短期增温和增加降水对内蒙古荒漠草原土壤呼吸的影响

利用红外辐射增温装置模拟短期持续增温和降水增加交互作用对内蒙古荒漠草原土壤呼吸作用的影响, 结果表明: 土壤含水量对月土壤呼吸的影响显著大于土壤温度增加的影响, 生长旺季的月土壤呼吸显著大于生长末季; 土壤温度和水分增加都显著影响日土壤呼吸, 但二者的交互作用对土壤呼吸无显著影响。荒漠草原7‒8月平均土壤呼吸速率为1.35 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1, 7月份为2.08 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1, 8月份为0.63 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1。土壤呼吸与地下各层根系生物量呈幂函数关系, 0‒10 cm土层的根系生物量对土壤呼吸的解释率(79.2%)明显高于10‒20 cm土层的解释率(31.6%)。0-10 cm土层的根系生物量是根系生物量的主体, 根系生物量对土壤呼吸的影响具有层次性。在未来全球变暖和降水格局变化的情景下, 荒漠草原土壤水分含量是影响生物量的主导环境因子, 而根系生物量的差异是造成土壤呼吸异质性的主要生物因素, 土壤含水量可通过影响根系生物量控制土壤呼吸的异质性。     

放牧与围栏羊草草原生态系统土壤呼吸作用比较

采用静态箱式法,比较分析了内蒙古典型羊草草原放牧与围栏生态系统土壤呼吸作用及其与环境因子的关系．结果表明,围栏和放牧样地的土壤呼吸作用日动态均呈单峰型曲线,高峰值一般出现在13：00～15：00,围栏样地土壤呼吸作用日动态与地表温度相关性最好,而放牧样地与地下5cm温度相关性最好．在整个观测期内,6、7月份是植物生长的旺盛期,围栏样地土壤呼吸作用明显大于放牧样地约2．7倍;到植物生长后期的8、9月份,二者差异不大,与地下生物量的变化相似,可能与牲畜的采食对不同物候期的植物影响不同及周围环境因子的改变有关,说明人类活动的干扰不一定增加土壤呼吸作用．围栏样地和放牧样地土壤呼吸作用季节动态都与0～10cm的土壤含水量相关性最好,相关系数分别是0．853和0．741,而围栏样地土壤含水量与土壤呼吸作用季节动态的相关性大于放牧样地;围栏和放牧样地不同层次土温、土壤含水量与土壤呼吸作用日、季动态的关系均表现出浅层的相关性普遍大于深层．     

东北羊草草原土壤微生物呼吸速率的研究

本文主要报道了东北羊草草原土壤微生物呼吸速率的季节变化规律,并将测试数据进行回归分析。研究表明:土壤温度和土壤水分的季节变化对土壤微生物的呼吸速率影响较大。三者呈明显的正相关,相关系数r=1。随着土壤温度升高、水分增多,微生物呼吸速率加快,但超过一定限度则呈现出呼吸速率减慢现象。土壤微生物只有在适宜的生态环境中才能进行正常的生命活动。     

呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤CO2排放特征

采用Li-8150多通道土壤碳通量自动观测系统,于2009年6月—2010年6月对呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸进行连续野外观测,分析该地区土壤CO₂通量排放特征.结果表明: 生长季内贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最高值出现在13:00—15:00,最低值出现在5:00—6:00,土壤呼吸呈明显的季节变化,与土壤温度和土壤含水量季节动态相吻合.土壤呼吸与各层土壤温度和土壤含水量关系可以用线性模型和指数-乘幂模型来表示;土壤呼吸与各层土壤温度呈显著的指数回归关系,Q₁₀变化范围分别为1.68～2.14和3.03～3.60,非生长季土壤温度对土壤呼吸的影响更为显著;生长季内土壤呼吸与10 cm土壤含水量呈显著正相关.2009和2010年土壤CO₂年排放量分别为488.47和507.20 g C·m^-2·a^-1,生长季排放量约占年排放量的90%.     

