不同CO_(2)浓度和氮肥水平对稻田呼吸速率的影响

为研究不同CO_(2)浓度和氮肥水平对稻田呼吸速率的影响,利用12个开顶式气室开展田间试验,CO_(2)浓度设置对照(CK,自由大气CO_(2)浓度)、CO_(2)浓度比CK增加120μmol·mol-1(C1)和200μmol·mol-1(C2)3个水平,氮肥设置低氮(N1,15 g·m^(-2))和常规氮肥(N2,25 g·m^(-2))2个水平,试验共6种处理。结果表明:在相同施氮水平下,在灌浆期和蜡熟期,C1N1比CKN1处理的呼吸速率分别下降了23.4%(P=0.045)和49.1%(P=0.010);在抽穗期和灌浆期,C2N2比CKN2处理的呼吸速率分别升高了12.3%(P=0.009)和16.8%(P=0.047)。同一CO_(2)浓度下,不同施氮水平处理的呼吸速率表现为N2>N1,且在拔节期和抽穗期达到显著水平,在灌浆期达到极显著水平;其中在灌浆期和蜡熟期,C1N1比C1N2处理的呼吸速率分别下降了31.1%(P=0.004)和42.7%(P=0.010)。研究表明,大气CO_(2)浓度升高对稻田呼吸速率的影响因生育时期而异,氮肥减施可以降低稻田呼吸速率及CO_(2)累积释放量。

大气CO_(2)浓度缓增、骤增和不同施氮水平对稻田CH4排放的影响

为探究大气CO_(2)浓度缓增、骤增和不同施氮水平对稻田CH_(4)排放的影响,基于CO_(2)浓度自动调控平台开展水稻试验,以“南粳9108”为试验品种,采用静态箱-气相色谱法测定CH_(4)通量。在背景大气CO_(2)浓度(CK)的基础上,设置CO_(2)浓度缓增(C_(1)处理,从2016年开始逐年增加40μmol·mol^(-1),至2018年增加120μmol·mol^(-1))和骤增(C_(2)处理,CO_(2)浓度每年均增加200μmol·mol^(-1))处理;在常规施氮量(N 1处理,25 g·m^(-2))的基础上设置氮肥减施处理(N_(2)处理,15 g·m^(-2))。结果表明,CO_(2)浓度缓增、骤增和不同施氮量均没有改变稻田CH_(4)通量的季节变化规律,总体上呈现先增加后减小的趋势。在整个生育期,CO_(2)浓度缓增、骤增对稻田单位产量CH_(4)排放量无显著影响。在C_(2)条件下,与N 1处理相比,N_(2)处理水稻产量显著降低45.2%(P=0.037),同时稻田单位产量CH_(4)排放量显著增加63.3%(P=0.008)。综上所述,随着CO_(2)浓度升高,氮肥减施至15 g·m^(-2)会减少水稻产量,同时增加稻田单位产量CH_(4)排放。

