青藏高原冻土土壤呼吸温度敏感性和不同活性有机碳组分研究

对采自青藏高原的4个高海拔冻土样品在5、15、25和35℃4个温度下进行了为期90d的实验室培养。结果发现,随着温度升高,土壤呼吸强度和有机碳累积分解量呈现出不断增大的趋势;在时间变化上,培养初期土壤呼吸强度达到最高值随后不断下降,15d左右以后达到稳定。同样的温度下,土壤呼吸强度呈现如下顺序:沱沱河(草甸沼泽土)>乌丽(高山草甸土)>五道梁(高山草原土)>格尔木(灰棕漠土),但后3个土样之间差别并不显著。通过密度分选、酸水解和氯仿熏蒸方法,分别从物理、化学和生物学的角度对土壤有机碳组分进行划分,同时运用动力学方程分两库和三库对有机碳分解动态进行模拟。结果表明,应用不同实验方法划分的土壤碳组分差异明显,活性有机碳占总有机碳的比例从低到高依次是:微生物量碳占1.26%～10.31%,轻组有机碳占9.13%～20.22%,易氧化有机碳占28.35%～49.35%;分两库和三库拟合土壤不同碳库,二者的活性有机碳占总有机碳比例分别为0.50%～3.65%和0.51%～3.26%,MRT分别为8～56d和8～50d,结果比较接近;此外,应用模型方法所测活性碳比例显著低于实验方法的结果。采用线性、指数和高斯3种模型分析土壤呼吸速率随温度的变化规律,发现均能较好地描述二者关系且以高斯模型为最优,所计算出的Q10值也以高斯模型和培养实验较为契合;Q10值随温度的升高而减小,说明高寒气候条件下的青藏高原冻土对气候变暖的响应将比较敏感。

夏玉米-冬小麦轮作期土壤呼吸的温度敏感性分析

研究土壤呼吸和温度敏感性(Q_(10))的季节变化对丰富农田土壤的碳循环理论具有重要理论和现实意义。采用动态密闭气室法于2018年6月-2019年6月连续监测北京夏玉米-冬小麦轮作期间农田土壤呼吸速率,研究不同作物生育期Q_(10)值和土壤呼吸变化特征,综合分析土壤温度和土壤含水率对土壤呼吸的影响。结果表明:日内尺度上不同作物生育期土壤呼吸变化均呈单峰型,对土壤温度昼夜变化的响应关系呈顺时针近椭圆曲线;Q_(10)具有明显的季节变化特征,夏玉米苗期、拔节-抽雄、开花-成熟3个时期Q_(10)分别为2.27、6.13、1.28,在整个夏玉米季,土壤体积含水率在19.52%~45.43%变化,水分解释了50%的土壤呼吸变化(P<0.05),临界值土壤体积含水率为27.84%(田间持水量的83.83%),土壤温度只能解释夏玉米季土壤呼吸速率变化的3%(P>0.05),Q_(10)为1.29。冬小麦出苗-分蘖期、越冬期、返青-拔节期、孕穗-抽穗期、开花-成熟期Q_(10)分别为4.17、8.41、6.57、2.53、1.92,与土壤温度呈显著负相关关系(P<0.05),温度能够解释冬小麦季土壤呼吸变化的88%(P<0.01),Q_(10)为2.50。在整个轮作周年,土壤温度和土壤含水率分别解释54%(P<0.01)、28%(P<0.05)的土壤呼吸变化,周年尺度的Q_(10)为1.72。可见,在气候变化背景下,使用Q_(10)预测土壤呼吸需采用合适的时间尺度,同时注意土壤水分对Q_(10)模型适用性的影响。

北京典型树种木质组织碳释放速率温度敏感性的时间变化规律和铅锤分异特征

采用红外气体分析法(IRGA)于2014年1—12月原位测定了北京市4个典型树种(国槐Sophora japonica,旱柳Salix matsudana,华北落叶松Larix principis-rupprechtii和侧柏Platycladus orientalis)在不同高度上的木质组织CO_2通量速率(E_(CO_2)),旨在比较不同树种间E_(CO_2)及其温度敏感性(Q_(10))的时间变化规律和铅锤分异特征。研究结果显示:(1)4个树种的E_(CO_2)均表现为单峰型季节变化规律,生长月份内的E_(CO_2)显著高于非生长月份,温度和枝干的径向生长是影响E_(CO_2)季节变化的主要因素;(2)E_(CO_2)对温度的敏感性在夏季月份明显降低,且出现明显的垂直分异:Q_(10)随测量高度的增加而增加,呈现出非连续的阶梯分布;(3)在日间尺度上,阔叶树种E_(CO_2)对温度的感性系数Q_(10)出现昼夜不对称现象,晚上Q_(10)明显升高。准确量化E_(CO_2)的时间变化规律和铅锤分异特征,细化不同时间尺度下E_(CO_2)对温度的响应特征,成为准确估算木质组织碳排放的前提条件。

