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(P<0.05);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(P<0.05);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。

土壤呼吸组分分离技术研究进展

分离土壤呼吸组分是理解陆地生态系统碳循环的重要步骤,研究农田生态系统土壤呼吸组分的呼吸过程和机理对促进农业温室气体减排和碳汇增加、气候变化适应、保障粮食安全以及推动农业可持续发展都具有积极意义。综述了近年来土壤呼吸组分分离的理论依据、主要技术及分类,系统比较了现有技术的优势、劣势和应用领域,并总结了土壤呼吸组分分离技术在国内外农田生态系统中的应用情况。由于多数分离技术在森林生态系统的相关研究中发展而来,它们在农田生态系统的应用十分有限,目前应用以同位素法、根分离法和回归法为主。由于土壤呼吸理论划分和分离方法的差异,不同研究结果之间往往难以比较。分离技术的发展有赖于土壤呼吸源分离理论的进一步发展,未来土壤呼吸组分分离研究的主要方向在于:(1)利用现有观测技术促进组分集成分析法和根分离法在农田生态系统中的应用,强化土壤呼吸组分和环境因子的同步观测,准确评估农田碳收支;(2)利用定位观测数据开展大尺度模型研究,改进和重构现有全球碳模型的碳氮过程,并在其中考虑重要的土壤呼吸过程;(3)利用FACE试验评估气候变化对土壤呼吸组分的影响和土壤-植物碳循环的适应机制;(4)分析呼吸组分与植物-土壤-养分的交互作用,评估农田管理措施的综合影响。

三峡库区兰陵溪小流域3种林型土壤呼吸组分的量化

采用壕沟法和红外气体分析法测定了三峡库区兰陵溪小流域针叶林、阔叶林、针阔混交林的土壤总呼吸（Rt）、根系呼吸（Rr）、地上凋落物分解（Rl）及土壤有机质分解（Rs）的呼吸速率，量化了土壤呼吸各组分对土壤总呼吸的贡献率。结果表明：3种森林类型的土壤总呼吸及组分的呼吸速率均呈现出明显的季节变化．夏秋季最高，冬季最低；Rr在春季和秋季的贡献率较高，蜀在秋季对R．的贡献最高，而段在春季和夏季的贡献率较高；针叶林、阔叶林、针阔混交林三种林型，置的年均值分别为1．61、1．47、2．04μmol·m-2·S-1、Rr的年均值分别为0．47、0．35、0．76μmol·m-2·S-1，Rl的年均值分别为0．38、0．16、0．48μmol·m-2·S-1，Rs的年均值分别为0．76、0．96、0．80μmol·m-2·S-1。在3种类型森林中，对土壤总呼吸Rt年贡献率最大的是Rr（39％～65％），其次是足（24％～37％），最小的为Rl（11％～24％）。

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。

中度火干扰对帽儿山次生林土壤呼吸组分及土壤微生物生物量的影响

选择帽儿山实验林场次生林中度火烧迹地为研究对象,对中度火干扰后的次生林森林生态系统的土壤呼吸进行量化和分离以及土壤微生物生物量定量分析,揭示中度火干扰后,短期内生长季土壤呼吸组分和土壤微生物生物量的动态变化规律。结果表明:中度火烧后,短期内火烧迹地与对照样地土壤呼吸速率(Rs)不存在显著差异;火后土壤异氧呼吸速率(Rh)升高约18.6%,土壤自养呼吸速率(Ra)显著降低约41.9%(P<0.05);温度是控制该地区土壤呼吸组分变化的主要环境因子;火干扰后,土壤呼吸、土壤异氧呼吸和土壤自养呼吸的Q10值(土壤呼吸温度敏感性指数)与对照样地相比均降低,说明中度火干扰后,帽儿山地区次生林生态系统,短期内对温度变化的敏感性降低;火干扰后,土壤深度5 cm和10 cm的土壤微生物生物量碳分别上升31.2%和7.3%。因此,对火干扰后,帽儿山地区森林生态系统土壤呼吸及其组分的定量分析,为火干扰后次生林生态系统的碳循环变化研究提供了依据。

