绿肥还田结合减氮对麦田土壤呼吸及其温度敏感性的影响

研究绿肥还田结合氮肥减施对麦田土壤呼吸动态及小麦产量的影响,以期为干旱绿洲灌区农田碳减排技术研发提供理论依据。试验于2021—2022年在甘肃河西绿洲灌区开展,以常规施氮无绿肥还田(N100)为对照,设施用15000 kg∙hm^(−2)绿肥+85%氮肥(G_(1)N_(85))、22500 kg∙hm^(−2)绿肥+85%氮肥(G_(2)N_(85))、30000 kg∙hm^(−2)绿肥+85%氮肥(G_(3)N_(85))、15000 kg∙hm^(−2)绿肥+70%氮肥(G_(1)N_(70))、22500 kg∙hm^(−2)绿肥+70%氮肥(G_(2)N_(70))和30000 kg∙hm^(−2)绿肥+70%氮肥(G_(3)N_(70))共7个处理。探讨小麦生育期的土壤呼吸速率、碳排放量、产量及碳排放效率,分析土壤呼吸对土壤温度的响应。结果表明:不同处理下麦田土壤呼吸速率均呈先升高后降低的单峰趋势,全生育期内变化范围为0.8~6.2μmol∙m^(−2)∙s−1。绿肥还田结合氮肥减施显著提高麦田土壤呼吸速率及土壤碳排放总量,与N100相比,平均增幅分别为7.2%~19.8%和5.7%~18.8%;其中G_(3)N_(85)和G_(3)N_(70)较其他处理土壤呼吸速率分别增加2.3%~16.0%和3.3%~19.8%,土壤碳排放总量分别增加2.9%~15.2%和3.1%~18.8%;与G_(3)N_(85)相比,G_(3)N_(70)处理两年平均土壤呼吸速率及土壤碳排放总量分别增加3.3%和3.1%(P<0.05)。绿肥还田结合氮肥减施处理显著降低土壤呼吸温度敏感性(Q10),与N100相比,Q10值降幅为10.4%~18.1%(P<0.05)。绿肥还田结合氮肥减施显著影响了小麦产量和土壤碳排放效率,其中G_(3)N_(85)处理分别显著高于其他处理4.2%~45.6%和0.3%~26.4%(P<0.05)。可见,绿肥还田结合氮肥减施在增强麦田土壤呼吸的同时,显著降低土壤呼吸温度敏感性,提高小麦产量和碳排放效率,其中翻压绿肥30000 kg∙hm^(−2)配合氮肥减量15%处理(G_(3)N_(85))是河西绿洲灌区小麦田节氮减排和提高农田土壤生产力的有效途径。

黄土高原退耕方式与年限对土壤呼吸及其温度敏感性的影响

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键过程,明确退耕后土地利用变化对土壤呼吸及其温度敏感性的影响是提升土壤碳汇能力的重要前提。以黄土高原20 a耕地、退耕3、6、10 a的苹果园与撂荒地为研究对象,原位监测样地2018年7-12月的土壤呼吸速率,估算其温度敏感性,并应用偏最小二乘结构方程模型,明确土壤呼吸及其温度敏感性的关键影响因子。结果表明,随退耕年限的增加,撂荒地土壤有机碳和全氮含量呈现先降低后升高的趋势,苹果园则与之相反。监测期间撂荒地平均土壤呼吸速率为2.73~4.65μmol·m^(-2)·s^(-1),苹果园为1.07~3.13μmol·m^(-2)·s^(-1),退耕3 a和6 a撂荒地的土壤呼吸速率显著高于苹果园(P<0.05)。土壤呼吸温度敏感性的变化范围为1.477~4.055,不同退耕方式间土壤呼吸温度敏感性并无显著差异。偏最小二乘-结构方程模型结果表明,土壤因子共解释了土壤呼吸及其温度敏感性34.4%的变化;相比于化学和生物因子,土壤水分与温度等物理因子对土壤呼吸及其温度敏感性的影响更为显著。研究表明,退耕后短期内(0~6 a),苹果园的固碳潜力更大,但随着退耕年限的延长(>6 a),撂荒地更有利于土壤固碳。

