我国城市绿地土壤质量研究综述与展望

城市绿地土壤是保护城市环境的一个重要生态屏障, 在发挥城市生态系统服务功能及改善环境方面具有重要作用。与自然土壤相比, 城市绿地的土壤性质发生了显著变化, 城市化过程不仅改变了城市绿地土壤的理化性质, 更对城市土壤的生物学属性及土壤碳库产生深刻影响, 而这些影响在城市随着功能区及土地利用类型的差异呈现出较大的空间变异。文章对近年来我国城市绿地土壤质量研究现状进行了综述, 主要从城市绿地土壤理化特性及生物学特性等方面展开论述, 并提出了未来我国城市绿地土壤质量研究的展望, 以期为城市绿地系统景观规划及土壤环境质量的改善提供理论参考。     

秦岭火地塘林区油松林土壤呼吸时空变异

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键生态过程,土壤呼吸的时空变异及其影响因子已成为生态学研究的主要内容之一。采用红外线开路气室法和便携式微气象站,连续测定了秦岭火地塘林区天然次生油松林地不同部位土壤呼吸速率和不同土层深度土壤温度和土壤体积含水率,结果表明:(1)植物生长季,试验地上部与中部、中部与下部,土壤呼吸日均值间存在显著差异。植物休眠季,全坡面土壤呼吸日均值差异不显著。同一观测部位植物生长季与休眠季,土壤呼吸日均值差异显著。观测期内全样地土壤呼吸日均值为(38.64±6.43)gm-2d-1;(2)同一地形部位不同观测月中和不同地形部位同一观测时间,土壤呼吸月均值大多存在显著差异,植物生长季和休眠季,全样地土壤呼吸均值分别为(46.98±2.21)gm-2d-1和(35.94±1.01)gm-2d-1,全样地土壤呼吸月均值为(1.18±0.20)kgm-2月-1,休眠季土壤日均呼吸约为整个观测季的43.34%;(3)当土壤温度9.0℃时,土壤温度与土壤呼吸速率间均存在显著的指数关系。回归模型的决定系数均大于0.87,均方差根不超过0.21,模型有效性系数不小于0.85,残差系数的绝对值不超过0.007。(4)植物生长季0-5cm和5-10cm土层及植物休眠季0-5cm土层,土壤呼吸日累积值均值与相应土层深度土壤体积含水率均值间存在三次函数关系,回归模型的决定系数分别为0.456,0.513和0.143;植物休眠季5-10cm土层,土壤呼吸日累积值均值与土壤体积含水率均值间存在幂函数关系,回归模型的决定系数为0.650。     

玉米生长季土壤呼吸的时间变异性及其影响因素

基于东北地区玉米生态系统土壤呼吸连续2个生长季的观测,阐明了土壤呼吸日、季节变化特征,综合分析了水热因子、土壤性质、生物量及叶面积指数（LAI）对土壤呼吸的影响。结果表明：玉米地土壤呼吸日变化为不对称的单峰型曲线,最小值和最大值分别出现在6：00-7：00和13：00左右。2005年玉米生长季土壤呼吸速率均值为3．16μmol CO2·m^-2·s^-1,最大值为4．77μmol CO2·m^-2·s^-1,出现在7月28日;最小值为1．31μmol CO2·m^-2·s^-1,出现在5月4日。统计分析表明：土壤温度是玉米生态系统土壤呼吸日变化的驱动因素;土壤温度和土壤水分是影响土壤呼吸季节变化的关键因素,二者可以解释玉米生长季土壤呼吸时间变异的87％;LAI和根系生物量与土壤呼吸速率呈正相关,说明生物因子对土壤呼吸季节变化也有影响;土壤有机质、全氮和碳氮比等土壤理化特性与土壤呼吸速率的关系较弱;玉米生长季追施氮肥明显促进土壤呼吸速率。     

中国农田土壤呼吸速率及驱动因子

土壤呼吸在全球碳收支中具有重要地位.研究中国典型农业区土壤呼吸的时空格局及影响因素,有助于构建区域尺度土壤呼吸定量评价模型,能够为评估中国乃至全球农业生态系统碳/源汇特征提供依据.本研究整合了2000~2012年中国农田生态系统土壤呼吸的主要研究成果,分析了华南、西南、华北、西北和东北5个典型农业区土壤呼吸的季节变化和区域差异,以及影响土壤呼吸的主要驱动因子.结果表明,5个典型农业区的土壤呼吸均存在明显的季节变化特征;中国农田生态系统年均土壤呼吸速率为(682.8±18.3)g C m?2.5个典型农业区年均土壤呼吸速率大小表现为华南区西南区华北区东北区西北区.全国农业土壤的年呼吸通量为(0.90±0.02)Pg C;水作和旱作两种土地利用类型间土壤呼吸速率差异显著(P0.05),旱作土壤呼吸速率约为水作的1.3倍;不同作物类型间土壤呼吸速率差异显著(P0.05),其排序为棉花玉米大豆水稻小麦;农田土壤呼吸与年均气温、土壤温度、土壤含水量和净初级生产力等影响因素呈显著正相关(P0.01),而与年均降水量的相关性不显著.     

