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。     

土壤各组分呼吸区分方法研究进展

土壤呼吸分为自养型呼吸(根呼吸)和异养型呼吸(微生物和动物呼吸),区分各组分呼吸可了解在全球变化条件下土壤碳循环和碳平衡的动态。本文综述了3种主要区分自养呼吸和异养呼吸的方法:①组分法;②根去除术;③同位素法。其中同位素法对根和土壤的影响最小,是最可靠的一种方法;综合各方面考虑,根去除法是最切实可行的方法。     

中国森林土壤呼吸模式

通过收集国内62个森林样地的土壤呼吸及相关因子数据,分析中国森林土壤呼吸模式.结果表明,中国森林土壤呼吸年通量与年均气温、年均降水量、年凋落物量和年地上净生产力均呈显著的线性正相关,土壤呼吸的Q10则与年均气温和年均降水量均呈显著的负相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸与土壤呼吸间均呈显著线性正相关;土壤异养呼吸和枯枝落叶层呼吸与年凋落物量呈显著正相关;土壤异养呼吸与自养呼吸间呈显著的线性正相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸、矿质土壤呼吸占土壤呼吸的比例均值分别为34.7%、20.2%和50.2%.矿质土壤呼吸所占比例与气温和降水量呈显著负相关,而异养呼吸所占比例则与降水量呈显著负相关.根系呼吸所占比例与根系呼吸之间呈渐近线关系(渐近值为45.9%).     

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.     

土壤呼吸组分分离技术研究进展

分离土壤呼吸组分是理解陆地生态系统碳循环的重要步骤,研究农田生态系统土壤呼吸组分的呼吸过程和机理对促进农业温室气体减排和碳汇增加、气候变化适应、保障粮食安全以及推动农业可持续发展都具有积极意义。本文综述了近年来土壤呼吸组分分离的理论依据、主要技术及分类,系统比较了现有技术优势、劣势和应用领域,并总结了土壤呼吸组分分离技术在国内外农田生态系统中的应用情况。由于多数分离技术在森林生态系统的相关研究中发展而来,它们在农田生态系统的应用十分有限,目前应用以同位素法、根分离法和回归法为主。由于土壤呼吸理论划分和分离方法的差异,不同研究结果之间往往难以比较。分离技术的发展有赖于土壤呼吸源分离理论的进一步发展,未来土壤呼吸组分分离研究的主要方向在于：（1）利用现有观测技术促进组分集成分析法和根分离法在农田生态系统中的应用,强化土壤呼吸组分和环境因子的同步观测,准确评估农田碳收支;（2）利用定位观测数据开展大尺度模型研究,改进和重构现有全球碳模型的碳氮过程,并在其中考虑重要的土壤呼吸过程;（3）利用FACE试验评估气候变化对土壤呼吸组分的影响和土壤-植物碳循环的适应机制;（4）分析呼吸组分与植物-土壤-养分的交互作用,评估农田管理措施的综合影响。     

火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响研究进展

土壤呼吸是陆地生态系统与大气碳交换的主要方式,主要分为自养呼吸和异养呼吸。土壤呼吸不仅是森林生态系统碳循环过程的关键环节,也是森林生态系统能量流动和物质循环的重要生态过程。火作为森林生态系统中一个重要的生态因子,可以在短时间内对土壤呼吸组分造成巨大的影响。火干扰对土壤呼吸组分的影响与火烧强度、火烧频率、火烧持续时间以及火后恢复等因子有关,通过影响植被的根系与组成、微生物群落数量与结构,凋落物的数量以及生态系统的环境和小气候等,进而对土壤呼吸产生影响。火干扰对土壤呼吸影响整体表现为火烧后土壤呼吸速率下降,在几个月至几年内恢复到火烧前水平,之后火继续对土壤呼吸产生影响长达数年至数十年。通过描述火烧强度、火烧频率以及火后恢复时间,阐述火干扰对土壤呼吸组分的直接影响,以及通过火后环境对土壤呼吸组分产生的间接影响,来揭示火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响。同时针对火干扰对土壤呼吸组分的影响进行以下3个方面的研究展望：（1）火后产生的黑碳对土壤呼吸组分的影响;（2）火后植被恢复对土壤呼吸组分产生的影响;（3）火后土壤呼吸组分的长期变化规律。     