北京东灵山两种温带森林根际和非根际土壤酶活性、温度敏感性及矢量特征的季节动态

以北京东灵山两种主要植被类型——白桦(Betula platyphylla)林和辽东栎(Quercus wutaishanica)林土壤为研究对象,于2017年春季(5月)、夏季(7月)、秋季(9月)和冬季(12月)分别采集根际与非根际土壤,测定土壤理化性质、微生物生物量、植物根叶功能性状、3种水解酶(BG,NAG和AP)及两种氧化酶(POX和PER)的活性及其温度敏感性和矢量特征。结果表明,白桦林和辽东栎林土壤胞外酶活性、温度敏感性和矢量角度均存在显著的季节变化趋势,且水解酶活性及温度敏感性的变化趋势与氧化酶相反;根际土壤与非根际土壤中胞外酶活性、温度敏感性及矢量特征存在差异,但季节变化趋势相同。温度是土壤胞外酶活性温度敏感性及矢量特征季节动态的重要驱动因素,土壤pH、土壤养分含量、植物叶片养分含量及细根生物量、细根密度对土壤胞外酶活性、温度敏感性及矢量特征有显著影响。

不同类型草原土壤净氮矿化速率的温度敏感性

土壤中的无机氮是维持陆地生态系统生产力的主要限制因子,主要通过有机氮的矿化产生。土壤氮可利用性的高低取决于土壤微生物、地上植被类型以及土壤理化性质等。土壤微生物对环境变化极为敏感,尤其是温度与微生物生长繁殖密切相关。因此,在较大空间范围内研究微生物调控氮矿化速率的温度敏感性(Q_(10))对于预测全球气候变化对陆地生态系统生产力的影响至关重要。该研究以中国三大高原(内蒙古高原、黄土高原和青藏高原)的不同类型草原为研究对象,通过野外采集土壤样品,室内不同温度培养测定三大高原不同类型草地土壤的净氮矿化速率,计算其Q_(10),并分析其与土壤微生物及土壤理化性质参数的相关性。结果表明:(1)黄土高原不同类型草地土壤氮矿化速率的Q_(10)显著高于内蒙古高原和青藏高原;(2)在黄土高原和内蒙古高原,草甸草原和典型草原土壤净氮矿化速率的Q_(10)显著高于荒漠草原,而青藏高原高寒草甸草原土壤净氮矿化速率的Q_(10)显著低于高寒典型草原和高寒荒漠草原;(3)三大高原草地土壤微生物生物量碳含量与土壤净氮矿化速率的Q_(10)显著相关;(4)Q_(10)的空间格局受微生物、土壤质地以及底物的共同调控。该研究结果为中国不同类型草原土壤氮循环对全球变化响应的研究提供了重要数据,对于陆地生态系统氮循环模型的完善具有一定的科学价值。

贡嘎山峨眉冷杉树干呼吸空间特征及其对温度的响应

采用红外线气体分析仪-土壤呼吸气室水平测定法(HOSC)原位监测了贡嘎山东坡峨眉冷杉(Abies fabri)树干CO_2释放速率(E_s),分析了树干E_s与树干温度(T_(stem))的关系。贡嘎山峨眉冷杉树干E_s和T_(stem)空间变化格局明显,不同测定高度树干温度为0.3m>1.3m>2.3m,以1.3m处E_s最大;不同方向E_s和T_(stem)均表现为南面>北面。生长季和非生长季的峨眉冷杉E_s分别在0.51—0.99μmol m^(-2)s^(-1)和0.14—0.22μmol m^(-2)s^(-1)之间波动。峨眉冷杉树E_s变化趋势和T_(stem)一致,二者具有显著的指数函数关系(P<0.01)。峨眉冷杉非生长季树干呼吸Q_(10)显著高于生长季(P<0.01),其中生长季变幅在1.9—3.0之间,非生长季在4.6—6.8之间,暗示个体或群落水平树干CO_2释放通量的估算应充分考虑树干E_s空间特征和Q_(10)变化。

