施肥方式对紫色土土壤异养呼吸的影响

采用静态暗箱-气相色谱法于2010年12月至2011年10月对不同施肥方式下的紫色土土壤呼吸进行了研究,以揭示施肥方式对紫色土异养呼吸的影响。结果表明:施肥可对土壤异养呼吸产生激发效应。施肥后第5天出现峰值,猪厩肥处理的异养呼吸峰值为2356.8 mg CO2m-2h-1,显著高于秸秆配施氮磷钾(970.1 mgCO2m-2h-1)和常规氮磷钾处理(406.8 mgCO2m-2h-1)(P0.01);小麦季常规氮磷钾、猪厩肥和秸秆配施氮磷钾处理的平均土壤异养呼吸速率为212.9、285.8和305.8mgCO2m-2h-1,CO2排放量为255.1、342.3和369.5 gC/m2,玉米季为408.2、642.8和446.4 mgCO2m-2h-1,CO2排放量为344.7、542.8和376.9 gC/m2,玉米季土壤异养呼吸平均速率及CO2排放量均高于小麦季。全年平均土壤异养呼吸速率分别为310.6、446.3和377.4 mg CO2m-2h-1,CO2排放总量分别为599.8、885.1和746.4 gC/m2。猪厩肥对土壤异养呼吸速率和CO2排放量的影响最大,秸秆配施氮磷钾肥次之,氮磷钾肥最小,说明有机物料的投入是紫色土土壤异养呼吸速率的主要调控措施,低碳氮比的有机物料能促进土壤异养呼吸和CO2的排放。猪厩肥和秸秆配施氮磷钾肥处理相应地表和地下5 cm温度的Q10值分别为2.64、1.88和2.77、1.99,表明低碳氮比的有机物料还能增加土壤异养呼吸Q10值,使土壤异养呼吸速率对温度的敏感性加强。     

施石灰对杉木人工林土壤呼吸及其温度敏感性的影响

我国酸沉降主要分布区域与杉木人工林主要分布区域重合,石灰添加是改良酸化土壤的有效措施。为探究酸沉降背景下施石灰对土壤呼吸及其温度敏感性的影响,本研究以杉木人工林土壤为对象,在2018年6月一次性添加0、1和5 t·hm^-2的氧化钙,于2020年6月开始进行为期一年的原位土壤呼吸速率观测。结果表明：与不施石灰相比,施石灰显著提高了土壤pH值和交换性Ca²⁺含量,不同石灰施用量之间无显著差异。杉木人工林土壤呼吸及其组分具有明显的季节差异,表现为夏季最高,冬季最低,施石灰未显著改变其季节动态特征。施石灰显著降低了土壤异养呼吸速率,提高了自养呼吸速率,最终导致施石灰对土壤呼吸无显著影响。土壤呼吸月动态变化与温度月动态变化基本保持一致,土壤呼吸与土壤温度呈显著的指数关系,施石灰后土壤呼吸及自养呼吸的温度敏感性(Q₁₀)呈上升趋势,土壤异养呼吸的Q₁₀呈下降趋势。综上,施石灰提高了杉木人工林土壤自养呼吸,显著降低了土壤异养呼吸,这有利于杉木人工林土壤固碳。     

土壤异养呼吸的测定及其温度敏感性影响因子

土壤异养呼吸主要指土壤中微生物分解有机质释放CO2的过程,是陆地生态系统中土壤碳的主要净输出途径,土壤异养呼吸与净初级生产力的差值是决定生态系统碳源/汇的关键.本文介绍了土壤异养呼吸的测定方法--室内培养的去根土壤样品培养和原状土柱培养,以及野外原位测定的根排除法、环割法和同位素法等操作方法的优缺点以及适用范围.在土壤异养呼吸的研究方面,土壤异养呼吸温度敏感性(Q10)是碳循环研究的重要方面之一,温度、水分以及土壤呼吸底物是影响Q10的主要因子,一般情况下,随着温度的升高,Q10下降;土壤含水量过低或过高时,Q10降低;土壤有机碳的有效性影响着土壤异养呼吸对温度变化的响应程度,当有效性降低时Q10下降,不同周转时间的有机碳的温度敏感性也不相同,活性有机碳的温度敏感性较惰性有机碳的温度敏感性低.     