模拟CO_(2)浓度和温度升高对宁夏枸杞果实品质形成的影响

【目的】探究CO_(2)浓度和温度升高对3个宁夏枸杞品种形态特征和营养组分积累的影响,为未来气候变化背景下培育高抗性优良枸杞品种以及经济林应对气候变化的适应性管理提供依据。【方法】采用开顶气室(OTC)模拟控制系统,对3个宁夏枸杞品种(‘宁杞1号’、‘宁杞7号’、‘宁杞10号’)分别进行CO_(2)浓度(e CO_(2))和温度(e T)升高处理。在果实发育的幼果期(YF,处理60天)、青果期(GF,处理70天)、转色期(CF,处理80天)和红果期(RF,处理90天)采集果实,测定其形态特征和营养组分含量。【结果】1)形态特征分析表明,在CO_(2)浓度升高处理下,‘宁杞1号’果实转色期纵、横径及红果期横径和单果质量显著增加,‘宁杞7号’青果期纵径和转色期横径显著增加,‘宁杞10号’幼果期横径和转色期单果质量显著增加。在温度升高处理下,‘宁杞1号’果实转色期和红果期纵径以及红果期单果质量显著增加,‘宁杞7号’青果期和转色期纵径、转色期和红果期横径和单果质量也显著增加,‘宁杞10号’单果质量显著增加(P<0.05)。2)营养组分分析表明,CO_(2)浓度升高处理显著增加‘宁杞1号’果实4个发育阶段的半乳糖、蔗糖、甜菜碱和黄酮含量,‘宁杞7号’果实红果期果糖、总糖、蔗糖、多糖、类胡萝卜素及甜菜碱含量显著增加,‘宁杞10号’果实红果期半乳糖、果糖、葡萄糖、多糖含量显著增加(P<0.05)。温度升高处理显著增加‘宁杞1号’红果期半乳糖、果糖、总糖、多糖、甜菜碱及黄酮含量,‘宁杞7号’4个发育阶段半乳糖、葡萄糖、蔗糖及红果期果糖、总糖、多糖、类胡萝卜素及甜菜碱含量显著增加,‘宁杞10号’4个发育阶段蔗糖、类胡萝卜素和黄酮含量及红果期半乳糖、总糖、甜菜碱含量显著增加(P<0.05)。【结论】CO_(2)浓度和温度升高对宁夏枸杞果实形态发育和营养组分积累均产生影响。‘宁杞10号’表现出更强的适应性,该品种在发育期,果实大小、单果质量和百粒质量增长最大,果实半乳糖、果糖、总糖、多糖、类胡萝卜素、甜菜碱含量增加显著。

大气CO_(2)浓度升高背景下冬小麦冠层光谱特征和地上生物量估算

本研究旨在探究大气CO_(2)浓度升高对冬小麦全生育时期冠层光谱特征的影响,并基于筛选的敏感波段建立地上生物量(AGB)与光谱参数的定量关系。为此,在2021—2022年的冬小麦生长季,利用开放式CO_(2)富集系统(Mini-FACE),设定大气CO_(2)浓度(ACO_(2),(420±20)μL L^(–1))和高CO_(2)浓度(ECO_(2),(550±20)μL L^(–1))两个处理水平,分析了高CO_(2)浓度下光谱特征变化,基于连续投影算法(SPA)、逐步多元线性回归(SMLR)和偏最小二乘法回归(PLSR)筛选AGB敏感波段并构建估算模型。结果表明:CO_(2)浓度升高使冬小麦拔节期和开花期AGB显著增加。红边和近红边反射率及红边面积在拔节期增加,在开花期和灌浆期降低,蓝边、黄边和红边位置在不同生育时期均发生移动;AGB的敏感光谱波段主要分布在红边和近红边区域,CO_(2)浓度升高缩小了AGB敏感波段范围,但不影响AGB的估算;AGB的SMLR和PLSR模型均取得了较高的估算精度(R^(2)>0.8),其中SMLR模型中的R_(799′)、D_(y)、SD_(y)和PRI等特征参数与AGB显著相关,R^(2)为0.866。PLSR模型(R^(2)>0.9)在估算精度和稳定性上优于SMLR模型。本研究可为未来高CO_(2)浓度下冬小麦生长发育的遥感监测提供理论基础和技术方法。

大气CO_(2)浓度对萝卜生长及氮磷钾养分吸收的影响

【目的】探明CO_(2)浓度升高是否改变土壤养分状况进而影响萝卜生长及养分吸收,为大气CO_(2)浓度升高条件下萝卜合理施肥方式提供理论依据。【方法】以糖晶萝卜为试验材料,设置4个CO_(2)浓度水平:C_(0)(大气CO_(2)浓度)、C_(1)(C_(0)+33%C_(0))、C_(2)(C_(0)+67%C_(0))和C_(3)(C_(0)+100%C_(0)),研究不同CO_(2)浓度对萝卜生长、氮磷钾养分吸收及土壤养分的影响。【结果】与C_(0)相比,C_(1)、C_(2)和C_(3)处理萝卜地上生物量增加0.52%~34.68%,地下生物量增加63.00%~100.46%,总生物量增加37.83%~67.61%,CO_(2)浓度升高促进萝卜生长和干物质积累,且C_(2)处理最适宜;CO_(2)浓度升高降低萝卜地下氮磷和地上钾含量,但植株氮磷钾积累量分别增加39.77%~43.30%、2.08%~17.27%和38.38%~72.26%。土壤硝态氮、有效磷和速效钾在CO_(2)浓度升高条件下分别降低29.62%~34.20%、10.03%~14.12%和1.92%~16.62%。植株氮和钾积累量与植株干重呈显著正相关,与土壤硝态氮、有效磷和速效钾呈显著负相关。【结论】CO_(2)浓度升高通过增加脲酶和磷酸酶活性改善土壤肥力,促进植株氮磷钾养分吸收,进而提高萝卜产量。在大气CO_(2)浓度升高条件下,应合理增施氮肥、磷肥、钾肥,且氮肥施用量应大于磷肥和钾肥。

