氮添加对沙质草地微生物呼吸与根系呼吸的影响

土壤呼吸可以细化为根系呼吸和微生物呼吸,二者对氮添加的响应有所不同.本文以科尔沁沙质草地为研究对象,探讨氮添加对土壤CO₂排放的影响,并细化为微生物呼吸和根系呼吸的响应特征.结果表明: 在观测期(5—10月),土壤呼吸、微生物呼吸月动态均呈先升高后降低的趋势;微生物呼吸是土壤呼吸的主要贡献者,占82.6%;观测期内根系呼吸贡献率随月份而变化,根系呼吸贡献率两个峰值分别出现在5月(占49.4%)和8月(占41.9%),6个月的平均贡献率为17.4%;在10 ℃条件下,根系呼吸较微生物呼吸对氮添加的响应更为敏感,微生物呼吸速率在氮添加后降低了3.9%,而根系呼吸降低了17.7%;氮添加提高了土壤呼吸、微生物呼吸温度敏感性Q₁₀值,也提高了二者对土壤水分变化的敏感程度.     

鄱阳湖苔草湿地非淹水期CO2释放特征

2009年9月至2010年4月非淹水期,在鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区,选择以灰化苔草为建群种的洲滩湿地,设置土壤-植物系统(TC)、剪除植物地上部分(TJ)2个试验处理（分别代表生态系统和土壤呼吸）,利用密闭箱-气相色谱法测定了非淹水期鄱阳湖苔草湿地CO₂释放通量.结果表明：苔草湿地生态系统呼吸与土壤呼吸均具有明显的季节变化模式,释放速率变化范围分别为89.57～1243.99和75.30～960.94mg CO₂·m^-2·h^-1,土壤呼吸占生态系统呼吸的比例为64%(39%～84%);土壤温度是苔草湿地CO₂通量的主要控制因子,可以解释呼吸速率80%以上的变异;生态系统呼吸与土壤呼吸的温度敏感性指数(Q₁₀)分别为3.31和2.75,且冬季的Q₁₀值明显高于春秋季节;土壤水分与CO₂释放速率之间未达到显著相关;非淹水期,鄱阳湖苔草湿地是大气CO₂的汇,其强度为1717.72 g C·m^-2.     

土地利用类型对千烟洲森林土壤碳矿化及其温度敏感性的影响

土壤有机质分解是陆地生态系统碳循环的重要环节,它不仅受温度和水分的影响,还对土地利用变化十分敏感.以中国科学院千烟洲生态试验站的柑橘园和湿地松人工林为对象,研究不同土地利用类型、温度(5、10、15、20和25 ℃)和水分(30%、60%和90%饱和含水量)对土壤碳矿化及其温度敏感性的影响.结果表明： 土地利用类型、温度和水分对土壤碳矿化都具有显著影响,且各因素间存在显著的交互效应.柑橘园和湿地松人工林土壤碳矿化速率均与温度呈正相关,60%饱和含水量处理下土壤碳矿化速率最高.在相同的温度和水分处理下,柑橘园土壤碳矿化量显著高于湿地松林.土地利用类型和水分对土壤碳矿化温度敏感性(Q₁₀)具有显著影响.培养7和42 d,土壤碳矿化的温度敏感性随水分升高而上升;柑橘园温度敏感性高于湿地松林,且水分越高差异越明显.包含温度和水分的双因素模型可以很好地模拟土壤碳矿化对温度和水分的响应,温度和水分共同解释土壤碳矿化变异的79.9%～91.9%.     

添加氮素对沙质草地土壤氮素有效性的影响

通过氮素添加(20g.m-2.a-1)试验,研究了科尔沁沙地东南部沙质草地生态系统土壤氮矿化及有效氮的季节变化。对2006年生长季的观测发现,添加氮素显著提高了沙质草地生长季土壤铵态氮、硝态氮、矿质氮的含量以及9月1日至10月15日的净氮矿化速率与硝化速率;添加氮素导致土壤有效氮的季节变异增大,净氮矿化(1.29～11.60mg.kg-1.30d-1)与硝化(-4.15～11.20mg.kg-1.30d-1)速率随时间呈上升趋势,铵态氮含量逐渐降低,硝态氮与矿质氮(6.49～20.66mg.kg-1)含量的变化呈"V"型,最小值出现在生物量生长高峰期的7月中旬。该沙质草地土壤氮的有效性较低,施氮肥可明显提高土壤供氮能力。     