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。     

高寒草甸土壤呼吸及其组分对氮添加的响应

本研究比较了青藏高原高寒草甸土壤呼吸速率(Rs)、自养呼吸速率(Ra)和异养呼吸速率(Rh)随施氮梯度的变化,揭示土壤呼吸及其组分变化的主要影响因素,为评价未来氮沉降背景下高寒草甸土壤碳释放提供科学依据。于2014年在四川红原青藏高原高寒草甸建立长期氮素添加平台,采取完全随机区组试验设计,设置0(N0,对照)、2(N2)、4(N4)、8(N8)、16(N16)和32 g N·m^-2·a^-1(N32)6个水平氮素添加控制实验。于2020年生长季对Rs、Ra和Rh进行监测。结果表明：施氮显著降低了土壤呼吸及其组分(P<0.05),且Ra的下降幅度大于Rh,导致Rh/Rs随施氮水平逐渐上升;不同施氮处理下Ra和Rh与土壤温度均呈显著的指数正相关(P<0.05);施氮降低了Ra的温度敏感性(Q₁₀),但提高了Rh的Q₁₀值;土壤呼吸各组分与土壤湿度的关系均不显著,但土壤温度和土壤湿度双因子模型对Ra和Rh的解释度高于单因素模型。本研究揭示了高寒草甸土壤呼吸及其组分对氮添加的响应特征及机制,可为评...     

氮添加对高寒草甸土壤微生物呼吸及其温度敏感性的影响

土壤氮素的可利用性是控制土壤微生物呼吸的重要因素之一,大量研究已经表明增加土壤活性氮的含量可以降低微生物呼吸,但是土壤氮输入对土壤微生物呼吸温度敏感性的影响还不清楚。以青藏高原高寒草甸为研究对象,通过野外施氮试验和室内控制试验相结合的方式,在5℃、15℃和25℃条件下对3种施氮水平的土壤(对照,0g N m~(-2)a~(-1);低氮,5g N m~(-2)a~(-1);高氮,15g N m~(-2)a~(-1))进行培养,探讨土壤微生物呼吸及其温度敏感性对不同氮添加水平的响应情况。结果表明:(1)3个温度培养下的土壤微生物呼吸速率和累积碳释放量均随施氮量的增加而显著降低(P0.05);(2)氮添加对5℃和15℃培养条件下的微生物呼吸温度敏感性没有显著影响,但显著地增加了15℃和25℃培养条件下的微生物呼吸温度敏感性(P0.05);(3)线性相关分析表明,土壤累积碳释放量与土壤有机碳的难降解性显著负相关(P0.05),而15℃和25℃培养条件下的微生物呼吸温度敏感性与土壤有机碳的难降解性显著正相关(P0.05)。结果表明,在全球气候变暖的背景下,土壤氮输入将增加预测青藏高原高寒草甸地区土壤碳排放的不确定性。     

土壤呼吸温度敏感性的影响因素和不确定性

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要环节之一, 其对温度升高的敏感程度在很大程度上决定着全球气候变化与碳循环之间的反馈关系。为了深刻理解地下生态过程对气候变化的响应和适应,本文综述了土壤呼吸温度敏感性（Q10）的影响因子及其内在机制,并分析了当前研究存在的不确定性。土壤生物、底物质量和底物供应显著调控着土壤呼吸的Q10值,但研究结论仍然有很大差异。温度和水分等环境因子则通过对土壤生物和底物的影响而作用于土壤呼吸的温度敏感性,一般情况下,随着温度的升高,土壤呼吸的Q10值下降;水分过高或过低时Q10值降低。另外本文从土壤温度测定深度、时空尺度、土壤呼吸不同组分温度敏感性差异、激发效应以及采用方法的不同等几方面分析了温度敏感性研究存在的不确定性。并在此基础上, 指出了未来拟重点加强的研究方向:（1）土壤呼吸不同组分温度敏感性差异的机理;（2）底物质量和底物供应对温度敏感性的交互影响;（3）生物因子对土壤呼吸温度敏感性的影响。     

两种农田土壤不同组分呼吸及其温度敏感性

为探讨农田土壤不同组分呼吸及其对温度变化的响应,选取山东平邑旱耕土和湖南桃江水稻土为供试土壤,设置4个温度水平(5、15、25、35 ℃),对两种土壤的轻组、重组及全土进行63 d的培养试验.结果表明: 两种土壤全土的呼吸均高于轻组和重组.旱耕土重组的呼吸高于轻组,水稻土重组和轻组的呼吸在5～25 ℃温度水平下无显著差异,但35 ℃下重组高于轻组.在不同温度水平下,旱耕土轻组、重组和全土累积呼吸量分别占其初始碳的0.3%～2.8%、0.4%～3.7%和0.6%～7.0%,水稻土分别占其初始碳的0.4%～3.0%、0.3%～3.8%和0.7%～5.3%.两种土壤全土及轻、重组呼吸的温度敏感性(Q₁₀)均随温度升高和培养时间延长而降低;水稻土重组的Q₁₀高于轻组,旱耕土重组和轻组Q₁₀的差异无明显规律.在5～25 ℃温度水平下,旱耕土全土Q₁₀显著高于水稻土,但在25～35 ℃下低于水稻土.说明平邑旱耕土有机碳矿化强度高于桃江水稻土,且对温度变化的响应总体比水稻土更敏感.     