土壤呼吸组分测定技术与农田管理措施影响的研究进展

土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,土壤呼吸是温室气体排放的重要组成部分,因此研究土壤呼吸对农业固碳减排具有重要意义。土壤呼吸准确测定和其分量来源分析是土壤呼吸研究的基础和重要手段,本文对其进行总结归纳,并对耕作施肥,特别是全球变化对土壤呼吸影响研究成果进行了回顾。土壤呼吸速率测定主要有箱法和微气象法,CO2浓度测定主要有红外气体分析法、气相色谱法、碱液吸收法。土壤呼吸分组主要有组分集成分析法、同位素标记技术、挖沟隔离法等方法。良好的耕作施肥管理可以减缓土壤呼吸作用,土壤呼吸对全球变化具有一定的适应性。下一步的研究需要利用先进观测技术和方法对土壤呼吸过程机理和控制因子进行更深入研究。

川中丘陵区冬水田种植模式转旱作土壤呼吸组分特征及碳平衡

冬水田-水稻是川中丘陵区传统的稻田种植模式,冬水田种植模式转变是实现多熟种植及机械化的重要途径。为探究冬水田-水稻种植模式转旱作过程中作物季及休闲期土壤呼吸速率及其组分构成,试验设置冬水田-水稻转旱作(FTD)、冬水田-水稻(FR)和冬闲田—玉米(FM)3种不同种植模式,采用根排除法和静态明箱-气相色谱法原位取样测定作物季及季后休闲期土壤呼吸及其组分,并通过测算净生态系统生产力(NEP)进而判断冬水田-水稻转旱作过程的农田系统碳汇强度。结果表明:(1)FTD显著提高了土壤总呼吸速率及其自养和异养呼吸速率,从而提高了其累积排放量(P<0.05)。与FR相比,FTD的土壤总呼吸及其自养和异养呼吸的累积排放量分别提高了13.14倍、11.32倍和15.56倍(P<0.05);与FM相比,FTD的土壤总呼吸及其自养和异养呼吸的累积排放量分别提高了70.56%、40.83%和115.47%(P<0.05)。(2)与FR和FM相比,FTD均降低了土壤呼吸及其组分的温度敏感性(Q_(10)),且土壤总呼吸的温度敏感性介于异养呼吸和自养呼吸之间。(3)FR,FM和FTD的净生态系统生产力(NEP)均为正值,其数值分别为7911.66 kg/hm^(2),5667.89 kg/hm^(2)和1583.46 kg/hm^(2),均表现为大气CO_(2)的碳汇,但与FR与FM相比,FTD显著降低了其净生态系统生产力,呈现出较弱的碳汇。

崇明东滩围垦区不同土地利用类型对土壤呼吸及其组分的影响

在崇明东滩围垦区,采用Licor-8100A土壤碳通量观测系统及分层去根法,连续测定5种土地利用类型(芦苇湿地、白茅湿地、幼龄林、中龄林和农田)的土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸,以及0~10 cm表层土壤温度、体积含水率和电导率等环境因子,系统地比较了崇明东滩围垦区不同用地类型土壤呼吸及其组分的差异.结果表明:①幼龄林、中龄林和农田样地的土壤呼吸显著低于芦苇湿地和白茅湿地样地;②幼林龄、中林龄和农田样地的异养呼吸占比显著高于芦苇湿地和白茅湿地样地;③土壤呼吸及其组分与土壤温度呈显著的指数关系,但与土壤含水率和电导率的相关性较弱.与残存湿地相比,不同的农林利用方式显著降低了围垦区土壤呼吸,但大幅增加了异养呼吸,这可能说明土壤有机碳库在围垦20年后仍处于净损失状态.因此,需要采取有效措施进一步提升该区域土壤的碳固持能力.

