喀斯特地区土壤表层CO2释放通量的影响因素Ⅱ.机制

贵州喀斯特地区土壤表层CO2 释放通量最高和最低分别出现在夏季和冬季。影响土壤表层CO2 释放通量的最基本因素是温度和土壤湿度 ;湿度对土壤表层CO2 释放通量的影响在温度大于 2 0℃时特别显著。温度和湿度对土壤表层CO2 释放通量的影响主要是借助于冷热交替及干湿循环下土壤微生物生物量碳、可溶性有机碳向土壤表层CO2 释放通量转化来实现的。     

西南喀斯特地区轮作旱地土壤CO2通量

中国已承诺大幅降低单位GDP碳排放,农业正面临固碳减排的重任.西南喀斯特地区环境独特,旱地面积占据优势比例,土壤碳循环认识亟待加强.以贵州省开阳县玉米-油菜轮作旱地为研究对象,采用密闭箱-气相色谱法对整个轮作期土壤CO2释放通量进行了观测研究,结果表明:(1)整个轮作期旱地均表现为CO2的释放源.其中油菜生长季土壤CO2通量为(178.8±104.8)mg CO2·m-2·h-1,玉米生长季为(403.0±178.8) mg CO2·m-2·h-1,全年平均通量为(271.1±176.4) mg CO2·m-2·h-1,高于纬度较高地区的农田以及同纬度的次生林和松林;(2)CO2通量日变化同温度呈现显著正相关关系,季节变化与温度呈现显著指数正相关关系,并受土壤湿度的影响,基于大气温度计算得出的Q10为2.02,高于同纬度松林以及低纬度的常绿阔叶林;(3)CO2通量与土壤pH存在显著线性正相关关系,显示出土壤pH是研究区旱地土壤呼吸影响因子之一.     

亚热带典型林分对表层和深层土壤可溶性有机碳、氮的影响

林分类型是影响土壤可溶性有机碳、氮库大小的重要因素,但目前对其研究主要集中在表层土壤(0～10 cm).本研究以亚热带地区天然林、毛竹林、格式栲人工林和杉木人工林为对象,用3种不同的浸提方式(冷水、热水和KCl溶液)提取表层(0～10 cm)和深层(40～60 cm)土壤中可溶性有机碳(DOC)和有机氮(DON),研究林分类型对表层和深层土壤可溶性有机碳、氮库的影响.结果表明: 林分类型对表层土壤DOC及其占土壤总有机碳(TOC)的比重有显著影响,深层土壤受林分类型的影响不显著;不同林分土壤DON含量仅在表层土壤存在显著差异,在深层土壤差异不显著.林分间土壤微生物生物量碳的差异仅在表层土壤达到显著水平.DON占土壤总氮(TN)的比重在各林分表层和深层土壤间差异均不显著.3种浸提方法得到的DOC和DON库大小顺序为热水>KCl>冷水,不同浸提方法得到的DOC库及DON库的相关性均达到显著水平,表明冷水、热水和KCl溶液浸提得到的有机碳、氮库含有相似组分.冷水和热水浸提方法得到的表层土壤DOC和DON含量及DOC占TOC比重在天然林和毛竹林均显著大于格式栲和杉木人工林,表明天然林和毛竹林土壤可溶性有机碳、氮含量高于格式栲和杉木人工林,更有利于土壤肥力的恢复.     

黄土丘陵沟壑区典型人工林土壤CO2释放规律及其影响因子

为了解黄土丘陵沟壑区人工林土壤有机碳排放特征,于2007年8月、2007年10月和2008年5月对黄土丘陵沟壑区杏树、沙棘和刺槐3种人工林下土壤CO2释放速率及相关环境因子进行研究,探讨了半干旱地区侵蚀环境下不同植被土壤CO2释放速率的变化规律及影响因子.杏树、沙棘和刺槐3种人工林土壤CO2释放存在差异,日平均释放速率分别为0.83～2 61μmol·m-2·s-1、0.83～3.32μmol·m-2·s-1和0.80～3.45μmol·m-2·s-1,刺槐和沙棘人工林土壤CO2释放速率高于杏树林,3种人工林的土壤CO2释放速率日变化及季节性变化表现一致,春季和夏季的土壤CO2释放高于秋季.相关分析表明,土壤温度是影响土壤CO2释放的主要因子,但在干旱的春季和夏季,土壤水分是土壤CO2释放的主要限制因子,同时,土壤理化性质和微生物生物量也对土壤CO2释放有显著影响.     

