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.     

三江平原沼泽湿地垦殖及自然恢复对土壤细菌群落多样性的影响

为量化垦殖对我国东北沼泽湿地的影响程度,于2015年6月基于Illumina Miseq PE300第二代高通量测序平台,对黑龙江省洪河国家级自然保护区的原始沼泽、耕地、退耕湿地的土壤细菌16S r RNA基因高变区域进行测序,并分析沼泽湿地土壤细菌群落多样性和结构组成与垦殖的关系。结果表明:共获得358737条修剪序列且被划分为36个已知的菌门,在11个主要的土壤细菌门类中(相对丰度1%),芽单胞菌门(P0.01)、拟杆菌门(P0.01)、厚壁菌门(P0.01)和绿菌门(P0.01)在不同生境类型样地差异显著,土壤细菌群落alpha多样性由高到低排序依次是:耕地、退耕湿地、原始沼泽。结合相关性分析和冗余分析可以证明,长期的耕作,特别是旱田耕作对沼泽湿地土壤细菌群落组成产生显著的影响,土壤p H、含水量、全碳、有机碳、可溶有机碳、碱解氮、微生物量碳、微生物量氮对土壤细菌的多样性和群落组成产生影响。总之,研究结果发现自然恢复可以显著促进土壤细菌群落多样性的恢复,但是沼泽湿地土壤细菌群落结构一旦被垦殖干扰改变将很难恢复到原始状态,强调了有效地利用土壤细菌群落对维护土壤生态系统平衡具有重要的意义。     

垦殖对沼泽湿地CH4和N2O排放的影响

三江平原是我国最大的沼泽化低平原,同时也是受人类活动影响最剧烈的区域之一。选取三江平原两类典型湿地-常年积水的毛果苔草(Carexlasiocapa)沼泽和季节性积水的小叶章(Deyeuxia angustifolia)草甸及其垦殖水田和旱田为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法进行CH4和N2O的田间原位观测。研究结果表明,垦殖导致沼泽湿地CH4排放量大幅度降低,而N2O排放量有所升高。三江平原沼泽湿地、水田、旱田的CH4排放量分别为329.56、94.82kg.hm-.2a-1和-1.37kg.hm-.2a-1,N2O排放量分别为1.93、2.09kg.hm-.2a-1和4.90kg.hm-.2a-1。沼泽湿地垦殖使CH4和N2O的综合温室效应降低,在20a到500a的时间尺度上,水田综合GWP为沼泽湿地的30.8%~37.9%,旱田综合GWP仅为沼泽湿地的6.0%~28.7%。垦殖同时也改变了沼泽湿地对大气CO2的源汇功能,2004年,小叶章草甸、水田和旱田碳排放量分别为-3.08、1.79t.hm-2和3.35t.hm-2,沼泽湿地垦殖为旱田后碳源的功能较水田更强。     

寒温带岛状林沼泽土壤呼吸速率和季节变化

2011年生长季内利用静态箱-气相色谱法,研究了寒温带典型湿地白桦(Betula platyphylla)岛状林沼泽、兴安落叶松(Larix gmelinii)岛状林沼泽土壤呼吸速率的季节动态及其主要环境因子,利用壕沟隔断法对土壤呼吸各组分间的差异进行研究。结果表明:生长季白桦和兴安落叶松岛状林沼泽土壤呼吸速率具有明显的季节性规律,土壤呼吸总速率分别为368.60和312.46 mg m-2h-1,异养呼吸速率分别为300.57和215.70 mg m-2h-1,占土壤呼吸总速率的81.5%和69.0%;自养呼吸速率为68.03和96.76 mg m-2h-1,占土壤呼吸总速率的18.5%和31.0%。不同处理条件下的土壤呼吸在季节变化上表现基本一致,高峰期都发生在夏季;土壤呼吸与温度呈极显著相关性,但与土壤湿度的相关性较差。生长季白桦和兴安落叶松岛状林沼泽土壤呼吸总量分别为12.64和10.61 t/hm2。     