寒温带冻土区火烧木管理方式对土壤呼吸及其组分的影响

【目的】研究大兴安岭冻土区兴安落叶松林火烧迹地不同火烧木管理方式对土壤呼吸速率及组分的影响,探讨土壤呼吸与土壤温度和含水率的相关性,旨在为火烧后森林恢复与重建提供理论依据。【方法】以寒温带冻土区兴安落叶松林2009年火烧迹地为对象,使用LI-8100土壤呼吸速率测定系统,于2016和2017年生长季观测土壤呼吸速率,同时测定10 cm深处土壤温度和含水率季节变化,比较不同火烧木管理样地(火烧木皆伐,2009C;火烧木择伐,2009S;火烧木未伐,2009N)与对照样地(未火烧未采伐,2009CK)的土壤温度和含水率变化对土壤呼吸速率的影响。【结果】观测期内,4类样地土壤呼吸速率(R_(S))与土壤异养呼吸速率(R_(H))表现为2009S>2009N>2009CK>2009C;土壤自养呼吸速率(RA)2016年表现为2009N>2009S>2009CK>2009C,2017年表现为2009CK>2009N>2009S>2009C。4类样地均呈土壤异养呼吸速率贡献率(C_(H))大于自养呼吸速率贡献率(C_(A))。C_(A)在对照样地最大(23.75%),在火烧木皆伐样地最小(16.04%),表现为2009CK>2009N>2009S>2009C。4类样地RS及其组分与10 cm深处土壤温度(T_(10))极显著正相关(P<0.01)。火干扰降低了R_(S)及其组分与10 cm深处土壤温度的敏感系数。【结论】在冻土区兴安落叶松林,火烧增加了R_(S)与R_(H),火烧木择伐进一步增加了R_(S)和R_(H)(P>0.05)。火烧木皆伐会降低R_(S)及其组分,且2009C样地的土壤RA显著低于2009CK(P<0.05)。火干扰降低了土壤自养呼吸速率贡献率,火烧木采伐对此进一步降低,且采伐强度越大时降低越多。4类样地土壤呼吸速率及其组分与10 cm深处土壤温度显著正相关(P<0.01)。3类火烧木管理样地的土壤呼吸速率及其组分对温度的敏感度均低于对照样地。火烧迹地土壤呼吸速率及其组分与10 cm深处土壤含水率的正相关性不显著。

土壤呼吸对大气CO_(2)浓度升高的响应研究进展

土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,其微小变化会直接影响碳循环过程。目前,土壤呼吸对全球大气CO_(2)浓度升高响应已引起广泛关注。本文初步总结了模拟土壤呼吸对CO_(2)浓度升高响应的研究进展,尤其关注CO_(2)浓度升高对土壤呼吸组分的影响差异和微生物调控机制等。深入认识CO_(2)浓度升高-微生物-土壤呼吸之间的关系,有利于在未来全球变化的背景下,提高土壤碳汇功能。在此基础上,指出了当前土壤呼吸对CO_(2)浓度升高的响应过程中存在的问题和不足,并对未来研究提出展望。

缙云山针阔混交林土壤各组分呼吸速率区分及其与环境因子的关系

以重庆缙云山针阔混交林为试验地,开展针阔混交林土壤各组分呼吸速率的分离量化及其与环境因子之间的关系研究.于2011—2013年生长季(4—9月),利用壕沟断根和移除凋落物方法区分RA(自养呼吸速率)、RH(异养呼吸速率)、RL(凋落物呼吸速率)及RSOM(有机质呼吸速率);同时,实地观测土壤各组分呼吸速率、AT(大气温度)、SR(太阳总辐射强度)、ST(5 cm深处土壤温度)和SW(5 cm深处土壤湿度),并通过相关性分析,研究土壤各组分呼吸速率与环境因子之间的关系.结果表明:1除RL外,其他组分呼吸速率的月际变化均呈单峰曲线趋势,最大值均出现在6月或7月,月均值差异显著(P<0.05);土壤各组分呼吸速率年均值年际变化均不明显(P>0.05),但土壤各组分呼吸速率年均值之间存在显著差异(P<0.05).2RA和RH分别占RT(土壤总呼吸速率)的27%和73%,RSOM占RH的63%.3除RL外,其他土壤组分呼吸均与AT和ST呈显著相关(P<0.05),表明AT和ST是影响土壤各组分呼吸速率的主要因子.4指数模型最适用于描述该区AT和ST与土壤各组分呼吸速率之间的关系;除RL外,其他土壤组分呼吸对AT的敏感性Q10(温度每增加10℃所造成的呼吸速率改变的商)高于ST,并且不同组分呼吸的Q10之间存在差异.

