土壤微生物与根系呼吸作用影响因子分析

土壤呼吸作用作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,是当前碳循环研究中的热点问题.对于土壤呼吸作用主要组成部分土壤微生物呼吸作用和根系呼吸作用影响因子的研究,有助于准确地评估全球碳收支.本文从气候、土壤、植被及地表覆被物、大气CO₂浓度、人为干扰等方面综述了土壤微生物呼吸作用和根系呼吸作用的主导影响因子,指出这些影响因子不仅直接或间接地影响土壤微生物呼吸作用和根系呼吸作用,而且它们之间相互作用、相互影响,且各影响因子的地位和作用会随时空尺度变化发生相应改变.在此基础上,论文提出了未来土壤呼吸作用的研究重点.     

土壤呼吸作用时空动态变化及其影响机制研究与展望

测定不同陆地生态系统土壤呼吸速率及其时空波动, 阐明其影响因子, 对于全球碳素平衡预算和全球变化潜在效应估计是最为基本的数据。然而, 有关土壤呼吸作用变异性及其影响因素的知识仍存在局限性, 一些关键的过程和机制还有待阐明。该文综述了近年来土壤呼吸作用时空动态规律、影响机制和模拟方面的研究进展, 指出环境因子和生物因子共同驱动着土壤呼吸作用的时间动态变化; 土壤呼吸作用在不同时间尺度上还具有明显的空间异质性, 这主要是植被覆盖、根系分布、主要的环境因素和土壤特性空间分布的异质性造成的。生物因子是影响土壤呼吸作用时空动态变化的主要因素之一。然而, 目前所使用的土壤呼吸作用经验模型通常利用土壤温度、土壤湿度或者两者的交互作用模拟土壤呼吸作用动态变化, 但没有考虑生物因子的影响, 这可能会导致明显的偏差和错误。因此, 为了精确估算土壤呼吸作用, 必须解决土壤呼吸作用小尺度上的空间变异性; 加强不同时间尺度上生物要素对土壤呼吸作用动态变化的影响研究; 除了气候因子外, 土壤呼吸作用经验模型应该纳入生物因子等其它影响因素作为变量, 用以提高模型模拟的正确性和准确性。     

玉米农田土壤呼吸作用的空间异质性及其根系呼吸作用的贡献

基于4月底到9月底东北地区玉米农田土壤呼吸作用全生长季的观测,阐明了土壤呼吸作用的空间异质性特征,综合分析了水热因子、土壤性质、根系生物量及其测定位置对土壤呼吸作用空间异质性的影响,并对生长季中根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例进行了估算。结果表明,在植株尺度上,土壤呼吸作用存在着明显的空间异质性,较高的土壤呼吸速率通常出现在靠近玉米植株的地方。根系生物量的分布格局是影响土壤呼吸作用空间异质性的关键因素。在空间尺度上,土壤呼吸作用与根系生物量呈显著的线性关系,而土壤湿度、土壤有机质、全氮和碳氮比对土壤呼吸作用空间异质性的影响并不显著。通过建立土壤呼吸作用与玉米根系生物量的回归方程,对根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例进行了间接估算。玉米生长季中,根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例在43．1％～63．6％之间波动,均值为54．5％。     

中国农田生态系统土壤呼吸作用研究与展望

 农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,占全球陆地面积的10.5%,其CO₂排放量占人为温室气体排放量的21%～25%;由于农田生态系统 受到强烈的人为干扰,因此农田生态系统土壤呼吸作用及其影响因素对准确评估陆地生态系统碳收支具有重要的意义。中国是个有悠久历史的 农业大国,不仅为农田土壤作用的研究提供了天然的实验室, 而且中国农田土壤呼吸作用的研究对全球的碳循环研究及碳收支准确评估具有非 常重要的示范与指导意义。该文综述了近10年来中国农田生态系统土壤呼吸作用研究进展,指出水热因子、作物生物学特性和农业管理活动是 造成中国农田生态系统土壤呼吸作用时空变异 的主要因素;作物根系呼吸作用占土壤作用的比例在13%～77.2%之间,存在极大的不确定性;合 理施肥、秸秆还田和免耕有助于农田生态系统土壤呼吸作用减排和固碳。指出了中国农田生态系统土壤呼吸作用拟重点加强不同区域典型农田 生态系统土壤呼吸作用的比较、空间异质性、影响因素模拟及减排对策等方面的研究。     