草地群落的土壤呼吸

通过土壤呼吸作用向大气释放ＣＯ２是陆地生态系统碳循环的一个最主要的环节,也是人类活动影响下陆地生态系统对大气中ＣＯ２浓度产生影响,从而导致全球气候变化的关键生态学过程,因而成为全球碳循环研究中倍受关注的核心问题［３３,３７,３８］。１土壤呼吸的测定方...     

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。     

城市绿地土壤健康质量问题与对策

城市绿地土壤质量是保障绿化植物健康生长的基础,也是保障绿地为城市及其居民提供健康生态系统服务和城市可持续发展的重要基础.目前在提升城市绿地土壤质量方面,主要关注了肥力质量和环境质量方面的问题,对健康质量方面的问题还较少关注.本文综述了土壤健康质量的概念、内涵及其评价指标,总结了城市绿地土壤健康质量所面临的主要问题和挑战...     

北京城市绿地表层土壤碳氮分布特征

在北京中心城区及周边郊区(覆盖六环路范围),采集不同类型绿地表层(0—20cm)土壤样品490份,测定了土壤有机碳、无机碳、全碳和全氮含量,探讨了城市土壤碳氮分布特征。结果表明:城市不同类型绿地土壤中碳含量差异明显,行道树土壤的有机碳、无机碳和全碳含量均显著高于其他类型绿地,而其它类型土壤有机碳含量差异不显著;居住绿地、道路绿地、单位绿地和公园绿地土壤无机碳含量显著高于生产绿地、防护绿地;城市土壤有机碳、无机碳和全碳含量与距离城市中心距离呈显著的负相关关系;与郊区土壤相比,城区绿地土壤有机碳、无机碳含量有富集的趋势,且无机碳增加更加明显;与郊区农业土壤相比,城市绿地土壤中有机碳有明显地增加趋势,说明北京的城市化在一定程度上有利于土壤碳库的累积。不同类型绿地土壤全氮含量差异不显著,城郊之间全氮含量也无显著差异,土壤全氮质量分数和碳氮比有逐渐减小的趋势,城市化对土壤氮的影响需要进一步研究。     

三源区分土壤呼吸组分研究

三源区分土壤呼吸组分是指将土壤呼吸区分为纯根呼吸、根际微生物呼吸和土壤有机质呼吸3个部分。土壤有机质呼吸、纯根呼吸和根际微生物呼吸是3种不同的生物学过程,这3种呼吸对环境变化具有不同的响应机制。区分土壤呼吸中由根系引起的自养和异养呼吸组分的研究对定量评价陆地生态系统碳平衡具有重要的意义。论述了三源区分土壤呼吸组分的意义、方法和应用,分析了不同条件下土壤呼吸组分区分的研究结果。实验室纯根和根际微生物呼吸占根源呼吸比重约为45%和55%;野外条件下约为60%和40%。最后对本研究未来的发展方向进行了展望。     

渭河平原农田冬小麦土壤呼吸及其影响因素

基于对半湿润易旱区的渭河平原农田2013—2014年冬小麦生长期土壤呼吸(SR)及环境因子和生物因子的观测,研究了冬小麦土壤呼吸日变化、季节变化特征,综合分析了温度(T)、土壤含水量(W)、总初级生产力(GPP)和叶面积指数(LAI)对土壤呼吸的影响.结果表明: 冬小麦土壤呼吸日变化呈单峰型,呼吸速率变化范围为1.5～6.94 μmol CO₂·m^-2·s^-1,最大值出现在12:00—14:00;温度是影响土壤呼吸日变化的驱动因子,其中地表温度(T_s)能解释土壤呼吸时间变异的80.9%;土壤呼吸速率与温度的昼夜变化对应关系呈顺时针近椭圆曲线.冬小麦土壤呼吸速率从出苗后到冬季呈下降趋势,在冬季时保持较低水平,进入返青期后迅速增加,在抽穗期和灌浆期达到最大,成熟期后有所下降,变化范围为0.65～4.85 μmol CO₂·m^-2·s^-1;土壤呼吸季节变化与温度、土壤含水量、GPP、LAI均呈显著(P<0.01)正相关关系;土壤温度和水分是影响土壤呼吸季节变化的关键因素,使用复合模型SR=e^{(a+bT_{5 cm}}+cW10 cm+dW_{10 cm²}),可以解释土壤呼吸时间变异的82.6%,比单因子模型(不超过65.7%)的解释能力显著提高.经模型计算,该区域2013—2014年冬小麦生长期平均土壤呼吸速率为1.67 μmol CO₂·m^-2·s^-1.     