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。     

中国草原土壤呼吸作用研究进展

中国草原面积约占国土面积的40%, 且大都位于生态脆弱区, 对气候和环境变化十分敏感, 在未来大气CO₂调控中有着重要的作用。为增进对中国草原土壤呼吸作用的理解, 该文综述了近10年来中国草原土壤呼吸作用的最新研究进展, 指出中国草原土壤呼吸作用的研究主要集中在东北平原、内蒙古高原和青藏高原。草原土壤呼吸作用日动态的主导控制因子是温度, 季节动态的主导控制因子可以是温度、水分或二者的交互作用, 取决于研究地点的限制性环境因子, 而年际动态的主导控制因子为水分。草原土壤呼吸作用还存在着巨大的空间变异, 年降水和土壤全氮含量是不同类型草原土壤呼吸作用空间异质性的主导控制因子。土壤呼吸作用对全球变化的响应比较复杂, 取决于各因子之间相互影响的贡献。现有的土壤呼吸作用模型大多只考虑了水热因子, 很少包含土壤因子和生物因子及其协同作用的影响。在此基础上, 指出未来中国草原土壤呼吸作用拟加强的研究重点: 1)温带荒漠草原土壤呼吸作用研究; 2)非生长季土壤呼吸作用研究; 3)多时空尺度草原土壤呼吸作用的比较研究; 4)草原土壤呼吸作用过程模拟研究; 5)草原土壤呼吸作用的遥感监测评估研究。     

紫花苜蓿和羊草种子出苗和幼苗生长对土壤含水量的响应

土壤含水量是种子萌发和幼苗生长阶段的关键环境因子。采用室内模拟方法,研究了不同土壤含水量(2.5%、5%、7.5%、10%、20%和30%)对紫花苜蓿和羊草种子出苗和幼苗生长的影响。结果表明:苜蓿和羊草种子的出苗率和幼苗的生长均显著受土壤含水量的影响;随着土壤含水量的增加,苜蓿和羊草的出苗率均呈先上升后下降的趋势;其中,苜蓿种子在土壤含水量为10%~20%时出苗率最高(93%),土壤含水量为30%时最低(2%);在5%土壤含水量时羊草出苗率最大(76%),在30%含水量时最低(9%);随着含水量增加,紫花苜蓿和羊草幼苗根苗长均表现为先上升后下降的趋势,土壤含水量7.5%~10%更适宜于紫花苜蓿种子出苗及幼苗生长,羊草种子的最适土壤含水量为5%~7.5%;综合出苗率和幼苗的生长情况,适宜苜蓿和羊草播种和幼苗生长的土壤水分含量分别为7.5%~10%和5%~7.5%。     

宁夏东部荒漠草原灌丛引入下土壤水分空间异质性

结合地理信息系统(GIS),运用经典统计学和地统计学方法对宁夏东部荒漠草原人工灌丛引入下0～200 cm土层土壤水分空间异质性进行研究.结果表明: 0～200 cm土层土壤含水量为0.6%～19.0%,均值为4.4%,土壤水分含量较低,变异系数为49.5%～86.3%,属于中等变异.不同土层半变异函数的最佳理论模型分别为:0～60、80～120 cm各层土壤水分符合球状模型,60～80 cm符合指数模型,120～200 cm符合高斯模型.不同土层土壤含水量均呈不同程度的空间相关,0～40、60～80、120～200 cm各层土壤水分的块金系数C₀/(C₀+C)为26.1%～49.9%,为中等程度空间相关;40～60、80～100、100～120 cm各层土壤含水量的块金系数为15.5%～22.1%,具强烈空间相关.0～200 cm不同土层土壤水分含量变程不同,0～20 和 20～40 cm土层变程较大,为37.10～45.18 km,40～200 cm各层土壤含水量的变程较小,为3.58～8.66 km.荒漠草原人工灌丛引入过程中加速土壤水分利用和深层水分消耗,导致土壤水分的空间异质性和破碎化程度加强,且对深层次土壤水分作用更强.     