施用粪肥对我国北方农田土壤呼吸温度敏感性的影响

[目的]本研究旨在探明粪肥施用对我国北方农田土壤呼吸温度敏感性Q_(10)的影响及主要驱动因素,为制定合理的农业管理措施、减少农田土壤CO_(2)排放提供科学依据。[方法]本研究在中国知网、万方数据和Web of Science数据库收集国内外关于施用粪肥对土壤呼吸温度敏感性影响的相关文献,用关键词“粪肥”、“土壤呼吸”、“温度敏感性”和“中国北方”进行检索,共提取已公开发表的16篇文献中试验数据104组。采用整合分析(Meta-analysis)探讨不同粪肥施用条件下各因素对土壤呼吸温度敏感性的影响。[结果]粪肥施用可显著提高土壤呼吸温度敏感性,平均提升幅度为8.11%。施肥类型中,猪粪对土壤呼吸温度敏感性的增幅(12.72%)显著高于鸡粪的增幅(5.56%);粪肥施用量≤15000 kg·hm^(-2)对土壤呼吸温度敏感性的增幅最大(11.48%);单施粪肥的增幅(11.96%)显著高于粪肥配施化肥的增幅(5.22%)。土壤有机碳含量≥12 g·kg^(-1)时土壤呼吸温度敏感性的增幅(7.17%)显著高于6~12 g·kg^(-1)水平(2.23%)时的增幅;土壤初始pH≥7的增幅(8.11%)显著高于pH<7的增幅(3.48%)。不同气候条件下,年均温≤5℃时土壤呼吸温度敏感性的增幅为8.49%,年降雨量为400~600 mm时的增幅(8.98%)显著高于≤400 mm(2.71%)和≥600 mm时的增幅(-3.13%)。此外,随机森林结果表明土壤有机碳含量是影响土壤呼吸温度敏感性变化的关键因素,其解释率达42.6%。[结论]综上,在我国北方农田鸡粪配施化肥且粪肥施用量>15000 kg·hm^(-2)对土壤呼吸温度敏感性的增幅最小,可以有效减缓农田土壤的碳排放,以达到应对全球变暖现状的目的。此外,土壤有机碳含量是影响粪肥施用下中国北方农田土壤呼吸温度敏感性变化的主要驱动因素。

臭氧浓度升高与土壤湿度对农田土壤微生物呼吸温度敏感性的影响

为研究臭氧浓度升高条件下土壤湿度对农田土壤微生物呼吸温度敏感性的影响,采集经过3个生长季臭氧(100 nL.L-1)熏蒸及对照(CK)处理的农田土壤,在不同土壤湿度下研究土壤微生物呼吸对温度升高的响应规律.结果表明,在土壤湿度适宜的情况下,无论臭氧浓度升高处理还是对照处理中的土壤微生物呼吸均与土壤温度呈现出极显著的指数回归关系.就整个培养试验阶段的平均值而言,CK和100 nL.L-1臭氧处理下的平均土壤呼吸速率分别为0.48和0.33μmol.(m2.s)-1,前者比后者高约45%.臭氧浓度升高显著抑制了土壤微生物呼吸速率,并且显著降低了土壤微生物呼吸的温度敏感性.进一步的结果表明,正常土壤中土壤微生物呼吸的Q10随土壤湿度增加(20%～35%)而下降,而臭氧浓度升高改变了土壤中两者间的这种规律.综合本研究中的结果与以往关于土壤呼吸温度敏感性的研究结果,将Q10与土壤湿度(体积含水量)进行回归分析,可见两者间呈现极显著的二次函数关系,由此可推断其最大Q10值对应的土壤含水量在20%～25%范围内.