城市绿地种子库的初步研究

对城市绿地土壤种子库的组成、种群数量、空间分布和物种多样性进行了初步研究,结果表明：城市绿地土壤种子库存中共出现植物42种,其中在第一层中共出现植物1 477株,多样性指数为2.05,均匀度是0.58,最大的物种多样性指数是3.56,第二层的物种多样性指数,均匀度和最大物种多样性指数均比第一层要低,分别为1.94、0.56和3.47,植物种类也要少一些。城市绿地土壤种子库中种的丰富度、种子苗量、多样性指数均不如远郊区山地天然次生林。城市绿地土壤种子库中蕴藏着一些潜在种群,有些植物种可以用于城市绿化建设。     

城市绿地土壤呼吸速率的变化特征及其影响因子

城市绿地土壤呼吸作用深刻影响着城市生态系统碳循环过程,强化城市绿地土壤呼吸速率(Rs)的变化特征及其影响因素的研究,可揭示绿地在城市生态系统碳循环过程中的作用,为优化布局城市绿地和实现低碳排放目标提供科学依据。以广州市海珠湖公园的疏林、灌丛和草地3种典型植被类型的土壤为研究对象,于2013年11月-2014年10月采用静态箱—气相色谱法对公园绿地Rs进行跟踪观测。结果表明:海珠湖公园城市绿地在干湿季节中Rs差异显著;干季Rs较低且波动幅度较小疏林、灌丛和草地的凡变化范围分别为(1.66±0.18)-(3.26±0.20)μmol m~(-2)s~(-1)、(1.27±0.15)-(3.67±0.16)μmol m~(-2)s~(-1)和(1.94±0.08)-(6.82±1.13)μmol m~(-2)s~(-1);湿季Rs较高且波动幅度较大,疏林、灌丛和草地的Rs变化范围分别为(3.53±0.46)-(13.81±1.31)μmol m~(-2)s~(-1)、(2.82±0.22)-(12.72±1.16)μmol m~(-2)s~(-1)和(2.80±0.30)-(9.83±0.96)μmol m~(-2)s~(-1)。T_(10)和VWC_(10)均对土壤呼吸过程有重要的影响,进一步通过回归分析得出,土壤10cm处温度(T_(10))和体积含水量(VWC_(10))分别解释Rs时间变异的40%左右和10-24%左右。T_(10)和VWC_(10)相互影响、共同作用于土壤呼吸过程,双因素复合模型的解释能力较单因素模型明显提高,均在50%以上,复合模型为Rs=α·exp(β·T_(10)+γ·VWC_(10))。干湿季土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10))有明显差异,湿季的Q_(10)比干季的分别高0.44、0.70和0.46。     

川中丘陵区水稻田土壤呼吸及其影响因素

基于川中丘陵区2003年4~9月水稻田土壤呼吸、土壤温度和水稻(Oryza sativa)生物量的测定,研究了水稻田土壤呼吸日变化和季节变化特征以及影响稻田土壤呼吸的主要因素。结果表明,水稻田土壤CO₂排放通量的日变化为单峰型,其最小值和最大值分别出现在当地时间7∶00和15∶00;在水稻生长期内,稻田土壤CO₂排放通量在18.00~269.69 mg·m^-2·h^-1之间波动,平均排放通量为121.76 mg·m^-2·h^-1。在日的时间尺度上,水稻田土壤CO₂排放通量与5 cm土壤温度存在显著的指数函数关系;而从整个生长期时间尺度上看,水稻田土壤CO₂的排放通量主要受到5 cm土壤温度和水稻地下生物量的影响。在水稻生长初期,水稻地下生物量与稻田土壤CO₂排放通量之间存在着显著的相关关系;水稻拔节中后期到成熟期,土壤温度则是制约稻田土壤CO₂排放的关键因素。CO₂排放通量与稻田地表水层深度的相关关系不显著。     

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。     

桂西南石漠化区蚬木林土壤呼吸空间变异研究

通过对石漠化区蚬木林土壤呼吸及其影响因子的测定和分析, 研究蚬木林土壤呼吸的空间变异性。结果表明: 随取样面积增大, 土壤呼吸速率变异系数从25.64%增至48.48%; 土壤呼吸空间变异幅度为46.84%, 高于其他环境因子, 土壤温度和pH 变异幅度最小。土壤呼吸仅与土壤温度间存在显著相关关系, 与其他因子无显著相关性。在95%置信水平、85%估计精度下, 蚬木林土壤呼吸测定取样需大于37 个, 而土壤温度、土壤pH 仅需1 个取样即可, 样本容量计算可明显降低取样工作量。     

