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R_S(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R_S的影响. 结果表明:①典型日R_S的昼夜变化规律不明显,峰值出现在12:00—14:00;R_S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0.03～7.84 μmol/(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R_S的变化解释能力分别为82.8%、20.5%,而T和VWC复合模型对R_S的解释能力为82.6%.      

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R_A(自养呼吸速率)、R_H(异养呼吸速率)、R_L(凋落物呼吸速率)及R_SOM(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R_L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). ②R_A和R_H分别占R_T(土壤总呼吸速率)的27%和73%,R_SOMSOM占R_H的63%. ③除R_L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R_L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.      

新疆巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤呼吸对水分条件的响应

为了揭示干旱半干旱区高寒湿地不同水分梯度对土壤呼吸规律的影响,以及土壤温度与含水量对土壤呼吸影响的差异性,以新疆巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地为研究对象,在2014年植物生长季利用LI-8100土壤碳通量自动测量系统对不同水分条件(常年积水区、季节性积水区、常年干燥区)下的土壤呼吸速率进行测定,分析土壤呼吸日变化、季节性变化特征及其与土壤温度、土壤体积含水量的关系. 结果表明:①不同水分条件下巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤呼吸速率日变化均呈明显的单峰曲线,常年积水区、季节性积水区、常年干燥区土壤呼吸速率最大值分别为1.97、7.39、8.83 μmol/(m2·s),均出现在13:00—15:00;土壤CO₂日累积排放量季节性变化明显,差异性达到极显著水平(P<0.01),三者的最大值分别为0.12、0.45、0.40 mol/m2,地表积水显著抑制了土壤呼吸,提高了土壤碳稳定性. ②不同水分条件下土壤呼吸速率与土壤温度、土壤体积含水量之间均呈极显著正相关(P<0.01),常年积水区、季节性积水区和常年干燥区的Q₁₀(土壤呼吸温度敏感性)差异性极显著(P<0.01),其大小表现为常年干燥区(1.54)<常年积水区(2.22)<季节性积水区(3.36),各水分区域6月典型日的Q₁₀最大,表现为常年干燥区(2.56)<季节性积水区(4.30)<常年积水区(4.75),说明水分条件显著影响Q₁₀. ③巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤呼吸受地下5 cm处土壤温度(T)与0~5 cm土壤体积含水量(W)的综合影响,季节性积水区土壤呼吸速率与二者之间满足最佳拟合模型R_s=-1.113+0.041W-0.366T+0.008WT,常年干燥区则满足最佳拟合模型R_s=1.470+0.023W-0.027T+0.002WT.      

重庆缙云山针阔混交林地土壤呼吸速率及温度敏感性特征分析

以重庆缙云山亚热带针阔混交林为研究区,研究了土壤呼吸及其Q10(温度敏感性系数,指温度增加10℃所造成的呼吸速率改变的商)的时间变异特征,并深入分析二者受土壤温度、湿度变化的影响.2011年4—12月采用LI-8100二氧化碳通量测量系统观测选取样地的R S(土壤呼吸速率)、土壤5 cm深处的T5(土壤温度)和W5(土壤湿度),分析R S与Q10的变化规律;同时利用单一和二元混合模型探讨T5和W5对R S、Q10的影响.结果表明:①在观测期内R S和T5月均值均呈单峰曲线变化;R S的变化范围在(1.38±0.15)～(3.94±0.21)μmol/(m2·s)之间,T5的变化范围在(9.28±0.65)～(22.99±1.14)℃之间;由于受到自然降水影响,W5的月际变化不规律.②Q10季节差异明显,最大值(3.31)出现在春季,观测期内的平均值为2.01.③R S与T5之间呈显著正相关(P0.05),与W5的关系不明显(P0.05);R S与T5、W5的关系模型拟合度分别为87%和26%;T5与W5的复合模型对R S的变化解释能力为89%,高于单一模型.④影响Q10的主要因素是T5,其次为W5.     