若尔盖高寒草本沼泽土壤呼吸对水位下降的响应

土壤呼吸会影响全球碳循环,而湿地水位与土壤呼吸息息相关。然而,由于原位观测有限,目前尚不清楚高寒沼泽土壤呼吸及其组分如何响应水位下降。在若尔盖高原纳勒乔沼泽建立了水位下降控制实验平台,定位监测土壤呼吸及其组分的变化,并初步探讨土壤呼吸及其组分与生物和非生物因素的潜在联系。结果发现,水位下降对高寒草本沼泽土壤呼吸（Rs）没有显著影响,但自养呼吸（Ra）和异氧呼吸（Rh）对水位下降表现出明显不同反应。其中,自养呼吸速率下降了67.2%,异养呼吸速率上升了67.3%。异养呼吸和自养呼吸在土壤呼吸中的占比发生显著变化,水位下降后,Rh/Rs较对照增加了88%,Ra/Rs减少了61%。水位下降引起的自养呼吸和异养呼吸变化的驱动因素不同,植株高度、地上及地下生物量解释了自养呼吸的变化,土壤温度、C：N则是异氧呼吸变化的关键影响因素。综上,在高寒草本沼泽生态系统中,水位下降对土壤呼吸组分的影响强度及其驱动因素存在明显差异,这需要在陆地表层碳循环模型中加以考虑,以便更好评估高寒草本沼泽碳循环对气候变化的反馈作用。     

三江平原沼泽生态系统（疏干）演替对土壤动物的影响

三江平原沼泽生态系统（疏干）演替对土壤动物的影响孙帆,赵红音吕宪国,杨青（东北师范大学地理系,长春１３００２４）（中国科学院长春地理研究所,１３００２１）ＩｍｐａｃｔｏｆＳｗａｍｐＥｃｏｓｙｓｔｅｍＳｕｃｃｅｓｓｉｏｎｉｎＳａｎｊｉａｎｇＰｌａｉｎｏ...     

中国农田土壤呼吸速率及驱动因子

土壤呼吸在全球碳收支中具有重要地位.研究中国典型农业区土壤呼吸的时空格局及影响因素,有助于构建区域尺度土壤呼吸定量评价模型,能够为评估中国乃至全球农业生态系统碳/源汇特征提供依据.本研究整合了2000~2012年中国农田生态系统土壤呼吸的主要研究成果,分析了华南、西南、华北、西北和东北5个典型农业区土壤呼吸的季节变化和区域差异,以及影响土壤呼吸的主要驱动因子.结果表明,5个典型农业区的土壤呼吸均存在明显的季节变化特征;中国农田生态系统年均土壤呼吸速率为(682.8±18.3)g C m?2.5个典型农业区年均土壤呼吸速率大小表现为华南区西南区华北区东北区西北区.全国农业土壤的年呼吸通量为(0.90±0.02)Pg C;水作和旱作两种土地利用类型间土壤呼吸速率差异显著(P0.05),旱作土壤呼吸速率约为水作的1.3倍;不同作物类型间土壤呼吸速率差异显著(P0.05),其排序为棉花玉米大豆水稻小麦;农田土壤呼吸与年均气温、土壤温度、土壤含水量和净初级生产力等影响因素呈显著正相关(P0.01),而与年均降水量的相关性不显著.     

高原鼠兔对高寒沼泽草甸土壤呼吸的干扰

高原鼠兔(Ochotona curzoniae)的穴居和啃食活动改变土壤养分含量、微生物群落、团聚体结构和孔隙度, 干扰生态系统土壤CO2排放, 对生态系统碳循环产生重要影响。为了研究高原鼠兔干扰下的高寒沼泽草甸土壤呼吸动态, 实验设计了高原鼠兔实验组和自然对照组, 采用LI-8100A土壤呼吸测量系统在2018年的生长季监测了高原鼠兔干扰下的土壤呼吸、土壤温度及土壤含水量, 分析了高原鼠兔对高寒沼泽草甸土壤呼吸的影响。实验发现: (1)在高原鼠兔活动干扰下土壤呼吸速率增加了9.58%(高原鼠兔实验组的土壤呼吸速率值为5.27 µmol·m-2·s-1, 自然对照组为5.22 µmol·m-2·s-1, P<0.05), (2)在高原鼠兔干扰下高寒沼泽草甸土壤呼吸对土壤温度的敏感程度(Q10)降低了21.02%; (3)土壤呼吸变化深受5 cm土壤温度变化的影响(P<0.05)。研究结果表明高原鼠兔活动深刻干扰高寒沼泽草甸土壤呼吸, 影响高寒沼泽草甸生态系统碳循环。因此, 在全球气候变暖的背景下, 加强高原鼠兔活动对高寒沼泽草甸土壤碳排放的干扰研究具有重要的科学与现实意义。     