Effects of experimental drought on soil respiration and radiocarbon efflux from a temperate forest soil

Soil moisture affects microbial decay of SOM and rhizosphere respiration (RR) in temperate forest soils, but isolating the response of soil respiration (SR) to summer drought and subsequent wetting is difficult because moisture changes are often confounded with temperature variation. We distinguished between temperature and moisture effects by simulation of prolonged soil droughts in a mixed deciduous forest at the Harvard Forest, Massachusetts. Roofs constructed over triplicate 5 × 5 m² plots excluded throughfall water during the summers of 2001 (168 mm) and 2002 (344 mm), while adjacent control plots received ambient throughfall and the same natural temperature regime. In 2003, throughfall was not excluded to assess the response of SR under natural weather conditions after two prolonged summer droughts. Throughfall exclusion significantly decreased mean SR rate by 53 mg C m^?2 h^?1 over 84 days in 2001, and by 68 mg C m^?2 h^?1 over 126 days in 2002, representing 10–30% of annual SR in this forest and 35–75% of annual net ecosystem exchange (NEE) of C. The differences in SR were best explained by differences in gravimetric water content in the Oi horizon (r²=0.69) and the Oe/Oa horizon (r²=0.60). Volumetric water content of the A horizon was not significantly affected by throughfall exclusion. The radiocarbon signature of soil CO₂ efflux and of CO₂ respired during incubations of O horizon, A horizon and living roots allowed partitioning of SR into contributions from young C substrate (including RR) and from decomposition of older SOM. RR (root respiration and microbial respiration of young substrates in the rhizosphere) made up 43–71% of the total C respired in the control plots and 41–80% in the exclusion plots, and tended to increase with drought. An exception to this trend was an interesting increase in CO₂ efflux of radiocarbon‐rich substrates during a period of abundant growth of mushrooms. Our results suggest that prolonged summer droughts decrease primarily heterotrophic respiration in the O horizon, which could cause increases in the storage of soil organic carbon in this forest. However, the C stored during two summers of simulated drought was only partly released as increased respiration during the following summer of natural throughfall. We do not know if this soil C sink during drought is transient or long lasting. In any case, differential decomposition of the O horizon caused by interannual variation of precipitation probably contributes significantly to observed interannual variation of NEE in temperate forests.     

Partitioning of soil respiration components and evaluating the mycorrhizal contribution to soil respiration in a semiarid grassland

土壤呼吸组分的区分对于理解地下碳循环过程非常重要。而菌根真菌在地下碳循环过程中扮演着重要的角色, 但是有关菌根呼吸在草原生态系统中的研究相对较少。该研究在内蒙古半干旱草原应用深浅环网孔法, 结合浅环、深环(排除根系)和一个带有40 μm孔径窗口的土壤环(排除根系但是有菌根菌丝体)将根和菌丝物理分离, 来区分不同的呼吸组分。结果表明: 异养呼吸对总呼吸的贡献比例为51%, 根呼吸的贡献比例为26%, 菌根呼吸的贡献比例为23%, 菌根呼吸的比例3年变化范围为21%-26%。与国内外研究相比, 此方法提供了一个相对稳定的菌根呼吸测量精度范围, 在草原生态系统中切实可行。对菌根呼吸的准确定量将有助于预测草原生态系统土壤碳释放过程对未来气候变化的响应。     

半干旱草原土壤呼吸组分区分与菌根呼吸的贡献

土壤呼吸组分的区分对于理解地下碳循环过程非常重要。而菌根真菌在地下碳循环过程中扮演着重要的角色, 但是有关菌根呼吸在草原生态系统中的研究相对较少。该研究在内蒙古半干旱草原应用深浅环网孔法, 结合浅环、深环(排除根系)和一个带有40 μm孔径窗口的土壤环(排除根系但是有菌根菌丝体)将根和菌丝物理分离, 来区分不同的呼吸组分。结果表明: 异养呼吸对总呼吸的贡献比例为51%, 根呼吸的贡献比例为26%, 菌根呼吸的贡献比例为23%, 菌根呼吸的比例3年变化范围为21%-26%。与国内外研究相比, 此方法提供了一个相对稳定的菌根呼吸测量精度范围, 在草原生态系统中切实可行。对菌根呼吸的准确定量将有助于预测草原生态系统土壤碳释放过程对未来气候变化的响应。     