红壤茶树根层土壤基础呼吸作用和酶活性

对不同树龄茶树根层土壤的呼吸作用(包括代谢熵qCO2)和土壤酶(脲酶、转化酶和酸性磷酸单酯酶)活性进行了研究、不同树龄茶树根层土壤日基础呼吸作用强度(36．23—58．52mg·kg^-1·d^-1)和日代谢墒(0．30一0．68)都以40和90年茶树较为接近,分别显著大于和小于10年树龄茶树根层土壤;服酶活性(41．48—47、72mg·kg^-1·d^-1)则三者间差异不大,虽然随树龄增长而下降;转化酶活性(189．29—363．40mg·kg^-1·d^-1)也随树龄增长而下降,并且10年茶树根层土壤显著大于40和90年树龄茶树;而酸性磷酸单酯酶活性(444．22—828．32mg·kg^-1·d^-1)相反,随树龄增长而增强．结果表明,土壤基础呼吸作用、代谢熵和3种土壤酶活性都与茶树树龄、土壤pH、土壤有机碳、土壤全氮、土壤可活性酚总量、及土壤微生物生物量密切相关．     

寒温针叶林土壤呼吸作用的时空特征

利用Li-6400便携式CO2分析系统对寒温针叶林土壤呼吸作用观测数据分析表明,土壤呼吸作用日、季动态均呈单峰型变化,日最大值出现在16:00左右,与5 cm土壤温度日动态相似,滞后于气温日动态变化;月最大值出现在8月份,2006年和2007年分别为8.19 和6.89 μmol CO2 m-2 s-1。日、季土壤呼吸作用与土壤温度的相关性均好于气温。土壤呼吸作用存在较大的空间变异性,一天内3:00 am、7:00 am和11:00 am的土壤呼吸作用变异系数分别为35.5%、27.6%和23.0%,根系和凋落物与土壤呼吸作用表现出相似的空间变异性,其中细根与土壤呼吸作用的相关性最好。     

长白山阔叶红松林生态系统土壤呼吸作用研究

用密闭静态箱式法观测了长白山阔叶红松林生态系统生长季中的土壤呼吸作用。结果表明, 长白山阔叶红松林生态系统土壤呼吸作用日动态呈单峰曲线, 在 18∶0 0左右达到最大值。土壤呼吸作用在生长季中的动态呈单峰曲线, 7月最大。 6、7、8、9各月平均土壤呼吸作用分别为 0.2 2、0.32、0.2 3和 0.13gC·m-2 ·h-1。温度升高可以提高土壤呼吸作用强度, 地下 5cm的土壤温度比气温更能准确地反映土壤呼吸作用的动态变化 ;土壤水分含量在一定范围内增加可使土壤呼吸作用强度增加, 但水分过多也会对土壤呼吸产生抑制作用而导致土壤碳排放减少。     

山杨白桦混交次生林与原始阔叶红松林土壤呼吸作用比较

 比较利用静态箱式法测定长白山原始阔叶红松林(Pinus koraiensis)和次生杨桦混交林的土壤呼吸作用表明,两者土壤呼吸作用的日动态均主要受温度影响,次生林土壤呼吸作用的日变化极值出现时间较原始林提前1～2 h;两者具有明显的季节动态,其中8月土壤呼吸速率最大;在生长季,土壤呼吸速率与土壤含水量关系不显著,而与土壤5 cm温度呈显著的指数关系;生长季(5～9月)次生林土壤释放CO₂量(3 449.4 g·m^－2)约为原始林(2 674.4 g·m^－2)的1.3倍,这可能是由于次生林内具有比原始林较高的温度和较低的土壤含水量,更有利于根系生长代谢和土壤微生物的活动引起的。     