天津盐碱化沼泽湿地开垦对土壤团聚体有机与无机碳含量的影响

目前,开垦对沼泽湿地土壤有机碳的影响已有较多研究,但针对滨海盐碱化沼泽的研究较为薄弱,特别是对无机碳的影响尚不清晰,从而导致无法全面评估开垦对总碳的影响。本研究选取天津七里海盐碱化沼泽湿地和对应长期开垦(约60年)后的农田作为研究对象,采集0～15和15～30 cm两层土样,采用湿筛法得到>2、0.25～2、0.053～0.25和<0.053 mm 4个粒级水稳性团聚体。结果表明:湿地长期开垦后,表层(0～15 cm)和下层(15～30 cm)土壤大团聚体(> 2 mm)比例均显著降低(-48. 1%、-58. 1%),微团聚体(0.053～0.25 mm)比例均显著增加(+166.1%、+70.0%);各粒级团聚体有机碳含量均显著降低(31.2%～56.8%);表层土壤(0～15 cm)中等团聚体(0.25～2 mm)和矿质颗粒组分(<0.053 mm)无机碳含量显著增加(+85.4%、+75.4%);而下层土壤(15～30 cm)各级团聚体无机碳含量均显著增加(182.3%～448.2%);表层土壤大团聚体(>2 mm)、中等团聚体(0.25～2 mm...     

三江平原湿地开垦对土壤氨基糖积累特征的影响

微生物残体在土壤有机质的形成和稳定过程中发挥着重要作用,但湿地开垦对土壤微生物残体积累特征的影响尚不清楚.本研究以三江平原小叶章湿地为对象,采集原始自然湿地和开垦改种豆科作物后不同耕作年限(5年、10年和25年)的土壤,以氨基糖为微生物残体的标识物,探讨湿地开垦对土壤微生物残体积累特征的影响.结果 表明:自然湿地开垦为...     

低湿耕地综合治理对土壤微生物生态影响及大豆增产的研究

本文报道了三江平原低湿耕地综合治理后对土壤微生物生态的影响及对大豆增产的明显效果。4年来开发试验研究的结果表明,低湿耕地经过综合治理并栽培大豆等作物以后,土壤中大豆根瘤菌数量及自生固氮菌的数量明显增加;低湿耕地综合治理后接种高效固氮大豆根瘤菌,经配对选优及结合施用启动氮的高光效高固氮大豆-根瘤菌共生固氮体系的生物技术措施,使大面积的大豆增产12.3％,达到接近岗平地耕作条件下生物技术措施的水平,对今后的生产实践或科学理论都具有重要意义。     

不同耕作措施对黄土高原旱地土壤呼吸的影响

在甘肃省定西市李家堡镇设置不同耕作措施试验,对春小麦、豌豆双序列轮作下的土壤呼吸及其对应时间的冠层温度、土壤水分进行了测定.结果表明：春小麦和豌豆在整个生育期内的土壤呼吸都表现出不同的变化趋势,春小麦地土壤呼吸在拔节前期、灌浆期和收后分别达到高峰期;豌豆地土壤呼吸在五叶期、吐丝期、开花结荚期和收后分别达到高峰期.免耕秸秆覆盖处理和传统耕作处理下春小麦地土壤呼吸日变化明显,免耕秸秆覆盖处理明显低于传统耕作处理;而豌豆地土壤呼吸日变化不明显.春小麦和豌豆冠层温度均与土壤呼吸呈显著线性相关,春小麦孕穗期相关性最高,灌浆期次之;豌豆开花结荚期相关性最高,分枝期次之.土壤含水量与土壤呼吸间存在极显著的凸型抛物线型相关,保护性耕作下的相关性都高于传统耕作,其中免耕秸秆覆盖处理的春小麦地和豌豆地土壤含水量与土壤呼吸的相关性在各层次土壤中均为最高,10～30 cm土壤含水量对春小麦地土壤呼吸的影响最大,5～10 cm土壤含水量对豌豆地土壤呼吸的影响最大.与传统耕作相比,免耕秸秆覆盖、免耕、传统耕作秸秆还田、传统耕作结合地膜覆盖、免耕结合地膜覆盖5种保护性耕作措施都能不同程度地降低土壤呼吸,其中免耕秸秆覆盖优势最明显.     

三江平原草甸湿地土壤呼吸和枯落物分解的CO2释放

利用静态箱-碱液吸收法研究了三江平原草甸湿地土壤呼吸和枯落物分解的CO2释放速率,讨论了影响CO2释放的环境因素,估算了枯落物分解的CO2释放对于总释放的贡献.结果表明,生长季,小叶章沼泽化草甸和小叶章湿草甸各部分CO2释放均具有明显的时间变化特征,温度和水分是重要制约因素.两类草甸湿地的平均土壤呼吸速率分别为4.33g·m-2·d-1和6.15g·m-2·d-1,枯落物分解的CO2平均释放速率分别为1.76g·m-2·d-1和3.10g·m-2·d-1,枯落物分解的CO2释放占总释放量的31%和35%,说明在碳素由地上植物碳库转移到地下土壤碳库的过程中,湿地枯落物是一个不可忽略的碳损失源.     