水分对土壤呼吸的影响及机理

土壤呼吸是陆地碳循环的重要环节,在全球变化的背景下,研究水分对土壤呼吸的影响,能为探索陆地生态系统在碳循环方面的源—汇功能和揭示碳的失汇之迷提供有力的证据。综述了水分对土壤呼吸的影响及其机理。土壤呼吸是一个复杂的生态学过程,大气降水对土壤呼吸的影响结果是因时、因地而异,在湿润的生态系统或者干湿交替的生态系统中比较湿润的季节．降水事件对土壤呼吸可能会产生比较明显的抑制现象;而在干旱的生态系统或有干湿交替季节的生态系统中比较干旱的季节里,降水事件可能会强烈地激发土壤呼吸。其对土壤呼吸的影响机理包括水分对土壤孔隙中CO2替代、对CO2扩散的阻滞、对微生物活动的刺激和对微生物生物量的影响等。由于实验方法和标准的不一致以及影响土壤呼吸的因素的多样性。水分量的变化对土壤呼吸的影响很难以一个统一的方程来描述,总的来说,最优的水分状况通常是接近最大田间持水力,当土壤处于过于或过湿状态时,土壤呼吸会受到抑制。水分量的变化对土壤呼吸的影响机制在于可溶性有机质、土壤的通透性、微生物与植物根系生命活动等都随土壤水分状况不同而发生相应的改变。关于水分与土壤呼吸的关系研究今后应该主要集中在：(1)水分对根系呼吸和土壤微生物呼吸分别产生的影响;(2)全球变化后水分格局的变化对全球陆地生态系统土壤呼吸格局的潜在影响;(3)人类活动通过直接或间接改变水分状况而对土壤释放CO2的贡献率。     

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     

草地土壤呼吸研究进展

土壤呼吸是生态系统物质循环和能量流动的重要过程,具有多方面的生态意义。在综合比较了土壤呼吸的各种测定方法,概括了草地土壤呼吸的速率和年排放量,并就影响草地土壤呼吸的一些重要因素进行了阐述,文章最后讨论了草地土壤呼吸今后的研究方向。     

松嫩平原西部草甸草原5种典型植物群落土壤呼吸的时空动态

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组分, 由于受到生物因子与非生物因子的共同作用, 土壤碳排放量在时间和空间尺度上都具有一定的变异性。为弄清松嫩平原西部草甸草原植物群落土壤呼吸作用的时空动态变化及其影响因子, 以典型植被碱蓬(Suaeda glauca)、虎尾草(Chloris virgata)、碱茅(Puccinellia distans)、芦苇(Phragmites australis)、羊草(Leymus chinensis)群落为研究对象, 采用LI-6400土壤呼吸测定系统对该生态系统2011-2012年植物生长季内土壤呼吸作用进行了监测。结果表明: 土壤温度可以解释土壤呼吸作用变异的53%-82%, 是影响该生态系统土壤碳排放时间变异的主要因素。土壤水分并未对土壤呼吸作用时间变异产生明显的影响。不同植物群落的土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)有所差异, Q₁₀为2.0-6.7。生长季内, 5种植物群落的土壤累积碳排放量的平均值为316.6 g C·m^-2。生长季内土壤碳累积排放量与植被地上生物量、土壤有机碳含量、平均土壤温度显著正相关, 与平均土壤含水量、pH值、土壤电导率及交换性钠百分比呈负相关关系。土壤的微气候、植被的地上生物量及土壤性质的差异是土壤碳排放空间变异的主要影响因素。     

种植密度对东北玉米农田土壤呼吸时空动态的影响

基于东北地区玉米生态系统土壤呼吸的观测数据,阐明了玉米常规密度种植和低密度种植土壤呼吸的日变化特征及其空间差异性,分析了温湿度对土壤呼吸的影响。结果表明:土壤呼吸日动态呈单峰型曲线,土壤呼吸日动态最大峰值出现的时间随测定位置不同而变化;玉米常规密度种植土壤呼吸速率最大峰值出现在12:00—15:00;低密度种植土壤呼吸速率最大峰值出现在11:00—16:00;在生态系统尺度上,测定位置距离玉米植株越远,土壤呼吸速率则越低;玉米常规密度种植土壤呼吸速率高于玉米低密度种植;测定位置不同,土壤呼吸速率与土壤温度、空气相对湿度的相关系数不同,均达到显著相关(P0.01),其中土壤呼吸速率与土壤温度呈正相关,与近地表的空气相对湿度呈负相关。