长白山阔叶红松林皆伐迹地土壤呼吸作用

 利用静态箱式法测量长白山阔叶红松(Pinus koraiensis)林伐后13年的皆伐迹地土壤呼吸作用。分析表明，皆伐迹地土壤呼吸作用日变化趋势呈单峰曲线，峰谷值出现时间较林地提前2～4 h，与土壤5 cm深度温度变化趋势基本一致。整个生长季节皆伐迹地土壤呼吸速率约为林地的75%，土壤温度与土壤呼吸作用存在显著的指数关系。在降水量集中的生长季，土壤水分对土壤呼吸作用具有一定的抑制作用，利用温度和水分双因子模型可以较好地解释皆伐迹地土壤呼吸作用的变异。阔叶红松林皆伐后生物量减少和微环境变化是造成土壤呼吸作用强度和动态特征发生变化的重要原因。     

长白山红松针阔混交林与开垦农田土壤呼吸作用比较

利用静态箱式法测定长白山红松(Pinus koraiensis)针阔混交林及其开垦农田的土壤呼吸作用。结果表明,两者土壤呼吸作用的日动态和季节动态均主要受温度影响,农田土壤呼吸作用的日变化极值出现时间较林地提前,最大值出现在12∶00左右,比林地提前6 h左右,最小值在凌晨5∶00左右,早于林地2~3 h;在生长季,土壤呼吸速率与10 cm土壤含水量关系不显著,而与土壤5 cm温度呈显著的指数关系;农田土壤温度高于林地,但在整个生长季(5~9月)林地土壤释放CO₂量(2 674.4 g·m^-2)约为农田(1 285.3 g·m^-2)的2倍;观测期间,农田土壤呼吸速率占林地的比例范围在23.4%~76.3%之间,说明土壤呼吸作用还受不同土地利用方式下植被类型等的影响。农田和红松针阔混交林土壤呼吸作用的Q₁₀值分别为3.07和2.92,农田土壤呼吸作用的Q₁₀ 值估计可能偏大。森林转变为农田后,环境、生物因子以及土壤养分含量和物理性质发生改变,共同影响土壤呼吸作用的强度和动态特征。     

玉米地土壤呼吸作用对土壤温度和生物因子协同作用的响应

基于2005年玉米(Zea mays)生长季土壤呼吸作用及其影响因子的动态观测资料,分析了玉米地土壤呼吸作用的日和季动态及其对土壤温度和生物因子协同作用的响应。结果表明,玉米地土壤呼吸作用的日变化为不对称的单峰型,其最小值和最大值分别出现在6∶00~7∶00和13∶00左右;玉米生长季中,土壤呼吸速率波动较大,其均值为3.16 μmol CO₂·m^-2·s^-1,最大值为4.87 μmol CO₂·m^-2·s^-1,出现在7月28日,最小值为1.32 μmol CO₂·m^-2·s^-1,出现在5月4日。在土壤呼吸作用日变化中,土壤呼吸速率(SR)与10 cm深度土壤温度(T)呈显著的线性关系:SR=αT+β。在整个生长季节,玉米净初级生产力(NPP)与直线斜率(α)呈显著正相关,生物量(B)也明显影响直线的截距(β)。基于此,建立了玉米地土壤呼吸作用动态模型SR=(aNPP+b)T+cB²+dB+e。土壤呼吸作用季节变化的大部分(97%)可以由土壤温度、NPP和生物量的季节变化来解释。当仅考虑土壤温度对土壤呼吸作用的影响时,指数方程会过大或过小地估计了土壤呼吸强度。该文的结果强调了生物因子在土壤呼吸作用季节变化中的重要作用,同时指出土壤呼吸作用模型不仅要考虑土壤温度的影响,在生物因子影响土壤呼吸作用的温度敏感性时,还应该把生物因子纳入模型。     