氮添加对高寒草甸土壤微生物呼吸及其温度敏感性的影响

土壤氮素的可利用性是控制土壤微生物呼吸的重要因素之一,大量研究已经表明增加土壤活性氮的含量可以降低微生物呼吸,但是土壤氮输入对土壤微生物呼吸温度敏感性的影响还不清楚。以青藏高原高寒草甸为研究对象,通过野外施氮试验和室内控制试验相结合的方式,在5℃、15℃和25℃条件下对3种施氮水平的土壤(对照,0g N m^(-2)a^(-1);低氮,5g N m^(-2)a^(-1);高氮,15g N m^(-2)a^(-1))进行培养,探讨土壤微生物呼吸及其温度敏感性对不同氮添加水平的响应情况。结果表明:(1)3个温度培养下的土壤微生物呼吸速率和累积碳释放量均随施氮量的增加而显著降低(P<0.05);(2)氮添加对5℃和15℃培养条件下的微生物呼吸温度敏感性没有显著影响,但显著地增加了15℃和25℃培养条件下的微生物呼吸温度敏感性(P<0.05);(3)线性相关分析表明,土壤累积碳释放量与土壤有机碳的难降解性显著负相关(P<0.05),而15℃和25℃培养条件下的微生物呼吸温度敏感性与土壤有机碳的难降解性显著正相关(P<0.05)。结果表明,在全球气候变暖的背景下,土壤氮输入将增加预测青藏高原高寒草甸地区土壤碳排放的不确定性。

红壤侵蚀区马尾松林恢复过程中土壤异养呼吸及微生物多样性的变化特征

土壤异养呼吸是影响土壤有机碳积累的关键因素。以南方红壤水土流失区不同恢复年限的马尾松林(未治理地(Y0)、恢复14 a(Y14)、恢复31 a(Y31))为对象,对不同呼吸组分进行测定并结合温度、水分以及微生物等因子,研究马尾松林恢复对土壤异养呼吸的影响。结果表明:不同恢复年限马尾松林土壤异养呼吸差异显著,恢复31 a显著大于恢复14 a以及未治理地,未治理地异养呼吸速率仅为0.99μmol·m^(–2)·s^(–1),而治理14 a、31 a分别为2.20、2.80μmol·m^(–2)·s^(–1);温度是异养呼吸季节变化的主要影响因子,分别解释季节变化的40.6%(Y0)、62.2%(Y14)、66.6%(Y31);马尾松林恢复后土壤异养呼吸温度敏感性(Q10)显著增加,Y0、Y14、Y31的Q10分别为1.58、1.93和1.82;不同恢复年限土壤异养呼吸占土壤总呼吸比例为77.94%(Y0)、70.84%(Y14)、77.35%(Y31)。结构方程表明,在马尾松林恢复过程中,土壤有机碳(SOC)、温度以及土壤微生物多样性变化是影响土壤异养呼吸变化的主要因子,其中SOC、土壤微生物与异养呼吸显著正相关,而植被恢复过程中土壤温度变化与异养呼吸显著负相关。本研究结果表明,马尾松林植被恢复过程中SOC的积累以及缺乏有效的物理保护增加了微生物对SOC的分解,另一方面土壤环境温度的降低和细菌、真菌丰度的增加以及群落中变形菌、子囊菌、酸杆菌的增加,更进一步加剧微生物对原有土壤有机质的分解强度,导致异养呼吸碳排放的持续增加,最终限制了马尾松林土壤碳吸存效率。因此,较高的土壤异养呼吸可能是影响红壤侵蚀退化区土壤有机质进一步提升的关键。

炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化温度敏感性的影响

采取室内恒温培养法,以施用炭基肥(BF)、不施炭基肥(CK)的40a茶园土壤为研究对象,设定15℃、25℃和35℃共3种不同温度场景,连续监测土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)矿化特征并分析有机碳矿化温度敏感性,为评估老茶园固碳减排及障碍消减提供参考。结果表明:(1)炭基肥提升了温变场景下茶园土壤pH值和SOC含量。15℃、25℃和35℃培养温度下,BF处理的土壤pH值较CK处理分别增加0.45、0.07和0.28个单位;BF处理的SOC含量较CK处理分别提高22.19%、16.65%和25.50%。(2)炭基肥增加了温变场景下茶园SOC累计矿化量、潜在矿化势(C_(S))及土壤呼吸强度,对SOC矿化呈现正激发效应。15℃、25℃和35℃培养温度下,BF处理的SOC累计矿化量较CK处理分别提高15.61%、46.51%和36.89%。BF处理的C_(S)值随温度升高呈现先增加后减少的变化趋势,25℃培养温度下BF处理的C_(S)值较15℃和35℃培养温度下分别提高147.11%和29.21%。(3)炭基肥降低温度升高处理下茶园SOC矿化温度敏感性。25~35℃温度范围内,BF处理的Q_(10)(土壤有机碳矿化温度敏感性)值较CK处理降低6.25%;BF处理在25~35℃温度范围内Q_(10)值较15~25℃温度范围内的Q_(10)值降低25%。说明施用炭基肥可有效改良40a茶园土壤理化性质,增加土壤固碳,并提升茶园土壤碳库应对温度变化的稳定性,炭基肥利于优化低产老龄茶园可持续生产管理。

氮添加对多伦草原土壤微生物呼吸及其温度敏感性的影响

人类活动导致氮和磷输入到草原生态系统,对土壤有机碳循环产生影响,但是土壤微生物呼吸(Soil microbial respiration,Rs)及其温度敏感性(Q10)对于氮沉降和磷有效性增加的响应还存在争议。因此,依托多伦草原氮添加样地(0、50 kg N hm-2 a-1和100 kg N hm-2 a-1),并添加磷进行室内恒温培养(10℃和15℃),研究氮添加和磷有效性增加对Rs及其Q10的影响。结果发现:氮添加显著降低胞壁酸含量和显著增加真菌丰富度(Fungal richness, F-richness)。与N0处理相比,N50和N100处理使累积呼吸量显著降低了61.2%和67.1%,但Q10显著升高了32.7%和50.8%;磷有效性增加没有对累积呼吸量及其Q10产生显著影响。逐步回归结果表明,F-richness和pH值分别是累积呼吸量及其Q10最重要的影响因子。研究表明氮添加抑制Rs,减少土壤有机碳损失,但增加气候变暖对多伦草原土壤有机碳分解的影响,在全球变暖背景下增加土壤有机碳排放的不确定性。

根系隔离对土壤酶活性及其温度敏感性的影响

为探究细根和相关菌根真菌对土壤酶活性及其温度敏感性(Q_(10)值)的影响,在亚热带杉木成熟林中设置未隔离(NE)、隔离细根(ER)、隔离菌根(EM)3种处理,并在室内设置不同温度梯度(4、10、20、30、40℃)的培养试验,探索根系碳输入改变对土壤酶活性及其温度敏感性的影响。结果表明:与NE处理相比,ER、EM处理下土壤的β-葡萄糖苷酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶的活性显著下降(P<0.05),ER、EM处理间差异不显著(P>0.05);ER处理下土壤的铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)含量显著降低(P<0.05),表明本研究中的土壤酶活性可能主要是由植物细根诱导的;不同隔离处理下3种土壤酶的活性均随着培养温度的上升而不断升高,只有ER、EM处理下的酸性磷酸酶活性在30~40℃温度区间开始下降;不同隔离处理下土壤酶的Q_(10)值随温度升高呈先增大后减小的趋势,在20~30℃温度区间达到最大值,该温度区间与土壤温度频率分布最高的温度区间重叠,对应植物生长旺盛的物候期,表明中低纬度森林土壤酶的Q_(10)值与本地植物物候节律存在内在关联。

参数优化方法对微生物模型预测土壤有机碳时空演变的影响

准确把握土壤有机碳(SOC)的时空演变规律对于土壤资源的高效持续利用、发挥土壤生态系统服务功能,以及应对气候变化等均具有重要意义。以江苏省南部为研究区,以明确表达微生物分解作用的微生物模型MIMICS为对象,以模型参数敏感性分析为切入点,分析了不同参数优化方法对MIMICS模型预测苏南农田表层(0~20 cm)SOC时空演变动态的影响。结果表明,批处理和点对点两种参数优化方法下,MIMICS模型均能较好地模拟1980-2015年苏南农田表层SOC密度先增加后减少的总体趋势;采用考虑模型参数空间异质性的点对点参数优化方法时,MIMICS模型预测精度最高,其预测误差(RMSE)较采用默认参数值时分别降低22.2%(2000年独立验证)和14.7%(2015年独立验证),但2015年SOC密度预测精度依然偏低(R^(2)=0.13,RMSE=1.22kg·m^(-2))。上述结果表明进一步改进微生物模型的结构、提高模型输入数据的精度及分辨率,将是微生物模型建模区域尺度SOC时空动态所面临的重要挑战。