黄土台塬不同土地利用方式下土壤呼吸季节性变化及影响因素

为探讨土壤呼吸对植被类型及不同季节环境因素的响应机制,以黄土高原渭北台塬马莲滩林场为研究区,于2015年5月—2016年4月,采用静态箱-气象色谱法逐月测定不同土地利用方式下的土壤呼吸速率(R_s),分析其干、湿季差异及与土壤温度(T)、土壤含水量(W)之间的关系.结果表明:①不同土地利用方式下土壤呼吸速率的季节性变化趋势相一致,最大值出现在6—8月,最小值出现在12月—翌年2月,土壤呼吸速率年均值表现为天然草地>灌木林地>乔木林地>乔灌混交林地>耕地>果园.②不同土地利用方式下土壤呼吸速率与土壤温度均呈正相关,与土壤含水量的关系在湿季(5—10月)呈正相关,在干季(11月—翌年4月)呈负相关,土壤呼吸速率的单因素模型中以指数函数(R_s=aebx)的拟合效果更优.③与单因素模型相比,土壤温度、土壤含水量的双因素模型(R_s=aTbWc和R_s=aebTWc)能更好地解释除耕地外的其他5种土地利用方式下土壤呼吸速率的变化特征,对土壤呼吸速率的解释率在60.0%～82.3%之间,其中R_s=aTbWc对耕地、灌木林地、果园土壤呼吸速率与土壤温度、土壤含水量间关系的拟合效果较好,天然草地、乔木林地、乔灌混交林地则采用R_s=aebTWc的拟合效果较好.研究显示,研究区不同土地利用方式下土壤呼吸速率存在明显的季节性差异,耕地退耕还林后土壤有机碳及活性有机碳含量增加,温度敏感性(Q₁₀)降低,土壤呼吸速率增大,评价退耕还林效益时应综合考虑区域地理气候特点,进一步量化碳的输入/输出过程.      

河西走廊绿洲玉米农田生态系统呼吸特征及温度响应

准确评估农田生态系统碳排放对评价陆地生态系统碳平衡具有重要意义。研究利用中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站玉米农田生态系统涡度相关和微气象监测数据,分析了2009年生态呼吸速率（RE）和呼吸敏感性指数（Q₁₀）的季节变化规律,探讨了环境因子对RE的影响,比较了不同模型估算生态系统碳排放量的差异。结果表明,河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统夜间平均呼吸速率表现为单峰型的季节动态,平均最大呼吸速率12.54 μmol CO₂·m^-2·s^-1;空气温度（T_a）比土壤温度（T_s）更明显地影响着玉米农田生态系统呼吸,且影响过程表现出明显的季节差异;基于Q₁₀模型拟合的4—10月各月的参考呼吸速率RE₁₀和敏感性指数Q₁₀也表现出单峰型的季节变化模式,最大值先后出现在6月和8月,其值分别为2.68 μmol CO₂·m^-2·s^-1和2.62。Logistic模型能较好地反映RE与T_a的关系,可以解释半小时呼吸速率55.9%的变异,但在高温情况下的预测值偏低;Q₁₀、Quadratic、Lloyd & Taylor和Logistic模型模拟的玉米农田生态系统呼吸速率的平均日变化和季节动态差异明显,估算的河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统年呼吸碳排放量介于1 122~1 252 g C·m^-2·a^-1。     

北京西山侧柏人工林土壤呼吸组分及其影响因素

采用挖壕法,利用LI-8100土壤CO2通量自动观测系统,确定了北京西山侧柏人工林土壤呼吸中异养呼吸和根系自养呼吸的贡献率及其影响因子,分析了土壤呼吸的日、月际时间尺度的变异特征,并利用经验模型分析了土壤温度、土壤体积含水量对土壤呼吸的影响.结果表明:1土壤呼吸速率、异养呼吸速率的昼夜变化呈现单峰变化趋势,峰值出现在14:00—15:00;月际变化也呈单峰变化趋势,峰值出现在7—8月;观测期内土壤呼吸速率日均值变化范围在0.09~12.16μmol·m-2·s-1,异养呼吸速率日均值变化范围在0.02~10.86μmol·m-2·s-1,年均贡献率为69.59%;自养呼吸速率日均值为0.01~6.79μmol·m-2·s-1,年均贡献率为30.41%.2土壤温度的日、月际变化均呈单峰形曲线变化而土壤体积含水量变化规律不明显;整个观测期间土壤呼吸速率的温度敏感系数Q10为2.91,异养呼吸速率的Q10为3.52.3模型研究表明,相对于土壤温度、土壤体积含水量单因素模型,土壤温度与土壤体积含水量的复合模型对土壤呼吸速率变化解释能力为86.8%,对异养呼吸速率的解释能力为74.4%.该研究为森林生态系统碳收支估测及碳循环提供数据依据.     