太阳辐射对玉米农田土壤呼吸作用的影响

水热因子通常被认为是影响土壤呼吸作用的主导因子。对2004-2005年东北地区玉米农田土壤呼吸作用的观测资料分析表明:太阳辐射对土壤呼吸作用有促进作用,使得白天的土壤呼吸速率高于夜间,并导致土壤呼吸作用与土壤温度的关系发生变化。太阳总辐射对玉米(Zea mays L.)生长后期的土壤呼吸作用具有显著影响(9月7日:R2=0.80,P0.0001;9月29日:R2=0.82,P0.0001)。地上生物量和叶面积指数制约着太阳总辐射对土壤呼吸作用的贡献,可解释太阳总辐射与土壤呼吸作用关系变异的83.5%。在玉米生长初期,散射辐射间接地促进了土壤呼吸作用,但随着叶面积指数的增加,散射辐射的透射作用减弱,使得直射辐射对土壤呼吸作用的影响超过散射辐射;进入玉米生长后期,由于叶子枯黄,叶面积指数减小,散射辐射又对土壤呼吸起到促进作用。     

羊草呼吸作用与湿度、光照和土壤水分的关系

本文报道了两种土壤水分条件下羊草明呼吸速率与光照和温度的关系,以及暗呼吸速率与温度的关系。结果表明,羊草的明呼吸速率与光强呈非线性函数关系。在低光强下,明呼吸速率随光强升高而有较快的增加;随着光强的增高,其增加速度减慢。在温度低于羊草光合的高温补偿点的条件下,明呼吸速率在一定温度范围内随温度升高而增大;当温度达到一定限度时,有一个下降阶段,而后又回升,羊草的暗呼吸速率随温度增加而升高,且在一定限度内,其升高速度随温度增高而加快。当土壤干旱时,明呼吸速率显著降低,而暗呼吸速率仅略有减小。     

中国草原土壤呼吸作用研究进展

中国草原面积约占国土面积的40%, 且大都位于生态脆弱区, 对气候和环境变化十分敏感, 在未来大气CO₂调控中有着重要的作用。为增进对中国草原土壤呼吸作用的理解, 该文综述了近10年来中国草原土壤呼吸作用的最新研究进展, 指出中国草原土壤呼吸作用的研究主要集中在东北平原、内蒙古高原和青藏高原。草原土壤呼吸作用日动态的主导控制因子是温度, 季节动态的主导控制因子可以是温度、水分或二者的交互作用, 取决于研究地点的限制性环境因子, 而年际动态的主导控制因子为水分。草原土壤呼吸作用还存在着巨大的空间变异, 年降水和土壤全氮含量是不同类型草原土壤呼吸作用空间异质性的主导控制因子。土壤呼吸作用对全球变化的响应比较复杂, 取决于各因子之间相互影响的贡献。现有的土壤呼吸作用模型大多只考虑了水热因子, 很少包含土壤因子和生物因子及其协同作用的影响。在此基础上, 指出未来中国草原土壤呼吸作用拟加强的研究重点: 1)温带荒漠草原土壤呼吸作用研究; 2)非生长季土壤呼吸作用研究; 3)多时空尺度草原土壤呼吸作用的比较研究; 4)草原土壤呼吸作用过程模拟研究; 5)草原土壤呼吸作用的遥感监测评估研究。     

羊草呼吸作用与温度、光照和土壤水分的关系

本文报道了两种土壤水分条件下羊草明呼吸速率与光照和温度的关系,以及暗呼吸速率与温度的关系。结果表明,羊草的明呼吸速率与光强呈非线性函数关系。在低光强下,明呼吸速率随光强升高而有较快的增加;随着光强的增高,其增加速度减慢。在温度低于羊草光合的高温补偿点的条件下,明呼吸速率在一定温度范围内随温度升高而增大;当温度达到一定限度时,有一个下降阶段,而后又回升。羊草的暗呼吸速率随温度增加而升高,且在一定限度内,其升高速度随温度增高而加快。当土壤干旱时,明呼吸速率显著降低,而暗呼吸速率仅略有减小。     

土壤有机质模型的比较分析

土壤有机质作为土壤C库,其含量和动态变化对全球C循环、土壤肥力、土壤质量和健康起着重要作用。SOM模型利用经验性的假设和已有数据对土壤有机质含量和动态变化进行模拟,尤其是可以对无法取得足够必要数据的试验进行模拟,所以SOM模型成为定量研究土壤有机质积累分解的重要手段,利用SOM模型有助于对土壤有机质分解机理的研究,并且可通过SOM模型对土壤CO2排放量、植物生产量进行预测。同时也可对农业管理措施做出评估,文中对几种SOM模型进行了概述,尤其对有影响的RothC模型和CENTURY模型进行了比较分析。     