秸秆隔层结合春灌对河套灌区盐碱地土壤呼吸及其温度敏感性的影响

【目的】探究河套灌区盐碱土壤呼吸对秸秆隔层与灌溉制度的响应,明确土壤呼吸速率与土壤温度、含水量的关系。【方法】采用完全随机区组设计,于2015年分别设置秋浇且春灌(ISA),不秋浇只春灌(IS),不秋浇只春灌+秸秆隔层(SIS)3个处理,于2017、2018年测定土壤呼吸、温度和含水量,并计算土壤呼吸的温度敏感性。【结果】(1)0—20 cm土层温度和含水量波动较为明显,而20—40 cm土层则相对稳定。相较于ISA、IS处理,SIS处理提高了0—40 cm土层温度和20—40 cm土层含水量。(2)2017年的土壤呼吸速率大于2018年;开花期土壤呼吸速率最高,其次为现蕾期、春灌前、播种前、收获期。(3)IS、SIS处理在开花期的土壤呼吸速率均显著高于ISA处理(P<0.05)。相较于ISA处理,IS和SIS处理的土壤呼吸速率分别增加了0.12—0.44和0.06—0.42μmol·m^(-2)·s^(-1)。相较于IS处理,SIS处理的土壤呼吸速率降低0.01—0.49μmol·m^(-2)·s^(-1)。表明不秋浇增加了土壤呼吸,但秸秆隔层降低了土壤呼吸。(4)土壤呼吸速率与土壤温度极显著正相关(P<0.01),与土壤含水量没有显著相关性。0—20和20—40 cm土层温度分别能够解释土壤呼吸速率变化的40.74%—53.84%和39.27%—53.46%。(5)不同处理的土壤呼吸敏感性(Q10)介于1.68—1.98,20—40 cm土层的Q10大于0—20 cm土层的。相较于ISA处理,IS和SIS处理能够降低土壤呼吸敏感性;相较于IS处理,SIS处理能够增加土壤呼吸敏感性。【结论】综合比较,不秋浇只春灌结合秸秆隔层可以提高0—40 cm土层温度和20—40 cm土层含水量,降低土壤呼吸速率,增加土壤呼吸的温度敏感性,可以作为河套灌区节水减排的有效措施。

不同处理方式下湿地松人工林土壤呼吸及温度敏感性变化

研究碳输入处理对沿海地区湿地松人工林土壤碳排放的影响,分析不同碳输入下各组分(植物根系、凋落物层及矿质土壤)的呼吸速率及其贡献,为人为干扰下滨海沙地碳循环模式和未来沿海地区气候变化提供参考。在福建省长乐大鹤国有防护林场的湿地松人工林中,采用随机区组试验改变湿地松人工林地上、地下碳输入方式,设置对照(SC)、去除根系(SR)、去除凋落物(SL)、环割(SG)、环割+去根(SGR)、环割+去凋落物(SGL)6个处理,采用开路式碳通量测定系统Li-8100测定不同处理样地每月的土壤呼吸速率、土壤温度和土壤湿度,并计算不同呼吸组分的速率和温度敏感性(Q_(10))。结果表明:1)观测期间,不同处理土壤呼吸年通量由大到小依次为对照(23.82 t·hm^(-2))、环割(20.04 t·hm^(-2))、去除凋落物(19.74 t·hm^(-2))、去除根系(14.4 t·hm^(-2))、环割+去凋落物(14.39 t·hm^(-2))、环割+去根(14 t·hm^(-2)),与对照相比碳输入减少后土壤呼吸均有所降低。2)不同处理间的土壤湿度差异极显著(P<0.01),土壤温度差异不显著(P>0.05)。3)湿地松林地异养呼吸在总呼吸中占比60.4%,自养呼吸占比39.6%。各组分呼吸速率对总呼吸速率的贡献率分别为矿质土壤呼吸(43.3%)、根系呼吸(39.6%)、凋落物层呼吸(17.2%)。4)不同处理使土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))均有所升高(除环割+去根处理),各处理Q_(10)依次为环割+去凋落物>去除凋落物>去除根系>环割>环割+去根=对照。不同碳输入处理对土壤CO_(2)排放有明显影响,碳输入方式是影响森林土壤呼吸速率的重要因子。

