土壤呼吸对降雨响应的研究进展

土壤呼吸是当前区域碳收支及全球变化研究中的一个热点问题。降雨作为一个重要的扰动因子, 对准确估算土壤呼吸具有重要影响, 这在干旱和半干旱地区尤为明显。尽管关于土壤呼吸对降雨响应过程与规律的研究已取得了较大进展, 但是对于其机制的解释仍然存在较大的争议, 集中体现在对“Birch效应” (降雨强烈激发土壤呼吸的现象)的解释上, 即到底是“底物供应改变机制”还是“微生物胁迫机制”在调控该过程。该文综述了土壤呼吸对降雨事件、降雨量及降雨格局的响应过程与规律; 阐述了土壤呼吸各组分对降雨响应的差异, 分析了雨后物理替代与阻滞、底物供应、根系和微生物活性、微生物群落结构与功能等一系列过程引起土壤呼吸改变的机制; 重点阐述了微生物对土壤水分波动的响应与适应机制。在此基础上提出了今后需重点关注的4个方面：1) “底物供应改变机制”与“微生物胁迫机制”的区分; 2)土壤呼吸各组分对降雨响应的差异; 3)不同时空尺度上土壤呼吸对降雨响应的模拟与估算; 4)降雨带来的外援N和H⁺的作用。     

长期退耕对红壤团聚体碳氮磷生态化学计量特征的影响

目前,长期退耕恢复如何影响红壤团聚体组成及其碳氮磷生态化学计量特征还不十分清楚。本研究基于湖南红壤试验站连续27年的长期定位试验,选取常规施肥耕作和退耕恢复两个处理,采集0～15 cm耕层土样,利用湿筛法探讨了土壤团聚体粒级组成及其碳氮磷含量与生态化学计量特征对长期退耕的响应规律。结果显示:相比于常规施肥耕作方式,退耕恢复处理下:①土壤水稳性大团聚体( 0.25 mm)总量显著增加,微团聚体(0.053～0.25 mm)和矿质颗粒(0.053 mm)含量显著降低;②土壤有机碳和全氮含量显著增加,全磷含量显著降低,其中有机碳含量在各个粒级团聚体中均显著增加,全氮含量则在大团聚体(2和0.25～2 mm)与微团聚体(0.053～0.25 mm)中显著增加,而全磷含量在各粒级团聚体中均显著降低。另外,0.25～2 mm粒级大团聚体对土壤碳氮磷养分贡献率最高;③土壤C∶N、C∶P和N∶P显著升高,但C∶N在各粒级团聚体中表现较为稳定,而C∶P和N∶P变异性较大,在各粒级土壤团聚体中均有显著升高。综上,退耕恢复增强了耕层土壤的团聚作用,使碳、氮、磷更集中赋存于大团聚体中,对土壤结构、团聚体质量有改善作用,但对于磷素限制作用的增强值得今后注意。     

长白山高山苔原季节性雪斑土壤呼吸对温度响应的模拟研究

利用LI-8100土壤呼吸测定系统, 在室内控制温度条件下测定了长白山高山苔原季节性雪斑大白花地榆(Sanguisorba sitchensis (=S. stipulata))群落土壤呼吸对温度的响应过程, 并根据野外连续测定的全年温度, 估算了雪斑群落土壤呼吸的季节变化, 同时模拟气温升高对土壤呼吸的影响。雪斑土壤温度全年大部分时间维持在0 ℃以上, 极端温度变动幅度不超过20 ℃。模拟计算了10 cm深土壤的呼吸强度, 海拔2 036 m处为307.1 g C·m^-2·a^-1, 海拔2 260 m处的呼吸量为270.9 g C·m^-2·a^-1。由于积雪时间长, 冬季呼吸占很大比例, 而且随着海拔的升高比例加大。从海拔2 036 m到2 260 m, 积雪期土壤呼吸分别占全年的42.5% (125.4 g C·m^-2·a^-1)和49.7% (128.7 g C·m^-2·a^-1)。模拟气温升高1 ℃并假设积雪时间减少20天, 冬天的呼吸量减少8%左右, 但全年总呼吸量增加8%左右。升温后, 平均增加的呼吸量为0.25 g C·kg^-1·a^-1 (或22.65 g C·m^-2·a^-1), 冬季呼吸量减少0.118 g C·kg^-1·season^-1 (或10.81 g C·m^-2·season^-1)。     

雨雪冰冻灾害对中亚热带人工林的影响——以江西省千烟洲为例

为深入研究2008年初低温雨雪冰冻灾害对我国南方森林生态系统的影响, 实地调查了中国科学院千烟洲红壤丘陵综合开发试验站(简称千烟洲站)人工林受损状况, 并结合气象资料与空间数据进行了分析。在千烟洲站内主要的5种林型中, 受损林分多为湿地松(Pinus elliottii)林, 倒伏区面积为7.72 hm², 占森林面积的6.12%, 地上植被碳储量损失1 462 g·m^-2(范围在655-5 230 g·m^-2之间)。持续低温、阴雨潮湿等气象条件是导致湿地松林受损的直接原因, 特别是2008年2月1日的低温、强降水和大风, 加剧了灾害程度。在吉泰盆地低山丘陵区(海拔60-140 m), 高程与局地地形、气象条件密切相关, 因而对冰雪灾害具有较强的指示作用。丘陵顶部土壤贫瘠、受风影响强烈, 林木易受损倒伏。阳坡的林木易偏冠, 这可能是其受损较为严重的原因之一。湿地松林受损的内因主要有冠型、材质、根系分布、叶片特征和年龄等;此外, 人为割脂也可能是造成湿地松大量倒伏的重要因素。     