生物炭添加对土壤呼吸和有机碳含量的影响

以菜地和果园土壤为研究对象,通过室内培养实验,向土壤中分别添加不同材料制备的生物炭(马尼拉草、阔叶和竹叶),热解温度为350℃,研究不同材料制备生物炭添加对土壤呼吸和有机碳含量的影响.结果表明：不同生物炭施入土壤后,土壤 CO 2释放速率总的趋势是前期分解速率快,后期缓慢.在整个培养过程中(28 d),随着培养时间的延长,土壤 CO 2释放速率下降趋势逐渐降低.在不同土壤培养条件下,均是添加阔叶生物炭后土壤 CO 2-C 累计释放增多,果园和菜地土壤 CO 2-C 累计分别达到482．57和424．72 mg·kg-1.添加不同的生物炭均能提高土壤有机碳含量,但只有添加阔叶生物炭之后,差异才会达到显著(P ＜0．05).研究结果为正确利用生物炭和评价其在土壤碳库作用提供科学依据.     

秸秆还田量对土壤CO2释放和土壤微生物量的影响

对玉米季、小麦季3种不同秸秆还田量的土壤生物学指标的测定结果表明,在秸秆倍量还田中,随着秸秆量的增加,CO2释放量增加,而且倍量处理的增加量显著大于全量处理;在玉米和小麦季节中,不同量秸秆还田对土壤0～10和10～20cm的土壤微生物量的影响不同,但均能增大土壤微生物量,全量和倍量处理间没有明显差异、在土壤表层及下层,微生物量的最大值均落后于土壤呼吸的最大值,且土壤微生物量达到最大值即其最活跃状态后,下降缓慢,但土壤呼吸减少较快,说明微生物活动存在明显的合成性呼吸与维持性呼吸;综合评价不同秸秆量还田的效应,应采用秸秆全量还田,既能调节土壤物理环境,促进微生物的代谢活动,利于养分的转化,又可以减少环境污染。     

短期寒潮天气对福州市绿地土壤呼吸及组分的影响

城市生态系统土壤呼吸在区域乃至国家尺度上的碳预算与碳循环中都具有重要地位,研究突发天气下城市生态系统土壤呼吸及其组分的变化对准确估算城市土壤碳排放具有重要意义。以亚热带城市草坪(沟叶结缕草,Zoysia matrell)和片林(南洋杉,Araucaria heterophylla)为研究对象,于2011年2月10日至19日通过监测一次突发短期降温天气前后土壤呼吸及其组分(微生物呼吸和根系呼吸)的动态变化,探讨了短期低温天气对城市生态系统土壤呼吸的影响。结果表明:在突发寒潮天气发生后,片林和草坪的土壤温度均显著降低,降温幅度最大分别达7.4℃和5.5℃,二者的土壤呼吸均因降温而骤降,降低比例分别高达79.4%和71.2%。但土壤呼吸及组分也随期间的降水事件而呈现出明显波动。整个观测期间片林土壤呼吸、微生物呼吸与根系呼吸的日均值分别2.54 μmol · m^-2 · s^-1、0.76 μmol · m^-2 · s^-1和1.78 μmol · m^-2 · s^-1,而在草坪中三者分别为1.07 μmol · m^-2 ·s^-1、0.83 μmol · m^-2 · s^-1和0.24 μmol · m^-2 · s^-1。土壤温度是控制降温过程中城市绿地土壤呼吸及其组分的关键限制因子并与之呈指数正相关关系,但由于冠层结构简单、耐寒性较低,草坪对温度变化的响应更加敏感。在短期降温中草坪土壤呼吸、微生物呼吸与根系呼吸的Q₁₀值明显提高,分别高达4.18、8.17和18.17。受降水与降温的共同影响,草坪与片林各土壤呼吸类型同时受土壤温度、土壤含水量与降水量的控制,由这3个因子构成的多元回归模型可以较好地拟合各呼吸类型的日均值变化(R²>0.55)。     