鄂东南低丘马尾松林和枫香林土壤异养呼吸及温湿度敏感性

采用野外监测方法,研究了鄂东南低丘地区主要森林类型枫香林和马尾松林土壤异养呼吸、土壤温湿度的年动态;并通过室内试验研究了土壤呼吸随土壤深度的变化以及表层土壤(0～5 cm)异养呼吸的温湿度敏感性,建立了表层土壤异养呼吸的温湿度响应模型,探讨全球温暖化对该区土壤异养呼吸的潜在影响.结果表明:枫香林和马尾松林0～5 cm土壤呼吸速率分别是5～10 cm、10～15 cm层的2.39、2.62倍和2.01、2.94倍,说明土壤异养呼吸主要发生在土壤表层(0～5 cm);枫香林和马尾松林0～5 cm、5～10 cm及10～15 cm土壤的Q10分别是2.10、1.86、1.78和1.86、1.77、1.44;枫香林和马尾松林表层土壤呼吸对温度(T)的响应符合指数模型[R=αexp(βT)],对湿度(W)的响应符合二次函数模型(R=a+bW+cW2);0～5 cm土壤对温湿度双因子的响应符合lnR=a+bW+cW2+dT+eT2模型,且异养呼吸对湿度的响应具有温度依赖性,即在高温下敏感,低温下敏感性下降;应用表层土壤异养呼吸温湿度模型预测枫香林和马尾松林土壤异养呼吸年动态及总量,枫香林土壤异养呼吸量的模拟值比实测值略高...     

不同土地利用方式下土壤呼吸及其温度敏感性

采用静态箱-气相色谱法对四川盆地中部紫色土丘陵区3种土地利用方式（林地、草地和轮作旱地）土壤呼吸进行测定,结果表明,林地、草地和旱地土壤呼吸速率变化范围分别为78．63～577．97、39．28～584．18和34．48～484．65mgCO2·m^-2·h^-1,年平均土壤呼吸速率分别为264．68、242．91、182．21mgCO2·m^-2h^-1。3种土地利用方式的土壤呼吸速率季节变化趋势均呈单峰曲线,林地和草地土壤呼吸速率最大值均出现在夏末（7月底与8月初之间）,旱地土壤呼吸速率最大值出现的时间比林地和草地要早,在6月底与7月初之间;最小值均出现在12月底与翌年1月初之间。土壤温度和土壤湿度是影响本地区土壤呼吸的主要因子,双因素关系模型（R=αe^bTw^c）较好地拟合了土壤温度和土壤湿度对土壤呼吸的影响,二者共同解释了土壤呼吸变化的64％～90％。土壤呼吸的温度敏感性指数Q10值受土壤（5cm处）温度和土壤（0～10cm）湿度的影响。分析表明3种土地利用土壤的Q10值与土壤温度呈显著负相关关系,而与土壤湿度呈显著正相关关系。     

短期施氮肥降低杉木幼林土壤的根系和微生物呼吸

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要过程。在人工林生态系统中, 施肥不仅能提高人工林的生产力和固碳能力, 而且还会对土壤呼吸产生影响。为阐明施氮肥对人工林土壤总呼吸、根系和微生物呼吸的影响, 在中亚热带地区的湖南会同, 以5年生杉木(Cunninghamia lanceolata)幼林为研究对象, 施氮肥1年后, 利用LI-8100对土壤呼吸进行为期12个月的野外原位定点观测。结果发现: 施氮肥使土壤总呼吸、根系呼吸和微生物呼吸分别降低了22.7%、19.6%和23.5%; 土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)为1.81-2.04, 施肥使土壤微生物呼吸的Q₁₀值从对照的2.04降低为1.84, 但土壤总呼吸的Q₁₀值没有发生显著变化; 施肥没有改变土壤呼吸的季节变化, 在双因素模型中, 土壤温度和含水量可以解释土壤呼吸季节变化的69.9%-79.7%。研究表明施氮肥能降低中亚热带地区杉木人工林土壤有机碳分解对温度升高的响应, 在全球变暖背景下有利于增加土壤有机碳储量。     

