光合速率与光合条件对沙质草地土壤呼吸的调控作用

光合作用可通过为土壤呼吸提供底物来影响土壤呼吸,逐渐引起学者们的重视,因此光合与土壤呼吸的关联性成为模型构建中需要考虑的因素。本研究以科尔沁沙质草地为对象,探究沙质草地光合对土壤呼吸的影响。结果表明:土壤温度是沙质草地生态系统土壤呼吸速率最主要影响因素,呈极显著指数相关关系,不同光合条件下温度敏感性Q10值存在差异,夜间(3.03)昼间(2.12),日平均(2.41)8:00—10:00时(2.32);偏相关分析表明,光合作用是影响土壤呼吸变化的重要因素(r=0.72,P0.01),土壤呼吸随光合速率增加而增加,呈极显著线性正相关关系(R~2=0.49,P0.01),响应敏感系数为0.24;加入光合速率变量的多因素回归模型极显著提高了土壤呼吸拟合的R~2值,由0.73~0.75增至0.81~0.85,在拟合函数模型选择中,幂函数+指数、线性+指数、指数+指数等形式均具有较好的拟合效果。     

氮添加对沙质草地土壤呼吸及其温度敏感性的影响

氮添加能改变土壤微生物代谢和植物根系活性,进而影响土壤呼吸过程。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。结果表明:1)在观测期7—9月,土壤呼吸日动态呈不对称单峰曲线;氮添加对土壤呼吸日变化有显著影响(P0.05),与对照(2.18μmol·m-2·s-1)相比,氮添加后土壤呼吸速率提高了15.2%;氮添加对昼间土壤呼吸的影响显著高于夜间(P0.05),昼间和夜间土壤呼吸速率增幅分别为17.1%和14.4%。2)土壤呼吸月动态呈先升高后降低的趋势,7月18日达到最大值(3.36μmol·m-2·s-1);T检验结果表明,氮添加对7、8月土壤呼吸影响达到极显著水平(P0.01),9月达到显著水平(P0.05)。3)对照和氮添加的Q10值分别为3.27和3.30,R10值分别为0.42和0.54μmol·m-2·s-1,说明氮添加增强了沙质草地土壤呼吸对温度的敏感性。     

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.     

施氮对不同抗旱性冬小麦叶片光合与呼吸的调控

在大田条件下对两个不同抗旱特性的冬小麦品种全生育期叶片光合气体交换参数、光合色素含量和呼吸值及其对氮素水平的响应进行了研究.结果表明,施氮180 kg·hm^-2处理旱地品种叶片气孔导度、总光合色素含量、光合速率较不施氮处理在全生育期分别提高了43.75%、18.54%和49.66%,水地品种分别提高了12.12%、20.88%和29.25%;而旱地品种总呼吸速率降低了4.8%,水地品种降低了4.5%.适量施氮,增强了小麦叶片的气体交换能力,提高了光合色素含量,并降低了呼吸速率,从而提高了小麦叶片光合碳同化能力.小麦品种间光合的差异主要由非气孔因素引起.旱地品种呼吸速率较低,吸收的光能较多地用于光合碳同化作用.不施氮处理叶片光合速率较高的生育时期其呼吸速率也高,而施氮处理叶片光合速率高的生育时期呼吸值较低.施氮增加了光能向光合碳同化方向的分配.施氮对提高冬小麦抗旱能力有积极作用,其机理在于氮素改善了叶片气体交换状况,提高了光合色素含量,并优化了叶片对光能吸收的分配.     

间作条件下施氮量对马铃薯光合特性的调控作用

遮阴和氮供应的协同作用是建立玉米/马铃薯高效间作体系的基础。本研究采用单作和间作两种种植模式,每种种植模式设置4个氮水平(N0,0 kg·hm~(-2);N1,62.5kg·hm~(-2);N2,125 kg·hm~(-2);N3,187.5 kg·hm~(-2))的田间小区试验,探究不同氮投入量对玉米/马铃薯间作体系中马铃薯光合生理和产量的影响。结果表明:随着施氮量增加,间作产量优势逐渐降低,与单作马铃薯相比,间作马铃薯产量减幅2.66%~43.71%;间作中靠近玉米侧(I-M)和靠近马铃薯侧(I-P)的马铃薯P_n差异显著,I-PI-M;相比于等氮时的单作,间作净光合速率(P_n)降低8.41%~31.09%,光补偿点降低62.23%,暗呼吸速率降低60.90%;过量的氮肥施用和与玉米间作均导致马铃薯P_n、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(T_r)的降低,且间作后的减幅随施氮量增加而增大;合理控制施氮量有利于维持间作马铃薯较高的光合水平,降低与玉米间作后的马铃薯减产幅度,本研究中N1处理可维持较低减产幅度。     