寒温带兴安落叶松林凋落物层对土壤呼吸的影响

为了进一步探讨土壤凋落物层对土壤呼吸的影响,用Li-6400对大兴安岭北部3种林型(白桦-落叶松林、樟子松-落叶松林和落叶松纯林)自然状态的土壤呼吸(R_S)、去凋落物后的土壤呼吸(R_D)以及凋落物呼吸(R_L)进行测定,结果表明:凋落物层的去除会使土壤呼吸速率降低,3种林型观测期内平均R_S分别为7.32μmol m^-2 s^-1、8.55μmol m^-2 s^-1和6.66μmol m^-2 s^-1,平均R_D分别为6.46μmol m^-2 s^-1、7.98μmol m^-2 s^-1和5.74μmol m^-2 s^-1。但去除凋落物后的土壤总呼吸速率较自然状态下分别升高了13.85%、16.21%和13.73%;凋落物的去除并不影响...     

增温和放牧对草地土壤和生态系统呼吸的影响

草地生态系统作为世界陆地生态系统的主体类型,其土壤呼吸和生态系统呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,土壤呼吸是未经扰动的土壤由于代谢活动而产生CO2的过程,生态系统呼吸包括地下部分的土壤呼吸和地上部分植被的自养呼吸。研究增温和放牧对草地土壤和生态系统呼吸的影响,可为预测未来气候变化条件下的全球碳收支以及草地的可持续经营与管理提供重要的科学依据。该文扼要综述了关于草地土壤和生态系统呼吸对增温和放牧的响应方面的研究。结果表明:草地土壤和生态系统呼吸对增温和放牧的响应非常复杂,受多种因素的综合影响,无论是增温还是放牧对草地土壤和生态系统呼吸的影响均具有不确定性,因草地类型、增温幅度、增温时间、放牧强度、放牧频度和放牧方式的不同而不同。在此基础上,指出了以后应加强研究的方向,草地的利用离不开放牧,对于未来气候变化条件下的草地,温度升高和放牧这两个因素必然是同时存在的,以前多数实验是单独研究增温或放牧对它们的影响,然而,这两者对草地生态系统的影响并非可加的,因此,需要加强增温与放牧的耦合试验,同时加强关于生态系统呼吸不同组分对两者的响应的研究,以便更好地理解增温和放牧的影响机制。另外,草地土壤和生态系统呼吸对增温和放牧的响应会随着时间的推移而发生变化,因而加强长期连续的试验观测很有必要。     

永定河沿河沙地杨树人工林生态系统呼吸特征

杨树是世界上广泛采用的人工造林树种之一,也是中国人工林面积最大的树种。研究杨树人工林生态系统呼吸(Re)及其分量土壤呼吸(Rs)的时间动态格局以及强度特征,分析两者对环境因子的响应是提高人工林生态系统净生产力和促进固碳减排等人工林经营管理中考虑的首要问题。采用开路式涡度相关系统、Licor-8150土壤呼吸测定系统以及小气候测定系统连续测定了位于北京大兴区永定河沿河沙地杨树人工林的生态系统呼吸、土壤呼吸和小气候特征。研究结果表明:(1)2007-2009年该生态系统的Re年总量分别为946.68、863.58、817.30gCm^-2a^-1,其中Rs年总量分别为642.11、629.29,609.05gCm^-2a^-1, Rs年总量约占Re年总量的70%;(2)Re和Rs月总量一般在7或者8月份达到最大值,Rs的变化趋势与土壤5cm温度(Ts5)相一致;(3)Ts5是Re和Rs两者的显著影响因子,但Re与空气相对湿度(RH)的相关性最显著。此外,Rs更容易受到Ts5和0-20cm土壤平均体积含水量(vwc)两者耦合效应的限制。     

