春季解冻期不同纬度兴安落叶松林的土壤微生物生物量

以移栽自兴安落叶松林自然分布区内4个纬度梯度(塔河、松岭、孙吴和带岭)的8年生兴安落叶松林为对象,于移栽3年后(2007年)的春季土壤解冻期,采用氯仿熏蒸浸提法测定了4个纬度梯度(处理)土壤的微生物生物量碳(C_mic)和微生物生物量氮(N_mic)的时间动态.结果表明：在相似基质和相同气候条件下,移栽自4个纬度梯度的兴安落叶松林春季土壤解冻期的C_mic和N_mic平均值差异显著,呈随纬度升高而减少、随土层加深而下降的分布格局.其中塔河、松岭、孙吴和带岭的C_mic平均为554.63、826.41、874.81和1246.18 mg·kg^-1,而N_mic分别为70.63、96.78、79.76 和119.66mg·kg^-1.C_mic和N_mic在解冻前达到最大值;解冻初期迅速下降;在冻融交替阶段变化不显著,且维持在较低水平;在解冻末期,来自低纬度的带岭和孙吴的C_mic回升较快. 春季冻融期土壤温度和含水量对C_mic和N_mic的影响显著,其影响程度随冻融阶段而变化.土壤微生物生物量与解冻前的土壤温度呈负相关,与整个解冻期间的土壤含水量呈指数关系.     

东北东部5种温带森林的春季土壤呼吸

春季土壤解冻过程是中高纬度地区森林生态系统土壤呼吸(即土壤表面CO2通量,RS)年内变化的一个关键时期,但此期间RS的时间动态规律及其控制机理尚不清楚。以我国东北东部5种温带森林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法测定春季土壤解冻时期RS动态及其相关的环境因子。结果表明:在土壤解冻过程中,RS受林型、解冻时期及其交互作用的显著影响。红松(Pinus koraiensis)林、落叶松(Larix gmelinii)林、硬阔叶林、杨桦(Populus davidiana-Betulaplaty phylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林的RS变化范围依次为:10.0196.0mg·m-·2h-1,5.8217.1mg·m-·2h-1,9.7382.1mg·m-·2h-1,15.8-269.0mg·m-·2h-1和35.9262.5mg·m-·2h-1。RS的平均值随着解冻的进程而增大,其变化趋势大致与土壤温度的变化相吻合。土壤温度极显著地影响RS(R2=0.46-0.77),而土壤含水量对RS的影响则因林型和土壤深度而异。5种林型的土壤呼吸温度系数(Q10)依次为:落叶松林10.9,硬阔叶林7.1,红松林6.5,杨桦林4.3和蒙古栎林2.3。进一步的研究应该集中研究春季自然解冻过程中土壤呼吸的控制机制,尤其是土壤呼吸与土壤微生物种群动态及其活性之间的关系。     

东北东部森林生态系统土壤呼吸组分的分离量化

对森林生态系统的土壤呼吸组分进行分离和量化,确定不同组分CO2释放速率的控制因子,是估测局域和区域森林生态系统碳平衡研究中必不可少的内容。采用挖壕法和红外气体分析法测定无根和有根样地的土壤表面CO2通量(RS),确定东北东部6种典型森林生态系统RS中异养呼吸(RH)和根系自养呼吸(RA)的贡献量及其影响因子。具体研究目标包括:(1)量化各种生态系统的RH及其与主要环境影响因子的关系;(2)量化各种生态系统RS中根系呼吸贡献率(RC)的季节动态;(3)比较6种森林生态系统RH和RA的年通量。土壤温度、土壤含水量及其交互作用显著地影响森林生态系统的RH(R2=0.465~0.788),但其影响程度因森林生态系统类型而异。硬阔叶林和落叶松人工林的RH主要受土壤温度控制,其他生态系统RH受土壤温度和含水量的联合影响。各个森林生态系统类型的RC变化范围依次为:硬阔叶林32.40%~51.44%;杨桦林39.72%~46.65%;杂木林17.94%~47.74%;蒙古栎林34.31%~37.36%;红松人工林33.78%~37.02%;落叶松人工林14.39%~35.75%。每个生态系统类型RH年通量都显著高于RA年通量,其变化范围分别为337~540 gC.m-2.a-1和88~331 gC.m-2.a-1。不同生态系统间的RH和RA也存在着显著性差异。     