羊草和紫花苜蓿生长特征及光合特性对不同土壤水分的响应

采用人工控制实验,对12%(T1)、16%(T2)和20%(T3)3种土壤水分条件下羊草和紫花苜蓿的净光合速率Pn、实际光化学量子效率ФPSⅡ、光化学淬灭q P、非光化学淬灭q N、水分利用效率WUE、株高、分枝分蘖数、生物量等参数进行测定。结果表明,在实验范围内,(1)ФPSⅡ和q P共同影响净光合速率,羊草和紫花苜蓿净光合速率对土壤水分的响应不同,紫花苜蓿的土壤水分生态幅要比羊草窄,羊草生长的最适土壤含水量为20%,随着土壤含水量的降低,净光合速率呈单调递减趋势;紫花苜蓿的最适土壤含水量为16%,其净光合速率与土壤含水量之间呈非线性关系,存在明显阈值。(2)适宜土壤含水量有助于羊草和紫花苜蓿株高和分枝分蘖的生长。(3)在土壤水分低于适宜土壤含水量范围时,羊草和紫花苜蓿有相似的响应机制,都通过增加根系生物量来适应环境胁迫。     

呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤CO_2排放特征

采用Li-8150多通道土壤碳通量自动观测系统,于2009年6月—2010年6月对呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸进行连续野外观测,分析该地区土壤CO2通量排放特征.结果表明:生长季内贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最高值出现在13:00—15:00,最低值出现在5:00—6:00,土壤呼吸呈明显的季节变化,与土壤温度和土壤含水量季节动态相吻合.土壤呼吸与各层土壤温度和土壤含水量关系可以用线性模型和指数-乘幂模型来表示;土壤呼吸与各层土壤温度呈显著的指数回归关系,Q10变化范围分别为1.68~2.14和3.03~3.60,非生长季土壤温度对土壤呼吸的影响更为显著;生长季内土壤呼吸与10 cm土壤含水量呈显著正相关.2009和2010年土壤CO2年排放量分别为488.47和507.20 g C·m-2·a-1,生长季排放量约占年排放量的90%.     

水热条件对锡林河流域典型草原退化群落土壤呼吸的影响

 采用碱液吸收法对锡林河流域温带典型草原一退化群落的土壤呼吸进行了测定,并分析了温度和水分对土壤呼吸的影响,结果表明：1）土壤呼吸总体趋势是夏季高,其它季节低,但季节动态呈现不规律的波动曲线;2）气温、地表温度以及5 cm、10 cm、15 cm和25 cm的土壤温度均与土壤呼吸速率呈显著的指数关系,温度对土壤呼吸的影响在低温时比高温时更显著;3）0～10 cm和10～20 cm土层的土壤含水量均与土壤呼吸速率呈显著的线性关系,消除气温的影响后则呈更为显著的乘幂关系;4）根据变量在p=0.05水平上的多元回归分析结果得到关于土壤呼吸与气温和10～20 cm土壤含水量的关系模型：y=5 911.648×e0.04216Ta×M20. 90758 (R2=0.8584,p<0.0001) ,这一模型比单变量模型能更好地解释土壤呼吸的变化情况;5）实验期间土壤呼吸的平均速率为661.35 mgC·m-2·d-1,以气温、地表温度以及5 cm、10 cm、15 cm和25 cm的土壤温度为依据得到的Q10值依次为1.63、1.47、1.52、1.70、1.90、1.97。     

Seasonal Changes in Soil Respiration with An Elevation Gradient in <i>Abies nephrolepis</i> (Trautv.) Maxim. Forests in North China

Soil respiration (Rs) plays an important role in regulating carbon cycle of terrestrial ecosystems and presents temporal and spatial heterogeneity. Abies nephrolepis is a tree species that prefers the cold and wet environment and is mainly distributed in Northeast Asia and East Asia. The Rs variations of Abies nephrolepis forests communities are generally environmental-sensitive and can effectively reflect the adaptive responses of forest ecosystems to climate change. In this study, the growing-seasonal variations of Rs, soil temperature, soil water content and soil properties of Abies nephrolepis forests were analyzed along an altitude gradient (2000, 2100, 2200 and 2300 m) over two years on Wutai Mountain in North China. As the main results showed, soil respiration keeps the same change trend as soil temperature and reached peaks in July at 2000 m in 2019 and 2020. During 26^th July to 25^th October in 2019 and 27^th May to 23^rd October in 2020, on the whole, the soil temperature independently explained 76.2% of Rs variations while the soil water content independently explained 26.8%. Soil temperature and soil water content jointly explained 81.8% of Rs variations. Soil properties explained 61.8% and 69.6% of Rs variation in 2019 and 2020, respectively. Soil organic carbon content and soil enzyme activity had the signifi- cant (P < 0.01) negative and positive relationships, respectively, with Rs variation. With altitudes evaluated from 2000 to 2300 m, soil respiration temperature sensitivity (Q₁0) and the soil organic carbon content increased by 12.4% and 10.4%, respectively, while invertase activity, cellulase activity and urease activity dropped by 41.2%, 29.45% and 38.19%, respectively. The results demonstrate that (1) soil temperature is the major factor affecting Rs variations in Abies nephrolepis forests; (2) weakened microbial carbon metabolism in high-altitude areas results in the accumulation of soil organic carbon; (3) with a higher Q₁, forest ecosystems in high-altitude areas might be more easily affected by climate change; (4) climate warming might accelerate the consumption of soil organic carbon sink in forest ecosystems, especially in high-altitude areas.     