中国森林生态系统土壤CO2释放分布规律及其影响因素

联合国气候框架公约的签署提升了人们对全球变暖、碳循环变化的关注。陆地生态系统在全球变暖格局下的地位与作用,尤其是土壤碳库对全球变暖格局的响应是全球变化研究的焦点。土壤CO2释放作为土壤-大气CO2交换的主要途径之一,也就成为各国生态学家研究的重点内容。在对我国森林生态系统CO2释放通量以及相关气候、生物等因子的资料进行收集、整理和分析的基础上,探讨了我国森林生态系统土壤CO2释放的分布规律,以及这种规律性分布的气候、生物影响因素。对于我国这样一个南北跨度大的国家,不同区域的森林生态系统土壤CO2释放通量间存在较大的差异,在全国尺度上,森林生态系统土壤CO2释放通量平均值为（1．79±0．86）gCm^-2d^-1,而且土壤CO2释放通量随着纬度增加逐渐降低。作为一个复杂的生态过程,土壤CO2释放受到生物、非生物因子或独立、或综合的影响。通过分析指出,在全国尺度上,年均温、降雨量、群落净生产力及凋落物量显著地影响森林土壤CO2释放通量。同时,也正是这些影响因子的纬度分布,导致了我国森林生态系统土壤CO2释放通量的纬度分布规律。作为衡量土壤CO2释放对温度敏感性的重要指标,计算了我国森林生态系统土壤CO2释放温度敏感性系数-Q10值,约为1．5,该值显著低于全球平均水平,2．0。     

西南喀斯特地区典型林分土壤优先流特征及影响因素

研究喀斯特地区的优先流现象,明确影响优先流的主要因素,对当地植被恢复具有重要意义。通过野外染色示踪试验以及图像处理技术,获得染色溶液在垂直和水平方向上的分布情况,并提取总染色面积比、基质流深度、优先流比和长度指数作为优先流特征参数,运用灰色关联度分析法对影响优先流的14个因子进行分析。结果表明: 喀斯特地区典型林分土壤存在优先流现象,其优先流主要有漏斗状和树枝状两类,有横向水流运动现象发生。喀斯特地区林下的染色面积比平均为19.4%,基质流深度、优先流比和长度指数平均分别为4.96 cm、62.9%和385.5%。在影响优先流的14个环境因子中,对染色面积比影响最大的是土壤初始含水量,对基质流深度影响最大的是速效钾含量,对优先流比和长度指数影响最大的均为速效磷含量。喀斯特地区典型林分下优先流的发育程度高且空间变化剧烈,土壤初始含水量等物理性质对其有较大影响,土壤养分也是优先流的一个重要影响因素。     

黔中地区不同植被类型土壤氧化亚氮的释放特征及影响因素

利用密闭箱-气相色谱法于2006—2007年对黔中地区退耕荒草地、灌丛、马尾松林和阔叶林土壤氧化亚氮的释放通量进行原位观测,初步研究了我国南方喀斯特地区不同植被类型土壤N₂O释放量的季节变化.结果表明:除个别月份土壤表现为大气N2O的吸收汇,各观测点均为N₂O的源,植被条件和土壤类型对土壤N₂O的释放具有明显影响.退耕荒草地、灌丛N₂O释放量具有明显的季节变化规律, 春夏季节高于秋冬季节,通量范围分别在-20.7～103.0 μg N·m^-2·h^-1和 -33.0～67.3 μg N·m^-2·h^-1.马尾松林、阔叶林春季土壤N₂O释放量最高,其他季节变化规律不明显,通量范围分别在-5.3～35.0 μg N·m^-2·h^-1和-14.4～152.8 μg N·m^-2·h^-1.相关性分析表明,土壤水分与N₂O释放通量显著负相关,是影响土壤N₂O释放通量季节变化的主要驱动因素.温度通过影响土壤水分而间接影响土壤N₂O的释放通量.     