东北地区4种林分土壤呼吸及温、湿度敏感性对氮添加的短期响应

全球变化中氮沉降日益严重,已对森林生态系统的各个过程产生了重要影响。因此,通过研究氮添加对森林生态系统土壤碳输出的影响,对分析全球变化背景下土壤碳吸存具有重要意义。对黑龙江省帽儿山实验林场白桦(Betula platyphylla)次生林,以及水曲柳(Fraxinus mandschurica)、红松(Pinus koraiensis)、长白落叶松(Larix olgensis)人工林通过2年氮添加(对照(0 kg N hm^-2 a^-1),低氮(50 kg N hm^-2 a^-1),中氮(100 kg N hm^-2 a^-1)和高氮(150 kg N hm^-2 a^-1))试验,测定根生物量密度、土壤微生物量碳浓度、土壤呼吸速率及温、湿度敏感性等指标,旨在探讨森林生态系统土壤呼吸对氮添加的短期响应。结果表明:(1)低氮处理对白桦和水曲柳林土壤呼吸速率影响不显著,但显著提高了红松和长白落叶松林土壤呼吸速率;水曲柳林分中高氮处理土壤呼吸速率显著降低于低氮和中氮处理,而其他林分高氮处理土壤呼吸速率仅显著低于低氮处理。(2)氮添加处理下,4种林分中林分土壤呼吸速率与根生物量密度呈极显著正相关,Pearson相关系数为0.81。(3)低氮处理下5 cm和10 cm处土壤呼吸温度敏感性系数Q10值较CK处理分别提高了2.65%和3.12%,高氮处理较CK处理分别降低了6.29%和5.46%。但氮添加处理对土壤呼吸和土壤湿度间的相关性无影响。综上所述,阔叶林与针叶林土壤呼吸速率对氮添加的响应存在差异。根生物量密度是影响不同林分土壤呼吸对短期氮添加响应的主要因素,同时氮添加处理显著改变了土壤温度敏感性系数。

拉萨河流域河岸带湿地土壤CO_(2)排放对变温的响应

通过对26份青藏高原拉萨河流域湿地土壤样品的分析,发现土壤有机碳和总氮呈现中游西部流域低东部流域高,汇入雅鲁藏布江口较低,源头彭措较高;土壤中CO_(2)排放速率随着培养温度的升高而增加,下游各位点CO_(2)平均排放速率显著高于中游和上游.土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))在流域内汇入口和下游左侧流域(堆龙曲)表现与排放速率相似的特征,更好地突出了在下游右侧流域(墨竹工卡流域)和上游流域(麦地藏布流域)的土壤温度敏感性较低的特征.通过地理探测器探寻气象、植被、地理、双评价、生化、人口经济6个圈层对Q_(10)值的不同影响,结果表明:气象(降雨、太阳辐射)、地理(流域、海拔)、生化、人口经济等因素对Q_(10)有较强影响,其中降雨(80.76%)和太阳辐射(74.68%)在气候因素中占主要影响;流域(88.95%)分布的q值在地理因素中起到重要作用;生化因子中,各检测指标对Q_(10)的影响排序为OC(88.16%)>MBC/OC(78.72%)>MBN/TN(77.30%)>TN(72.37%)>C/N(35.14%)>MBN(8.70%)>MBC(6.80%)>MBC/MBN(5.89%);降雨侵蚀归一化指数对Q_(10)的影响达到了79.67%.此外,任何两种因子对Q_(10)值的交互作用都要大于单一因素的单独作用.地理因素中流域与其他因素间的交互作用对Q_(10)的影响最为强烈(0.90~0.96),生化因素OC与其他因素间的交互作用对Q_(10)较强烈(0.89~0.94),气象因素中降雨和太阳辐射与其他因素交互作用对Q_(10)的影响更加不可忽略.

