水分条件和冻融循环对科尔沁沙地不同土地利用方式土壤呼吸的影响

在东北半干旱地区的科尔沁沙地,秋冬与冬春季节由温度变化引起的土壤冻融对CO2排放具有显著影响,研究水分和冻融的交互作用对土壤呼吸的影响具有重要意义.以科尔沁沙地樟子松疏林草地、农田和草地为研究对象,通过冻融模拟实验分析水分和冻融循环对不同土地利用方式土壤呼吸的影响.结果表明,水分条件、土地利用方式和冻融循环均对土壤呼吸影响显著.冻融前草地土壤呼吸显著大于疏林草地和农田,冻融期疏林草地土壤呼吸显著大于农田,而冻融后草地土壤呼吸速率显著大于疏林草地.80％田间持水量时3种土地利用方式的土壤呼吸速率显著大于60％田间持水量时土壤呼吸速率;在培养期内(20 d),60％田间持水量时疏林草地、农田和草地的土壤CO2释放量分别为21.535、19.908和25.037 g CO2·m-2,80％田间持水量时分别为26.407、29.447和36.246g CO2·m-2.     

半干旱区土地利用方式变化对生态系统碳储量的影响

土地利用方式变化对生态系统碳储量具有重要影响,评价不同土地利用方式下陆地生态系统的碳获取能力有助于制定生态系统管理策略,对适应和减缓全球气候变化具有重要的意义.本文以科尔沁地区沙质草地、樟子松-山杏疏林草地、杨树防护林带为对象,量化了不同土地利用方式变化对生态系统碳储量及其分配的影响.结果表明,沙质草地转变为樟子松-山杏疏林草地和杨树防护林带后地上部分碳储量分别为以平均0.17和4.45 t·hm~(-2)·a~(-1)的速率增加;沙质草地、樟子松一山杏疏林草地和杨树防护林带的根系碳储量依次为1.382、1.706和18.541 t·hm~(-2),土壤碳储量依次为26.11、25.20和41.36 t·hm~(-2);沙质草地转变为杨树防护林带后根系碳储量和土壤碳储量增加,平均速率分别为1.07和0.95 t·hm~(-2)·a~(-1);3种土地利用方式的有机碳含量/储量在不同层次土壤之间变异程度不同,相对而言疏林草地变异程度最小.总体来看,3种土地利用方式总碳储量依次为杨树防护林带(131.9 t·hm~(-2))、樟子松-山杏疏林草地(30.0 t·hm~(-2))、沙质草地(28.3 t·hm~(-2)).     

湖南会同林区毛竹林地的土壤呼吸

采用CID-301PS光合分析仪(配带土壤呼吸室),对湖南会同林区毛竹林地土壤呼吸进行测定,结果表明,毛竹林地土壤总呼吸速率、异养呼吸速率、自养呼吸速率及凋落物呼吸速率的年平均值分别为2.13、1.44、0.69μmolCO2·m-2·s-1和0.31μmolCO2·m-2·s-1,并呈现明显的季节变化规律和日变化规律,季节变化曲线呈单峰型,表现为1～7月份随着气温、地温的升高呈上升的趋势,在8月达年呼吸速率的最大值,分别达4.95、3.01、1.94μmolCO2·m-2·s-1和0.80 μmolCO2·m-2·s-1,此后随温度的降低而呈逐渐递减的趋势,直到翌年的1月份或2月份,分别为0.76、0.70、 0.06μmolCO2·m-2·s-1 和 0.05μmolCO2·m-2·s-1.日变化曲线图表现为单峰形态,一般也是随着温度的升高而加大,随着温度的降低而减小.6:00～14:00,随着土壤温度的升高而增加,一般在16:00～18:00出现最高峰,此后,一直递减,直到次日4:00～8:00.由此计算出毛竹林地土壤年释放CO2量为33.94 t·hm-2·a-1,其中,林地异养呼吸、自养呼吸和凋落物呼吸分别占总呼吸的59.5%、28.3%和12.2%.     