板栗林土壤不同组分呼吸对氮添加的响应

通过原位进行控制、低氮和高氮(0,60,240 kg/(hm2·a))3个氮添加处理,采用挖壕沟法区分自养呼吸,研究板栗林土壤不同组分呼吸对氮添加的响应机制。结果表明:1)氮添加处理对土壤温度和湿度的影响均不显著(P>0.05);2)在控制处理样地中,土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸速率分别为(3.47±0.09)、(2.26±0.10)和(1.21±0.16)μmol/(m2·s),土壤不同组分呼吸对氮添加处理有不同的响应,低氮添加显著促进了土壤呼吸及不同组分呼吸(P<0.05),高氮添加则显著抑制了土壤呼吸及异养呼吸(P<0.01),而对自养呼吸无显著影响(P>0.05);3)在控制处理样地中,土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸的Q10值分别为2.44、1.93和4.10,氮添加处理可显著降低自养呼吸的Q10值(P<0.05),而对土壤呼吸和异养呼吸无显著影响(P>0.05)。

采伐对森林土壤呼吸影响的研究进展

土壤呼吸是大气二氧化碳(CO_(2))重要的来源,采伐作为森林经营的常规活动之一,是影响森林土壤呼吸的重要人为干扰措施。开展有关采伐对森林土壤呼吸影响的研究对更好地理解森林碳循环和应对全球气候变化具有重要的科学意义和应用价值。本研究将采伐分为2类:皆伐和部分采伐(择伐、渐伐、间伐和更新采伐等)。分别综述了皆伐和部分采伐对土壤呼吸影响的代表性研究成果,讨论了皆伐和部分采伐对土壤呼吸的主要影响机制,总结了当前采伐对森林土壤呼吸及其组分与土壤温度敏感性(Q_(10))的影响并对未来研究提出展望。目前采伐对土壤呼吸的研究主要集中于:①采伐强度对土壤呼吸影响的方向和幅度;②皆伐或部分采伐后土壤呼吸随时间变化的动态特征及受土壤温度等环境因子的影响;③皆伐或部分采伐对土壤呼吸组分的影响;④皆伐或部分采伐对Q_(10)的影响;⑤皆伐或部分采伐对土壤呼吸的影响机制。主要结论为:①因采伐强度、采伐措施、采伐剩余物的处理、气候类型、森林类型和植被恢复时间的不同,采伐的影响效果呈现不同的变化规律;②采伐往往导致土壤自养呼吸减少,异养呼吸增加,土壤总呼吸表现为两者相抵的程度,这种影响会随植被恢复程度的提高而减小;③采伐后短期内Q_(10)有不同的变化规律,长期往往会下降。未来关于采伐对森林土壤呼吸影响的研究应集中于土壤呼吸组分及其温度敏感性对采伐的响应,同时应结合不同强度采伐、不同植被恢复阶段、其他营林措施和大气CO_(2)浓度上升等全球变化因子,探讨采伐对区域土壤呼吸及组分的影响,更好地理解采伐对森林生态系统碳循环的影响机制。

高寒草甸土壤呼吸对降雨梯度变化的响应

全球降雨格局正发生显著变化,进而影响陆地生态系统碳循环过程.土壤呼吸是陆地生态系统第二大碳通量,其微小变化将显著影响气候变化的进程.而目前土壤呼吸对降雨改变的响应研究多为2-3个处理,缺乏土壤呼吸对降雨梯度的响应.基于青藏高原高寒草甸降雨梯度控制实验平台,设置6个水平降雨梯度,包括年均降雨量的1/12倍(1/12P)、1/4倍(1/4P)、1/2倍(1/2P)、3/4倍(3/4P)、1倍(P)和5/4倍(5/4P).于2019年生长季测定了土壤呼吸及其组分(自养呼吸、异养呼吸),研究土壤呼吸及其组分对降雨梯度的响应.结果表明:(1)土壤呼吸对降雨改变存在非线性响应,土壤呼吸随降雨量增加而增加,并在1/2P处理达到最大值(4.8μmol^(-1)m^(-2)s^(-1)),其后随着降雨量增加土壤呼吸逐渐降低.(2)1/4P和1/2P处理分别使自养呼吸显著增加50.2%和53.3%,结构方程模型表明降雨量改变间接显著影响自养呼吸(P>0.05),而土壤含水量直接显著影响自养呼吸(P>0.05).(3)异养呼吸随降雨未发生显著变化(P>0.05),但受地上生物量的直接影响(P<0.05).可见,土壤自养呼吸的变化导致土壤呼吸随降雨量增加呈现非线性响应,异养呼吸对土壤呼吸的相对贡献随降雨量增加而增大,表明在未来降雨增加的背景下,高寒草甸土壤中更多的碳易于通过微生物分解而释放.本研究揭示了土壤呼吸随降雨量增加的非线性响应,为准确模拟和预测未来降雨格局下高寒草地生态系统土壤碳释放提供了科学依据和数据支撑.

