温度与土壤含水量对阔叶红松林土壤呼吸影响

采用静态封闭箱式技术对长白山阔叶红松林土壤CO2的排放通量进行一年的观测，通过多元回归分析了土壤CO2排放速率与8环境因子间的关系。结果表明：土壤CO2排放通量与土壤5cm温度和0．20cm平均土壤含水量（体积比）呈显著止相关。上壤呼吸与温度和含水量分别表现出幂函数和指数关系。土壤温度和含水量显著影响土壤呼吸的变化。当土壤含水量（体积百分比）大于25％时，土壤呼吸Q10值从1．14（含水量〈25％）降低到1．09（含水量〉25％）。在土壤含水量固定不变时，土壤温度能反映土壤呼吸的86％的变化。当土壤温度固定不变时，土壤含水量能反映土壤呼吸的32％的变化。建立土壤呼吸温度幂函数和含水量指数关系的非线性双因子模型。温度和水分双因于土壤呼吸模型能反映森林土壤呼吸的91％的时空变化。土壤呼吸温度和水分双因子模型估算的年土壤CO2排放通量比土壤呼吸口Q10幂函数模型估算值高11％。     

生长季新疆伊犁速生杨群落土壤的呼吸特征

在新疆伊犁地区选定了9块地理位置接近、环境类似、不同龄级的速生杨防护林。每月对林地土壤呼吸、土壤温度进行测定,分析可知:新疆伊犁地区生长季内(5至10月)速生杨防护林土壤呼吸在7、8两个月内最活跃;日变化最大值出现在16：00左右,月变化的最大绝对值和相对值都出现在生长最旺盛的8月。随着林分年龄的增长,土壤呼吸日变化和月变化的相对差值和最大值都有减小的趋势,而且土壤呼吸随土壤温度(地下5 cm)变化呈Power曲线分布。     

Estimation of soil respiration in a paddy ecosystem in the subtropical region of China

Water vapor, energy exchange, and CO2 flux were measured continuously from 2003 to 2005 using the eddy covariance technique in a paddy ecosystem in the subtropical region of China. The CO2 fluxes at nighttime during fallow periods (from middle October to late April) were used to analyze the dynamics of soil respiration and its relationship with soil temperature, and to simulate the annual dynamics of soil respiration in paddy ecosystems. The variation of soil respiration showed a clear seasonal pattern. The soil respiration rates at night during the fallow periods were 52―398 mg·m-2·h-1, and exponen- tially correlated (P<0.001) with soil temperatures at different depths of soil (5, 10, and 20 cm), particularly the temperature measured at a depth of 5 cm. Based on the simulated exponential equations developed, annual average soil respiration rates and total soil respiration of paddy soil in the subtropical region of China were estimated to be 178.5―259.9 mg·m-2·h-1 and 1.56―2.28 kg·m-2·a-1, respectively. The simulation equations can be applied to evaluating soil respiration in paddy ecosystems during the rice-growing season.     

Estimation of soil respiration in a paddy ecosystem in the subtropical resion of China

Water vapor, energy exchange, and CO2 flux were measured continuously from 2003 to 2005 using the eddy covariance technique in a paddy ecosystem in the subtropical region of China. The CO2 fluxes at nighttime during fallow periods （from middle October to late April） were used to analyze the dynamics of soil respiration and its relationship with soil temperature, and to simulate the annual dynamics of soil respiration in paddy ecosystems. The variation of soil respiration showed a clear seasonal pattern. The soil respiration rates at night during the fallow periods were 52--398 mg· m^-2· h^-1, and exponentially correlated （P〈0.001） with soil temperatures at different depths of soil （5, 10, and 20 cm）, particularly the temperature measured at a depth of 5 cm. Based on the simulated exponential equations developed, annual average soil respiration rates and total soil respiration of paddy soil in the subtropical region of China were estimated to be 178.5--259.9 mg· m^-2· h^-1 and 1.56--2.28 kg· m^-2· a^-1, respectively. The simulation equations can be applied to evaluating soil respiration in paddy ecosystems during the rice-growing season.     