基于激光吸收光谱的CO/CO_(2)/H_(2)S浓度同步在线测量研究

CO、CO_(2)、H_(2)S是燃煤锅炉炉内气氛重要组成部分,其浓度不仅能够反映燃烧工况,还可作为水冷壁高温腐蚀程度判断依据,因此实现CO、CO_(2)、H_(2)S浓度的准确测量意义重大。首先采用波长调制-直接吸收(WM-DAS)方法结合约40 m长光程Herriott池,在室温低压下,开展不同CO/CO_(2)浓度配比下三种气体吸收率同步测量实验,结果表明三种气体的吸收率测量值与理论计算值相近,相对误差在6.82%以内,测量结果可靠性较高;然后对不同浓度CO/CO_(2)(0~2000μL·L^(-1))、H_(2)S(0~20μL·L^(-1))进行动态测量,结果表明,测量系统对三种组分浓度变化的响应具有较好的线性度。

陆地生态系统土壤CO_(2)排放对模拟增温的响应特征及影响因素

全球变暖已经成为不争的事实,陆地生态系统碳循环的研究受到了各界广泛关注,是当前全球变化研究中的重点。土壤CO_(2)排放是陆地生态系统与大气间二氧化碳交换的最大通量之一,当前陆地生态系统中土壤CO_(2)排放如何响应全球气候变暖及其影响因素仍不清楚,限制了对土壤碳循环过程及影响机制的深入认识。旨在明确全球变暖背景下陆地生态系统中土壤CO_(2)排放格局及影响因素。基于Web of Science、PubMed和中国知网等中英文期刊数据库,充分收集全球范围内的相关野外试验文献81篇,提取出65个研究位置和213组相关研究数据,采用Meta分析方法探讨陆地生态系统土壤CO_(2)排放对增温的响应特征,分析其与海拔、气候、土壤含水量、容重(BD)、pH、全氮(TN)和土壤有机碳(SOC)的相关关系。结果表明:陆地生态系统中土壤CO_(2)排放对增温整体有显著的正向响应,在农、林、草生态系统中,增温使土壤CO_(2)排放分别显著增加13.1%、18.0%、5.9%(P<0.05),森林生态系统对增温响应的正效应最强烈;增温能在短时期内促进土壤呼吸,但随着增温持续时间增加,土壤呼吸对温度的敏感性会降低,对温度变化产生适应性,从而使其对增温的响应能力减弱;响应特征受到环境因子、土壤特性以及其他试验条件等的影响,绝大多数条件下对增温表现出显著的正响应特征,不同影响因子之间共同作用、相互影响。增温通常能够改变植物生物量、土壤养分含量及微生物数量和活性,从而影响到植被根际呼吸和土壤呼吸速率。相关分析表明,海拔对土壤CO_(2)排放有显著负向影响,而年均气温、年均降水量、土壤含水量和仪器嵌入土壤深度则对土壤CO_(2)排放产生显著正向影响。这些结果对于理解全球土壤CO_(2)排放的时空变化格局有重要意义,也为准确评价全球变暖背景下土壤碳汇功能及其持续性提供理论依据。