模拟增温对高寒灌丛生长季土壤呼吸的影响

以青藏高原东部窄叶鲜卑花高寒灌丛为对象,研究了高寒灌丛生长季土壤呼吸不同组分对开顶式生长室(OTC)模拟增温的响应。结果表明:模拟增温使窄叶鲜卑花高寒灌丛空气温度和土壤温度平均增加了0.6℃和1.2℃,使土壤水分含量显著降低了2.7个百分点;模拟增温在灌丛生长季分别使土壤总呼吸、异养呼吸、根源呼吸、细根呼吸和根际微生物呼吸速率显著增加了54.3%~99.2%、60.8%~80.3%、30.0%~165.0%、37.6%~110.1%和96.7%~215.3%;土壤酶活性、土壤温度和土壤pH是影响土壤呼吸各组分速率的主要因子,这些因子可以解释土壤呼吸速率49.2%以上的变异;土壤微生物生物量、土壤无机氮含量和土壤水分对土壤呼吸速率的影响不显著;根源呼吸和细根呼吸速率与细根生物量呈显著相关。全球气候变暖将通过改变植物、土壤生物与非生物环境因子显著促进青藏高原东部高寒灌丛生态系统土壤呼吸过程,从而加速土壤碳循环。

农田生态系统土壤呼吸测定方法研究进展

土壤呼吸是全球碳循环和气候变化的重要影响因子之一,农田生态系统是全球碳循环中最活跃的部分,研究农田生态系统土壤呼吸对农田固碳减排具有重要的意义。文章综述了目前国内外农田土壤呼吸的测定方法和组分分离方法,讨论了各方法的原理、技术、优缺点和适用范围,认为动态气室法是土壤呼吸测定的首选方法,必要时可与微气象法配合使用。根分离法简便准确,是国内普遍采用的农田土壤呼吸组分分离方法。文章还指出,农田生态系统土壤呼吸测定时应做到规范测定方法、确保跟踪时间、扩大研究范围,以确保测量精度和代表性。

多年施用生物炭对河南烤烟种植区土壤呼吸的影响

为探究生物炭施用对土壤呼吸的影响,采用5 a定位试验(2013～2017年)研究了不施生物炭(CK)、施用1. 5 t·hm-2生物炭(T1)、施用15 t·hm-2生物炭(T2)、施用45 t·hm-2生物炭(T3)这4种处理下土壤呼吸及土壤水热因子的动态变化规律.结果表明:(1)在土壤中连续5a施入中剂量生物炭(T2:15 t·hm-2)显著降低了烤烟生长季土壤呼吸速率,降幅为25. 89%;当施入量增至45 t·hm-2(T3)时土壤呼吸速率显著增加,增幅为21. 48%(P <0. 05).(2)长期中剂量生物炭的添加显著降低了土壤异养呼吸速率和自养呼吸速率,降幅分别为29. 80%和28. 75%;大剂量生物炭(T3:45 t·hm-2)的施入显著增加了土壤异养呼吸速率,增幅为28. 88%.低剂量生物炭(T1:1. 5 t·hm-2)和中剂量生物炭均显著增加土壤呼吸中自养呼吸的比例,大剂量生物炭的施入显著增加了异养呼吸的比例(P <0. 05).(3)低剂量生物炭显著降低了烤烟生长季土壤5 cm温度;大剂量生物炭显著降低了土壤5 cm湿度.土壤呼吸与土壤5 cm温度之间呈显著指数相关,与土壤5 cm湿度之间未表现出显著相关(P <0. 05).综上,连续5a低剂量生物炭的施用对土壤呼吸无影响,适量生物炭的施用具有固碳减排效应,大剂量生物炭施用则会适得其反,建议生物炭施用范围应控制在15 t·hm-2以内.