松嫩平原旱生芦苇群落土壤呼吸动态及影响因子

为研究松嫩平原旱生芦苇群落土壤呼吸作用的动态变化及其影响因子,于2011年5—10月采用LI-6400土壤呼吸监测系统对旱生芦苇群落土壤呼吸进行连续野外观测,并分析水热因子对土壤呼吸的影响。结果表明:芦苇群落土壤呼吸具有明显的日变化和季节变化特征;其日变化为明显的单峰曲线,土壤呼吸速率峰值出现在中午11:00—13:00;7和8月芦苇群落土壤呼吸作用最强,10月土壤呼吸作用最弱。影响旱生芦苇群落土壤呼吸的主导因子是温度,土壤呼吸与近地表空气温度以及土壤0～10、10～20、20～30cm温度均有显著相关性(P<0.01),而近地表空气温度和土壤表层温度对土壤呼吸的影响最大。在5—10月芦苇群落土壤呼吸温度敏感性Q10值为1.2～1.65,变异系数为15.4%。土壤含水量和近地表空气相对湿度不是影响该地区芦苇群落土壤呼吸的主要因素。     

柠条根系中丛枝菌根真菌的季节性变化及影响因素

采用传统染色检测与PCR-DGGE相结合的方法,研究了柠条根系丛枝菌根真菌(AMF)的季节性变化, 并利用主成分分析(PCA)和典范对应分析(CCA)分析了土壤因子与AMF季节变化之间的关系.结果表明: 柠条根系AMF总侵染率、丛枝侵染率、泡囊侵染率和土壤孢子密度均具有显著的季节性差异. 总侵染率从春季至秋季呈下降趋势,其他指标呈上升趋势. 春、夏、秋3个季节的柠条根系中共检测出9种AMF分子种,但每个季节的AMF群落组成、多样性指数均有一定的差异.主成分(PCA)和典范对应分析(CCA)表明,随着土壤总氮、总磷和有机碳的增加,泡囊侵染率减少;随着土壤含水量和速效磷的降低, 土壤AMF孢子密度增加;根系内AMF群落组成的季节性差异主要受土壤总磷、速效磷和有机碳的影响.     

科尔沁沙地两种植被类型土壤呼吸动态变化及其影响因子

以科尔沁沙丘-草甸相间地区为研究区,运用LI-6400土壤呼吸配套系统对沙丘-草甸过渡带人工杨树林和固定沙丘小叶锦鸡儿群落土壤呼吸及其相关因子进行观测,结果表明,(1)生长期和生长末期人工杨树林保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的日变化表现为"多峰型"。(2)人工杨树林和小叶锦鸡儿群落保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的季变化峰值均出现在8月份,人工杨树林的土壤呼吸明显大于小叶锦鸡儿群落的土壤呼吸。(3)人工杨树林土壤呼吸的季变化与0—10cm土壤温度相关显著(P0.01),保留枯枝落叶土壤呼吸小于去除枯枝落叶。(4)小叶锦鸡儿群落土壤呼吸的季变化与0—10cm土壤含水量相关显著(P0.01),与人工杨树林不同,保留枯枝落叶土壤呼吸大于去除枯枝落叶。(5)人工杨树林土壤呼吸与土壤温度显著呈指数关系,小叶锦鸡儿群落土壤呼吸与土壤含水量显著呈幂函数关系,并运用归一化法,通过建立土壤呼吸LnRs与土壤温度T、土壤含水量Lnθ的双因子回归模型,得出土壤温度和土壤含水量分别对保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的贡献率。     

Controls on microbial CO2 production: a comparison of surface and subsurface soil horizons

Although a significant amount of the organic C stored in soil resides in subsurface horizons, the dynamics of subsurface C stores are not well understood. The objective of this study was to determine if changes in soil moisture, temperature, and nutrient levels have similar effects on the mineralization of surface (0–25 cm) and subsurface (below 25 cm) C stores. Samples were collected from a 2 m deep unsaturated mollisol profile located near Santa Barbara, CA, USA. In a series of experiments, we measured the influence of nutrient additions (N and P), soil temperature (10–35°C), and soil water potential (?0.5 to ?10 MPa) on the microbial mineralization of native soil organic C. Surface and subsurface soils were slightly different with respect to the effects of water potential on microbial CO₂ production; C mineralization rates in surface soils were more affected by conditions of moderate drought than rates in subsurface soils. With respect to the effects of soil temperature and nutrient levels on C mineralization rates, subsurface horizons were significantly more sensitive to increases in temperature or nutrient availability than surface horizons. The mean Q₁₀ value for C mineralization rates was 3.0 in surface horizons and 3.9 in subsurface horizons. The addition of either N or P had negligible effects on microbial CO₂ production in surface soil layers; in the subsurface horizons, the addition of either N or P increased CO₂ production by up to 450% relative to the control. The results of these experiments suggest that alterations of the soil environment may have different effects on CO₂ production through the profile and that the mineralization of subsurface C stores may be particularly susceptible to increases in temperature or nutrient inputs to soil.     