降雨梯度对林地土壤呼吸温度敏感性影响研究进展

在全球气候变化背景下,降雨格局改变导致生态系统碳循环发生变化,土壤呼吸温度敏感性(Q 10)是土壤呼吸机理研究和碳排放模型构建与预测的重要内容,探究降雨梯度下林地土壤呼吸温度敏感性的影响因素具有重要意义。以我国生态气候区作为降雨梯度表征,基于公开发表的文献资料,重点总结以我国干旱、半干旱和半湿润3个气候区确定的降雨梯度下,林地土壤呼吸温度敏感性影响的研究进展和作用机理。结果表明,降雨梯度下降雨格局改变会对土壤水热状况、土壤底物、土壤微生物群落及其酶活性等产生影响,土壤水分、土壤温度、土壤有机质、土壤微生物及酶活性和林地植被类型都会影响土壤呼吸强度,导致土壤呼吸温度敏感性发生变化;降雨梯度下,各因素对土壤呼吸温度敏感性影响程度不同,且各因素相互作用,导致林地土壤呼吸温度敏感性存在不确定性。针对目前林地土壤呼吸温度敏感性研究所存在的问题,建议今后应进一步统一土壤呼吸测定标准,通过长期野外实验结合室内模型推演增加试验结果的准确性,扩大研究范围,准确估算未来气候变化条件下林地的土壤呼吸温度敏感性。

凋落物输入对土壤呼吸温度敏感性的影响

目的 明确凋落物输入对土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))的影响,对准确理解全球气候变化具有重要的意义。方法 利用已发表的47篇研究论文,从凋落物管理措施、植被类型、气候、地形、土壤理化性质等调控因素揭示凋落物输入对土壤呼吸温度敏感性的影响。结果 (1)不同底物调控下,凋落物Q_(10)显著大于土壤呼吸Q_(10),且呈现出对照Q_(10)>倍增Q_(10)>去凋Q_(10)的趋势;(2)不同植被因素条件下,Q_(10)的增加程度在不同植被类型下呈现出阔叶林>混交林>针叶林>草的趋势,且Q_(10)随着林龄的增加而增大;(3)不同气候条件下的Q_(10)随着温度的增加而呈现出逐渐降低的趋势,而随着降雨量增加Q_(10)则呈现出先增后减的趋势;(4)不同海拔梯度条件下,高海拔Q_(10)最大,而低海拔Q_(10)最低;(5)不同理化性质条件下,Q_(10)随着容重的增加而呈负相关,pH以及SOC与Q_(10)呈正相关,Q_(10)随着C∶N的增大呈现先增大后减小的趋势。结论 凋落物输入后会导致Q_(10)发生变化,但这种变化会受到植被类型、气候、地形以及土壤理化性质等因素的调控。