不同秸秆还田量和氮肥配施对玉米田土壤CO2排放的影响

探讨不同秸秆还田量和氮肥量配施对辽西北半干旱区玉米田土壤CO₂排放的影响,可为固碳减排和黑土地保护计划的实施提供理论支撑。本试验主区设置3个秸秆还田水平,分别为3000(S₁)、6000(S₂)和9000 kg·hm^-2(S₃,秸秆全量还田);副区设置3个氮肥施用水平,分别为105(N₁)、210(N₂,常规施氮量)和420 kg N·hm^-2(N₃),另设置不施氮肥不添加秸秆的对照处理(CK),共10个处理。采集定位试验4年后玉米田间土壤,通过培养试验,探究不同处理对玉米田土壤CO₂排放的影响及CO₂排放与土壤溶解性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)的关系。结果表明: 秸秆还田和氮肥施用均会促进玉米田土壤CO₂排放,并随秸秆还田量和施氮量的增加而显著增加,其中氮肥施用是促进玉米田土壤CO₂排放的最主要因素;秸秆还田与氮肥配施通过促进微生物生物量增加并加剧DOC消耗来促进玉米田土壤CO₂排放;MBC和DOC含量显著刺激玉米田土壤CO₂排放,且主要受两者培养前期含量的影响。从保障秸秆还田培肥地力同时减少CO₂排放的角度考虑,210 kg N·hm^-2常规施氮量与6000 kg·hm^-2秸秆还田配合施用(N₂S₂)是本试验条件下辽西北半干旱区最有潜力的田间施肥模式。     

三江源地区主要草地类型土壤碳氮沿海拔变化特征及其影响因素

以三江源地区主要草地类型为研究对象,分析了不同草地类型土壤有机碳和全氮的变化特征及其与环境因子、土壤特征等的相互关系。结果表明:沿着海拔的逐渐升高,土壤有机碳和全氮含量均呈现出 “V"字形变化规律,即土壤有机碳氮含量在海拔最高处(5 120 m)和最低处(4 176 m)比较高,而在中间海拔梯度较低,土壤有机碳与全氮含量极显著相关( r=0.905)且高寒草甸土壤碳、氮含量高于高山草原土壤碳、氮含量;土壤中有机碳含量和全氮含量均随着土壤含水量的增加而增加,偏相关分析结果表明:对0~30 cm土层中土壤有机碳和土壤全氮影响最大的是土壤含水量,偏相关系数为0.946 5、0.905 9(p<0.01);土壤有机碳含量和全氮含量与植被盖度和草地生产力存在正相关趋势;土壤有机碳含量和全氮含量与土壤pH值和全盐量存在负相关趋势。     

土地利用方式转变对赣中地区土壤活性有机碳的影响

选取江西省安福县15年撂荒地和3种林地(毛竹林人工林、木荷次生林、杉木人工林),研究土地利用方式改变对土壤有机碳库以及活性有机碳的影响.结果表明：不同样地的土壤总有机碳、微生物生物量碳、热水浸提有机碳和易氧化态碳均表现为毛竹人工林>杉木人工林>木荷次生林>撂荒地;与对照(撂荒地)相比,3种林地的土壤有机碳含量、碳储量及活性有机碳含量均随土壤深度增加而递减,表层富集现象明显;不同土壤活性有机碳的分配比例明显不同,其中,土壤易氧化态碳占总有机碳的比例最大,微生物生物量碳所占比例最小,土壤总有机碳、微生物生物量碳、热水浸提有机碳和易氧化态碳间的相关性均达到极显著水平.后三者表征了土壤中活性较高部分碳的含量,对土地利用方式的响应较敏感,可以作为评价赣中地区土壤质量和肥力的指标之一.     

