中国东部亚热带森林土壤呼吸的时空格局

土壤呼吸是陆地碳循环中仅次于全球总初级生产力的第二大碳通量途径, 揭示土壤呼吸的时空格局对整个陆地碳循环具有重要意义。该文在中国东部亚热带季风气候区, 按纬度梯度由南向北选取深圳梧桐山、杨东山十二度水保护区、宁波天童山3个区域作为研究对象, 于2009年8月至2010年10月测定了不同季节各个区域内代表性植被类型的土壤呼吸速率及地下5 cm处土壤温度, 旨在初步了解中国东部亚热带森林地区土壤呼吸的时空格局及其影响因素。结果显示: 3个区域的土壤呼吸速率均存在显著的季节变化, 其变幅为2.64-6.24 μmol CO₂·m ^-2·s^-1, 总体趋势和地下5 cm处土壤温度的季节变化一致, 均为夏季最高冬季最低; 土壤温度的变化可以解释不同样地土壤呼吸季节变化的58.3%-90.2%; 各样地全年的Q₁₀值从1.56到3.27; 通过离样地最近的气象站点的日平均气温与试验样地地下5 cm处土壤温度之间的线性正相关关系推算出日土壤温度的变化, 利用土壤呼吸速率和地下5 cm处土壤温度之间的指数关系, 估算出各样地全年的土壤CO₂通量为1 077-2 058 g C·m^-2·a^-1, 在全球所有生态系统类型中处于较高水平。     

玉米地土壤呼吸作用对土壤温度和生物因子协同作用的响应

基于2005年玉米(Zea mays)生长季土壤呼吸作用及其影响因子的动态观测资料,分析了玉米地土壤呼吸作用的日和季动态及其对土壤温度和生物因子协同作用的响应。结果表明,玉米地土壤呼吸作用的日变化为不对称的单峰型,其最小值和最大值分别出现在6∶00~7∶00和13∶00左右;玉米生长季中,土壤呼吸速率波动较大,其均值为3.16 μmol CO₂·m^-2·s^-1,最大值为4.87 μmol CO₂·m^-2·s^-1,出现在7月28日,最小值为1.32 μmol CO₂·m^-2·s^-1,出现在5月4日。在土壤呼吸作用日变化中,土壤呼吸速率(SR)与10 cm深度土壤温度(T)呈显著的线性关系:SR=αT+β。在整个生长季节,玉米净初级生产力(NPP)与直线斜率(α)呈显著正相关,生物量(B)也明显影响直线的截距(β)。基于此,建立了玉米地土壤呼吸作用动态模型SR=(aNPP+b)T+cB²+dB+e。土壤呼吸作用季节变化的大部分(97%)可以由土壤温度、NPP和生物量的季节变化来解释。当仅考虑土壤温度对土壤呼吸作用的影响时,指数方程会过大或过小地估计了土壤呼吸强度。该文的结果强调了生物因子在土壤呼吸作用季节变化中的重要作用,同时指出土壤呼吸作用模型不仅要考虑土壤温度的影响,在生物因子影响土壤呼吸作用的温度敏感性时,还应该把生物因子纳入模型。     

人工陆桥岛屿系统土壤呼吸速率及其影响因子

研究片段化森林中土壤呼吸速率的格局对进一步揭示陆地生态系统碳循环具有重要意义。本研究以千岛湖人工陆桥岛屿系统不同生境(岛屿与大陆,岛屿边缘与岛屿内部)为对象,分析了土壤呼吸速率的季节动态变化规律及其与土壤理化因子的关系。结果表明: 1)土壤呼吸速率在不同季节差异显著。夏季(3.74 μmol·m^-2·s^-1)>秋季(2.30 μmol·m^-2·s^-1)>春季(1.82 μmol·m^-2·s^-1)>冬季(1.40 μmol·m^-2·s^-1)。2)森林片段化对土壤呼吸速率产生显著影响,岛屿土壤呼吸速率(2.37 μmol·m^-2·s^-1)显著高于大陆(2.08 μmol·m^-2·s^-1);岛屿边缘土壤呼吸速率(2.46 μmol·m^-2·s^-1)显著高于岛屿内部(2.03 μmol·m^-2·s^-1)。3)土壤温度显著促进了土壤呼吸速率,并作为主要因子解释了56.1%的变化。4)土壤呼吸速率与土壤全碳、铵态氮含量和地表植被覆盖率呈显著正相关。土壤全碳和铵态氮含量在岛屿边缘显著高于岛屿内部。综上,森林片段化促进了土壤呼吸速率,而土壤理化因子的变化是其主要原因。     