荒漠草原4种典型植物枯落物分解过程中土壤呼吸对短期氮、水变化的响应

土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,对研究干旱半干旱区荒漠草原碳平衡具有重要意义。选取荒漠草原4种典型植物枯落物进行裂区实验,设置氮、水添加实验处理,探讨不同的枯落物地表,短期氮、水处理对荒漠草原土壤呼吸的影响。结果表明,土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最大值出现在10:00—12:00。相同处理间不同枯落物地表和相同枯落物地表不同处理间土壤呼吸在白天和夜间均有差异(P<0.05)。枯落物对土壤呼吸贡献表明,短期不做任何处理的枯落物对土壤呼吸的贡献最大,贡献率高达68%—89%。多因素方差分析显示,氮及氮和水交互作用对土壤呼吸的影响显著。呼吸在降水处理间存在显著差异(P<0.05),表现为减雨(P3)>增雨(P2)>正常(P1);呼吸在氮素处理间存在极显著差异(P<0.001),表现为添氮(N1)>不添氮(N0)。土壤呼吸与土壤温度、土壤湿度拟合发现,短期的氮、水处理下土壤温度与土壤呼吸显著相关(P<0.05),可解释呼吸变化的50.3%—69.9%;土壤湿度对呼吸影响不显著(P>0.05),温度、湿度的交互作用对土壤呼吸的影响显著(...     

长白山红松针阔混交林与开垦农田土壤呼吸作用比较

利用静态箱式法测定长白山红松(Pinus koraiensis)针阔混交林及其开垦农田的土壤呼吸作用。结果表明,两者土壤呼吸作用的日动态和季节动态均主要受温度影响,农田土壤呼吸作用的日变化极值出现时间较林地提前,最大值出现在12∶00左右,比林地提前6 h左右,最小值在凌晨5∶00左右,早于林地2~3 h;在生长季,土壤呼吸速率与10 cm土壤含水量关系不显著,而与土壤5 cm温度呈显著的指数关系;农田土壤温度高于林地,但在整个生长季(5~9月)林地土壤释放CO₂量(2 674.4 g·m^-2)约为农田(1 285.3 g·m^-2)的2倍;观测期间,农田土壤呼吸速率占林地的比例范围在23.4%~76.3%之间,说明土壤呼吸作用还受不同土地利用方式下植被类型等的影响。农田和红松针阔混交林土壤呼吸作用的Q₁₀值分别为3.07和2.92,农田土壤呼吸作用的Q₁₀ 值估计可能偏大。森林转变为农田后,环境、生物因子以及土壤养分含量和物理性质发生改变,共同影响土壤呼吸作用的强度和动态特征。     

水、氮控制对短花针茅草原土壤呼吸的影响

在自然条件下,采用自动CO2通量系统(Li-8100,Li-COR,Lincoln,NE,USA)野外测定短花针茅(Stipa breviflora)草原土壤呼吸速率,并通过回归方程分析不同水分梯度和氮素添加与土壤呼吸速率间的关系。结果表明:(1)短花针茅草原整个生长季,增雨显著提高土壤呼吸速率(P0.05),土壤呼吸速率峰值出现在温度适中,土壤含水量最大的时期(8月初)。(2)从整个生长季来看,相同降雨量下,氮素添加对土壤呼吸速率增加有抑制作用,但在降雨较少的时(5月末到6月中旬,0月份),氮素添加对土壤呼吸速率有较少的促进作用。(3)土壤含水量和土壤呼吸速率的函数模型中一元二次函数模型明显优于线性、指数等模型。一元二次模型能更好地说明土壤呼吸速率的实际变化。     