土地利用变化对沙地土壤全氮空间分布格局的影响

利用经典统计学和地统计学相结合的方法,分析了科尔沁沙地东南缘草地和8年前开垦的耕地土壤全氮含量和空间分布格局．结果表明,草地与耕地表层(O～10cm)土壤全氮含量差异不显著,亚表层(10～20cm)含量差异显著(P     

枫香(Liquidambar formosana)和樟树(Cinnamomum camphora)人工林土壤呼吸及其影响因子的比较

2007年1月至12月,采用LI-COR-6400-09气室连接到LI-COR-6400便携式CO2/H2O分析系统测定枫香(Liquidambar formosana)和樟树(Cinnamomum camphora)人工林的土壤呼吸,并分析了土壤水热因子及其根生物量对土壤呼吸的影响.研究结果表明:枫香和樟树人工林中土壤呼吸的季节动态存在明显的季节性变化,都呈现不规则的曲线格局.全年土壤呼吸速率平均值分别为1.501 ìmol 和2.800 ìmol s-1.枫香和樟树林土壤呼吸的季节变化与土壤温度呈显著的指数相关,土壤温度可以分别解释土壤呼吸变化的92.7%和77.4%,与土壤含水量呈二次方程关系,土壤含水量可以解释土壤呼吸变化的10.6%和18%.在P＝0.05水平上多元回归分析,分别得出枫香和樟树土壤呼吸与土壤温度和含水量方程:y=0.4728e0.122tw0.002;y=0.061e0.235tw0.086,土壤温度和含水量共同可以解释土壤呼吸变化的94.5%和88.5%.枫香和樟树林中全年土壤呼吸的Q10值分别为2.62和3.26,Q10值在随着季节温度升高,而逐渐减小.两种人工林群落土壤呼吸季节变化表现出受非生物因子温度和水分变化的调控,同时也受森林植被的根生物量、凋落物量的影响.     

土壤呼吸温度敏感性的影响因素和不确定性

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要环节之一, 其对温度升高的敏感程度在很大程度上决定着全球气候变化与碳循环之间的反馈关系。为了深刻理解地下生态过程对气候变化的响应和适应,本文综述了土壤呼吸温度敏感性（Q10）的影响因子及其内在机制,并分析了当前研究存在的不确定性。土壤生物、底物质量和底物供应显著调控着土壤呼吸的Q10值,但研究结论仍然有很大差异。温度和水分等环境因子则通过对土壤生物和底物的影响而作用于土壤呼吸的温度敏感性,一般情况下,随着温度的升高,土壤呼吸的Q10值下降;水分过高或过低时Q10值降低。另外本文从土壤温度测定深度、时空尺度、土壤呼吸不同组分温度敏感性差异、激发效应以及采用方法的不同等几方面分析了温度敏感性研究存在的不确定性。并在此基础上, 指出了未来拟重点加强的研究方向:（1）土壤呼吸不同组分温度敏感性差异的机理;（2）底物质量和底物供应对温度敏感性的交互影响;（3）生物因子对土壤呼吸温度敏感性的影响。     

树干CO_2释放速率影响因素研究进展

树干CO2释放速率(stemCO2effluxrate,FCO2)是森林生态系统碳循环的重要组成部分,其占树木自养呼吸的14%～48%。对FCO2影响因素进行分析,对于了解全球碳循环以及森林生态系统对全球变暖的响应具有重要意义。本文综述了生物因素和非生物因素对FCO2的影响,指出这些因素不仅直接或间接影响FCO2,而且各因素间还存在交互作用,此外,各因素的影响程度也会随时间、空间而变化。在此基础上,本文提出了今后研究应集中在以下几方面:(1)运用有效方法分离树干释放CO2的各个组分,并分析各个组分与影响因素的关系,深入揭示FCO2变化机制;(2)加强生物、非生物因素交互影响FCO2动态模型的研究,用以提高模拟的准确性;(3)深入探讨FCO2的温度适应性。     

Effects of soil moisture on the temperature sensitivity of heterotrophic respiration vary seasonally in an old‐field climate change experiment

