北亚热带-南暖温带过渡区典型森林生态系统土壤呼吸及其组分分离

为阐明北亚热带．南暖温带过渡区典型森林生态系统土壤呼吸与其组分的碳排放速率及其对土壤水热变化的响应规律,本研究用壕沟断根法布设了土壤呼吸组分分离试验,并对土壤温湿度与呼吸速率进行了一年的观测。统计分析结果表明：土壤呼吸及其组分的呼吸速率在夏秋季较高、春冬季较低;土壤温度低于15℃时,呼吸速率的季节性变化主要受控于土壤温度;土壤温度高于15℃,而含水量低于0．20kg·kg^-1时,含水量对呼吸速率有明显的抑制作用;当土壤温湿度分别高于15℃与0．20kg·kg^-1,呼吸速率同时受到土壤温湿度的影响;土壤温湿度分别能解释呼吸速率季节性变化的80．36％～94．94％与7．20％～48．45％,温度的影响高于含水量;5种类型中土壤呼吸、自养与异养呼吸的Q10值变化范围分别为2．30～2．44、2．49～2．82与2．09～2．35,每个类型中自养呼吸的温度敏感性均为最高,其次为土壤呼吸,异养呼吸最低;锐齿栎幼林、锐齿栎老林、华山松与短柄袍针阔混交林、千金榆与短柄袍阔叶混交林及栓皮栎林自养呼吸日贡献率的变化范围分别为35．19％～57．73％、28．73％～49．24％、28．67％～49．82％、24．24％～41．70％与30．07％～46．22％,土壤呼吸的年排放量分别为1105．15gC·m^-2·a^-1、779．12gC·m^-2·a^-1、821．23gC·m^-2·a^-1、912．19gC·m^-2·a^-1与899．50gC·m^-2·a^-1,其中自养呼吸的年贡献率分别为52．89％、39．77％、44．17％、38．15％与43．26％,若考虑断根样方内细根分解的影响,则自养呼吸的年贡献率分别为65．56％、47．95％、53．80％、46．83％与53．86％;5个林分间的土壤呼吸速率、异养呼吸速率没有显著差异（P〉0．05）,而自养呼吸速率存在显著差异（P〈0．05）,类型间活细根生物量的差异解释了自养呼吸速率差异的94．71％。     

中国亚热带森林转换对土壤呼吸动态及通量的影响

通过用静态碱吸收法对中国亚热带福建三明格氏栲自然保护区内的格氏栲天然林和33年生的格氏栲人工林及杉木人工林的土壤呼吸进行为期2a的定位研究,结果表明,3种森林土壤呼吸速率季节变化均呈单峰曲线,最大值出现在5月至6月份,最小值出现在12月至翌年1月份。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林土壤呼吸速率一年中变化范围分别在403.47～1001.12mgCO2m-2h-1、193.89～697.86mgCO2m-2h-1和75.97～368.98mgCO2m-2h-1之间。2002年土壤呼吸速率主要受土壤温度影响,但在极端干旱的2003年则主要受土壤湿度的影响。双因素关系模型(R=aebTWc)拟合结果优于仅考虑土壤温度或土壤湿度的单因素关系模型,土壤温度和土壤湿度共同解释不同年份不同森林土壤呼吸速率季节变化的80%～96%。杉木林土壤呼吸对气候变化敏感性高于格氏栲天然林和人工林。格氏栲天然林、格氏栲人工林和杉木人工林土壤呼吸年通量分别为13.742、9.439和4.543tC·hm-2·a-1,前者分别约是后二者的1.5倍和3.0倍。森林转换对土壤呼吸通量的影响可能与枯落物数量和质量、根系呼吸、土壤有机质数量和质量的变化有关。     

北京山地温带森林的土壤呼吸

本文通过在北京山地３种温带森林中为期一年的观测,得到了土壤呼吸速率与地下５ｃｍ土壤温度之间的函数关系。据此并根据气象资料推算得到了白桦林、辽东栎林和油松林的年土壤呼吸量分别为１１３２ｇＣＯ２ｍ－２ａ－１,１４３ｇＣＯ２ｍ－２ａ－１和８６６ｇＣＯ２ｍ－２ａ－１。与国外同纬度地区相比,该地年土壤呼吸量偏低。结果还显示,土壤呼吸与地下５ｃｍ土壤温度的相关性好于与地表温度的相关性,并且水分含量对土壤呼吸也有影响。１９９４年秋季进行的昼夜连续观测表明,日土壤呼吸速率最高的时刻在中午１２：００～下午４：００,最低的时刻在黎明前５：００～６：００。     

氮沉降对北亚热带麻栎林土壤呼吸及其温湿度敏感性的影响

近年来,含氮化合物排放量迅速增加,并随着人口增长及城市化程度的提高而持续增加,这些氮元素以沉降的形式降落到森林生态系统中,对森林土壤碳通量产生深远影响,使氮沉降成为影响森林土壤呼吸的一个重要因素.本研究以安徽省万佛山麻栎天然林为对象,通过模拟氮沉降试验,采用LI-8100土壤呼吸仪测定土壤呼吸速率及土壤温湿度,探讨短期...     