小兴安岭5种林型土壤呼吸时空变异

原始阔叶红松林、谷地云冷杉林、阔叶红松择伐林、次生白桦林、人工落叶松林是小兴安岭乃至东北地区的重要森林类型。采用红外气体分析法比较测定了这几种森林类型的土壤呼吸及其相关环境因子,分析探讨了这几种森林类型土壤呼吸的时空变异。结果表明:各林型土壤呼吸与5 cm深土壤温度(T5)呈显著的指数相关,并且土壤呼吸与土壤温度、土壤湿度及其相互作用的回归模型可以解释各林型土壤呼吸约71%的季节变异。生长季平均土壤呼吸速率为次生白桦林(3.59μmolCO.2m-.2s-1)>谷地云冷杉林(3.52μmolCO.2m-.2s-1)>阔叶红松择伐林(3.44μmolCO.2m-.2s-1)>原始阔叶红松林(2.58μmolCO.2m-.2s-1)>人工落叶松林(2.29μmolCO.2m-.2s-1),说明土壤呼吸对原始阔叶红松林人为干扰的响应是不同的。各林型Q10值介于1.84(人工落叶松林)—2.32(次生白桦林)之间。在整个生长季,各林型之间土壤呼吸的变异系数变化幅度为19.74%—37.39%,而各林型内土壤环间其变化幅度为32.13%—60.20%,显著大于样地间的变化幅度14.28%—35.70%(P<0.001),说明土壤呼吸在细微尺度上的差异更大。土壤湿度可以解释各林型(阔叶红松林除外)内部土壤呼吸15.8%—33.5%的空间异质性。     

土壤水热条件对东北森林土壤表面CO2通量的影响

东北地区森林生态系统因其面积大,碳贮量高而在本地区和我国碳平衡中占有重要的地位.土壤表面CO2通量(RS)作为陆地生态系统向大气圈释放的主要CO2源,其时空变化直接影响到区域碳循环.该研究采用红外气体分析法比较测定我国东北东部次生林区6个典型的森林生态系统的RS及其相关的土壤水热因子,并深入分析土壤水热因子对RS的影响.研究结果表明影响RS的主要环境因子是土壤温度、土壤含水量及其交互作用,但其影响程度因生态系统类型和土壤深度而异.包括这些环境因子的综合RS模型解释了67.5%～90.6%的RS变异.在整个生长季中,不同生态系统类型的土壤温度差异不显著,而土壤湿度的差异显著(α=0.05).蒙古栎(Quercus mongolica)林、红松(Pinus koraiensis)林、落叶松(Larix gmelinii)林、硬阔叶林、杂木林和杨桦(Populus davidiana-Betula platyphylla)林的RS变化范围依次为1.89～5.23 μmol CO2·m-2·s-1,1.09～4.66μmol CO2·m-2·s-1,0.95～3.52 μmol CO2·m-2·s-1,1.13～5.97μmol CO2·m-2·s-1,1.05～6.58 μmol CO2·m-2·s-1和1.11～5.76μmol CO2·m-2·s-1.RS的季节动态主要受土壤水热条件的驱动而呈现单峰曲线,其变化趋势大致与土壤温度的变化相吻合.Q10从小到大依次为蒙古栎林2.32,落叶松林2.57,红松林2.76,硬阔叶林2.94,杨桦林3.54和杂木林3.55.Q10随土壤湿度的升高而增大;但超过一定的阈值后,土壤湿度对Q10起抑制作用.该研究结果强调对该地区生态系统土壤表面CO2通量的估测应同时考虑土壤水热条件的综合效应.     

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%.     