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。     

不同耕作措施下旱地农田土壤呼吸及其影响因素

为探讨耕作措施对旱地农田土壤呼吸的影响,采用动态气室法在山西寿阳地区对秸秆还田、免耕覆盖、浅旋耕、常规耕作4种耕作措施下玉米生长季土壤呼吸及影响因子进行了测定和分析。结果表明,4种耕作措施下土壤呼吸速率的日和季节变化规律明显,均呈单峰型,呼吸速率的日峰值出现在11:30 13:30,呼吸速率的季节峰值出现在7月上旬至中旬。浅旋耕、秸秆还田、常规耕作、免耕覆盖措施整个生长季平均土壤呼吸速率分别为2.82、2.77、2.64μmolCO.2m-.2s-1和2.49μmolCO.2m-.2s-1,处理间无显著差异。研究结果还显示土壤温度和湿度是影响旱地农田土壤呼吸的主要因子,二者分别解释了土壤呼吸季节变化的55%78%,20%43%。4种措施下土壤呼吸的温度敏感系数Q10值在2.19 3.07之间,大小依次为免耕覆盖浅旋耕秸秆还田常规耕作。对水分的敏感性依次为免耕覆盖秸秆还田浅旋耕常规耕作。     

小兴安岭5种林型土壤呼吸时空变异

原始阔叶红松林、谷地云冷杉林、阔叶红松择伐林、次生白桦林、人工落叶松林是小兴安岭乃至东北地区的重要森林类型。采用红外气体分析法比较测定了这几种森林类型的土壤呼吸及其相关环境因子,分析探讨了这几种森林类型土壤呼吸的时空变异。结果表明:各林型土壤呼吸与5 cm深土壤温度(T5)呈显著的指数相关,并且土壤呼吸与土壤温度、土壤湿度及其相互作用的回归模型可以解释各林型土壤呼吸约71%的季节变异。生长季平均土壤呼吸速率为次生白桦林(3.59μmolCO.2m-.2s-1)>谷地云冷杉林(3.52μmolCO.2m-.2s-1)>阔叶红松择伐林(3.44μmolCO.2m-.2s-1)>原始阔叶红松林(2.58μmolCO.2m-.2s-1)>人工落叶松林(2.29μmolCO.2m-.2s-1),说明土壤呼吸对原始阔叶红松林人为干扰的响应是不同的。各林型Q10值介于1.84(人工落叶松林)—2.32(次生白桦林)之间。在整个生长季,各林型之间土壤呼吸的变异系数变化幅度为19.74%—37.39%,而各林型内土壤环间其变化幅度为32.13%—60.20%,显著大于样地间的变化幅度14.28%—35.70%(P<0.001),说明土壤呼吸在细微尺度上的差异更大。土壤湿度可以解释各林型(阔叶红松林除外)内部土壤呼吸15.8%—33.5%的空间异质性。     

不同土地利用对土壤有机碳储量及土壤呼吸的影响

为了探讨土地利用方式对土壤碳储及土壤呼吸的影响,对安徽沿淮洼地杞柳纯林、杞柳-杨树混交林及杨树纯林3种不同土地利用方式下土壤有机碳储量及土壤呼吸特点进行了比较。结果表明:杞柳纯林、杞柳-杨树混交林、杨树纯林0～30cm土壤有机碳含量分别为6.80、8.50和7.71g·kg-1,土壤有机碳密度分别为2.88、3.26和2.95kg·m-2,土壤有机碳含量和土壤碳密度随土层深度的增加而降低。不同土地利用类型土壤呼吸年平均值分别为1.68μmol·m-2·s-1(杞柳纯林)、2.33μmol·m-2·s-1(杞柳-杨树混交林)、1.61μmol·m-2·s-1(杨树纯林),土壤呼吸日均值最高出现在夏季(6.64μmol·m-2·s-1),最低为冬季(0.13μmol·m-2·s-1)。相关分析表明,土壤呼吸速率与地表气温之间呈显著的指数关系,杞柳纯林、杞柳-杨树混交林、杨树纯林的相关系数R2分别为0.71、0.62、0.54。杞柳-杨树混交林较杞柳纯林有利于土壤有机碳的固定,杞柳纯林土壤有机碳储量偏低,与其粗放经营有关。在今后的栽植管理中,应采取合理的耕作施肥措施,在提高土壤肥力的同时增强土壤的碳固定。     