三江平原草甸湿地土壤呼吸和枯落物分解的CO2释放

利用静态箱-碱液吸收法研究了三江平原草甸湿地土壤呼吸和枯落物分解的CO₂释放速率,讨论了影响CO₂释放的环境因素,估算了枯落物分解的CO₂释放对于总释放的贡献。结果表明,生长季,小叶章沼泽化草甸和小叶章湿草甸各部分CO₂释放均具有明显的时间变化特征,温度和水分是重要制约因素。两类草甸湿地的平均土壤呼吸速率分别为4.33g•m^-2•d^-1和6.15g•m^-2•d^-1,枯落物分解的CO₂平均释放速率分别为1.76g•m^-2•d^-1和3.10g•m^-2•d^-1,枯落物分解的CO₂释放占总释放量的31%和35%,说明在碳素由地上植物碳库转移到地下土壤碳库的过程中,湿地枯落物是一个不可忽略的碳损失源。     

凋落物输入对三江平原弃耕农田土壤基础呼吸和活性碳组分的影响

土壤有机碳的积累主要由土壤有机质的输入与输出间的净平衡决定的,植被的恢复和凋落物质的大量输入是土壤恢复的先决条件,凋落物的输入在土壤恢复过程中起着至关重要的作用.通过对不同类型凋落物输入到三江平原弃耕农田后土壤的基础呼吸、溶解有机碳(DOC)和土壤微生物量碳(MBC)的研究表明:相同种类凋落物输入后,输入到土壤总有机碳(TOC)背景值低的凋落物被微生物降解的速率大于TOC背景值高的土壤,TOC较低的土壤能够加快微生物对输入凋落物的分解,不利于有机质的积累;不同类型凋落物的输入使土壤基础呼吸、DOC和MBC等活性组分的生成和降解产生差异,改变了凋落物的降解速率,在三江平原研究的4种主要植被类型中,人工林凋落物最容易降解,小叶章、大豆的降解能力次之,玉米是最难降解的凋落物.     

三江平原典型沼泽湿地植物种群的生态位

采用Levins 公式,对三江平原典型沼泽湿地植物群落的优势种群生态位宽度和生态位重叠值进行了研究.结果表明：各湿地植物种的生态位宽度排序为漂筏苔草(0.907)>毛果苔草(0.864) >狭叶甜茅(0.855) >小叶章＝睡菜＝球尾花＝二歧银莲花(0.500).毛果苔草、漂筏苔草、睡菜与球尾花之间,以及狭叶甜茅、小叶章与二歧银莲花的生态位重叠值均较高,说明几种植物在同一资源位上出现的频率相近,利用资源的能力相似,在对资源利用上具有一定的竞争性.睡菜与小叶章和二歧银莲花,以及球尾花与小叶章和二歧银莲花的生态位重叠值均为0,表明几种植物适应环境的方式不同.水分是导致湿地植物生态适应性差异的主导因子,植物对环境生态位适应的程度是水分和营养状况等因素共同作用的结果.湿地植物的生态位特征能较好地表征各植物的生态适应性和分布幅度.     

生物炭添加对土壤呼吸和有机碳含量的影响

以菜地和果园土壤为研究对象,通过室内培养实验,向土壤中分别添加不同材料制备的生物炭(马尼拉草、阔叶和竹叶),热解温度为350℃,研究不同材料制备生物炭添加对土壤呼吸和有机碳含量的影响.结果表明：不同生物炭施入土壤后,土壤 CO 2释放速率总的趋势是前期分解速率快,后期缓慢.在整个培养过程中(28 d),随着培养时间的延长,土壤 CO 2释放速率下降趋势逐渐降低.在不同土壤培养条件下,均是添加阔叶生物炭后土壤 CO 2-C 累计释放增多,果园和菜地土壤 CO 2-C 累计分别达到482．57和424．72 mg·kg-1.添加不同的生物炭均能提高土壤有机碳含量,但只有添加阔叶生物炭之后,差异才会达到显著(P ＜0．05).研究结果为正确利用生物炭和评价其在土壤碳库作用提供科学依据.     

三源区分土壤呼吸组分研究

三源区分土壤呼吸组分是指将土壤呼吸区分为纯根呼吸、根际微生物呼吸和土壤有机质呼吸3个部分。土壤有机质呼吸、纯根呼吸和根际微生物呼吸是3种不同的生物学过程,这3种呼吸对环境变化具有不同的响应机制。区分土壤呼吸中由根系引起的自养和异养呼吸组分的研究对定量评价陆地生态系统碳平衡具有重要的意义。论述了三源区分土壤呼吸组分的意义、方法和应用,分析了不同条件下土壤呼吸组分区分的研究结果。实验室纯根和根际微生物呼吸占根源呼吸比重约为45%和55%;野外条件下约为60%和40%。最后对本研究未来的发展方向进行了展望。