冻融交替对科尔沁沙地不同土地利用方式土壤呼吸的影响

在中高纬度和高海拔地区,冻融作用影响土壤的理化性质和微生物性状,进而影响土壤呼吸过程。研究冻融作用下土壤呼吸的变化,对准确估算全球碳循环具有重要意义。以科尔沁沙地沙质草地、樟子松疏林草地和农田为研究对象,通过冻融实验比较不同土地利用方式和冻融循环对土壤呼吸的影响。结果表明:土地利用方式对土壤呼吸有显著影响,在未发生冻融作用时沙质草地土壤呼吸速率显著大于樟子松疏林草地和农田(P0.05),3种土地利用方式的土壤呼吸平均速率分别为0.339、0.258和0.234μmolCO2.m-2.s-1;不同冻融循环对沙质草地和樟子松疏林草地土壤呼吸影响显著(P0.05)。其中,一次冻融循环条件下沙质草地、樟子松疏林草地和农田土壤呼吸平均速率分别为0.276、0.243和0.233μmolCO2.m-2.s-1,多次冻融循环条件下分别为0.314、0.274和0.259μmolCO2.m-2.s-1;沙质草地、樟子松疏林草地和农田的Q10值分别为116.0、26.2和16.4,表明冬季低温条件下土地利用方式强烈影响土壤呼吸对温度的敏感性。     

次生栎林与火炬松人工林土壤呼吸的季节变异及其主要影响因子

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分.随着全球气候变暖趋势逐渐明显,土壤呼吸的时空变异及其对温度变化的响应已成为生态学研究的重要内容之一.利用LI-6400-09土壤碳通量观测仪,在江苏省南京林业大学下蜀实验基地,采用随机区组实验设计方法,连续两年测定了北亚热带次生栎林和火炬松人工林土壤呼吸的季节动态变化,结果表明:(1)两种林分内土壤呼吸速率均具有明显的季节波动,表现为:在最冷的1月份,土壤呼吸速率最低,随着土壤温度的升高,土壤呼吸速率也逐渐上升,在7、8月份达到最大值,随后又逐渐下降;(2)次生栎林月平均土壤呼吸速率在0.271～3.22μmolCO2 · m-2 · s-1之间,年变异幅度为11.88;火炬松人工林月平均土壤呼吸速率在0.336～3.06μmolCO2 · m-2 · s-1 ,年变异幅度为9.11;(3)次生栎林土壤呼吸的 Q10值在2.19至2.27之间,火炬松人工林土壤呼吸的Q10值在2.02至2.15之间,次生栎林土壤呼吸对温度的敏感性大于火炬松人工林;(4)土壤呼吸速率与不同深度层次土壤温度之间均呈显著性正相关,与土壤微生物生物量之间呈显著性负相关,而与土壤含水率、凋落物输入量之间相关不显著.研究结果初步阐明了江淮流域北亚热带典型森林植被土壤呼吸的季节动态特征及主要影响因子,为进一步揭示该区域森林土壤碳循环特点提供了理论基础.     

模拟降雨对西双版纳热带次生林和橡胶林土壤呼吸的影响

降雨作为一个重要的环境因子,对土壤呼吸具有重要的影响。研究土壤呼吸与降雨的关系,对准确估算大气中的CO2含量具有重要意义。本研究通过人工模拟降雨事件,应用野外原位测定方法,测量了热带次生林和橡胶林土壤呼吸速率、地下5cm土壤温度和土壤含水量的变化,以探究热带两种主要植被类型的土壤呼吸、土壤温度、土壤含水量对旱季单次降雨事件的响应过程与规律。研究发现,在旱季连续一周没有降雨的情况下,人工模拟降雨事件使土壤呼吸在降雨后的2h内被迅速激发,次生林的土壤呼吸最大达到11.15 μmolCO2·m-2·s-1,是对照的近7倍;橡胶林的土壤呼吸最大达到了15.88 μmolCO2·m-2·s-1,是对照的近11倍。随后激发效应迅速降低,尤其是橡胶林,在人工模拟降雨6h后处理与对照间无显著差异。人工模拟降雨前两种林型的土壤含水量与对照相比均无显著性差异,人工模拟降雨后的2d内土壤含水量均显著高于对照;人工模拟降雨前后土壤温度与对照相比均无显著性差异。本研究结果支持了"Birch effect",2种主要热带林型在旱季时期,由于单次降雨事件激发而释放到大气中的CO2是降雨前的数倍。     