电子受体添加对黄河口湿地土壤厌氧碳矿化温度敏感性的影响

土壤碳矿化的温度敏感性(Q_(10))是研究生态系统碳循环响应气候变化的重要指标。以黄河口湿地芦苇群落表层土壤(0~10 cm)为对象,采用室内密闭培养-气相色谱法,研究不同温度和浓度下3种电子受体[SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和Fe(Ⅲ)]添加对湿地土壤厌氧碳矿化Q_(10)的影响。结果表明:48 d的培养期内,电子受体添加对厌氧生成CO_(2)和CH_(4)具有不同程度的抑制作用;SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和Fe(Ⅲ)添加使得CO_(2)和CH_(4)生成量分别下降17.3%~20.8%和29.2%~36.2%;总体上,CO_(2)生成因电子受体浓度而异,CH_(4)生成因电子受体类型而异。CO_(2)∶CH_(4)值在不同温度条件下差异明显,表明厌氧碳矿化途径具有明显的温度依赖性。不同处理中CO_(2)和CH_(4)的Q_(10)值分别在1.08~1.11和1.19~1.37,与对照相比有升高趋势;总体上,CO_(2)的温度敏感性因电子受体类型和浓度而异,CH_(4)的温度敏感性因电子受体类型而异。气候变化背景下,还原性盐离子的输入将在一定程度上减缓河口淡水湿地有机碳的矿化损失,但会增强碳矿化对升温的敏感性。

不同放牧制度下短花针茅荒漠草原土壤呼吸动态研究

采用动态密闭气室法(IRGA),对短花针茅荒漠草原土壤呼吸进行野外定位观测,分析了生长季不同放牧制度土壤呼吸速率的日变化、季节变化及其与环境因子的关系。结果表明,1)不同放牧制度下短花针茅荒漠草原土壤呼吸日、季节动态差异不大,日动态受温度影响呈单峰曲线,季节变化主要受到水分因子的影响;2)与自由放牧土壤呼吸日均速率(0.449 7μmol CO2/m2.s)相比,划区轮牧(0.504 7μmol CO2/m2.s)在干旱月份较大,围栏禁牧(0.529 5μmol CO2/m2.s)除生长季初都显著增大,但纵观整个生长季,不同放牧制度下土壤呼吸均值差异不显著;3)土壤呼吸日均速率与气温的相关性大于与土壤温度的相关性,水温复合模型较单因子模型更好地解释土壤呼吸速率的变化;4)划区轮牧和自由放牧较围栏禁牧增大了土壤呼吸的温度敏感性(水分充足时),降低了土壤水分对土壤呼吸的影响。研究表明,不同的放牧方式对土壤呼吸速率及其环境因子效应影响较小,围栏禁牧较自由放牧改变了土壤呼吸日均速率及水热因子效应。

北京西山侧柏林土壤呼吸动态特征及其影响因素

以北京西山地区的典型侧柏林为研究对象,于2009—2010年采用LI-8100土壤CO2通量自动观测系统全天候观测样地的RS（土壤呼吸速率）,分析其在典型日、月际、季节、年内不同时间尺度下的变异特征,并通过单一和二元混合模型分析T（土壤温度）、VWC（土壤体积含水量）对RS的影响.结果表明：1典型日RS的昼夜变化规律不明显,峰值出现在12：00—14：00;RS的月际、季节、年内变化趋势均呈单峰形日均值,日均值变化范围在0.03-7.84μmol/（m2·s）之间;T的典型日、月际、季节、年内变化均呈单峰形;VWC变化规律不明显.2Q10（土壤温度敏感系数）季节性变化差异显著,最大值（3.56）出现在冬季,最小值（1.31）出现在春季;2009年、2010年、2009—2010年观测期间Q10平均值分别为2.01、2.03和2.10.3T和VWC对RS的变化解释能力分别为82.8%、20.5%,而T和VWC复合模型对RS的解释能力为82.6%.