长白山高山苔原季节性雪斑土壤呼吸对温度响应的模拟研究

利用LI-8100土壤呼吸测定系统, 在室内控制温度条件下测定了长白山高山苔原季节性雪斑大白花地榆(Sanguisorba sitchensis (=S. stipulata))群落土壤呼吸对温度的响应过程, 并根据野外连续测定的全年温度, 估算了雪斑群落土壤呼吸的季节变化, 同时模拟气温升高对土壤呼吸的影响。雪斑土壤温度全年大部分时间维持在0 ℃以上, 极端温度变动幅度不超过20 ℃。模拟计算了10 cm深土壤的呼吸强度, 海拔2 036 m处为307.1 g C·m^-2·a^-1, 海拔2 260 m处的呼吸量为270.9 g C·m^-2·a^-1。由于积雪时间长, 冬季呼吸占很大比例, 而且随着海拔的升高比例加大。从海拔2 036 m到2 260 m, 积雪期土壤呼吸分别占全年的42.5% (125.4 g C·m^-2·a^-1)和49.7% (128.7 g C·m^-2·a^-1)。模拟气温升高1 ℃并假设积雪时间减少20天, 冬天的呼吸量减少8%左右, 但全年总呼吸量增加8%左右。升温后, 平均增加的呼吸量为0.25 g C·kg^-1·a^-1 (或22.65 g C·m^-2·a^-1), 冬季呼吸量减少0.118 g C·kg^-1·season^-1 (或10.81 g C·m^-2·season^-1)。     

环境因子和生物因子对黄河三角洲滨海湿地土壤呼吸的影响

采用Li-8150多通道土壤呼吸自动测量系统对黄河三角洲滨海湿地土壤呼吸进行全年连续测定,同步测量了温度、土壤含水量、地上生物量以及叶面积指数等环境因子和生物因子.结果表明: 土壤呼吸日动态在全年尺度上多呈单峰型,但在受到土壤封冻和地表积水干扰时,土壤呼吸日动态呈多峰型.土壤呼吸具有明显的季节动态特征,总体呈单峰型,年平均土壤呼吸速率为0.85 μmol CO₂·m^-2·s^-1,生长季平均土壤呼吸速率为1.22 μmol CO₂·m^-2·s^-1.在全年尺度上,土壤温度是滨海湿地土壤呼吸的主要控制因子,可解释全年土壤呼吸87.5%的变化.在生长季尺度上,土壤含水量和叶面积指数对土壤呼吸的协同影响达到85%.     

中国南方典型地区油-稻轮作条件下大气SO2干沉降速率动态变化

以1998年11月～1999年10月中国科学院红壤生态试验站农田小气候观测站气象梯度资料(温度、风速、气压),计算近地面湍流特征参数(u^*、θ^*、L),然后采样阻力模式计算SO₂干沉降速率(V_d),研究了该地油-稻轮作条件下大气SO₂干沉降V_d动态变化。结果表明,一年中大气SO₂于沉降V_d时平均年均值0.124～0.897cm·s^-1(mean±SE=0.507±0.167cm·s^-1).一年中大气SO₂干沉降V_d存在如下规律性:白天>晚上。3～8月份SO₂V_d平均值(0.611cm·s^-1大于9～12、1～2月份SO₂V_d平均值(0.401cm·s^-1)。水稻生长期间(0.605±0.093cm·s^-1)>油菜(0.491±0.166cm·s^-1)>休闲(0.342±0.174cm·s^-1)。     

