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。

植物源和土壤有机质源土壤呼吸组分的拆分原理、方法与应用进展

区分土壤呼吸组分并揭示其与环境因素的相关关系,对于准确评估土壤碳过程及其环境影响机制至关重要。根据底物来源和作用机制的差异,土壤呼吸主要包括根系呼吸、根际微生物呼吸、凋落物分解、自然条件下和激发效应下土壤有机质(SOM)分解。现有土壤呼吸组分拆分方法可以分为基于植物源CO_(2)测定或土壤有机质源CO_(2)测定的差分拆分方法,以及基于土壤呼吸组分同位素信号差异的拆分方法。土壤呼吸组分拆分研究可以解决不同土壤呼吸组分对环境变化的响应机制、植物光合碳输入与地下土壤呼吸组分的交互作用、土壤呼吸组分变化对土壤碳库周转的影响机制等科学问题,但其理论假设、观测技术方法、潜在的误差来源等仍需要继续关注并系统研究。

土壤呼吸影响因子与组分区分方法研究进展

土壤呼吸是陆地与大气进行气体交换的过程,是陆地生态系统碳元素流失的主要途径,对全球变化过程起着重要的作用。本文从非生物因子(土壤温度、水分)、生物因子(植物生物量、土壤微生物)以及人类活动(施肥、放牧、土地利用方式)三个方面分别分析了其对土壤呼吸产生的影响,并且评述了组分综合法、根去除法、根系生物量外推法、同位素示踪分析法4种区分土壤呼吸组分的方法,最后对土壤呼吸的研究趋势进行了展望,为今后研究土壤呼吸提供参考依据。

土壤呼吸组分区分的研究进展

气候变暖影响着全球碳循环的整个过程,土壤呼吸是全球碳循环的一个重要环节,主要分为异养呼吸和自养呼吸2种。本文通过对国内外土壤呼吸各组分区分相关文献进行查阅、整理、归纳,总结了几种土壤组分区分的方法,主要包括组分法、根移走法、壕沟法、林隙法、凋落物移除法和同位素法等,也详细介绍了每种方法的原理以及优缺点,以期为以后的试验研究提供参考。

基于同位素技术的蒸散组分区分采样方案优化研究

采集2021年生长季和非生长季新安江源区常绿针叶林土壤-植物-大气多源水样进行氢氧稳定同位素测试,分析不同来源水分同位素组成(δ^(18)O和δ^(2)H)的差异及变化特征,评估不同季节多水源采样方案(植物不同部位、土壤不同深度)对蒸散发组分区分的影响程度,进而优化我国南方湿润区森林生态系统蒸散组分区分的氢氧稳定同位素采样方案。结果显示:多源水δ^(18)O和δ^(2)H在土壤-植物的水分传输过程中逐渐富集,非生长季较生长季更为富集。植物各部位水分的动力学分馏强度随着同位素不断富集而逐渐增大。河道水与山泉水同位素组成分布较为接近,大气水汽相较于其他水源明显最为贫化。土壤水同位素组成垂向分布主要呈现三种不同的规律:随深度增加而减小、先增大后减小或先减小后增大。浅层土壤水同位素组成变化范围大于深层土壤水,拐点位于50—90 cm。由植物各部位与土壤的水同位素组成分布特征及其差异可知符合同位素稳态假设的杉木最佳取样部位为韧皮部。比较基于不同深度土壤蒸发水汽同位素组成δ_E计算得出的T/ET(蒸腾与蒸散发比率),发现生长季T/ET整体变化量为13.46%,低于非生长季21.42%。即土壤取样深度的变化在相对干冷条件下对T/ET的影响较大,推断出适宜杉木林的土壤取样深度约为20—30 cm。研究成果可为湿润区半湿润区蒸散发组分区分同位素采样方案设计、蒸散发估算模型构建提供科学依据,并为生态系统蒸散发组分分割、植物蒸腾水分溯源研究奠定有效基础。

利用^(13)C标记和自然丰度三源区分玉米根际CO_(2)释放

石灰性土壤中,根际土壤释放的CO_(2)有三个来源,即根源呼吸、土壤有机碳(SOC)分解和土壤无机碳(SIC)溶解,三源区分土壤释放的CO_(2)是量化土壤碳平衡的前提。分别在玉米拔节期、抽穗期和灌浆期进行7 h的^(13)O_(2)脉冲标记,经过27 d示踪期后破坏性取样,测定^(13)标记与自然丰度处理中,玉米地上部、根系、土壤和土壤CO_(2)的碳含量和δ^(13)值,利用^(13)示踪并结合自然丰度法区分玉米土壤CO_(2)的来源。研究结果显示,随着玉米生长,根源呼吸对土壤CO_(2)的贡献呈降低趋势,从拔节期的66.7%降低至灌浆期的25.8%。整个玉米旺盛生育期内(从拔节期到生育期末),根源呼吸和土壤总碳释放对土壤CO_(2)具有同等贡献,SOC和SIC释放对土壤总碳释放的贡献率分别为30%和20%。玉米生长对土壤的碳输入(根系+根际沉积物)超过土壤总碳(SIC+SOC)的释放,总体表现为土壤碳汇。研究表明,SIC溶解对全球碳库稳定性和调节CO_(2)浓度的影响非常重要,若忽视石灰性土壤中SIC溶解,则会高估SOC的分解,进而影响SOC激发效应以及土壤碳平衡的评估。

玉米生长对石灰性土壤无机碳与有机碳释放的根际效应

利用IsoSource模型三源区分玉米根际土壤CO_(2)释放来源(根源呼吸、土壤无机碳与有机碳释放),研究玉米根际效应对石灰性土壤无机碳与有机碳释放的影响。在玉米拔节期(24~53 d)、抽穗期(54~66 d)和灌浆期(67~99 d)末分别破坏性取样,测定根系、土壤有机碳和无机碳的^(13)C含量等指标;自拔节期开始至生育期末,每隔3d测定种植玉米与不种玉米的土壤呼吸CO_(2)量以及^(13)C-CO_(2)含量。结果表明,利用IsoSource软件三源区分土壤CO_(2)的排放,土壤CO_(2)排放累计量以根源呼吸贡献为主(48.0%),其次为土壤有机碳(31.2%),最小为土壤无机碳(20.8%)。玉米对土壤无机碳与有机碳释放均表现为正根际效应,从拔节期至生育期末,种植玉米土壤有机碳与无机碳的释放分别较不种植土壤多65%和156%。土壤无机碳对于稳定全球碳库和调节大气CO_(2)浓度具有重要意义,若忽视石灰性土壤无机碳对土壤CO_(2)释放的贡献,有可能高估土壤有机碳的分解。