全球大气CO2浓度升高对土壤微生物的影响

全球大气CO2浓度升高对土壤微生物生态系统的影响已引起广泛关注。本文从土壤微生物群落结构、微生物区系、土壤呼吸、微生物生物量以及土壤酶活性方面对大气高浓度CO2的响应进行了综述。由于提供高浓度CO2的实验系统、所选植物材料以及土壤特性等的不同,大气CO2浓度升高对土壤微生物群落结构、微生物区系、土壤呼吸、微生物生物量以及土壤酶活性的影响并未得出一致结论。但高浓度CO2对土壤微生物生态系统的影响是存在的。     

Predominance of ecophysiological controls on soil CO2 flux in a Minnesota grassland

Ecosystem studies often study soil CO₂ flux as a function of environmental factors, such as temperature, that affect respiration rates by changing the rate of utilization of carbon substrates. These studies tend not to include factors, such as photosynthesis, that affect the supply of carbon substrates to roots and root-associated processes. We examined the role of decreased carbohydrate source on soil CO₂ flux and root respiration in an annually-burned grassland through manipulations of light intensity and removal of above ground biomass. We also quantified the contribution of root respiration to soil CO₂ flux by measuring the respiration rates of excised roots. Two days of shading caused a 40% reduction in soil CO₂ flux, while clipping was associated with a 19% reduction in soil CO₂ flux. Both reductions were independent of soil and air temperature at the time of measurement. The relative decrease in soil CO₂ flux observed in the clipping experiment was similar in magnitude to an observed decrease in root respiration per gram of root, linking decreased root activity and soil CO₂ flux. From these experiments, we conclude that variation in factors that affect carbon availability to roots can be important determinants of soil CO₂ flux and should be included explicitly in studies that measure or model soil CO₂ flux. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

火烧迹地不同恢复方式土壤有机碳分布特征

以大兴安岭1987年重度火烧后恢复的兴安落叶松人工林、樟子松人工林、人促杨桦林和天然次生杨桦林为对象,研究不同恢复方式林分土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳的分布特征.结果表明: 4种恢复方式林分的土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳分别为9.63～79.72 g·kg^-1、33.21～186.30 mg·kg^-1和200.85～1755.63 mg·kg^-1,且随土层深度增加而降低.不同恢复方式间土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳差异显著,以人促杨桦林最高,兴安落叶松人工林和天然次生杨桦林次之,樟子松人工林最低.各恢复方式林分的土壤微生物熵为1.1%～2.3%,以人促杨桦林最高,樟子松人工林最低,不同林分土壤微生物熵的垂直分布特征不同.土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、土壤可溶性有机碳含量均呈显著正相关.人促杨桦林土壤有机碳活性高于其他林分,火烧迹地采用人工促进天然恢复的方式较人工恢复和天然恢复的土壤碳循环能力更强.     

Characterization of CO2 flux in three Kobresia meadows differing in dominant species

Aims Kobresia meadows, the dominant species of which differ in different habitats, cover a large area of alpine grassland on the Qinghai-Tibetan Plateau and act as potential CO₂ sinks. Kobresia meadows with different dominant species may differ in carbon sink strength. We aimed to test the hypothesis and to clarify the differences in CO₂ sink strength among three major Kobresia meadows on the plateau and the mechanisms underlying these differences.Methods We measured the net ecosystem exchange flux (NEE), ecosystem respiration flux (ER), aboveground biomass (AGB) and environmental variables in three Kobresia meadows, dominated by K. pygmaea, K. humilis, or K. tibetica, respectively, in Haibei, Qinghai. NEE and ER were measured by a closed-chamber method. Environmental variables, including photosynthetic photon flux density (PPFD), air and soil temperature and air and soil moisture, were monitored during the above flux measurements.Important findings The measured peak AGB increased with soil water content and was 365, 402 and 434 g dry weight m^{-2<-sup> for K. pygmaea, K. humilis and K. tibetica meadow, respectively. From the maximum ecosystem photosynthetic rate in relation to PPFD measured during the growing season, we estimated gross ecosystem photosynthetic potential (GEP max) as 22.2, 29.9 and 37.8 μmol CO₂ m-2<-sup> s-1 for K. pygmaea, K. humilis and K. tibetica meadow, respectively. We estimated the respective gross primary production (GPP) values as 799, 1-063 and 1?158 g C m-2<-sup> year-1 and ER as 722, 914 and 1-011 g C m-2<-sup> year-1. Average net ecosystem production (NEP) was estimated to be 76.9, 149.4 and 147.6 g C m-2<-sup> year-1 in K. pygmaea, K. humilis and K. tibetica meadows, respectively. The results indicate that (i) the three meadows were CO₂ sinks during the study period and (ii) Kobresia meadows dominated by different species can differ considerably in carbon sink strength even under the same climatic conditions, which suggests the importance of characterizing spatial heterogeneity of carbon dynamics in the future.}     