西双版纳热带森林碳循环中土壤呼吸对次生演替的响应

【目的】探明热带森林次生演替过程中土壤呼吸速率的季节变化及其主要调控因素,分析土壤微生物生物量碳及理化性质对土壤呼吸速率时间动态的影响,为精确评估热带森林恢复对土壤碳库变化的影响提供参考。【方法】采用LI-6400-09便携式土壤呼吸测定仪对西双版纳热带森林演替前期的白背桐(Mallotus paniculatus)群落与演替后期的高檐蒲桃(Syzygium oblatum)群落土壤呼吸速率进行连续定位观测,结合相关分析和主成分分析,探讨热带森林演替过程中土壤微生物生物量碳、容重、pH及碳氮库各组分含量变化对土壤呼吸速率的影响。【结果】研究区白背桐与高檐蒲桃群落土壤呼吸具有明显的单峰型季节变化特征,最大值出现在湿季(6月),其中高檐蒲桃群落土壤呼吸速率[3.80~6.19 μmol/(m²·s)]显著高于白背桐群落[2.40~4.35 μmol/(m²·s)],但恢复前期土壤呼吸变幅(1.81倍)显著高于恢复后期(1.63倍);土壤呼吸速率随土壤温度和水分季节变化呈非线性显著或极显著增加的趋势(P<0.01或P<0.05),其中,高檐蒲桃群落温度、水分对土壤呼吸的解释率分别为49.00%~65.30%、2.96%~53.00%,显著高于白背桐群落的6.40%~49.10%、2.48%~43.70%;两群落土壤呼吸速率均与碳库(总碳、土壤微生物生物量碳)及氮库(硝态氮、全氮、铵态氮)含量显著或极显著正相关(P<0.01或0.05),并与pH呈极显著负相关 (P<0.01);土壤易氧化碳、硝态氮、含水量对土壤呼吸变化的贡献最大,而土壤温度、土壤微生物生物量碳、全氮、铵态氮及水解氮的影响次之。【结论】西双版纳热带森林次生演替显著促进了土壤呼吸,土壤呼吸时间动态主要受土壤微气候(如含水量)及土壤碳库(如易氧化碳)、氮库(如硝态氮)组分含量所调控。     

中国典型森林生态系统土壤呼吸差异性分析

通过总结中国近年来发表文献中的土壤呼吸数据,分析研究了中国典型森林生态系统的土壤呼吸特征与规律.结果表明,中国5种典型森林生态系统的土壤平均呼吸速率依次为:针阔混交林(3.04μmol·m-2·s-1)落叶阔叶林(2.74μmol·m-2·s-1)常绿阔叶林(2.65μmol·m-2·s-1)常绿针叶林(2.60μmol·m-2·s-1)落叶针叶林(2.04μmol·m-2·s-1).落叶针叶林的土壤呼吸温度敏感性(Q10)最高(3.35),常绿阔叶林最低(2.35).总体来看,阔叶林土壤呼吸速率(2.69μmol·m-2·s-1)高于针叶林(2.32μmol·m-2·s-1);然而,阔叶林土壤呼吸温度敏感性(2.30)却低于针叶林(2.68).土壤自养呼吸贡献率因森林类型而异,针阔混交林比例最低(30.3%),而落叶针叶林最高(41.2%).土壤呼吸的森林类型间差异是气候因素和土壤碳输入模式共同调控的结果.本研究表明,在预测未来陆地碳循环及其对气候变化反馈效应时,不同森林生态系统间的土壤呼吸及其温度敏感性的差异性应给予充分的考虑.     