南亚热带森林群落演替过程中林下土壤的呼吸特征

采用CI-310便携式光合作用系统及其附件,测定了广东省黑石顶自然保护区南亚热带森林演替系列中的马尾松林和松阔混交林林下土壤的呼吸速率。测定结果显示:在自然条件下,马尾松林土壤呼吸速率在1.650~4.0μmolCO2m-2s-1,松阔混交林土壤呼吸速率在1.70~3.950μmolCO2m-2s-1之间。林下土壤呼吸速率与温度和土壤空气相对湿度可用拟合,据此并结合当地气象资料推算出马尾松林和松阔混交林的年均土壤呼吸量分别为31.027、36.629 tCO2hm-2,后者高于前者。     

田间条件下黑垆土基础呼吸的季节和年际变化特征

明确土壤基础呼吸的季节和年际变化及其影响因素,对了解土壤有机碳的变化机理具有重要的意义。在长武农田生态系统国家野外科学观测研究站,本研究依托其长期（始于1984年）的裸地处理,于2009—2011年,利用Li—8100系统（Li—COR, Lincoln, NE, USA）监测了土壤呼吸、土壤水分和土壤温度,研究田间条件下土壤基础呼吸的年际和季节间变化及其与环境变量之间的关系。裸地土壤呼吸具有显著地季节和年际变异特性。2009年土壤呼吸速率波动于0.62—1.83mol?m-2?s-1,平均为1.16 mol?m-2?s-1;2010年土壤呼吸的变化范围为0.30—1.46 mol?m-2?s-1,均值为0.92 mol?m-2?s-1;2011年则为0.06—1.68 mol?m-2?s-1和0.88 mol?m-2?s-1。2009到2011的三年期间裸地土壤呼吸的年累积量依次为282、234和230 g CO2—C m-2。裸地土壤呼吸与土壤温度呈显著指数关系,而与土壤水分呈显著一元二次方程关系。土壤温度和土壤水分共同控制土壤呼吸的变化。试验期间,土壤呼吸累积量与试验期间降水总量相反,但与年均气温无关。在裸地处理上,因土壤呼吸年流失有机碳达到2.5 Mg CO2—C ha-1。     

模拟酸雨胁迫对马尾松和杉木幼苗土壤呼吸的影响

利用LI-8100测定模拟酸雨不同处理下(pH2.5、4.0和5.6)盆栽马尾松(Pinus Massoniana)和杉木幼苗(Cunninghamia lanceolata)的土壤呼吸速率及土壤温度、含水量,研究酸雨对其土壤呼吸的影响.结果表明:模拟酸雨喷淋下马尾松和杉木土壤pH值呈现下降的趋势且下降幅度同酸雨酸度呈现正相关性;马尾松和杉木各个处理下土壤呼吸速率季节变化显著,且同地下10cm土壤温度季节变化趋势一致,pH2.5处理下的土壤呼吸速率平均值分别为1.79μmol · m-2 · s-1和1.12μmol · m-2 · s-1,比对照组(pH5.6)土壤呼吸速率平均值1.57μmol · m-2 · s-1和1.54μmol · m-2 · s-1分别高14%和低39%;马尾松和杉木各个处理下土壤呼吸速率同10cm土壤温度之间均呈现显著的指数关系(P<0.001),与5cm土壤含水量之间相关性不明确;在P=0.05水平上进行多元回归分析,可以得到土壤呼吸速率同土壤温度和含水量的综合拟合方程,和单因素(温度、含水量)拟合相比能够更好地解释土壤呼吸的变化情况;马尾松和杉木在pH2.5和4.0处理下的土壤呼吸温度系数Q10值分别为1.36、2.01和1.51、2 25,同对照组1.14和1.58相比,均有明显差异,且两者Q10值的变化呈先增大后减小的趋势.这证明酸雨是影响马尾松和杉木土壤CO2通量的一个重要因素.