Microbial decomposition of soil organic matter produces a major flux of CO₂ from terrestrial ecosystems and can act as a feedback to climate change. Although climate‐carbon models suggest that warming will accelerate the release of CO₂ from soils, the magnitude of this feedback is uncertain, mostly due to uncertainty in the temperature sensitivity of soil organic matter decomposition. We examined how warming and altered precipitation affected the rate and temperature sensitivity of heterotrophic respiration (R_h) at the Boston‐Area Climate Experiment, in Massachusetts, USA. We measured R_h inside deep collars that excluded plant roots and litter inputs. In this mesic ecosystem, R_h responded strongly to precipitation. Drought reduced R_h, both annually and during the growing season. Warming increased R_h only in early spring. During the summer, when R_h was highest, we found evidence of threshold, hysteretic responses to soil moisture: R_h decreased sharply when volumetric soil moisture dropped below ~15% or exceeded ~26%, but R_h increased more gradually when soil moisture rose from the lower threshold. The effect of climate treatments on the temperature sensitivity of R_h depended on the season. Apparent Q₁₀ decreased with high warming (~3.5 °C) in spring and fall. Presumably due to limiting soil moisture, warming and precipitation treatments did not affect apparent Q₁₀ in summer. Drought decreased apparent Q₁₀ in fall compared to ambient and wet precipitation treatments. To our knowledge, this is the first field study to examine the response of R_h and its temperature sensitivity to the combined effects of warming and altered precipitation. Our results highlight the complex responses of R_h to soil moisture, and to our knowledge identify for the first time the seasonal variation in the temperature sensitivity of microbial respiration in the field. We emphasize the importance of adequately simulating responses such as these when modeling trajectories of soil carbon stocks under climate change scenarios.     

土壤呼吸的影响因素及全球尺度下温度的影响

土壤呼吸是指土壤释放ＣＯ２的过程,主要由土壤微生物和根系产生。作为一个复杂的生态学过程,土壤呼吸在受到植被,微生物等生物因素影响的同时,也受到了温度,湿度、ｐＨ值等环境因素的作用,并且随着人类影响的增强,人为因素的作用也越来越大。根据已有工作,讨论了影响土壤呼吸的主要影响因素及其相互关系,分析了全球范围内湿润地区森林植被的土壤呼吸与纬度的关系以及土壤呼吸与年均温的关系,得出了全球范围的Ｑ１０值为１     

鄂东南低丘马尾松林和枫香林土壤异养呼吸及温湿度敏感性

采用野外监测方法,研究了鄂东南低丘地区主要森林类型枫香林和马尾松林土壤异养呼吸、土壤温湿度的年动态;并通过室内试验研究了土壤呼吸随土壤深度的变化以及表层土壤(0～5 cm)异养呼吸的温湿度敏感性,建立了表层土壤异养呼吸的温湿度响应模型,探讨全球温暖化对该区土壤异养呼吸的潜在影响.结果表明:枫香林和马尾松林0～5 cm土壤呼吸速率分别是5～10 cm、10～15 cm层的2.39、2.62倍和2.01、2.94倍,说明土壤异养呼吸主要发生在土壤表层(0～5 cm);枫香林和马尾松林0～5 cm、5～10 cm及10～15 cm土壤的Q10分别是2.10、1.86、1.78和1.86、1.77、1.44;枫香林和马尾松林表层土壤呼吸对温度(T)的响应符合指数模型[R=αexp(βT)],对湿度(W)的响应符合二次函数模型(R=a+bW+cW2);0～5 cm土壤对温湿度双因子的响应符合lnR=a+bW+cW2+dT+eT2模型,且异养呼吸对湿度的响应具有温度依赖性,即在高温下敏感,低温下敏感性下降;应用表层土壤异养呼吸温湿度模型预测枫香林和马尾松林土壤异养呼吸年动态及总量,枫香林土壤异养呼吸量的模拟值比实测值略高...     

长白山高山冻原土壤呼吸及其影响因子分析

主要研究了长白山高山冻原土壤呼吸与生物量、凋落物和土壤理化因子的相互关系。运用典范相关分析法(CanonicalCorrelationAnalysis)分析了长白山高山冻原生态系统中影响土壤呼吸的主要理化因子。结果表明,长白山高山冻原4种典型土壤类型的土壤呼吸量依次为泥炭化高山冻原土250·79g·m-2·yr-1、草甸化高山冻原土227·69g·m-2·yr-1、潜育化高山冻原土211·36g·m-2·yr-1和石质化高山冻原土209·42g·m-2·yr-1。土壤呼吸与地下生物量显著相关(R2=0·85,n=15,P<0·05);土壤呼吸与凋落物量的空间变化不完全相同;影响长白山高山冻原土壤呼吸的主要理化因子是C/N、土壤持水量、有机质和总氮。