华北平原地区麦田土壤呼吸特征

2008年4-6月利用LI-8100及LI-6400-09测定了华北平原典型冬小麦田土壤CO_2通量,并分析了麦田土壤呼吸变化规律及其影响机制.结果表明:土壤呼吸日变化呈明显的单峰曲线,最高值出现在12:30-14:30,最低值出现在5:00-6:30;在不同的天气条件下,土壤呼吸速率晴天最高,多云其次,阴天最小;观测期间冠层内各高度CO_2浓度与麦田土壤呼吸速率白天呈显著线性负相关,夜间正相关;土壤呼吸速率与5 cm地温的季节变化趋势基本一致,二者显著指数相关;在田间持水量范围内,土壤呼吸速率与土壤湿度正相关,当土壤相对湿度低于30%时,土壤呼吸受到抑制而通量降低;综合考虑土壤温度与湿度的双因素指数回归模型能较好地解释土壤呼吸的变化情况,土壤温度低于15 ℃时效果更好.

Abstract：

By using LI-8100 and LI-6400-09, the soil CO_2 flux of a winter wheat field in North China Plain was determined from April to June 2008, with its change patterns and affecting fac-tors analyzed. The soil respiration had a single-peak diurnal variation, with the maximum at 12: 30-14:30 and the minimum at 5:00-6:30, and the respiration rate was higher in sunny days than in cloudy or overcast days. There was a significant negative correlation between the CO_2 con-centrations at all canopy heights and the soil respiration rate at daytime, but a significant positive correlation at night. The soil respiration rate presented a seasonal variation similar to the soil tem-perature at 5 cm depth, and had a significant exponential relationship with the soil temperature. Significant correlation was also found between the soil respiration rate and soil humidity when the soil moisture content was within the range of field capacity. Soil humidity less than 30% would limit the soil respiration, inducing a decrease of soil CO_2 flux. A multiple exponential regression model of soil temperature and moisture could better explain the variation of soil respiration, espe-cially when the soil temperature was below 15 ℃.     

科尔沁沙地两种植被类型土壤呼吸动态变化及其影响因子

以科尔沁沙丘-草甸相间地区为研究区,运用LI-6400土壤呼吸配套系统对沙丘-草甸过渡带人工杨树林和固定沙丘小叶锦鸡儿群落土壤呼吸及其相关因子进行观测,结果表明,(1)生长期和生长末期人工杨树林保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的日变化表现为\"多峰型\"。(2)人工杨树林和小叶锦鸡儿群落保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的季变化峰值均出现在8月份,人工杨树林的土壤呼吸明显大于小叶锦鸡儿群落的土壤呼吸。(3)人工杨树林土壤呼吸的季变化与0—10cm土壤温度相关显著(P0.01),保留枯枝落叶土壤呼吸小于去除枯枝落叶。(4)小叶锦鸡儿群落土壤呼吸的季变化与0—10cm土壤含水量相关显著(P0.01),与人工杨树林不同,保留枯枝落叶土壤呼吸大于去除枯枝落叶。(5)人工杨树林土壤呼吸与土壤温度显著呈指数关系,小叶锦鸡儿群落土壤呼吸与土壤含水量显著呈幂函数关系,并运用归一化法,通过建立土壤呼吸LnRs与土壤温度T、土壤含水量Lnθ的双因子回归模型,得出土壤温度和土壤含水量分别对保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的贡献率。     