连续翻压黑麦草对豫中植烟土壤剖面CO_(2)日排放变化的影响

【目的】探究豫中烟区翻压黑麦草对烤烟生长过程中土壤呼吸速率、土壤剖面二氧化碳(CO_(2))日排放变化的影响及其与环境因子的关系,明确CO_(2)采集最佳观测时间。【方法】2021年在河南农业大学郑州科教园区设置2个处理(依托于长期定位试验),施氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾+种植并翻压黑麦草(NPKG),烟苗移栽后每隔30d测定烟田CO_(2)排放日变化过程。【结果】(1)0~10 cm地温与土壤呼吸速率均表现为昼高夜低的单峰或双峰形态。NPKG处理土壤呼吸速率显著高于NPK处理,9:00和21:00矫正系数最接近1且与日平均排放无显著差异。(2)随着土层加深,CO_(2)浓度升高,CO_(2)扩散通量降低,同层土壤NPKG处理CO_(2)浓度和扩散通量高于NPK处理。0、5、10和20 cm土层CO_(2)浓度和0~20 cm土层扩散通量有明显日变化特征,90 d时CO_(2)浓度较60 d降低。(3)土壤呼吸速率与0~20 cm土层CO_(2)扩散通量呈显著或极显著正相关关系。【结论】黑麦草翻压加快土壤呼吸速率、提高了各土层CO_(2)浓度和CO_(2)扩散通量。9:00左右和21:00左右为最佳取样时间段,5 cm和10 cm土层CO_(2)浓度和5~10 cm土层扩散通量与土壤呼吸速率日变化特征相似,3个取样日CO_(2)浓度以60 d最高,30 d次之。可根据土壤CO_(2)浓度预测土壤呼吸速率。

CO_(2)浓度升高对宁夏枸杞不同器官中生物活性物质含量的影响

以两年生‘宁杞1号’‘宁杞7号’‘宁杞10号’扦插苗木为试验材料,探究大气CO_(2)浓度升高对宁夏枸杞根、茎、叶、果中生物活性成分的影响,为气候变化背景下经济林品质形成及适应性栽培提供理论依据。结果表明:(1)大气CO_(2)浓度升高处理下,‘宁杞1号’各器官总糖含量显著降低,枸杞多糖含量显著增加,秋果中总糖同比下降11.58%为229.75 mg·g-1,根中枸杞多糖较对照提高46.8 mg·g-1。(2)‘宁杞7号’与‘宁杞10号’根中各糖组分均显著下降,秋果中还原糖与总糖均显著升高,二者秋果中总糖分别升高43.72%、39.36%,达到260.76、297.65 mg·g-1。(3)‘宁杞7号’茎和叶中类胡萝卜素含量显著下降,秋果中枸杞多糖含量显著上升24.66%,为28.72 mg·g-1;‘宁杞10号’叶中枸杞多糖和类胡萝卜素含量显著降低18.88%、15.72%,根和秋果中与之相反,根系中分别提高48.81%和34.12%,秋果中分别显著增加8.00%、14.80%。研究发现,大气CO_(2)浓度升高对不同宁夏枸杞品种不同器官中生物活性成分的影响不同,大气CO_(2)浓度升高抑制‘宁杞1号’糖分的积累,促进其枸杞多糖的合成,也促进‘宁杞7号’秋果中生物活性物质的积累,提高‘宁杞10号’秋果的糖含量,‘宁杞10号’受大气CO_(2)浓度升高的负面影响较小,‘宁杞7号’次之,在气候变化背景下可根据收获利用的目标器官筛选不同宁夏枸杞品种,进行定向培育与生产,从而促进枸杞产品开发及产业发展。