Experimental study on soil respiration of temperate grassland in China

Understanding of CO2 source and sink characteristics of terrestrial ecosystem is one of the most critical prob-lems at present, but till now, most studies concerning the natural terrestrial ecosystem carbon cycle are concentrated on the forest ecosystem. Not enough attention is paid to the natural grassland, especially to the temperate natural grassland, whose area is almost equal to that of tropical forest in the world. Little is known about the role of the grassland, which takes about 25% of…     

有机物添加对山西太岳山油松林土壤呼吸及碳组分的影响

【目的】 探讨添加不同类型有机物对油松林土壤有机碳组分及土壤呼吸的影响,为预测山西太岳山油松林生态系统中土壤的碳收支平衡提供参考。【方法】 采用随机区组设计,以山西太岳山油松林地表的平均自然凋落物量为标准,向油松林地0~20 cm土壤中分别添加生物炭(BC)、玉米秸秆(JG)、辽东栎叶(LD)和油松叶(YS)等4种类型有机物,使用LI-8100 CO₂通量全自动测量系统对有机物添加条件下的土壤呼吸速率进行连续测定,并对各处理的土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化碳(ROC)、可溶性有机碳(DOC)含量进行监测,结合土壤呼吸与土壤有机碳及其组分之间的关系,探讨添加有机物对山西太岳山油松林土壤呼吸及碳组分的影响。【结果】 ①向土壤中添加BC显著降低了土壤呼吸速率,添加JG后土壤呼吸速率较CK显著提高了11.67%。,其余处理与CK差异不显著。在2014年7—11月和2015年5—10月,不同添加物处理间土壤呼吸速率从大至小表现为JG>LD >YS>CK。②有机物添加下土壤SOC含量随时间的增加有上升的趋势,在2014年8月,添加JG后显著提高了土壤SOC、MBC、ROC、DOC含量,添加BC显著提高了土壤MBC含量,添加LD和YS显著提高了土壤SOC和MBC含量。在2014年10月,添加JG显著提高了土壤SOC、MBC、ROC、DOC含量,添加LD显著提高了土壤MBC和ROC含量,添加YS显著提高了土壤SOC、MBC含量。在2015年3月,添加JG显著提高了土壤SOC、MBC和ROC含量,添加LD显著提高了土壤ROC含量。2015年5月,添加JG显著增加了土壤MBC含量。③与对照相比,添加BC后土温10 ℃时的土壤呼吸速率(R₁₀)显著降低了18.01%,添加YS后R₁₀显著增加了30.88%,添加其他有机物对温度敏感性系数(Q₁₀)和R₁₀没有显著影响。④土壤呼吸速率与土壤温度、SOC、MBC、ROC和DOC含量显著正相关。【结论】 添加有机物显著影响土壤碳动态和土壤温湿度,这些都会对土壤CO₂排放产生显著影响,添加JG对土壤有机碳及其碳组分的提高效果最显著,但土壤呼吸速率最高,不利于碳的储存;添加LD可增加土壤活性有机碳含量,短期内可明显改善土壤有机碳库质量;添加BC可在短期内提高土壤微生物生物量碳含量,并显著降低土壤呼吸速率,减少土壤CO₂排放的效果最好。     

含水量变化对土壤温度和水分交换的影响研究

土壤热容量是土壤热性质的重要参数之一.通过试验和分析,研究了地面土壤含水量日变化及含水量垂向分布变化规律,以及不同含水量对土壤温度的日变化影响.试验结果表明,土壤水分的运动和土壤中热量的传输是一个统一不可分割的系统,无地面水分补给时,土壤中的含水量变化与地温的日变化有关,土壤水的热运动是土壤层向蒸发面供水的最重要的因素之一.     