黄土高原水蚀风蚀交错带不同土地利用类型土壤呼吸季节变化及其环境驱动

以黄土高原水蚀风蚀交错区神木县六道沟小流域为研究区,采用动态密闭气室法对植物生长季节（2007年5～10月）5种土地利用方式的土壤呼吸速率进行了测定,并结合水热因子,对不同土地利用方式间土壤呼吸速率的差异性以及其和温度、含水量之间的关系进行了分析。结果表明：5种土地利用类型土壤呼吸速率季节性变化均呈现单峰型曲线,与气温变化趋势一致,其7、8月份土壤呼吸速率均显著高于其它月份（P〈0.05）;生长季节土壤CO2平均释放速率顺序为：长芒草地〉苜蓿地〉柠条地〉农地〉沙柳地,草地在生长前期和旺盛期土壤呼吸强度均显著高于农地和灌木林地;除沙柳地和苜蓿地以外,在土壤呼吸与所有温度指标的关系中,与10cm深度的土壤温度相关性最好,且除沙柳地外,其它4种土地利用类型均与之达到显著相关;农地土壤呼吸对温度的响应最敏感（Q10值为2.20）,除沙柳地（Q10值为1.48）外,其它4种土地利用类型Q10值均在2.0左右,接近于全球Q10的平均水平;通过Van’t Hoff模型估算,2007年植物整个生长季节（5～10月份）,5种土地利用类型土壤呼吸量从高到低依次为：苜蓿地259gC·m^-2,长芒草地236gC·m^-2,柠条地226gC·m^-2,农地170gC·m^-2,沙柳地94gC·m^-2;水分对农地和沙柳地的土壤呼吸影响不大;长芒草地、柠条地和苜蓿地土壤呼吸的双变量模型关系显著（P〈0.05）,比相应的单变量模型更好地解释了土壤呼吸变异。     

中亚热带东部三种主要木本群落土壤呼吸的研究

研究中亚热带东部青冈（Ｑｕｅｒｃｕｓｇｌａｕｃａ）常绿阔叶林、毛竹（Ｐｈｙｌｏｓｔａｃｈｙｓｐｕｂｅｓｃｅｎｓ）林和茶（Ｃａｍｅｌｉａｓｉｎｅｎｓｉｓ）园土壤呼吸与土壤温度、土壤含水率的关系,建立了土壤呼吸速率与地表温度的模型,根据气象资料估算得到青冈常绿阔叶林、毛竹林、茶园的年均土壤ＣＯ２呼吸量,３种群落依次为２４．１２、３０．７７、２８．５５ｔ／ｈｍ２·ａ,进一步估算出浙江省常绿阔叶林、毛竹林和茶园每年土壤ＣＯ２排放量,分别为９．２７×１０６、１．３６×１０７、７．１６×１０６ｔ／ａ     

土壤细菌呼吸对西双版纳热带森林恢复的响应

揭示不同恢复阶段热带森林土壤细菌呼吸季节变化及其主控因素,对于探明土壤细菌呼吸对热带森林恢复的响应机制具有重要的科学意义。以西双版纳不同恢复阶段热带森林(白背桐群落、崖豆藤群落和高檐蒲桃群落)为研究对象,运用真菌呼吸抑制法及高通量宏基因组测序技术分别测定土壤细菌呼吸速率和细菌多样性,并采用回归分析及结构方程模型揭示热带森林恢复过程中土壤细菌多样性、pH、土壤碳氮组分变化对土壤细菌呼吸速率的影响特征。结果表明：1)不同恢复阶段热带森林土壤细菌呼吸速率表现为：高檐蒲桃群落((1.51±0.62)CO₂ mg g^-1 h^-1)显著高于崖豆藤群落((1.16±0.56)CO₂ mg g^-1 h^-1)和白背桐群落((0.82±0.60)CO₂ mg g^-1 h^-1)(P<0.05)。2)不同恢复阶段土壤细菌呼吸速率呈显著的单峰型季节变化(P<0.05),最大值均出现在9月：高檐蒲桃群落((...     

东北东部森林生态系统土壤呼吸组分的分离量化

对森林生态系统的土壤呼吸组分进行分离和量化,确定不同组分CO2释放速率的控制因子,是估测局域和区域森林生态系统碳平衡研究中必不可少的内容。采用挖壕法和红外气体分析法测定无根和有根样地的土壤表面CO2通量(RS),确定东北东部6种典型森林生态系统RS中异养呼吸(RH)和根系自养呼吸(RA)的贡献量及其影响因子。具体研究目标包括:(1)量化各种生态系统的RH及其与主要环境影响因子的关系;(2)量化各种生态系统RS中根系呼吸贡献率(RC)的季节动态;(3)比较6种森林生态系统RH和RA的年通量。土壤温度、土壤含水量及其交互作用显著地影响森林生态系统的RH(R2=0.465~0.788),但其影响程度因森林生态系统类型而异。硬阔叶林和落叶松人工林的RH主要受土壤温度控制,其他生态系统RH受土壤温度和含水量的联合影响。各个森林生态系统类型的RC变化范围依次为:硬阔叶林32.40%~51.44%;杨桦林39.72%~46.65%;杂木林17.94%~47.74%;蒙古栎林34.31%~37.36%;红松人工林33.78%~37.02%;落叶松人工林14.39%~35.75%。每个生态系统类型RH年通量都显著高于RA年通量,其变化范围分别为337~540 gC.m-2.a-1和88~331 gC.m-2.a-1。不同生态系统间的RH和RA也存在着显著性差异。     

Transplantation of organic surface horizons of boreal soils into warmer regions alters microbiology but not the temperature sensitivity of decomposition