高CO_(2)浓度对草地贪夜蛾和斜纹夜蛾幼虫在小麦和人工饲料上种间竞争的影响

大气中CO_(2)浓度增加直接或间接影响昆虫的发生和为害,可能会影响入侵害虫的危害性及其与本地近缘种的互作关系。然而,CO_(2)浓度升高对入侵害虫草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda及其本地近缘种斜纹夜蛾Spodopteralitura种间竞争的影响尚不清楚。本研究模拟环境条件,设置了CO_(2)正常浓度(400μL/L)和倍增浓度(800μL/L),将草地贪夜蛾幼虫与斜纹夜蛾幼虫以25/5、20/10、15/15、10/20和5/25的比例混合,分别在寄主植物小麦和人工饲料上饲养,比较研究了CO_(2)浓度升高对其种间竞争关系的影响。结果表明:(1)在所有试验处理中,斜纹夜蛾幼虫的死亡率均会达100%,而且在高CO_(2)浓度环境下斜纹夜蛾幼虫全部死亡所需时间更短。而高CO_(2)浓度下,又以小麦为食的25/5和20/10混合比例中用时最短,仅需4.00 d;(2)各混合比例中,草地贪夜蛾幼虫的平均存活天数均显著高于斜纹夜蛾幼虫,其中在高CO_(2)浓度下以小麦为食时,各混合比例中草地贪夜蛾幼虫较斜纹夜蛾幼虫平均存活天数的差距最大,分别为5.99 d、6.96 d、6.22 d、6.15 d和5.21 d。而且高CO_(2)浓度下草地贪夜蛾幼虫与斜纹夜蛾幼虫的平均存活天数相对值均高于正常CO_(2)浓度对照组,其中在以小麦为食时,高CO_(2)浓度组的平均存活天数相对值分别达到正常CO_(2)浓度的1.08倍、1.22倍、1.26倍、1.31倍和1.13倍;(3)两种CO_(2)浓度下草地贪夜蛾幼虫的平均相对生长率均高于斜纹夜蛾幼虫,而且高CO_(2)浓度下草地贪夜蛾幼虫与斜纹夜蛾幼虫的平均相对生长率相对值高于对照,其中在以饲料为食时,在比例25/5、20/10、15/15中,分别达到正常CO_(2)浓度的168.03倍、3.38倍和2.91倍。由此说明,在两种CO_(2)浓度下,草地贪夜蛾幼虫与斜纹夜蛾幼虫在小麦和人工饲料上的种间竞争中,草地贪夜蛾幼虫均具有较强的竞争优势,尤其在高CO_(2)浓度下,更有利于其竞争力的发挥。研究结果为揭示未来CO_(2)浓度升高对入侵害虫草地贪夜蛾种群适应性的影响及其科学防控提供了基础数据。

有刺枸骨和无刺枸骨在不同CO_(2)浓度下的光合能力分析

为研究有刺枸骨和无刺枸骨对不同二氧化碳(CO_(2))浓度的响应能力,本研究以有刺枸骨和无刺枸骨为材料,研究其净光合速率、胞间CO_(2)浓度、气孔导度、蒸腾速率和叶片饱和蒸气压亏缺随CO_(2)浓度变化的情况。结果表明,在相同的CO_(2)浓度下,无刺枸骨的净光合速率始终比有刺枸骨的大,即无刺枸骨的光合能力强于有刺枸骨。无刺枸骨和有刺枸骨的气孔导度、蒸腾速率和叶片饱和蒸气压亏缺随CO_(2)浓度升高而降低,说明无刺枸骨的净光合速率较高并不主要由气孔因素的差异引起。随着CO_(2)浓度的升高,胞间CO_(2)浓度与净光合速率呈现正相关,并且无刺枸骨的CO_(2)饱和点较有刺枸骨高,而CO_(2)补偿点较有刺枸骨低,说明无刺枸骨的CO_(2)同化能力强于有刺枸骨。因而,无刺枸骨高净光合速率可能是因为CO_(2)同化能力高。

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。

氮添加对森林土壤有机碳库固存及CO_(2)排放的影响研究进展

氮添加会引起土壤理化性质和养分有效性的改变。受此影响,森林植物的地上碳同化能力和地下碳分配格局也会相应地发生变化,总体表现为促进植物生长固碳,增加凋落物和植物根系沉积碳输入土壤,并改变上述植物源有机质的数量和化学成分。与此同时,土壤微生物的群落结构和生态功能也会受到氮添加的影响,由于土壤中的有机碳分解、转化和稳定等过程均受到微生物的驱动,因此,氮添加所引起的底物供应差异和微生物响应会影响森林土壤有机碳的矿化,并最终影响森林土壤有机碳库固存、稳定和CO_(2)排放。但目前关于氮添加对森林土壤有机碳库固存能力和CO_(2)排放特征的影响机制仍不清楚,为此,以森林土壤的碳循环过程为线索,综述了氮添加对底物供应、土壤有机碳激发效应、微生物碳代谢等过程的影响,并尝试梳理在氮添加影响下森林土壤有机碳分解、转化和稳定的微生物驱动机制。这有助于预测氮添加对森林土壤“氮促碳汇”的实际效果,以便研究人员在未来氮沉降日益严重背景下更好地预测森林土壤的碳循环特征,寻找提高森林土壤有机碳库固存能力和降低CO_(2)排放相关途径提供参考。同时,还分析了目前相关研究中存在的问题,并对该领域未来的研究热点进行了展望。