渭河平原农田冬小麦土壤呼吸及其影响因素

基于对半湿润易旱区的渭河平原农田2013—2014年冬小麦生长期土壤呼吸(SR)及环境因子和生物因子的观测,研究了冬小麦土壤呼吸日变化、季节变化特征,综合分析了温度(T)、土壤含水量(W)、总初级生产力(GPP)和叶面积指数(LAI)对土壤呼吸的影响.结果表明: 冬小麦土壤呼吸日变化呈单峰型,呼吸速率变化范围为1.5～6.94 μmol CO₂·m^-2·s^-1,最大值出现在12:00—14:00;温度是影响土壤呼吸日变化的驱动因子,其中地表温度(T_s)能解释土壤呼吸时间变异的80.9%;土壤呼吸速率与温度的昼夜变化对应关系呈顺时针近椭圆曲线.冬小麦土壤呼吸速率从出苗后到冬季呈下降趋势,在冬季时保持较低水平,进入返青期后迅速增加,在抽穗期和灌浆期达到最大,成熟期后有所下降,变化范围为0.65～4.85 μmol CO₂·m^-2·s^-1;土壤呼吸季节变化与温度、土壤含水量、GPP、LAI均呈显著(P<0.01)正相关关系;土壤温度和水分是影响土壤呼吸季节变化的关键因素,使用复合模型SR=e^{(a+bT_{5 cm}}+cW10 cm+dW_{10 cm²}),可以解释土壤呼吸时间变异的82.6%,比单因子模型(不超过65.7%)的解释能力显著提高.经模型计算,该区域2013—2014年冬小麦生长期平均土壤呼吸速率为1.67 μmol CO₂·m^-2·s^-1.     

秦岭小陇山锐齿栎林皆伐迹地土壤呼吸特征

2011年5月-2012年4月,利用Li-6400系统测定秦岭小陇山锐齿栎林皆伐迹地的土壤呼吸速率,研究锐齿栎林皆伐迹地土壤呼吸速率日动态、月动态和土壤温湿度以及土壤理化性质对土壤呼吸的影响.结果表明： 皆伐迹地和锐齿栎对照林地的土壤呼吸日动态和月动态均表现为单峰曲线,与土壤温度变化趋势相似;皆伐迹地和对照林地土壤呼吸速率的月均最大值均出现在7月,分别为4.63和4.01 μmol·m^-2·s^-1,月均最小值均出现在2月,分别为0.10和0.30 μmol·m^-2·s^-1;皆伐后4～6个月,皆伐迹地土壤呼吸速率月均值大于对照林地,此后则小于对照林地;土壤温度、湿度及二者交互作用的多元回归模型能够解释皆伐迹地土壤呼吸速率变化的89.6%～90.8%,解释对照林地的94.7%～95.5%;利用指数方程计算两样地土壤呼吸的Q₁₀值,皆伐迹地和对照林地土壤呼吸的Q₁₀值分别为3.47～4.22和3.54～3.96;皆伐迹地和对照林地年土壤碳释放量分别为344.8和512.9 g·m^-2,冬季土壤碳释放量分别为24.2和40.9 g·m^-2,占全年的7.0%和8.0%.     

沼泽湿地垦殖前后土壤温度变化及其对土壤热状况的影响

沼泽湿地具有重要的生态与环境功能,其对全球气候变化较为敏感,土壤温度变化能够很好地指示气候的波动.沼泽湿地土壤温度呈明显的"正弦曲线"型年、季动态,不同深度土壤年均温度呈"U"型特征.5～9月份沼泽湿地10 cm土壤平均温度为11.69±3.04℃,垦殖后农田土壤为1.80±3.41℃.沼泽湿地土壤8、9月份土壤呼吸分别为156.41±76.91 mg·m^-2·h^-1和116.75±57.43 m^-2·h^-1,是同时期农田土壤呼吸通量的14.6%和13.1%,土壤温度与土壤呼吸通量呈显著正相关关系.     

沼泽湿地垦殖前后土壤温度变化及其对土壤热状况的影响

沼泽湿地具有重要的生态与环境功能,其对全球气候变化较为敏感,土壤温度变化能够很好地指示气候的波动.沼泽湿地土壤温度呈明显的"正弦曲线"型年、季动态,不同深度土壤年均温度呈"U"型特征.5～9月份沼泽湿地10 cm土壤平均温度为11.69±3.04℃,垦殖后农田土壤为1.80±3.41℃.沼泽湿地土壤8、9月份土壤呼吸分别为156.41±76.91 mg·m^-2·h^-1和116.75±57.43 m^-2·h^-1,是同时期农田土壤呼吸通量的14.6%和13.1%,土壤温度与土壤呼吸通量呈显著正相关关系.     

