生物生物量碳含量对CAR和M有较高的权重(0.58、0.80、0.83和0.79; 1.05、0.98、1.02和0.97), CAR和M呈显著线性正相关关系(R² = 0.45, p < 0.01)。在降水和气温要素的影响下, 植物地上群落和地下土壤要素的协同作用, 影响植被CAR, 进一步调控EMF。     

阴天和晴天对黄河三角洲芦苇湿地净生态系统CO2交换的影响

云量以及大气气溶胶含量变化引起的阴天和晴天会对局地的微气候环境产生综合效应, 影响地面接收的太阳辐射强度, 同时引起环境因子的变化, 最终对净生态系统CO₂交换(NEE)产生影响。该文通过涡度相关系统以及微气象梯度观测系统, 对黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地NEE以及环境要素进行了观测。在自然条件下选择12对相邻阴天和晴天数据, 在生物要素(生物量、叶面积指数)、土壤水分以及养分特征保持不变的前提下, 揭示了阴天和晴天变化对湿地生态系统NEE的光响应和温度响应的影响。结果表明: 12对阴天和晴天生态系统NEE的日平均动态均呈“U”型曲线, 但阴天NEE的变幅较小。晴天条件下湿地生态系统NEE的日均值显著高于阴天(p < 0.01)。阴天和晴天湿地生态系统NEE与光合有效辐射(PAR)之间均呈直角双曲线关系, 但晴天条件下, 最大光合速率(A_max)显著大于阴天(p < 0.01), 同时白天生态系统呼吸(R_eco,daytime)也显著大于阴天(p < 0.01)。不论阴天还是晴天, R_eco,daytime与气温均呈显著的指数关系。晴天湿地生态系统呼吸的温度敏感系数Q₁₀ (5.5)远大于阴天(1.9)。阴天和晴天昼间PAR差值以及气温差值对NEE差值的协同影响达到63%。     

间伐和改变凋落物输入对华北落叶松人工林土壤呼吸的影响

作为森林生态系统的第二大碳通量,土壤呼吸在全球碳循环和气候变化中发挥着重要作用。通过探究土壤呼吸对间伐和改变凋落物的响应规律以及响应之间的联系,能够为准确评价森林碳循环提供依据。针对不同强度(对照、轻度、中度、重度)间伐后的华北落叶松人工林,2016年5月至10月采用LI-8100土壤碳通量测量系统对其原状、凋落物去除、凋落物加倍的土壤呼吸进行观测。结果表明:土壤呼吸在生长季的8月份达到最高值,呈现出明显的季节动态。不同林分间伐处理下,中度间伐显著促进了土壤呼吸,使平均土壤呼吸速率升高了15.66%,轻度间伐和重度间伐对土壤呼吸的影响不显著;不同凋落物处理下,去除凋落物使平均土壤呼吸速率降低了40.16%,加倍凋落物使平均土壤呼吸速率升高了16.06%。中度间伐使土壤呼吸生长季通量增加了55.06 g C/m~2;去除凋落物使土壤呼吸生长季通量减少了153.48 g C/m~2,加倍凋落物使土壤呼吸生长季通量增加了79.87 g C/m~2。土壤呼吸速率与土壤温度呈显著指数相关,而与土壤湿度无显著相关。不同林分间伐处理下,土壤呼吸的温度敏感性指数(Q10)为2.36—3.46,轻度间伐下Q10值最高;凋落物去除和加倍均降低了土壤呼吸的温度敏感性。土壤温湿度对土壤呼吸存在着显著影响,能够解释土壤呼吸28.7%—62.3%的季节变化。研究结果表明间伐和凋落物处理对华北落叶松人工林土壤CO_2释放的影响表现出一定的交互作用,中度间伐和加倍凋落物的交互作用对土壤呼吸的促进作用显著大于单一因子。可见,间伐作业通过改变土壤微环境和凋落物量,对土壤呼吸以及森林生态系统碳循环产生着重要影响。     