Short‐term soil carbon sink potential of oil palm plantations

Oil palm plantations cover ≈14.6 million ha worldwide and the total area under cultivation is expected to increase during the 21st century . Indonesia and Malaysia together account for 87% of global palm oil production and the combined harvested area in these countries has expanded by 6.5 million ha since 1990. Despite this, soil C cycling in oil palm systems is not well quantified but such information is needed for C budget inventories. We quantified soil C storage (root biomass, soil organic matter (SOM) and microbial biomass) and losses [potential soil respiration (R_s) and soil surface CO₂ flux (F_s)] in mineral soils from an oil palm plantation chronosequence (11–34 years since planting) in Selangor, Malaysia. There were no significant effects of plantation age on SOM, microbial biomass, R_s or F_s, implying soil C was in dynamic equilibrium over the chronosequence. However, there was a significant increase in root biomass with plantation age, indicating a short‐term C sink. Across the chronosequence, R_s was driven by soil moisture, soil particle size, root biomass and soil microbial biomass N but not microbial biomass C. This suggests that the nutrient status of the microbial community may be of equal or greater importance for soil CO₂ losses than substrate availability and also raises particular concerns regarding the addition of nitrogenous fertilizer, i.e. increased yields will be associated with increased soil CO₂ emissions. To fully assess the impact of oil palm plantations on soil C storage, initial soil C losses following land conversion (e.g. from native forest or other previous plantations) must be accounted for. If initial soil C losses are large, our data show that there is no accumulation of stable C in the soil as the plantation matures and hence the conversion to oil palm would probably represent a net loss of soil C.     

Response of soil surface CO2 flux in a boreal forest to ecosystem warming

Soil surface carbon dioxide (CO₂) flux (R_S) was measured for 2 years at the Boreal Soil and Air Warming Experiment site near Thompson, MB, Canada. The experimental design was a complete random block design that consisted of four replicate blocks, with each block containing a 15 m × 15 m control and heated plot. Black spruce [Picea mariana (Mill.) BSP] was the overstory species and Epilobium angustifolium was the dominant understory. Soil temperature was maintained (～5 °C) above the control soil temperature using electric cables inside water filled polyethylene tubing for each heated plot. Air inside a 7.3‐m‐diameter chamber, centered in the soil warming plot, contained approximately nine black spruce trees was heated ～5 °C above control ambient air temperature allowing for the testing of soil‐only warming and soil+air warming. Soil surface CO₂ flux (R_S) was positively correlated (P < 0.0001) to soil temperature at 10 cm depth. Soil surface CO₂ flux (R_S) was 24% greater in the soil‐only warming than the control in 2004, but was only 11% greater in 2005, while R_S in the soil+air warming treatments was 31% less than the control in 2004 and 23% less in 2005. Live fine root mass (< 2 mm diameter) was less in the heated than control treatments in 2004 and statistically less (P < 0.01) in 2005. Similar root mass between the two heated treatments suggests that different heating methods (soil‐only vs. soil+air warming) can affect the rate of decomposition.     

耕作措施对土壤水热特性和微生物生物量碳的影响

通过山西寿阳设置的8a田间定位试验,比较了全量秸秆还田、免耕覆盖和常规耕作3种耕作措施下土壤含水量、温度及土壤微生物生物量碳变化.结果表明:免耕覆盖与全量还田处理显著提高土壤含水量,与常规耕作相比表层土壤体积含水量在玉米苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别高出18％、22％、29％、21％和3％、10％、12％、13％,具有保水保墒的作用.在苗期不同耕作措施对土壤温度的影响达到显著水平,5 cm处免耕覆盖、全量还田与常规耕作处理土壤温度依次为:18.12、18.76和19.44℃,免耕覆盖和全量还田处理平均温度比常规耕作分别低1.32℃和0.69℃.土壤微生物量碳在整个生育期动态变化是首先迅速上升在玉米生育高峰期(拔节期)达到最高峰,然后开始下降,成熟期趋于平缓.免耕覆盖与全量还田处理下玉米各生育期土壤表层微生物量碳显著高于常规耕作,在苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别比常规耕作高出70％、40％、85％和30％和10％、20％、15％和15％.土壤微生物量碳与土壤温度和土壤含水量相关和极相关.     