Water regulated effects of photosynthetic substrate supply on soil respiration in a semiarid steppe

Soil respiration is an important part of the global carbon (C) cycle and the largest component of C flux from terrestrial ecosystems to the atmosphere. Here, we investigated possible effects of photosynthetic substrate supply on soil respiration in a semiarid ecosystem. A field experiment combining water addition and shading (low and high shading) treatments was conducted to manipulate photosynthetic substrate supply in a temperate semiarid steppe in two growing seasons. Our result showed that water addition and/or low shading significantly increased net primary productivity (ecosystem‐level photosynthetic substrate supply) and soil respiration in both two growing seasons. However, the effects of high shading on net primary productivity and soil respiration depended on soil water condition, which were negative in wet year (2008) but positive in dry year (2009). On the diel timescale, soil respiration was out of phase with soil temperature and leaf net photosynthesis, but in phase with leaf sugar and starch contents (leaf‐level photosynthetic substrate production). The results indicated that photosynthetic substrate supply was an important factor in regulating soil respiration on both daily and seasonal timescales. Moreover, its effect on soil respiration increased with increasing water availability in this region. The predominant role of C assimilate supply on soil respiration indicates that the predicted positive influence of rising temperature on soil respiration will be simultaneously mediated by substrate supply and water availability in semiarid steppe ecosystems.     

酸雨对中国陆地生态系统土壤呼吸影响的整合分析

通过整合分析(Meta-analysis)国内外公开发表的81篇模拟酸雨实验论文的2683条有效观测数据,量化了酸雨对中国3个主要陆地生态系统(森林、草地和农田)土壤呼吸(Rs)及其组分(自养呼吸(Ra)、异养呼吸(Rh))的影响。结果表明,酸雨显著降低了Rs(-9.6%)、Rh(-7.7%)和Ra(-11.7%);酸雨pH越低,Rs及其组分的降幅越大;野外实验对Rh和Ra的负效应大于温室实验。酸雨对Rs的负效应在农田最大(-14.7%),草地次之(-10.8%),森林最小(-8.0%);森林Rh、Ra对酸雨的响应与Rs一致,不同林型间差异不显著;草地Rh和Ra在酸雨处理下分别显著降低和增加。Rs、Rh与土壤pH显著正相关,与土壤有机碳(SOC)显著负相关;Rh和Ra分别与地上和地下生物量显著正相关。酸雨对Rs和Ra的负效应随纬度的增加而减弱,随年平均温的升高而增强,对Rs的正效应随年平均降水的降低而增强。研究表明,酸雨不仅降低了土壤pH,抑制了植物生长,减少了植物向土壤的碳输入,还降低了微生物活性,减少了Rh,导致SOC分解降低,因而未显著改变土壤碳库。研究结果将为全球变化背景下我国...     

青藏高原高寒草甸和荒漠碳交换特征及其气象影响机制

以青藏高原玛沁地区高寒草甸和沱沱河地区高寒荒漠草原为观测研究站,利用涡动协方差技术获取高寒生态系统水平上的CO₂通量以及水和能量通量,通过REddyProc、随机森林(Random Forest, RF)进行了数据后处理,探究了不同下垫面典型环境因子对净生态系统CO₂交换量(Net Ecosystem Exchange, NEE)的影响机制。结果表明：1)玛沁高寒草甸在6—7月以吸收为主,表现为碳汇,吸收峰值出现在11:00—12:00(北京时,下同)之间,而在3、4、5、8月以排放为主,表现为碳源,排放峰值出现在21:00—23:00之间;沱沱河高寒荒漠在3—8月以吸收为主,表现为净碳汇,吸收峰值出现在13:00—14:00之间;整个生长季前后(3—8月),玛沁和沱沱河的累计NEE分别为79.50 g C/m²和79.24 g C/m²,都表现为碳汇。2)不同尺度不同下垫面,气象因子对NEE的重要程度不同,小时尺度上,高寒草甸辐射对NEE的重要性最大,高寒荒漠草原蒸散发对NEE的重要性最大;日尺度...