挺水和湿生草本植物传输甲烷的过程与机制研究进展北大核心CSCD

甲烷(CH_4)是一种重要的温室气体,参与大气光化学反应。水生与湿生环境是大气CH_4的重要来源。挺水和湿生草本植物是CH_4释放的重要通道,研究植物如何传输CH_4具有重要的意义。在植物传输CH_4的过程中,根系尤其是侧根根尖区起到了关键调控作用;通气组织内部的隔膜与根茎连接部位也是调控CH_4传输的重要界面。在早期的研究中,关于茎叶排放CH_4主要通过气孔还是微孔(位于地上部除叶片以外的细小的裂隙与孔洞)这一问题存有争议,但是微孔的主导传输作用逐渐被后期的研究证实。枯死与损伤的茎干通常促进CH_4传输排放。扩散与对流是植物传输CH_4的两种主要机制,对流的传输效率高于扩散。生物因素(生物量与光合作用等)与环境因子(光照与温、湿度等)共同调控着植物传输CH_4。目前针对植物传输CH_4的过程与机制已有较系统的认识,但需要深入研究下列问题:(1)植物传输CH_4的系列关键界面中,各个界面的传输效率如何?哪个界面对整体传输起决定性作用?(2)扩散与对流分别对各界面交换与整体长距离传输的内在调控作用。(3)各生物与非生物影响因子间的耦合作用机制。(4)物种间CH_4传输机制与效率的异同。     

天津盐碱化沼泽湿地开垦对土壤团聚体有机与无机碳含量的影响

目前,开垦对沼泽湿地土壤有机碳的影响已有较多研究,但针对滨海盐碱化沼泽的研究较为薄弱,特别是对无机碳的影响尚不清晰,从而导致无法全面评估开垦对总碳的影响。本研究选取天津七里海盐碱化沼泽湿地和对应长期开垦(约60年)后的农田作为研究对象,采集0~15和15~30 cm两层土样,采用湿筛法得到>2、0.25~2、0.053~0.25和<0.053 mm 4个粒级水稳性团聚体。结果表明:湿地长期开垦后,表层(0~15 cm)和下层(15~30 cm)土壤大团聚体(>2 mm)比例均显著降低(-48.1%、-58.1%),微团聚体(0.053~0.25 mm)比例均显著增加(+166.1%、+70.0%);各粒级团聚体有机碳含量均显著降低(31.2%~56.8%);表层土壤(0~15 cm)中等团聚体(0.25~2 mm)和矿质颗粒组分(<0.053 mm)无机碳含量显著增加(+85.4%、+75.4%);而下层土壤(15~30 cm)各级团聚体无机碳含量均显著增加(182.3%~448.2%);表层土壤大团聚体(>2 mm)、中等团聚体(0.25~2 mm)总碳含量显著降低(-12.9%、-21.9%),而总碳含量在表层土壤微团聚体(0.053~0.25 mm)、矿质颗粒组分、下层土壤各级团聚体均无显著变化。可见,滨海盐碱化沼泽湿地开垦虽导致有机碳含量降低,但无机碳含量却具有显著反补作用,从而减缓或抑制了碳库流失。因此,在滨海盐碱化地区,今后应更加重视开垦过程中土壤无机碳动态变化及其对总碳的影响。     

天津沼泽湿地芦苇叶片的碳稳定同位素比值分布特征及其环境影响因素

天津芦苇(Phragmites australis)沼泽具有重要的生态功能。目前天津地区水体咸化、氮污染和水资源短缺问题严重, 显著影响了芦苇湿地的植物生理生态过程。植物稳定碳同位素组成(碳稳定同位素比值(δ¹³C))能够记录与植物生长过程相关联的环境变化信息, 反映植物对环境变化的生理生态适应特性。该研究调查了天津七里海、北大港和大黄堡湿地芦苇叶片的δ¹³C分布特征, 探讨了影响该地区叶片δ¹³C值变化的主要因素。研究表明: 1)天津芦苇湿地植物叶片δ¹³C的变化范围在-26.3‰ - -23.6 ‰之间, 平均值为-25.8‰; 2)芦苇叶片δ¹³C与底泥相对含水量呈显著负相关关系, 与底泥有效氮和全氮含量呈显著正相关关系, 而与底泥盐度和磷含量没有显著相关关系; 水分条件和底泥氮营养状况是影响叶片的δ¹³C值变化的主要因素; 3)淹水条件下, 芦苇叶片δ¹³C与叶片质量氮含量呈显著正相关关系, 与叶碳氮比呈显著负相关关系, 8月份七里海湿地干涸打破了此相关关系。当前环境压力下, 天津沼泽湿地干涸极大地改变了芦苇的氮、水平衡和植物对水、氮资源的利用策略, 而湿地干涸对该过程的影响要高于盐度和氮负荷增加。