化肥减施对冬小麦土壤呼吸的影响

为探明化肥减施对冬小麦土壤呼吸特征的影响,在新疆农业科学院奇台麦类试验站进行田间试验,以当地常规施肥量(N_(5)P_(3))为对照,设置化肥不同减施量处理(N_(4)P_(2)、N_(3)P_(2)、N_(3)P_(1)、N_(2)P_(1)、N_(1)P_(1)、N_(0)P_(1)、N_(3)P_(0)、N_(0)P_(0)),采用土壤碳通量测量系统LI-8100测定和分析氮、磷减施下冬小麦在灌浆期与成熟期的农田土壤呼吸及影响因子。结果表明,各处理冬小麦在灌浆期与成熟期的土壤呼吸速率变化范围为1.11~3.22μmol/(m^(2)·s),随着氮、磷施用量的减少呈先增加后减少的趋势,与N_(5)P_(3)处理相比,灌浆期N_(2)P_(1)处理与成熟期N_(4)P_(2)、N_(3)P_(2)、N_(3)P_(1)、N_(2)P_(1)、N_(1)P_(1)、N_(3)P_(0)处理均显著促进了土壤呼吸(P<0.05),且在N_(2)P_(1)处理时达到最大,灌浆期与成熟期分别为2.77和3.22μmol/(m^(2)·s)。氮、磷配施(N_(4)P_(2)~N_(1)P_(1))的土壤呼吸速率显著大于不施肥(N_(0)P_(0))、单施氮(N_(3)P_(0))、单施磷(N_(0)P_(1))处理(P<0.05),且单施氮(N_(3)P_(0))处理的土壤呼吸速率显著大于单施磷(N_(0)P_(1))处理(P<0.05)。土壤呼吸速率与10 cm土壤温度存在显著指数相关(P<0.001),与土壤含水量、pH、电导率、有机质、碱解氮、有效磷无显著性相关,各处理土壤温度可解释土壤呼吸变异量的53.38%~90.16%。各处理土壤呼吸的温度敏感系数(Q_(10))为1.51~2.58,少量减施氮、磷处理(N_(4)P_(2)、N_(3)P_(2))以及过量减施氮、磷(N_(1)P_(1))和单施氮(N_(3)P_(0))、单施磷(N_(0)P_(1))处理对土壤呼吸Q_(10)无明显影响,在一定范围内减施氮、磷(N_(3)P_(1)、N_(2)P_(1))则会抑制土壤呼吸Q_(10),较N_(5)P_(3)处理降低了30.77%~35.47%。综上,在一定范围内减施氮、磷会增加冬小麦在灌浆期与成熟期的土壤呼吸速率,促进土壤碳排放,过量减施则会降低土壤碳排放,且氮、磷配施对土壤呼吸的影响大于单施氮、磷处理;在一定范围内减施氮、磷会降低土壤呼吸的Q_(10),而少量或过量减施氮、磷对Q_(10)无明显影响。

北京2种阔叶树不同高度枝干的呼吸速率及其对温度的敏感性

该研究采用红外气体分析法(IRGA)于2013年3–12月原位测定了北京市东升八家郊野公园中2个主要阔叶树种(槐(Sophora japonica)、旱柳(Salix matsudana))3个高度上的枝干呼吸(Rw)日进程,旨在量化Rw的种间差异,探索种内Rw及其温度敏感系数(Q10)的时间动态和垂直分布格局。研究结果显示:(1)Rw在不同树种之间差异明显,相同月份(4月份除外)槐Rw是旱柳的1.12(7月)–1.79倍(5月)。两树种枝干表面CO2通量速率均表现出明显的单峰型季节变化,峰值分别出现在7月((5.13±0.24)μmol·m–2·s–1)和8月((3.85±0.17)μmol·m–2·s–1)。同一树种在生长月份内的平均呼吸水平显著高于非生长季,但其Q10值季节变化趋势与之相反。(2)RW随测量高度的增加而升高,并在3个高度上表现出不同的日变化规律:其中,树干基部及胸高位置为单峰格局,而一级分枝处的呼吸速率在一天内存在两个峰值,中间出现短暂的"午休"现象。温度是造成一天内呼吸变化的主要原因。此外,顶部Rw及其对温度的敏感程度明显高于基部。温度本身和Q10值差异可在一定程度上解释RW的垂直梯度变化。(3)在生长月份,单位体积木质组织的日累积呼吸速率(mmol·m–3·d–1)与受测部位直径倒数(D–1)呈极显著正相关关系。单位面积(μmol·m–2·s–1)可准确表达两树种在生长期间的RW水平,能合理有效地比较不同个体的呼吸差异及同一个体的时空变异。这些结果表明,采用局部通量法上推至树木整体呼吸时,应全面考虑Rw的时、空变异规律,并选择恰当的表达单位,以减小估测误差。