三工河流域琵琶柴群落凋落物对土壤有机碳固定的影响

土壤有机碳是土壤碳库的重要组成部分,对生态系统生产力和全球碳循环有着重要作用。采用凋落物收集器和DIRT法(添加和去除凋落物法)研究三工河流域两处不同琵琶柴群落凋落物的产量、现存量、凋落物处理对土壤有机碳的影响。结果表明:群落1和群落2的凋落物产量季节变化趋势相同,均呈"N"型变化,在10月份达到最大值,7月或8月份达到次大值。凋落物现存量随季节均呈现"W"型变化,在10月份达到最大值,最大值分别为30.65 g/m~2和57.87 g/m~2。土壤有机碳随土壤深度的增加均逐渐降低,群落1和群落2分别下降了61.73%—62.39%和18.24%—25.84%。与对照处理相比,去除凋落物处理(NL)的群落1和群落2土壤有机碳分别降低了6.97%和18.38%;添加凋落物处理(DL)的土壤有机碳分别增加了19.64%和13.66%;去除凋落物处理(NL)的群落1和群落2土壤有机碳储量分别为1007.36 kg/hm~2和709.30 kg/hm~2,添加凋落物处理(DL)的土壤有机碳储量分别为1197.88 kg/hm~2和1010.78 kg/hm~2。双因素方差分析表明群落1的土层深度和三种处理对土壤有机碳的交互作用不显著,群落2的交互作用显著。回归分析显示:土壤水分、电导率、pH、容重和温度是导致两琵琶柴群落土壤有机碳不同的主要生态因子。相对较高的土壤pH和盐分含量抑制了凋落物的分解,导致凋落物现存量较高、土壤有机碳含量低;相对较高的土壤含水量和较小的容重,有利于土壤生物的活性和土壤有机碳的矿化,导致土壤有机碳含量降低。     

Effects of grassland-use on soil respiration and litter decomposition

 草地利用方式影响植被群落结构和土壤微环境, 制约草地生态系统碳循环。该文通过测定温带草原在放牧、割草、围封3种利用方式下湿润年(2012年)和干旱年(2011年)的凋落物产量、质量及其分解速率和土壤碳通量, 分析了草地利用方式对土壤呼吸和凋落物的影响, 探讨了凋落物对土壤呼吸的贡献机制。结果表明: 在干旱年份, 放牧样地土壤呼吸最大, 分别达到割草和围封样地的1.5倍和1.29倍; 在湿润年份, 割草样地土壤呼吸最大, 为309 g C·m^–2·a^–1, 明显高于放牧样地和围封样地。不论干旱年还是湿润年, 围封样地凋落物产量都大于放牧样地和割草样地。3种利用方式下湿润年土壤呼吸和凋落物分解均比干旱年增强。因此, 水分是温带草原植物生长和生态系统碳循环的主要限制因子, 草地利用方式则显著影响凋落物生产和分解。进一步分析表明, 经过两年的分解, 同一样地内凋落物质量C:N下降, N含量和木质素:N升高, 土壤呼吸与凋落物产量、凋落物分解速率以及木质素:N正相关, 而与凋落物C:N负相关。     

中亚热带杉木人工林和米槠次生林凋落物添加与去除对土壤呼吸的影响

在未来大气CO₂浓度升高的背景下, 植被净初级生产力的增加将促使森林土壤碳输入增多。凋落物是土壤碳库的重要来源, 对土壤呼吸会产生重要影响。为了模拟植物净初级生产力提高、凋落物产量增加情景下凋落物对土壤呼吸和土壤碳库的影响, 2013年1月到2014年12月, 在福建省三明市陈大镇国有林场, 在杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林和米槠(Castanopsis carlesii)次生林, 通过设置去除凋落物、添加凋落物和对照(保留凋落物, 不做任何处理)处理, 研究了土壤呼吸和土壤碳库的动态变化。研究发现: 土壤含水量在10%-25%范围内, 土壤呼吸温度敏感性指数(Q₁₀)随着土壤含水量的增加呈递增趋势, 当含水量<10%时, 由于干旱胁迫打破了土壤呼吸与温度之间的耦合, 改变了Q₁₀值, 使得Q₁₀值小于1。土壤呼吸与凋落物输入量呈显著的线性正相关关系, 杉木人工林对照和添加凋落物处理及米槠次生林对照处理, 土壤呼吸与2个月前的凋落物输入量相关性最好。而米槠次生林添加凋落物处理, 土壤呼吸与当月的凋落物输入量相关性最好, 不同林分凋落物呼吸对土壤呼吸的贡献率不同, 米槠次生林凋落物层呼吸年通量明显大于杉木人工林, 分别占各林分土壤总呼吸的34.4%和15.1%, 添加凋落物后, 杉木人工林和米槠次生林的土壤呼吸速率增加, 但添加凋落物处理的土壤呼吸年通量与对照的差值小于年凋落物输入量。因此, 在未来全球CO₂升高背景下, 植被碳储量的增加、凋落物增加并没有引起土壤呼吸成倍增加, 更有利于中亚热带地区土壤碳吸存。