封闭空间CO_(2)浓度限值及呼吸空气供应

通过分析封闭空间内CO_(2)浓度限值及其与呼吸空气供应量的关系,确定了紧急情况下向空调系统提供的呼吸空气量,并结合项目实例介绍了呼吸空气系统方案。

半干旱区深层土壤CO_(2)浓度对降雨事件的响应

降雨是干旱半干旱地区土壤CO_(2)产生、传输或扩散的重要影响因素,并进一步影响土壤和大气中的CO_(2)浓度。目前大量研究集中在地表CO_(2)通量变化与降雨的关系,深层土壤有机碳储量巨大,但深层土壤CO_(2)浓度变化对降雨事件的响应机制尚不清楚。本研究通过对10 cm、50 cm和100 cm处土壤CO_(2)浓度进行原位连续监测,分析不同深度土壤CO_(2)浓度对降雨事件的响应过程及其影响因素。结果表明:试验期间,78%的降雨事件能迅速引起10 cm处土壤CO_(2)浓度发生改变,且随着降雨量增大,土壤CO_(2)浓度发生变化的深度逐渐增加。当降雨量在10~25 mm时,50 cm处土壤CO_(2)浓度在91 h后降低;降雨量>25 mm时,100 cm处土壤CO_(2)浓度在121 h后降低。当土壤由干变湿时,降雨量>25 mm的降雨事件促进10 cm处土壤CO_(2)浓度升高30%后开始降低,而50 cm和100 cm处土壤CO_(2)浓度随水分升高分别降低16.3%和10.9%。在半干旱区,当土壤含水量较低时,降雨可以对10 cm处土壤CO_(2)浓度变化产生短暂的正激发效应,而深层土壤含水量往往高于田间持水量,水分升高会导致该处土壤CO_(2)浓度降低。降雨对不同深度土壤CO_(2)浓度变化的影响存在差异,这在很大程度上取决于土壤含水量状况。

大气CO_(2)浓度缓增对冬小麦土壤呼吸的影响

为研究大气CO_(2)浓度缓增对冬小麦(Triticum aestivum)土壤呼吸的影响,基于开顶式气室组成的CO_(2)浓度自动调控平台,在2017—2019年开展了两季冬小麦CO_(2)浓度缓增试验.每季试验在背景大气CO_(2)浓度基础上(CK,对照),均设置了CO_(2)浓度缓增处理(C_(80)和C_(120),即从2016年起逐年增加40μmol·mol^(-1),至2017—2018年和2018—2019年冬小麦生长季CO_(2)浓度分别为CK+80μmol·mol^(-1)和CK+120μmol·mol^(-1)).采用静态暗箱-气相色谱法测定土壤呼吸速率.结果表明:CO_(2)浓度缓增没有显著改变土壤呼吸的季节变化规律,但是会显著影响冬小麦旺盛生长期的土壤呼吸速率.在2018—2019年冬小麦抽穗-扬花期,C_(120)处理使土壤呼吸速率显著增加50.2%(P=0.008),且使得生长季土壤碳排放显著增加25.9%(P=0.044),而在2017—2018年冬小麦生长季,与CK相比,C_(80)处理对土壤呼吸没有显著影响.土壤呼吸与土壤温度呈指数正相关,与CK相比,CO_(2)浓度缓增降低了土壤呼吸对温度的敏感性.研究表明,CO_(2)浓度缓增120μmol·mol^(-1)增加了冬小麦生长季土壤碳排放.