掺混氮肥配施抑制剂对土壤氮库的调控作用

采用冬小麦盆栽试验,探讨掺混氮肥(缓释肥N∶普通尿素N=1∶1)配施氮肥抑制剂NAM对冬小麦土壤铵态氮、硝态氮、微生物生物量氮和固定态铵含量及小麦产量、氮肥利用率的影响,分析不同处理土壤矿质氮库、微生物生物量氮库和固定态铵库的动态变化特征.试验共设6个处理,不施氮肥(CK)、普通尿素(U)、掺混氮肥(MU)、MU+2.5‰NAM(MUN₁)、MU+5‰NAM(MUN₂)和MU+7.5‰NAM(MUN₃).结果表明:与MU处理相比,MUN₂和MUN₃处理推迟了NH₄⁺-N峰值出现的时间;小麦整个生长季,添加NAM处理的土壤矿质氮平均含量比MU处理下降了5.3%～11.7%;分蘖期至抽穗期,MU处理的微生物生物量氮矿化量和矿化率分别为38.96 mg·kg^-1和91.5%,均高于U处理,而MUN₁、MUN₂和MUN₃处理分别为58.73 mg·kg^-1和83.3%、94.20 mg·kg^-1和94.6%、104.46 mg·kg^-1和96.3%,添加NAM处理固定态铵的释放量比MU处理提高了2.83~9.19 mg·kg^-1.通径分析结果显示,与MU处理相比,添加NAM减弱了土壤NH₄⁺-N库对NO₃^--N库的直接影响,增强了固定态铵库通过影响NH₄⁺-N库对NO₃^--N库的间接作用.同时,MUN₁、MUN₂和MUN₃处理的小麦籽粒产量较MU处理分别提高了31.6%、21.5%和22.9%,氮肥利用率分别提高了8.1%、13.5%和3.1%.综上,配施NAM通过对氮素释放及在土壤中转化的双重调控,延迟土壤NH₄⁺-N峰值出现的时间及后续向NO₃^--N的转化,提高微生物生物量氮和固定态铵的供氮作用,从而提高了作物产量和氮肥利用率.     

施氮及豆-禾混播对草地群落及土壤呼吸的影响

豆-禾混播是提高水土资源保持和利用效率、抑制土地退化和维持土壤健康的重要栽培措施。本实验以紫花苜蓿(Medicago sativa)、无芒雀麦(Bromus inermis)、羊草(Leymus chinensis)、紫花苜蓿+无芒雀麦、紫花苜蓿+羊草5种不同类型的人工草地为研究对象,以施氮水平为辅因素,通过对地上生物量、光合特性和土壤呼吸强度的比较研究,探明施氮条件下豆-禾混播草地群落动态及土壤呼吸日变化特征,以期为内蒙古东部地区人工草地合理建植与利用提供理论依据。结果表明:与苜蓿单播和羊草单播的生物量相比,混播对提高草地总体的生物量效果不显著;与苜蓿混播能在不同程度上提高禾本科牧草的净光合速率,其中无芒雀麦提升效果显著,3种牧草单播的净光合速率表现为紫花苜蓿无芒雀麦羊草;施氮提高了不同建植方式下人工草地的平均土壤呼吸强度;与苜蓿混播能显著提高禾草草地的土壤呼吸强度,且最高点一般出现在10:00—12:00。     

施氮对亚热带樟树林土壤呼吸的影响

人类活动引起全球范围内大气氮沉降量的升高,增加了陆地生态系统氮输入,从而影响土壤CO2排放.为揭示生态系统氮输入升高对土壤呼吸的影响,2010年6月至2012年1月,对亚热带樟树林(Cinnamomum camphora)进行模拟氮添加试验,每月上、下旬采用红外分析法测定4种氮输入水平(CK,0 gm-2a-1;低氮LN,5gm-2a-1;中氮MN,15 g m-2 a-1;高氮HN,30gm-2a-1)下的土壤呼吸速率.结果表明:(1)樟树林土壤呼吸存在明显的季节动态,最高值出现在6月,最小值出现在1月.氮添加处理显著抑制了樟树林的土壤呼吸,LN、MN、HN处理土壤呼吸年累积量分别较对照CK下降37.66％、30.62％、38.95％,各施氮处理间无显著差异,施氮对土壤呼吸的抑制作用随时间推移而减弱;(2)氮添加不影响土壤呼吸昼夜波动特征,但显著抑制土壤呼吸速率;(3)土壤呼吸与土壤温度间存在极显著的指数关系,与土壤湿度相关性不显著,CK、LN处理Q10相近,MN处理最小:(4)氮添加处理促进了土壤中氮的淋失,且随施氮水平的升高而增大.     

施氮对几种草地植物生物量及其分配的影响

为了研究施氮对不同草地植物生物量及其分配的影响,以及温带草地生态系统碳交换过程对氮素的响应,在内蒙古太仆寺旗农田-草地生态系统野外站,以4种草地植物:紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、高丹草(Sorghum bicolor L.) 、羊草(Leymus chinensis T.)和小叶锦鸡儿(Caragana microphylia L.)为材料,进行了3种氮素水平 的盆栽控制实验。研究结果表明:施氮显著促进了4种植物地上生物量的积累,紫花苜蓿在中氮水平地上生物量最大,较对照增加了24.8%,高丹草、羊草、小叶锦鸡儿在高氮水平地上生物量最大,分别较对照增加了45.6%、39.3%和72.2%。4种植物在中氮水平地下生物量最大,而细根(直径≤2mm)生物量随施氮量的增加显著减少。羊草根茎生物量及其分配比例随施氮量的增加而增大。施氮显著降低了4种植物的根冠比,紫花苜蓿的根冠比在中氮水平时最小,为1.62,高丹草、羊草、小叶锦鸡儿的根冠比在高氮水平时最小,分别为0.57、1.02和0.41。随施氮量的增加,植物地下部分特别是细根的分配比例显著降低,地上部分分配比例显著增加。不同植物对施氮水平的响应不同,相比豆科植物,施氮显著促进禾本科植物生物量积累,并使其生物量分配格局发生显著改变。