土壤有机碳和外源添加碳对水稻土土体呼吸的影响

土体呼吸输出碳来源于土壤固有有机碳和外源添加碳,而以往关于不同施肥措施对水稻土碳排放的研究少有区分碳的来源。本试验利用一个长达30年的水稻土定位试验,在保证原有定位试验继续正常开展的前提下变更部分施肥处理,得到继续施用高量有机肥(HOM)、施用常量有机肥30年后改施高量有机肥(N-H)、继续施用常量有机肥(NOM)、施用化肥30年后改施常量有机肥(C-N)、施用高量有机肥30年后改施化肥(H-C)、施用常量有机肥30年后改施化肥(N-C)、继续施用化肥(CF)等7种施肥处理。通过观测早稻生长期间原有施肥和改施肥处理土体CO2排放通量(FCO2),研究不同后续施肥对水稻土FCO2的影响,以期探讨土壤原始有机碳和外源添加碳对土壤FCO2的影响。结果表明:7种不同施肥处理土体CO2平均排放通量(F珔CO2)分别为85.34、69.10、51.27、49.15、14.89、12.92和11.59 mg C.m-2.h-1;对施用无机肥料和常量有机肥料的土体而言,土壤本身有机碳含量对F珔CO2无显著影响,但对施用高量有机肥的土体而言,土壤本身的高有机碳含量会增强F珔CO2;CO2排放通量(Y)与添加外源碳量(x)之间符合指数方程:Y=13.33e1.719 x(R2=0.967,n=21),施入的外源有机碳对土体FCO2产生极显著影响;当季外源添加碳以CO2-C矿化分解释放的碳占其总碳量的14%左右,且该分解率受土壤有机碳含量和有机物料添加量的影响较小。     

盐分和底物对黄河三角洲区土壤有机碳分解与转化的影响

土壤盐碱化能抑制微生物活性,影响土壤有机碳的分解与转化。本研究以黄河三角洲盐碱耕地为研究对象,采用室内恒温培养法,设置3个NaCl盐分梯度（S1：0.1%;S2：0.5%;S3：0.9%）,通过在土壤中添加不同底物（CK：不添加底物;N：添加氮;C：添加碳;C N：添加碳 氮）,研究该土壤释放CO2–C量、土壤微生物生物量碳（SMBC）、土壤微生物呼吸商（qCO2）及溶解性有机碳（DOC）对盐分和底物的响应。结果表明：在45 d的培养期内,CK、N处理中S1盐分土壤释放CO2–C量最高,S2和S3明显低于S1,降低幅度分别为18.3%–23.7%和24.3%–39.8%。C、C N处理中3个盐分土壤释放CO2–C量差异较小,特别是在C N处理中,3个盐分土壤释放CO2–C差异不显著。4个底物处理中,SMBC均在S1和S2盐分中含量较高,S3盐分最低。与CK相比,N处理并不能提高SMBC含量,C、C N处理可明显提高SMBC,但S1和S2盐分土壤提高的幅度（80.4%–80.5%、58.0%–58.7%）明显高于S3（68.9% 、49.7%）。4个底物处理中,qCO2均在S1盐分土壤中最高,C、C N处理可明显提高qCO2。CK、N处理中3个盐分土壤DOC差异不显著,C、C N处理中S3盐分土壤DOC较高。说明在无碳源输入条件下,增加盐分含量能明显抑制土壤释放CO2量。添加碳源后,盐分含量对土壤释放CO2的影响变小。微生物对碳源和盐分胁迫的响应较快,添加碳源能明显提高微生物数量及其活性。但较高盐分（含盐量>0.5%）可明显降低土壤微生物活性及对外源碳的利用率,导致较高盐分SMBC及qCO2较低而DOC较高。