恩诺沙星残留对土壤微生物功能的影响

研究了恩诺沙星残留对土壤呼吸作用、纤维分解作用、氨化作用、硝化作用的影响 ,结果表明 ,相对较低浓度恩诺沙星残留(0 .0 1μg/ g土 ,0 .1μg/ g土 )刺激土壤呼吸作用 ,相对较高浓度恩诺沙星残留 (1μg/ g土 )对土壤呼吸作用产生抑制 ,药物作用活性维持期为 6 d;恩诺沙星残留对土壤纤维分解作用影响较不明显 ;较低浓度恩诺沙星残留 (0 .0 1μg/ g土 ,0 .1μg/ g土 )对土壤氨化作用有刺激作用 ,而较高浓度恩诺沙星残留 (1μg/ g土 ,10μg/ g土 )则会对其起抑制作用 ,药物作用活性期为 9d;不同浓度恩诺沙星对土壤硝化作用影响极其显著 ,当恩诺沙星浓度达到 1μg/ ml时 ,在 3～ 9d内 ,对土壤硝化作用有一定抑制作用。当恩诺沙星浓度达到 10μg/ ml时 ,强烈抑制了土壤硝化作用 ,直到本试验结束时 ,其抑制作用未见减弱。结果表明恩诺沙星残留影响了土壤微生物这些功能 ,因而可能影响到土壤特性和土壤中一些生态过程     

Cd2+胁迫对小麦幼苗生长及呼吸作用的影响

以小麦品种郑州9023为材料,研究了不同浓度Cd2 胁迫对小麦幼苗生长及呼吸作用的影响.结果显示:(1)随Cd2 胁迫浓度的升高,小麦幼苗根和芽的呼吸速率及琥珀酸脱氢酶(SDH)活性均呈先上升后下降的趋势.(2)Cd2 胁迫对小麦幼苗根中细胞色素氧化酶(COD)、苹果酸脱氢酶(MDH)、异柠檬酸脱氢酶(IDH)同工酶表达的影响较小,都呈低浓度诱导、高浓度抑制的效应,且Cd2 处理诱导了根中新的MDH、IDH同工酶带的表达;而不同浓度Cd2 对小麦幼苗芽中COD、MDH、IDH同工酶的表达影响较小.(3)随Cd2 胁迫浓度的增加,芽长、根长、芽干重、根干重均呈持续下降的趋势,且对根的抑制作用明显大于对芽.研究表明,Cd2 胁迫可以改变小麦幼苗根和芽中SDH、COD、MDHI、DH等呼吸作用关键酶的活性或同工酶表达,从而影响其呼吸作用,最终抑制了幼苗的生长.     

水杨酸对低温胁迫香蕉幼苗呼吸作用的影响

探讨了水杨酸 (salicylicacid ,SA)对低温胁迫香蕉幼苗叶片呼吸作用的影响。在常温下用 0 .5mmol/LSA水溶液处理香蕉幼苗 ,能明显提高香蕉幼苗的抗氰呼吸和细胞色素呼吸 ,增加总呼吸量 ,提高产热量 ;在随后 7℃低温胁迫与常温恢复期间SA预处理 ,能抑制总呼吸速率的下降 ,这种对总呼吸下降的抑制与此时细胞色素途径维持在较高的水平有关 ,而与抗氰呼吸无关。此时也未检测到SA预处理植株叶片产热量增加的现象     

区域土壤-水稻籽粒镉耦合关系模型的构建和验证

为构建区域土壤-水稻籽粒镉(Cd)耦合关系模型,通过文献调研获取369组数据,采用广义线性回归(GLM)、梯度提升机器(GBM)、随机森林(RF)和Cubist等方法,以文献共有的土壤pH和总Cd含量(Soil_Cd)为自变量、水稻籽粒Cd含量(Grain_Cd)为因变量构建模型,并以实测土壤pH、Soil_Cd和Gr...