The contribution of root respiration to soil CO2 efflux in Puccinellia tenuiflora dominated community in a semi-arid meadow steppe

Rising atmospheric CO2 and temperature are altering ecosystem carbon cycling. Grasslands play an important role in regional climate change and global carbon cycle. Below-ground processes play a key role in the grassland carbon cycle because they regulate …     

热带雨林土壤呼吸测定代表性时段研究

选取适当时段测定土壤呼吸以代表日平均值,可使短期土壤呼吸观测数据有效应用于土壤呼吸年总量的估算。笔者在西双版纳热带季节雨林使用土壤呼吸自动观测系统在不同月份(1月、4月、7月和10月)进行土壤呼吸连续日变化观测,评估了土壤呼吸代表性时段的有效性。结果表明:在4月、7月和10月使用9:00—11:00作为土壤呼吸代表性时段,与24 h日平均土壤呼吸值相对差异可控制在10 ％以内;不同月份9:00—11:00土壤呼吸平均值均与24 h日平均值存在偏差,10月相对差异最小,7月最大;选择9:00—11:00时段在多日尺度上可以代表日平均土壤呼吸值,所测算出的Q10值相对接近。     

哀牢山中山湿性常绿阔叶林与人工茶园土壤呼吸的季节变化

利用Li-840 CO2气体分析仪,测定并分析了哀牢山中山湿性阔叶林和具有30 a历史的茶园的土壤呼吸季节变化特征。结果发现:在干季,土壤呼吸速率表现为茶园显著大于阔叶林,而在湿季,茶园略小于阔叶林,从全年结果看茶园略大于阔叶林;茶园的土壤温度和土壤含水量均显著大于阔叶林;通过土壤温度和土壤水分的双因子模型,得到土壤温度和土壤水分对茶园和阔叶林的土壤呼吸变化解释率分别为49.6%和70.7%;土壤呼吸的温度敏感性表现为茶园小于阔叶林;茶园土壤有机质碳、氮量显著小于阔叶林,而在土壤质量密度、pH、磷和钾含量方面,则茶园显著大于阔叶林。     

不同因素对浅表土冻结温度的影响

通过自制的冻结温度试验装置,以南京地区浅表土为研究对象,分析了淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂3种不同土质在不同含水率、盐分含量以及不同水质条件下的冻结温度规律。结果表明：在试验的含水率范围内,土体冻结温度随含水率增加呈近似线性升高,随盐分含量增加直线降低,而干密度的变化对土体冻结温度影响不大。     

模拟氮沉降对典型阔叶红松林土壤呼吸的影响

阔叶红松(Pinus koraiensis)林是我国东北东部山区的地带性顶极植被,全球氮沉降增加可能影响其碳循环的各个过程。在2010年和2011年的5—10月,对典型阔叶红松林进行了模拟氮沉降实验。实验设置了对照(N₀, 0 kg/(hm²·a))、低氮(N₁, 30 kg/(hm²·a))、中氮(N₂, 60 kg/(hm²·a))和高氮(N₃, 120 kg/(hm²·a))4种模拟氮沉降处理,每隔半个月采用Li-6400-09便携式CO₂/H₂O气体分析仪对土壤呼吸速率进行测定,研究了氮沉降对典型阔叶红松林土壤呼吸的影响。结果表明:① 各处理土壤呼吸速率的季节变化与5 cm深度的土壤温度相似,均呈现出明显的季节变化趋势,最大值出现在6月中旬(3.84～4.55 μmol/(m²·s)),最小值出现在5月初(1.37～1.84 μmol/(m²·s)),土壤温度的变化可解释土壤呼吸速率季节变化的49.9%～69.2%。② 各处理的土壤呼吸速率与土壤温度呈指数相关(R²=0.499～0.692),土壤呼吸速率与土壤温度、湿度及其相互作用的回归模型可以解释各处理土壤呼吸速率52.2%～73.5%的季节变异; ③ N₀、N₁、N₂和N₃样地土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀值分别为2.10、1.93、1.97和2.01; ④ 各处理样地土壤呼吸速率的平均值分别为3.09、2.78、3.06和2.90 μmol/(m²·s),与对照样地N₀相比,土壤呼吸速率和凋落物量无明显相关(P> 0.05)。     