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。     

增温和刈割对高寒草甸土壤呼吸及其组分的影响

评估土壤呼吸及其组分对增温等全球变化的响应对于预测陆地生态系统碳循环至关重要。本研究利用红外线辐射加热器(Infrared heater)装置在青藏高原高寒草甸生态系统设置增温和刈割野外控制实验。通过测定2018年生长季(5—9月)土壤呼吸和异养呼吸,探究增温和刈割对土壤呼吸及其组分的影响。研究结果表明：(1) 单独增温使土壤呼吸显著增加31.65% (P<0.05),异养呼吸显著增加27.12% (P<0.05),土壤自养呼吸没有显著改变(P>0.05);单独刈割对土壤呼吸和自养呼吸没有显著影响(P>0.05),单独刈割刺激异养呼吸增加32.54% (P<0.05);(2) 增温和刈割之间的交互作用对土壤呼吸和异养呼吸没有显著影响(P>0.05),但是对自养呼吸的影响是显著的(P<0.05),土壤呼吸和异养呼吸的季节效应显著(P<0.05);(3)土壤呼吸及其组分与土壤温度均成显著指数关系,与土壤湿度呈显著的正相关关系(P<0.05),处理影响它们的响应敏感性。本研究表明青藏高原东缘高寒草甸土壤碳排放与气候变暖存在正反馈。     

秸秆还田量对土壤CO2释放和土壤微生物量的影响

对玉米季、小麦季3种不同秸秆还田量的土壤生物学指标的测定结果表明,在秸秆倍量还田中,随着秸秆量的增加,CO₂释放量增加,而且倍量处理的增加量显著大于全量处理;在玉米和小麦季节中,不同量秸秆还田对土壤0～10和10～20cm的土壤微生物量的影响不同,但均能增大土壤微生物量,全量和倍量处理间没有明显差异.在土壤表层及下层,微生物量的最大值均落后于土壤呼吸的最大值,且土壤微生物量达到最大值即其最活跃状态后,下降缓慢,但土壤呼吸减少较快,说明微生物活动存在明显的合成性呼吸与维持性呼吸;综合评价不同秸秆量还田的效应,应采用秸秆全量还田,既能调节土壤物理环境,促进微生物的代谢活动,利于养分的转化,又可以减少环境污染.     

氮添加量和施氮频率对温带半干旱草原土壤呼吸及组分的影响

日益加剧的氮沉降已经对陆地生态系统生产力和碳循环过程产生了显著影响。草原生态系统近90%的碳储存在土壤中, 明确土壤呼吸及其组分对氮添加的响应对评估大气氮沉降背景下草原生态系统碳平衡和土壤碳库稳定性是非常重要的。以往关于草原土壤呼吸对氮沉降响应的理解多是基于短期(<5年)和低频(每年1-2次)氮添加实验研究, 而关于长期氮添加和不同施氮频率对土壤呼吸及其组分的影响尚缺乏实验证据。该研究基于2008年建立在内蒙古半干旱草原的长期氮添加实验平台, 包括6个氮添加水平和2个施氮频率处理, 通过连续两年(2018-2019年)土壤呼吸及其组分的测定, 发现: 1)氮添加显著降低了土壤总呼吸速率(R_s), 且R_s下降程度随着氮添加量的增加而增强。土壤异养呼吸速率(R_h)的显著下降是R_s下降的主要原因。2)不同氮添加频率并未显著影响土壤呼吸及其组分对氮添加处理的响应。3)长期氮添加造成的土壤酸化降低了土壤微生物活性并改变了微生物群落结构(真菌/细菌比), 进而导致土壤呼吸及其异养组分呈现显著的负响应。以上结果表明, 长期(>10年)氮添加对土壤地下碳循环过程的抑制作用非常明显, 特别是异养呼吸组分的下降会降低土壤有机碳分解速率, 有助于土壤碳库稳定性的维持。同时, 随着氮添加处理时间的延长, 不同施氮频率影响效应的差异减弱, 表明目前长期的低频氮添加实验监测数据可以为评估自然生态系统对大气氮沉降的响应提供较为可靠的参考。     

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。