Short-term nitrogen fertilization decreased root and microbial respiration in a young Cunninghamia lanceolata plantation

Aims As the primary pathway for CO₂ emission from terrestrial ecosystems to the atmosphere, soil respiration is estimated to be 80 Pg C·a^-1 to 100 Pg C·a^-1, equivalent to 10 fold of fossil fuel emissions. As an important management practice in plantation forests, fertilization does not only increase primary production but also affects soil respiration. To investigate how nitrogen (N) fertilization affects total soil, root and microbial respiration, a N fertilization experiment was conducted in a five-year-old Cunninghamia lanceolata plantation in Huitong, Hunan Province, located in the subtropical region. MethodsOne year after fertilization, soil respiration was monitored monthly by LI-8100 from July 2013 to June 2014. Soil temperature and water content (0-5 cm soil depth) were also measured simultaneously. Available soil nutrients, fine root biomass and microbial communities were analyzed in June 2013. Important findings Total soil, root and microbial respiration rates were 22.7%, 19.6%, and 23.5% lower in the fertilized plots than in the unfertilized plots, respectively. The temperature sensitivity (Q₁₀) of soil respiration ranged from 1.81 to 2.04, and the Q₁₀ value of microbial respiration decreased from 2.04 in the unfertilized plots to 1.84 in the fertilized plots. However, neither the Q₁₀ value nor the patterns of total soil respiration were affected by N fertilization. In the two-factor model, soil temperature and moisture accounted for 69.9%-79.7% of the seasonal variations in soil respiration. These results suggest that N fertilization reduces the response of soil organic carbon decomposition to temperature change and may contribute to the increase of soil carbon storage under global warming in subtropical plantations.     

青藏高原东缘亚高山针叶林人工恢复过程中的土壤呼吸特征

采用动态密闭气室红外CO₂分析法,对青藏高原东缘云杉人工林的土壤呼吸进行连续定位测定,并用挖壕沟法区分土壤自养呼吸和异养呼吸.结果表明:4种云杉林的土壤呼吸速率与土壤5 cm层温度有显著的正指数关系,与土壤含水量的相关性不显著.4种云杉林土壤呼吸年通量在792.08～1070.20 g C·m^-2·a^-1,大小依次为：天然云杉林＞22年生云杉人工林＞65年生云杉人工林＞35年生云杉人工林,随着人工林的恢复呈先降低后升高的趋势.在森林恢复过程中,人工云杉土壤自养和异养呼吸年通量均先减少后增加, 在253.36～357.05 g C·m^-2·a^-1和538.69～703.82 g C·m^-2·a^-1范围变化.22年生、35年生、65年生云杉人工林和天然云杉林非生长季 （2007-11-2008-03）和生长季（2008-04-2008-10）的Q₁₀值分别为：4.59、6.54、4.77、3.18和4.17、4.66、3.11、2.74.除22年生云杉人工林,Q₁₀值随云杉林的恢复更新而逐渐降低, 且非生长季节Q₁₀值均明显高于生长季节.     

Differential responses of auto‐ and heterotrophic soil respiration to water and nitrogen addition in a semiarid temperate steppe

Evaluating how autotrophic (SR_A), heterotrophic (SR_H) and total soil respiration (SR_TOT) respond differently to changes of environmental factors is critical to get an understanding of ecosystem carbon (C) cycling and its feedback processes to climate change. A field experiment was conducted to examine the responses of SR_A and SR_H to water and nitrogen (N) addition in a temperate steppe in northern China during two hydrologically contrasting growing seasons. Water addition stimulated SR_A and SR_H in both years, and their increases were significantly greater in a dry year (2007) than in a wet year (2006). N addition increased SR_A in 2006 but not in 2007, while it decreased SR_H in both years, leading to a positive response of SR_TOT in 2006 but a negative one in 2007. The different responses of SR_A and SR_H indicate that it will be uncertain to predict soil C storage if SR_TOT is used instead of SR_H to estimate variations in soil C storage. Overall, N addition is likely to enhance soil C storage, while the impacts of water addition are determined by its relative effects on carbon input (plant growth) and SR_H. Antecedent water conditions played an important role in controlling responses of SR_A, SR_H and the consequent SR_TOT to water and N addition. Our findings highlight the predominance of hydrological conditions in regulating the responses of C cycling to global change in the semiarid temperate steppe of northern China.     

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%.     