不同培肥茶园土壤微生物量碳氮及相关参数的变化与敏感性分析

通过闽东地区茶园培肥长期定位试验,研究了不同培肥模式下土壤微生物量碳、氮,微生物量碳占溶解有机碳的比值和微生物熵的动态变化及其与其他土壤参数、茶叶理化性状的相关性。试验设6个处理:全量化肥(C),半量化肥+半量有机肥((CO)1/2),全量有机肥(O),全量化肥+豆科绿肥(CL),半量化肥+半量有机肥+豆科绿肥((CO)1/2L)和不施肥(CK)。研究结果显示:(CO)1/2L、CL和O等处理下土壤微生物量碳含量分别比CK增加了1.87、1.26、1.49倍,微生物量氮增加了2.18、1.32、1.70倍,而处理C的土壤微生物量碳、氮分别减少了0.46、0.59倍;微生物量碳占溶解有机碳的比值大小顺序为O>(CO)1/2L>CL>(CO)1/2>CK>C。可见,该区处理O和(CO)1/2L的培肥效果较佳。相关分析发现,微生物量碳及其占溶解有机碳的比值分别和土壤脲酶、有机质、全氮、全磷、水解氮、有效磷、速效钾、含水量、阳离子交换量等均呈显著正相关(P<0.05),表明它们与土壤肥力关系密切,可作为评价茶园土肥力变化的敏感指标。

模拟酸雨对我国亚热带毛竹林土壤呼吸及微生物多样性的影响

酸沉降造成的土壤持续酸化对毛竹林生态系统碳循环具有重要的影响,为量化酸沉降我国亚热带毛竹林土壤的影响,于2016年在浙江省杭州临安天目山国家级自然保护区毛竹林持续开展了2年野外模拟酸雨淋溶土壤实验,设置pH 4.0(T1)和pH 2.0(T2)两个模拟酸雨处理,以pH 5.8天然湖水为对照(CK),分析酸雨作用下土壤CO2排放及土壤微生物多样性的变化趋势,并明确毛竹林土壤呼吸、土壤微生物及土壤理化性质三者之间的关系。结果表明:土壤呼吸速率在酸雨作用下经过缓冲期后呈现先促进后抑制的变化,作用强度表现为:T2>T1。不同处理的土壤呼吸对温度的敏感性由高到低依次是:T2、CK、T1。PCR-DGGE分析表明,模拟酸雨改变了土壤微生物菌群结构,T2处理抑制了土壤细菌的多样性和丰富度,而T1处理对土壤真菌多样性和丰富度具有促进作用。土壤pH值、有效钾、可溶有机碳、微生物量碳、碱解氮和有效磷对土壤微生物群落结构及土壤呼吸具有显著的影响(P<0.05)。综上所述,模拟酸雨能够显著抑制毛竹林的土壤呼吸,并改变土壤微生物群落结构及多样性,这些结果为进一步研究毛竹林土壤生态系统对环境问题响应机制提供理论基础。

沿海拔梯度神农架土壤呼吸特征及其温度敏感性

[目的]深入了解森林生态系统土壤呼吸特征及其温度敏感性的变异规律。[方法]以神农架自然保护区不同海拔梯度上有机和矿质层的土壤为研究对象,探讨不同海拔梯度土壤的呼吸特征及其温度敏感性。[结果]随着海拔梯度的增加,土壤CO_(2)产生率先升高后降低,在海拔1892 m处达到最大值,而土壤呼吸对温度的敏感性(Q_(10))则随海拔的升高呈现增加的趋势;多数海拔梯度下,B层(20~40 cm)土壤CO_(2)产生率明显高于A层(0~20 cm),Q_(10)则与之相反;土壤性质影响了土壤呼吸的温度敏感性,0~40 cm土壤的Q_(10)与EC、SOC、TN、MBC存在显著正相关。[结论]在气候变化的背景下不同海拔梯度的Q_(10)可能发生分异。

小叶章湿地土壤可利用性碳对微生物呼吸的限制作用——三江平原为例(英文)

研究了三江平原小叶章湿地土壤中碳的可利用性对土壤中微生物呼吸的限制作用 .结果表明 ,表土和根层土中的可利用性碳显著限制微生物呼吸作用 .在所有的培养土壤中 ,起始时微生物呼吸速率较高 ,随之急剧下降 ,这可能是由于土壤物理化学及生物性质的变化所致 .土壤中有机质低于 1 0 %时 ,可以明显影响碳的可利用指数 ;大于 1 0 %以后就几乎没有影响了 .微生物生物量碳与碳的可利用指数也存在较为显著的正相关关系 .