内蒙古大青山不同植被类型土壤CO_(2)通量及其对土壤温湿度的响应

为研究大青山典型植被土壤CO_(2)通量特征及其影响因素,采用静态箱‒气相色谱法测定内蒙古大青山主要植被类型油松(Pinus tabuliformis)人工林、白桦(Betula platyphylla)次生林、虎榛子(Ostryopsis davidiana)灌木林、荒草坡地土壤CO_(2)的排放规律及与土壤温湿度的关系。结果表明:(1)4种植被类型在观测期内土壤CO_(2)通量范围为11.00~673.47 mg.m^(-2).h^(-1),均为大气CO_(2)的源;(2)各样地土壤CO_(2)通量平均值大小为:荒草坡地<油松人工林<虎榛子灌木林<白桦次生林;(3)土壤温度是影响不同植被类型土壤CO_(2)通量的主要因子,土壤含水量影响不明显;(4)大青山4种植被类型土壤呼吸Q10值范围为1.07~5.64,不同植被类型间Q10值存在较大差异,Q10均值大小为:白桦次生林>荒草坡地>油松人工林>虎榛子灌木林。相关研究结果可为准确估算大青山典型植被土壤CO_(2)通量提供基础数据。

色季拉山急尖长苞冷杉林不同层次土壤CO_(2)浓度及温湿度响应

【目的】揭示西藏高原森林生态系统不同层次土壤CO_(2)浓度变化特征及主要影响因素,为土壤呼吸CO_(2)排放变异性机制提供科学依据。【方法】以西藏东南部典型森林生态区色季拉山(鲁朗段)为研究区,以急尖长苞冷杉林土壤为研究对象,原位监测不同层次(5、10、20、40和60 cm)土壤CO_(2)浓度,分析不同层次土壤CO_(2)浓度分布特征及对温度和含水量的响应。【结果】(1)各层次土壤CO_(2)浓度日均值表现为40 cm>60 cm>20 cm>10 cm>5 cm,平均值分别为5094、4965、4613、4119和3925μmol/mol,且各层次之间均极显著正相关(P<0.01)。(2)在日变化尺度上,5和10 cm层次土壤CO_(2)浓度具有相反的变化特征,分别呈现“V”字型和“单峰型”特征,5 cm土壤CO_(2)浓度最高值和最低值分别出现在22:00-23:00和12:00-13:00之间,10 cm层次分别出现在16:00-17:00和00:00-01:00之间,其他各层CO_(2)浓度日变化特征不明显。(3)不同层次土壤CO_(2)浓度对温度的响应存在一定的延迟效应,而表现出不同的响应曲线,其中表层5和10 cm呈现近似“椭圆”的响应曲线;(4)表层(5和10 cm)土壤CO_(2)浓度主要受含水量的显著影响,而下层(40和60 cm)主要受土壤温度的影响。【结论】温度和含水量对不同层次土壤CO_(2)浓度具有不同的影响效应,并最终影响土体CO_(2)的传输和动态。

华北平原冬小麦田土壤胞外/内酶活性对长期CO_(2)浓度升高的响应

针对农田胞外和胞内酶活性响应CO_(2)浓度升高认识不足的现状,依托华北平原冬小麦种植区北京昌平试验站长期开放式CO_(2)富集平台,设置常规和升高两组CO_(2)浓度处理,研究冬小麦田土壤胞外和胞内酶活性的变化及影响因素。结果表明:CO_(2)浓度升高促进胞外碳获取酶活性,不影响胞外氮获取酶活性以及全部胞内酶活性。通过量化碳、氮获取酶的胞外胞内比发现,CO_(2)浓度升高在冬小麦成熟期增强了碳获取酶胞外胞内比,但降低了氮获取酶胞外胞内比。胞外碳、氮获取酶活性都与土壤pH值呈负相关;而胞内碳获取酶活性与土壤含水量正相关,胞内氮获取酶活性与微生物生物量负相关。CO_(2)浓度升高导致上述大部分酶活性变化驱动因素的作用消失,仅存在土壤全氮与胞内碳获取酶活性负相关。研究结果强调了对胞内酶开展研究的重要性,为理解土壤过程对全球变化因素的响应提供了新见解。

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。