原始兴安落叶松林生长季净生态系统CO2交换及其光响应特征

对2006-2008年寒温带原始兴安落叶松林生长季(6-10月份)生态系统CO2交换及其影响因素的分析表明：净生态系统CO2交换(NEE)呈单峰型曲线,最大值出现在9:00-10:00。兴安落叶松林的NEE在生长季前期(6-8月份)呈净碳吸收,生长季末期(9-10月份)呈碳排放。生长季6、7\,8月份的NEE平均值分别为-0.082、-0.082\,-0.061 mgCO2 ?m-2 ?s-1,生长季末期9\,10月份的NEE平均值分别为0.009\,0.014 mgCO2 ?m-2 ?s-1。6-10月份原始兴安落叶松林生长季每天的固碳时间从14h(5:00-19:00)逐渐缩短为9h(7:30-16:30)。从不同温度下NEE光响应特征可知,原始兴安落叶松林NEE最适气温是20-30 ℃,NEE最大值为-0.43 mgCO2 ?m-2 ?s-1。     

土壤各组分呼吸区分方法研究进展

土壤呼吸分为自养型呼吸(根呼吸)和异养型呼吸(微生物和动物呼吸),区分各组分呼吸可了解在全球变化条件下土壤碳循环和碳平衡的动态。本文综述了3种主要区分自养呼吸和异养呼吸的方法:①组分法;②根去除术;③同位素法。其中同位素法对根和土壤的影响最小,是最可靠的一种方法;综合各方面考虑,根去除法是最切实可行的方法。     

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。     

Respiratory responses of higher plants to atmospheric CO2 enrichment

Although the respiratory response of native and agricultural plants to atmospheric CO₂ enrichment has been reported over the past 75 years, only recently have these effects emerged as prominent measures of plant and ecosystem response to the earth's changing climate. In this review we discuss this rapidly expanding field of study and propose that both increasing and decreasing rates of leaf and whole-plant respiration are likely to occur in response to rising CO₂ concentrations. While the stimulatory effects of CO₂ on respiration are consistent with our knowledge of leaf carbohydrate status and plant metabolism, we wish to emphasize the rather surprising short-term inhibition of leaf respiration by elevated CO₂ and the reported effects of long-term CO₂ exposure on growth and maintenance respiration. As is being found in many studies, it is easier to document the respiratory response of higher plants to elevated CO₂ than it is to assign a mechanistic basis for the observed effects. Despite this gap in our understanding of how respiration is affected by CO₂ enrichment, data are sufficient to suggest that changes in leaf and whole-plant respiration may be important considerations in the carbon dynamics of terrestrial ecosystems as global CO₂ continues to rise. Suggestions for future research that would enable these and other effects of CO₂ on respiration to be unravelled are presented.     

中国森林土壤呼吸模式

通过收集国内62个森林样地的土壤呼吸及相关因子数据,分析中国森林土壤呼吸模式.结果表明,中国森林土壤呼吸年通量与年均气温、年均降水量、年凋落物量和年地上净生产力均呈显著的线性正相关,土壤呼吸的Q10则与年均气温和年均降水量均呈显著的负相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸与土壤呼吸间均呈显著线性正相关;土壤异养呼吸和枯枝落叶层呼吸与年凋落物量呈显著正相关;土壤异养呼吸与自养呼吸间呈显著的线性正相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸、矿质土壤呼吸占土壤呼吸的比例均值分别为34.7%、20.2%和50.2%.矿质土壤呼吸所占比例与气温和降水量呈显著负相关,而异养呼吸所占比例则与降水量呈显著负相关.根系呼吸所占比例与根系呼吸之间呈渐近线关系(渐近值为45.9%).     

Does the different photosynthetic pathway of plants affect soil respiration in a subtropical wetland?

Plants with different photosynthetic pathways could produce different amounts and types of root exudates and debris which may affect soil respiration rates. Therefore, wetland vegetation succession between plants with different photosynthetic pathways may ultimately influence the wetland carbon budget. The middle and lower reaches of the Yangtze River has the largest floodplain wetland group in China. Tian'e Zhou wetland reserve (29°48'N, 112°33′E) is located in Shishou city, Hubei province and covers about 77.5 square kilometers. Hemathria altissima (C4) was found gradually being replaced by Carex argyi (C3) for several years in this place. An in situ experiment was conducted in Tian'e Zhou wetland to determine the change of soil respiration as the succession proceeds. Soil respiration, substrate‐induced respiration, and bacterial respiration of the C4 species was greater than those of the C3 species, but below‐ground biomass and fungal respiration of the C4 species was less than that of the C3 species. There were no significant differences in above‐ground biomass between the two species. Due to the higher photosynthesis capability, higher soil respiration and lower total plant biomass, we inferred that the C4 species, H. altissima, may transport more photosynthate below‐ground as a substrate for respiration. The photosynthetic pathway of plants might therefore play an important role in regulating soil respiration. As C. argyi replaces H. altissima, the larger plant biomass and lower soil respiration would indicate that the wetland in this area could fix more carbon in the soil than before.     