麦玉轮作长期秸秆还田下土壤呼吸及有机碳库对温度变化的响应

为探明华北麦玉轮作区长期秸秆还田下增温对土壤呼吸及土壤碳库的影响,本试验基于41年不同秸秆还田水平(分别为0 kg/hm^(2)(S1)、2250 kg/hm^(2)(S2)、4500 kg/hm^(2)(S3)和9000 kg/hm^(2)(S4))田间定位试验,采集土壤样品后分别在15、25和35℃下进行125 d的室内恒温培养,针对土壤呼吸速率及有机碳组分含量进行监测。结果表明:在整个培养期间,土壤呼吸速率呈现先下降后平稳的变化趋势,秸秆还田量与温度显著影响土壤呼吸速率和呼吸累积释放量。各处理间土壤呼吸速率和呼吸累积释放量整体为35℃>25℃>15℃,S4>S3>S2>S1。秸秆还田量和温度显著影响土壤有机碳及各组分含量,培养后S4处理土壤有机碳含量显著高于其他处理,S3和S4处理土壤颗粒有机碳和微生物量碳含量显著高于其他处理,随培养温度的提高土壤有机碳组分呈降低趋势。土壤呼吸与土壤有机碳、颗粒有机碳、微生物量碳含量呈显著正相关。S3和S4处理较S1和S2处理可以显著降低土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))。总的来看,华北麦玉轮作区长期中量和高量秸秆还田可以提高土壤有机碳库,降低土壤呼吸温度敏感性,减缓CO_(2)的释放,且4500 kg/hm^(2)还田量具有更高的固碳潜力与空间。

CO_(2)浓度升高及增温下谷子土壤酶活性及其温度敏感性

研究作物重要生长阶段土壤酶活性及其温度敏感性对CO_(2)浓度升高及增温的响应,对于评价气候变化对作物生产的影响以及评估土壤生态系统的功能稳定性具有重要意义。利用人工气候室模拟不同水分(充分供水和轻度干旱)、CO_(2)浓度升高(由400μmol·mol^(-1)升高至700μmol·mol^(-1))和增温(由22℃升高至26℃)条件,以3个因素交互作用下盆栽谷子(Setaria italica)土壤为研究对象,分析了谷子灌浆期土壤中β-葡糖苷酶(βG)、β-N-乙酰葡糖苷酶(NAG)、纤维素酶(CBH)和β-木糖苷酶(βX)活性的温度敏感性。结果表明,对照(CK)在充分供水条件下土壤βG、NAG、CBH和βX的酶活性随着培养温度增加呈先升高后降低的趋势,在25℃时酶活性最高。在最适温度下(25℃),与CK相比,CO_(2)浓度升高使谷子灌浆期土壤βG酶活性显著降低,而对土壤NAG、CBH、βX酶活性的抑制作用较小;CO_(2)浓度升高和增温的交互作用在不同水分条件下表现不同,具体表现为轻度干旱条件下酶活性受到抑制,而充分供水时无显著差异。此外,CO_(2)浓度和温度显著影响谷子灌浆期土壤酶活性的温度敏感性(Q_(10))CO_(2)浓度升高使土壤胞外酶活性的Q_(10)显著增大,而增温使Q_(10)相对减小。在充分供水条件下,增温抵消了CO_(2)浓度升高对酶活性Q_(10)的影响,二者的交互作用对Q_(10)无显著影响。然而,在轻度干旱条件下,CO_(2)浓度升高和增温对Q_(10)影响显著,即CO_(2)浓度、温度及水分三者对Q_(10)的交互作用显著。同时,CO_(2)浓度与水分对Q_(10)有显著的交互作用,但与仅CO_(2)浓度升高以及3个因素交互作用的影响无明显差异。冗余分析显示,除CO_(2)浓度和温度外,Q_(10)还受到微生物量、土壤养分等环境因子的影响。本研究表明CO_(2)浓度、温度和水分以及三者之间的交互作用对土壤酶活性及其温度敏感性的影响复杂,特别是CO_(2)浓度升高抑制了土壤酶的温度敏感性,减弱了土壤碳氮循环相关酶的代谢功能及其稳定性,进而影响土壤生态系统的功能稳定性。