长白山生态功能区气候变化特征

为探究长白山生态功能区气候变化特征,本研究利用区域内及周边36个气象站数据与CN05.1格点数据集,采用线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验、累积距平法、Morlet小波分析等方法研究1961—2016年长白山生态功能区内温度(平均气温、四季气温、极端气温)、水分(年降水量、四季降水量、降水日数、相对湿度)、光照(日照时数与日照百分率)和风速因子的时空变化规律.结果表明: 1961—2016年,长白山生态功能区气温升高、日照减少、风速减弱、降水量周期振荡变化.其中,冬季气温[0.45 ℃·(10 a)^-1]与最低温度[0.74 ℃·(10 a)^-1]大幅上升.年平均风速显著降低[-0.21 m·s^-1·(10 a)^-1]但并未发生气候突变.年降水日数大幅降低[-7.01 d·(10 a)^-1],使其与东北地区气候变化特点有所不同.虽然功能区内年降水量倾向率为16.06 mm·(10 a)^-1,但不能以简单的趋势增加或减少来描述降水量变化特征,功能区内降水量变化以26年长周期叠加3年的短周期为主.研究结果对区域生态评估、生态系统响应气候变化、物候变化等研究具有指示意义.     

基于雅砻江两种裂腹鱼游泳能力的鱼道设计

为探究雅砻江两种裂腹鱼的游泳能力,给过鱼设施设计和鱼类游泳行为学研究提供基础参数,本研究采用递增流速法对长丝裂腹鱼、齐口裂腹鱼的感应流速、临界游泳速度、突进游泳速度进行测试,采用固定流速法对长丝裂腹鱼的耐久游泳速度进行测试。结果表明: 长丝裂腹鱼与齐口裂腹鱼的感应流速随着体长的增加均出现了先增加后平稳的趋势,但最大感应流速均小于0.2 m·s^-1;长丝裂腹鱼的临界游泳速度与突进游泳速度分别为(0.81±0.20)和(1.49±0.26) m·s^-1,相对临界游泳速度为(4.90±1.73) BL·s^-1,相对突进游泳速度为(9.77±1.72) BL·s^-1(BL为体长);齐口裂腹鱼的临界游泳速度与突进游泳速度分别为(0.73±0.24)和(1.17±0.39) m·s^-1,相对临界游泳速度为(6.88±2.82) BL·s^-1,相对突进游泳速度为(11.75±2.77) BL·s^-1。耐久测试发现,随着流速增加(0.7～1.5) m·s^-1,长丝裂腹鱼持续游泳时间与水流速度呈负相关,疲劳时间(T)与水流速度(V)的关系可以拟合为lgT=-2.52V+5.59,预测鱼道长度(d)与鱼道内可通过的最大平均水流速度(V_fmax)的关系式为V_{f max}=-0.17lnd+1.74。根据试验结果,当以长丝裂腹鱼和齐口裂腹鱼为主要过鱼对象时,建议鱼道内最小水流速度应大于0.2 m·s^-1,进口及竖缝处水流速度为0.73～1.67 m·s^-1,休息池主流水流速度为0.2～0.7 m·s^-1。     

冬麦田臭氧干沉降过程的观测

地表臭氧作为近地层最主要的大气污染物之一,其不断上升的浓度及其对粮食作物的影响受到越来越多的关注.本研究利用微气象学观测方法,探明自然条件下冬麦田的臭氧沉降过程,分析了影响臭氧沉降过程的环境因子.结果表明: 观测期内(小麦生长旺期)臭氧通量均值为-0.35 μg·m^-2·s^-1(负号表示沉降方向指向地面),臭氧沉降平均速率为0.55 cm·s^-1,空气动力学阻力均值为30 s·m^-1,粘性副层阻力均值为257 s·m^-1,冠层阻力均值为163 s·m^-1,且均存在明显的日变化趋势.臭氧沉降阻力大小受摩擦速度、太阳辐射强度、温度和相对湿度等因素的影响.     