非饱和土壤水分运动参数的确定——以昆明红壤土为例

应用数学物理方法对降雨入渗、产流等水量转化关系模拟时,土壤水分运动参数即土壤水分特征曲线、扩散率、导水率是必不可少的数据,影响和控制着水及溶质在土壤和地下水中的分布和运移速度,是描述和研究土壤水运移的关键参数.以昆明地区红壤为例,利用离心机测定土壤水分特征曲线、水平土柱测定扩散率并计算出导水率,利用VG公式拟合土壤水分特征曲线,通过指数经验公式拟合土壤水体积分数与扩散率、导水率的关系,结果表明具有显著的相关性.在参数确定过程中,充分考虑了颗粒粒径、干容重等影响,得到了最优的土壤水分运动参数,为相关研究提供一定的参考.     

Effect of irrigation with saline water on soil water-salt dynamics and maize yield in Arid Northwest China

An experiment was conducted in non-weighing lysimeters to study the effect of irrigation with saline water on water movement and salt accumulation and maize yield. The experiment was carried out in northwest China,both sufficient and insufficient irrigation were applied in the first year,and only sufficient treatments in the second year. Irrigation with solute concentration of 9 g·L-1 and 6 g·L-1 led to salt accumulation about 6-8 dS·m-1 in certain depths,even downwards to 160 cm received about 4 dS·m-1 for 9 g·L-1 and 2 dS·m-1 for 6 g·L-1,which was two times more than initial. Salt-affected water extracted from soil behaved as low evapotranspiration under sufficient irrigation,and more water was left in the soil. Yield of spring maize was not affected when saturated soil paste electrical conductivity did not exceeded 1.2 dS·m-1.     

苏北泥质海岸水杉林地土壤的异养呼吸

采用碱液吸收法对苏北泥质海岸15年生水杉(Metasequoia glyptostroboides HuCheng)林地的土壤异养呼吸进行了测定。结果表明:水杉林地2—10月土壤异养呼吸速率CO2变化范围为4.72~12.87 g/(m2.d),最大值出现在7月,最小值出现在2月。土壤温度是影响土壤异养呼吸的主要因子,温度变化能够解释土壤异养呼吸季节变化的62.1%~70.9%,土壤含水量与土壤异养呼吸的关系不显著。利用林内气温及地表下2、5、10 cm处的土壤温度得到水杉林地的Q10值分别为1.00、1.59、1.55、1.54。     

加拿大一枝黄花入侵对杨树人工林土壤呼吸的影响

【目的】杨树是我国重要的人工林栽培树种,近年大量的加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)入侵杨树人工林生态系统,研究加拿大一枝黄花对杨树人工林土壤呼吸的影响,有助于进一步认识陆地人工林生态系统的地下碳(C)循环对植物入侵的响应及其机制。【方法】2018年11月以江苏省东台林场内加拿大一枝黄花入侵和未入侵的8年生相同立地条件下杨树人工林群落为研究对象并建立固定样地,采用长期野外试验监测的研究方法对土壤呼吸以及土壤温度和湿度进行监测,同时钻取土芯测定样地土壤理化性质,对比加拿大一枝黄花入侵与未入侵条件下杨树人工林群落土壤呼吸的变化规律,探讨加拿大一枝黄花入侵杨树人工林后各个非生物因子变化对土壤呼吸的影响。【结果】加拿大一枝黄花的入侵显著增加了杨树人工林的土壤呼吸(P <0.001),且主导这种变化的非生物因子是入侵导致的土壤湿度的变化。加拿大一枝黄花入侵会通过改变土壤理化性质来影响土壤呼吸,显著增加杨树人工林的土壤湿度(P <0.001),同时显著增加土壤总氮含量(P <0.05),降低土壤碳氮比(P <0.05),但对于土壤总碳含量的增加并不显著(P >0.05),对土壤温度和pH的影响也不显著(P >0.05)。【结论】加拿大一枝黄花的入侵增加了杨树人工林土壤系统二氧化碳的排放量,增加了土壤系统的C损失,改变了杨树人工林土壤的C交换过程。