土壤微生物与根系呼吸作用影响因子分析

土壤呼吸作用作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,是当前碳循环研究中的热点问题.对于土壤呼吸作用主要组成部分土壤微生物呼吸作用和根系呼吸作用影响因子的研究,有助于准确地评估全球碳收支.本文从气候、土壤、植被及地表覆被物、大气CO₂浓度、人为干扰等方面综述了土壤微生物呼吸作用和根系呼吸作用的主导影响因子,指出这些影响因子不仅直接或间接地影响土壤微生物呼吸作用和根系呼吸作用,而且它们之间相互作用、相互影响,且各影响因子的地位和作用会随时空尺度变化发生相应改变.在此基础上,论文提出了未来土壤呼吸作用的研究重点.     

马尾松林土壤呼吸组分对不同营林措施的响应

针对不同营林措施(对照、除灌、采伐1(15%)、采伐2(70%)后的三峡库区马尾松飞播林,采用LI-8100对其土壤呼吸组分的呼吸速率和土壤温度、湿度进行为期1年的连续观测分析表明,不同营林措施对土壤呼吸组分的影响不同。1)观测期内,各营林措施下凋落物层呼吸速率差异并不显著,对照、除灌、采伐1、采伐2的根呼吸速率均值分别为:1.00、0.83、0.86、1.11μmolCO_2m~(-2)s~(-1);采伐处理下矿质土壤呼吸显著高于对照和除灌(P0.05);2)与对照相比,营林措施并未显著改变凋落物呼吸对于土壤总呼吸的贡献率(18.78%-23.70%),但降低了根呼吸的贡献率,其中以采伐1最为显著(P0.05);除灌的矿质土壤呼吸贡献率(37.00%)与对照(38.32%)相近,而采伐1(45.63%)和采伐2(43.07%)均显著增加了矿质土壤呼吸的贡献率,矿质土壤呼吸的变化是造成采伐措施下土壤呼吸变化的主要土壤呼吸组分;3)营林后仅采伐2措施下土壤温湿度显著高于对照,土壤温湿度双因子模型较单因子模型能更好的解释土壤呼吸组分变化,但仅能解释其部分变化(4.6%-59.3%),仍需对营林后其他相关因子进行深入的综合研究。     

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.     

Pyrobaculum calidifontis sp. nov., a novel hyperthermophilic archaeon that grows in atmospheric air

A novel, facultatively aerobic, heterotrophic hyperthermophilic archaeon was isolated from a terrestrial hot spring in the Philippines. Cells of the new isolate, strain VA1, were rod-shaped with a length of 1.5 to 10 microm and a width of 0.5 to 1.0 microm. Isolate VA1 grew optimally at 90 to 95 degrees C and pH 7.0 in atmospheric air. Oxygen served as a final electron acceptor under aerobic growth conditions, and vigorous shaking of the medium significantly enhanced growth. Elemental sulfur inhibited cell growth under aerobic growth conditions, whereas thiosulfate stimulated cell growth. Under anaerobic growth conditions, nitrate served as a final electron acceptor, but nitrite or sulfur-containing compounds such as elemental sulfur, thiosulfate, sulfate and sulfite could not act as final electron acceptors. The G+C content of the genomic DNA was 51 mol%. Phylogenetic analysis based on 16S rRNA sequences indicated that strain VA1 exhibited close relationships to species of the genus Pyrobaculum. A DNA-DNA hybridization study revealed a low level of similarity (< or = 18%) between strain VA1 and previously described members of the genus Pyrobaculum. Physiological characteristics also indicated that strain VA1 was distinct from these Pyrobaculum species. Our results indicate that isolate VA1 represents a novel species, named Pyrobaculum calidifontis.