库布齐东缘沙漠化逆转过程中土壤呼吸及其温度敏感性变化

为研究沙漠化逆转过程对土壤呼吸速率(R_s)及其温度敏感性(Q₁₀)的影响,在库布齐沙漠东缘选取流动沙地、半固定沙地、藻结皮固定沙地、地衣结皮固定沙地和苔藓结皮固定沙地5个不同逆转阶段,采用静态暗箱-气相色谱法测定不同阶段样地R_s并计算Q₁₀,并同步分析环境因子对R_s的影响。结果表明: 随沙地固定和植被演替,R_s逐渐增大,表现为苔藓结皮固定沙地(0.78 μmol·m^-2·s^-1)>地衣结皮固定沙地(0.67 μmol·m^-2·s^-1)>藻结皮固定沙地(0.46 μmol·m^-2·s^-1)>半固定沙地(0.42 μmol·m^-2·s^-1)>流动沙地(0.29 μmol·m^-2·s^-1),且R_s均为生长季大于非生长季。Q₁₀值规律相反,为流动沙地(3.28)>半固定沙地(2.93)>藻结皮固定沙地(2.54)>地衣结皮固定沙地(1.91)>苔藓结皮固定沙地(1.84),且均为非生长季大于生长季。5个阶段样地R_s与土壤温度均呈显著正相关,但仅流动沙地和半固定沙地R_s与土壤含水量呈正相关,其余3种固定沙地R_s与土壤含水量无相关性。R_s与土壤全氮、有机碳、容重、孔隙度、细菌数量、放线菌数量及真菌数量均显著相关。在沙漠化逆转过程中,土壤碳氮含量及微生物群落数量的增加、土壤质地的改善、植物生物量的积累可显著增强土壤呼吸并降低其温度敏感性,是改变荒漠土壤碳循环格局的主要驱动力,同时也可明显改变水分因子对土壤呼吸的影响程度。     

基于稳定碳同位素的北京西山侧柏林生态系统呼吸区分

基于稳定碳同位素对北京西山侧柏林生态系统呼吸进行定量拆分,能够为该地区森林生态系统碳交换研究奠定基础。本研究采用光谱技术对森林不同高度处CO₂浓度和δ¹³C值进行连续观测,同时采用土壤气室和枝条气室测定地下呼吸和地上呼吸的δ¹³C值,求得生态系统呼吸各组分比例。结合土壤呼吸通量的测定,实现对生态系呼吸的定量区分。结果表明: 森林生态系统各呼吸组分夜间δ¹³C值呈波动变化,植物地上呼吸δ¹³C值变化范围为-31.74‰～-23.33‰,土壤地下呼吸δ¹³C值变化范围为-32.11‰～-27.74‰,生态系统呼吸δ¹³C值介于二者之间。夜间平均土壤呼吸通量为1.70 μmol·m^-2·s^-1,占生态系统总呼吸的47%～91%;夜间地上呼吸量的平均值为0.72 μmol·m^-2·s^-1,对生态系统总呼吸的贡献较小。由同位素混合模型推算求得的日间呼吸变异大于温度响应模型的结果,其平均值分别为2.31和2.28 μmol·m^-2·s^-1。     

植物生长季退化草毡寒冻雏形土CO2释放特征

对中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区退化草毡寒冻雏形土CO₂释放的全天候连续观测结果表明,退化草毡寒冻雏形土CO₂的释放有明显的日变化和季节动态,日最大释放速率出现于12:00～14:00,最小释放速率出现于6:00～8:00;植物生长季的最大振幅为462.49mg·m^-2·h^-1(8月18日),最小振幅为114.97mg·m^-2·h^-1(5月9日),CO₂释放速率白天大于夜晚.不同物候期CO₂释放速率亦不同,草盛期>枯黄期>返青期.最大日均值为480.76mg·m^-2·h^-1(8月18日),最小日均值为140.77mg·m^-2·h^-1(5月9日).释放速率与气温、地表温度及土壤5cm地温均呈显著或极显著相关关系,表明温度是决定CO₂释放速率季节变化的首要因素.