不同灌水下限设施番茄土壤CO2排放特征及其影响因素研究

【目的】探讨不同灌水下限设施土壤CO2排放特征及其影响因素,为调控设施土壤水分和碳排放提供理论依据。【方法】在番茄生育期内采用LI-8100A土壤碳通量自动测定仪观测不同灌水下限[20 kPa(D20)、30 kPa(D30)、40 kPa(D40)]下的土壤CO2排放速率,并分析其影响因素。【结果】在番茄生育期内,不同灌水下限设施土壤CO2排放速率变化趋势基本一致,D20处理最高,平均速率为2.759μmol/(m2·s),其次是D30处理,为2.601μmol/(m2·s),D40处理最低,为2.559μmol/(m2·s)。在土壤CO2累积排放量方面,D20处理显著高于其他2个处理,而D30和D40处理之间无显著差异。就单因素模型而言,不同灌水下限处理的土壤CO2排放速率与15 cm土壤温度呈指数回归关系,且均达显著水平(P<0.05);不同灌水下限处理的土壤CO2排放速率与15 cm土壤含水率均呈显著二次回归关系(P<0.05);与单因素模型相比,土壤温度和土壤含水率的双因素复合模型(68.5%~83.8%)可以更好地解释土壤CO2排放的变化。土壤温度敏感系数Q10值在1.442~1.498之间,其中D20处理最敏感,D40处理最不敏感。相关分析结果表明,土壤CO2累积排放量与0~20 cm土层土壤有机质量、pH值、全氮量、速效磷量、速效钾量、碱解氮量和微生物量碳呈显著相关关系。采用PCA分析提取出的2个主成分累积贡献率为85.79%。【结论】灌水下限影响设施土壤CO2的排放,其中D20处理促进了设施土壤CO2的排放。

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。

云南哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤CH_(4)通量特征

甲烷(CH_(4))是仅次于二氧化碳(CO_(2))的重要温室气体,对全球气候变化有重要的反馈作用。亚热带森林土壤是全球陆地生态系统重要的CH_(4)汇,但因在亚热带的观测较少,致使模型估算得出的结果具有不确定性,因此需对土壤CH_(4)通量进行现场观测和实验,以便准确估计亚热带森林土壤CH_(4)通量及其对该生态系统碳汇能力的贡献。采用大型多点自动开闭箱式自动连续测定法在哀牢山亚热带常绿阔叶林开展土壤CH_(4)通量、气温(t_(a))、地表温度(t_(0))、土壤5 cm温度(t_(5))、降雨量(P)和土壤含水量(C_(sw))进行连续1年定位观测。结果表明,(1)云南哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤为CH_(4)的汇,年通量为(−11.79±0.001)kg·hm^(-2)·a^(-1),年均速率为(−0.13±0.05)mg·m^(-2)·h^(-1),呈现出显著的季节动态,表现为干季土壤CH_(4)的吸收通量[(−0.17±0.06)mg·m^(-2)·h^(-1)]显著高于雨季[(−0.10±0.03)mg·m^(-2)·h^(-1)](P<0.05)。(2)土壤CH_(4)通量与地表温度(r^(2)=0.2125,P<0.001)、土壤5 cm温度(r^(2)=0.1948,P<0.001)和气温(r^(2)=0.0983,P<0.001)呈显著相关关系,但土壤CH_(4)通量与土壤5 cm温度的相关关系在12.35℃由正相关转为负相关。(3)土壤CH_(4)通量对土壤含水量的变化响应较温度敏感,土壤含水量可解释其90.36%的相关性(P<0.001),单因素和双因子关系模型进一步证明土壤含水量是调节哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤CH_(4)通量的主导因子。(4)在20年和100年时间尺度上,CH_(4)通量的全球增温潜势(global warming potential,GWP)分别可以抵消土壤CO_(2)排放产生增温潜势的2.2%和0.7%,可以增加该生态系统碳汇的10.6%和3.5%。为此,在未来降水格局变化的情景下,土壤含水量可用于预测哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤CH_(4)通量的变化和生态系统CH_(4)汇的强度,进而反映其对该森林生态系统碳汇能力的贡献。

Non-cropping period accounting for over a half of annual nitric oxide releases from cultivated calcareous-soil alpine ecosystems with marginally low emission factors