Changes in soil carbon, the largest terrestrial carbon pool, are critical for the global carbon cycle, atmospheric CO₂ levels and climate. Climate warming is predicted to be most pronounced in the northern regions and therefore the large soil carbon pool residing in boreal forests will be subject to larger global warming impact than soil carbon pools in the temperate or the tropical forest. A major uncertainty in current estimates of the terrestrial carbon balance is related to decomposition of soil organic matter (SOM). We hypothesized that when soils are exposed to warmer climate the structure of the ground vegetation will change much more rapidly than the dominant tree species. This change will alter the quality and amount of litter input to the soil and induce changes in microbial communities, thus possibly altering the temperature sensitivity of SOM decomposition. We transferred organic surface soil sections from the northern borders of the boreal forest zone to corresponding forest sites in the southern borders of the boreal forest zone and studied the effects of warmer climate after an adaptation period of 2 years. The results showed that initially ground vegetation and soil microbial community structure and community functions were different in northern and southern forest sites and that 2 years of exposure to warmer climate was long enough to cause changes in these ecological indicators. The rate of SOM decomposition was approximately equally sensitive to temperature irrespective of changes in vegetation or microbial communities in the studied forest sites. However, as temperature sensitivity of the decomposition increases with decreasing temperature regime, the proportional increase in the decomposition rate in northern latitudes could lead to significant carbon losses from the soils.     

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。     

不同植物来源可溶性有机质对亚热带森林土壤酶活性的影响

探究不同植物来源可溶性有机质(DOM)进入土壤后对酶活性的影响, 可以为降水淋溶下亚热带地区不同森林生态系统土壤碳循环提供科学依据。该研究提取杉木(Cunninghamia lanceolata)、木荷(Schima superba)和楠木(Phoebe zherman) 3种植物鲜叶中的DOM分别输入杉木人工林土壤中, 以等量的去离子水添加为对照, 进行25天的室内培养。培养结束后测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性等指标。结果表明: 与对照处理(CT)相比, 添加3种叶片DOM后, 土壤总有机碳(SOC)、总氮(TN)含量和碳氮比均无显著变化。杉木叶片DOM添加处理(CL)的TN含量显著低于木荷叶片DOM添加处理(SL)和楠木叶片DOM添加处理(PL), 碳氮比显著高于SL和PL。3种叶片DOM输入整体上提高了土壤溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的含量。叶片DOM输入后土壤微生物生物量碳(MBC)含量无显著变化, 然而CL和SL的土壤微生物生物量氮(MBN)含量分别比CT降低了50.9%和51.1%, PL的MBN含量比CT提高了54.0%。与CT相比, 不同植物来源DOM输入后, β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO) 3种酶活性均显著上升, 而多酚氧化酶(PPO)活性则显著下降; 此外, βG和CBH活性均表现出CL > SL > PL的特征。相关性分析的结果表明, 添加叶片DOM 3种处理的SOC、TN、MBN含量和βG、CBH活性都与所输入DOM的DOC含量和腐殖化指数(HIX)显著相关, 此外, 土壤MBN含量和PPO活性与输入叶片DOM的pH呈正相关关系。冗余分析(RDA)结果表明, 叶片DOM输入后引起土壤酶活性变化的关键因子是DON和DOC含量。总体来说, 不同植物来源DOM性质的差异会影响土壤碳循环水解酶的活性, 而叶片DOM输入后增加了土壤碳和氮的有效性, 引起4种碳循环酶的不同响应。     

Seasonal changes in the contribution of root respiration to total soil respiration in a cool-temperate deciduous forest

A trenching method was used to determine the contribution of root respiration to soil respiration. Soil respiration rates in a trenched plot (R _trench) and in a control plot (R _control) were measured from May 2000 to September 2001 by using an open-flow gas exchange system with an infrared gas analyser. The decomposition rate of dead roots (R _D) was estimated by using a root-bag method to correct the soil respiration measured from the trenched plots for the additional decaying root biomass. The soil respiration rates in the control plot increased from May (240–320 mg CO₂ m^–2 h^–1) to August (840–1150 mg CO₂ m^–2 h^–1) and then decreased during autumn (200–650 mg CO₂ m^–2 h^–1). The soil respiration rates in the trenched plot showed a similar pattern of seasonal change, but the rates were lower than in the control plot except during the 2 months following the trenching. Root respiration rate (R _r) and heterotrophic respiration rate (R _h) were estimated from R _control, R _trench, and R _D. We estimated that the contribution of R _r to total soil respiration in the growing season ranged from 27 to 71%. There was a significant relationship between R _h and soil temperature, whereas R _r had no significant correlation with soil temperature. The results suggest that the factors controlling the seasonal change of respiration differ between the two components of soil respiration, R _r and R _h.