Carbon losses due to soil warming: Do autotrophic and heterotrophic soil respiration respond equally?

Global warming has the potential to increase soil respiration (R_S), one of the major fluxes in the global carbon (C) cycle. R_S consists of an autotrophic (R_A) and a heterotrophic (R_H) component. We combined a soil warming experiment with a trenching experiment to assess how R_S, R_A, and R_H are affected. The experiment was conducted in a mature forest dominated by Norway spruce. The site is located in the Austrian Alps on dolomitic bedrock. We warmed the soil of undisturbed and trenched plots by means of heating cables 4 °C above ambient during the snow‐free seasons of 2005 and 2006. Soil warming increased the CO₂ efflux from control plots (R_S) by ∼45% during 2005 and ∼47% during 2006. The CO₂ efflux from trenched plots (R_H) increased by ∼39% during 2005 and ∼45% during 2006. Similar responses of R_S and R_H indicated that the autotrophic and heterotrophic components of R_S responded equally to the temperature increase. Thirty‐five to forty percent or 1 t C ha⁻¹ yr⁻¹ of the overall annual increase in R_S (2.8 t C ha⁻¹ yr⁻¹) was autotrophic. The remaining, heterotrophic part of soil respiration (1.8 t C ha⁻¹ yr⁻¹), represented the warming‐induced C loss from the soil. The autotrophic component showed a distinct seasonal pattern. Contribution of R_A to R_S was highest during summer. Seasonally derived Q₁₀ values reflected this pattern and were correspondingly high (5.3–9.3). The autotrophic CO₂ efflux increase due to the 4 °C warming implied a Q₁₀ of 2.9. Hence, seasonally derived Q₁₀ of R_A did not solely reflect the seasonal soil temperature development.     

施肥对麻栎人工林碳密度及休眠期土壤呼吸的影响

以安徽省滁州市红琊山林场麻栎人工林为研究对象,测定了4种施肥处理(0、0.15、0.30和0.45kg·株-1)林分碳密度,并采用开沟隔离法对不同处理林分休眠期土壤呼吸组分进行测定。结果表明:4种施肥处理林分总碳密度分别为73.68、84.49、87.20和91.70t·hm-2。与对照相比,各施肥处理麻栎树干碳密度、树枝碳密度和枯落物碳密度均有极显著提高(P<0.01)。不同处理林分的土壤总呼吸速率和异养呼吸速率随着施肥量增加呈递增趋势,施肥量为0.45kg·株-1样地土壤总呼吸速率和异养呼吸速率较对照样地分别增加了48.9%和38.6%。不同施肥样地土壤异养呼吸对土壤总呼吸的贡献率远大于根系呼吸,施肥量为0、0.15、0.30和0.45kg·株-1时分别是根系呼吸的5.0、3.8、3.4和3.2倍。土壤呼吸受生物因子和非生物因子共同调控,在所选取的4个指标中(土壤含水量、土壤C/N、根生物量和枯落物有机碳含量),土壤含水量和枯落物有机碳含量与土壤总呼吸及土壤异养呼吸速率均有显著相关性(P<0.05)。     

锐齿栎林年龄序列土壤呼吸组分特征研究

林龄作为影响土壤呼吸的因素已是碳循环关注的热点问题之一,且林龄在模拟演替及长期碳动态的监测过程中发挥重要作用。该研究采用Li-Co-r8100土壤呼吸仪,研究林龄对土壤呼吸通量及其组分的影响。结果表明：锐齿栎林年龄序列(40 a,80 a,>160 a)及不同组分的土壤呼吸速率都表现出明显的单峰型季节动态,且与5 cm土壤温度呈显著指数相关。这可能是由于温度变化影响土壤生物活性引起的,土壤温度与土壤呼吸关系的指数方程可以解释80％以上的土壤呼吸变化。土壤呼吸及其不同组分在林龄间均无明显差异,土壤呼吸对温度的敏感性在锐齿栎林年龄序列及各组分间也无显著差异,这可能与林龄间土壤特性、森林生产力、微环境条件等相差不大有关。加倍凋落物的累计土壤呼吸通量显著( P<0.05)高于对照、断根和去除凋落物处理的累积呼吸量,说明增加凋落物输入为土壤提供了更丰富的养分,改善了样地微环境,有利于激发土壤微生物活性。锐齿栎林累计土壤呼吸通量与土壤有机碳( SOC)、细根生物量( FR)和微生物呼吸( MR)也显著相关,表明该地区土壤特性以及地下新陈代谢能很好地解释锐齿栎林土壤呼吸格局。