草地农垦种植饲料作物,是高寒牧区的一种传统生产方式。而关于其一氧化氮(NO)排放特征与规律,目前知之甚少。本研究在青藏高原东北隅开展了饲料燕麦农田周年连续田间试验,对施肥(F)与对照(UF)处理的NO通量及主要环境因子进行了观测。结果表明:犁耕导致的排放占生长季排放量的54%–73%;非生长季占年排放量的51%–58%;年直接排放系数(EF_d)为0.021%±0.021%;施肥显著降低NO排放的温度敏感性(p<0.01);土壤水热条件和碳氮底物浓度共同解释NO通量变异的72%(p<0.01)。EF_d值可能主要取决于施基肥后一段时间(10 d左右)内的土壤湿度水平,需进一步研究来证实。

培养温度对水稻土有机碳矿化参数的影响研究

采用室内培养法,对采自句容市华阳镇的水稻土进行5、15、25和35℃下的50 d培养实验,基于培养实验数据、6M HCl水解实验数据和三库一级动力学模型进行三库拟合,研究土壤有机碳矿化特征随培养温度的变化,并深入分析培养温度对Q10(土壤有机碳矿化温度敏感性系数)和三库拟合结果的影响。结果表明:(1)在5~35℃范围内,随培养温度升高水稻土有机碳矿化速率和累积矿化量均升高,15、25和35℃时土壤有机碳累积矿化量分别是5℃时的1.94倍、3.55倍、6.01倍。(2)培养温度的设定对三库拟合结果有较大影响,尤其是对活性碳库的影响,在不同培养温度下潴育、潜育、淹育水稻土活性碳的拟合值变异系数分别为64.9%、66.7%、48.5%。(3)Q10值变化范围在1.48~2.88,且随培养温度升高而降低、随培养时间增长而降低。Q10取2或者按照定义式测定的值对活性碳库和缓效性碳库拟合结果无影响,而对活性碳库和缓效性碳库平均驻留时间的拟合结果有影响。由此得出:利用在25℃下的培养结果估计的土壤有机碳库是存在一定误差的,应该进一步探索可行的三库拟合培养温度或寻找其他三库测定的方法;把Q10值取2代入三库一级动力学模型中对土壤有机碳进行三库拟合是可行的。

黄土丘陵区人工刺槐林土壤有机碳矿化特征及其与有机碳组分的关系

为了探讨黄土丘陵区人工林有机碳矿化特征及有机碳组分变化规律,选择恢复13 a的人工刺槐林以及临近坡耕地为研究对象,开展3种不同温度处理(15、25和35℃)下的室内培养实验.结果表明,土壤有机碳矿化速率表现出先剧烈下降后平稳的趋势;有机碳累计释放量表现为培养初期增加迅速,后期逐渐缓慢;坡耕地土壤有机碳矿化对温度的变化更为敏感,其温度敏感性系数Q_(10)为1.52,而刺槐林地仅为1.38.通过单库一级动力学方程拟合可知刺槐林地和坡耕地土壤矿化潜力Cp分别在2.02~4.32g·kg^(-1)和1.25~3.17g·kg^(-1)之间,即刺槐林的矿化潜力更高.培养期内各种活性有机碳组分含量变化规律一致,均表现为随时间延长而下降,且刺槐林地大于坡耕地,土壤累计碳释放量与MBC和DOC含量均呈显著正相关关系(P<0.05),Q_(10)(15~25℃)与SOC、EOC含量和SWC均呈线性关系(P<0.05).研究结果可为气候变化下黄土丘陵区土壤碳固存研究提供一定参考.

北京东灵山3种温带森林土壤呼吸及其20年的变化

土壤呼吸是陆地生态系统最主要的碳释放过程。为了探讨温带森林土壤呼吸在长时间尺度的变化,利用北京东灵山地区的白桦(Betula platyphylla)林、辽东栎(Quercus wutaishanica)林和油松(Pinus tabuliformis)林3种温带森林永久样地,于2012–2015年对其土壤呼吸进行测定,并与1994–1995年的测定结果进行了比较。结果显示:2012–2015年,白桦林的平均年土壤呼吸量为(574±21)g C·m–2·a–1,显著高于辽东栎林(455±31)g C·m–2·a–1和油松林(414±35)g C·m–2·a–1,比20年前(1994–1995年)的估测值分别增加了85%、17%和73%。这些结果表明,近20年来这3种生态系统的碳周转速率明显加快。