黄土高原半干旱区土壤呼吸对土地利用变化的响应

明确土地利用方式变化条件下引起土壤呼吸差异性的因素,对预测黄土区退耕还草条件下土壤碳循环变化有重要意义。基于建立于1984 年的长期定位试验,于2011 年3 月至2012年12 月,利用Li-8100 系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测了退耕还草(苜蓿)处理和农田(冬小麦)土壤呼吸季节变化以及土壤表层(0~5 cm)温度和含水量,研究了土地利用变化下土壤呼吸变化特征及其与土壤温度、水分以及有机碳特性之间的关系。结果发现,退耕27 a 来(自1984年麦地转化为苜蓿地),土壤呼吸速率苜蓿地(3.55 μmol·m^-2·s^-1)达小麦地(1.36 μmol·m^-2·s^-1)的2.61 倍,累积呼吸量苜蓿地(981 g·m^-2)达小麦(357 g·m^-2)的2.75 倍。土壤呼吸温度敏感系数(Q₁₀)苜蓿地较小麦地2011 年提高24.5%,2012 年提高2.4%。苜蓿地SOC含量(10.5 g·kg^-1)较小麦地(6.5 g·kg^-1)提高61.5%,微生物量碳(204 mg·kg^-1)较小麦地(152 mg·kg^-1)提高34%,0~5 cm土壤水分含量同期高于小麦地,但二者土壤温度差异不显著。土壤水分、SOC、微生物量碳等是造成二者呼吸差异的因素。     

添加有机物料对豫中烟田土壤呼吸的影响

采用田间试验,设置不施肥（NF）、单施化肥（NPK）、化肥+黑麦草（NPKG）、化肥+小麦秸秆（NPKS）和化肥+烟秆生物炭（NPKB）这5个处理,通过测定烤烟生育期土壤总呼吸速率（R_s）及其组分以及环境因子的动态变化,探讨了添加不同有机物料对烟田土壤呼吸的影响.结果表明：（1）与NPK相比,NPKG和NPKS降低了土壤总呼吸和异养呼吸温度敏感性(Q₁₀),NPKB提高了异养呼吸Q₁₀;土壤呼吸与土壤水热因子的双因素拟合模型能解释土壤呼吸变化50%～80%.（2）添加有机物料显著提高了土壤可溶性有机碳（DOC）含量和根系干物质量,土壤异养呼吸（R_h）与DOC含量呈显著线性回归关系,土壤自养呼吸（R_a）与根系生物量呈显著抛物线型关系,R²为0.327～0.634.（3）烤烟生育期土壤呼吸呈先增加后降低趋势.与NF相比,NPK处理显著增加了土壤呼吸及其组分;与NPK相比,NPKG、 NPKS和NPKB处理R_s速率分别显著提高20.08%、...     

华西雨屏区不同密度巨桉人工林土壤呼吸特征

从2008-03至2009-02,采用闭合动态法(LI-6400-09)对华西雨屏区不同密度中龄巨桉人工林土壤呼吸进行了研究。结果表明:①该林分土壤呼吸具有明显的季节动态,各密度林分土壤呼吸速率最高值均出现在7月份,最低出现在1月,且密度为883株·hm^-2(1.5 m×8 m)的巨桉林土壤呼吸速率最大,2 222株·hm^-2(1.5 m×3 m)的最小;②2008年4、7、10月土壤呼吸速率24 h平均值均表现为883株·hm^-2> 1 333株·hm^-2> 2 222株·hm^-2,且7月>4月>10月;③土壤微生物生物量碳氮、土壤有机质含量和10 cm根系生物量都表现出相同的趋势,即林分密度越小,土壤微生物生物量碳氮越高,草本植物越多,根系生物量越大,有机质含量越多;④温度是巨桉林土壤呼吸变异的主导因子,土壤呼吸速率与土壤温度和湿度的双因素模型优于单因素模型,两者共同解释了土壤呼吸速率月动态的78.3%~91.5%;⑤各密度林分土壤呼吸Q₁₀值随巨桉林分密度增大而降低,大小顺序为3.65(883株·hm^-2)>2.60(1 333株·hm^-2)>2.55(2 222株·hm^-2)。     

干旱区盐湖沿岸不同植物群落土壤CO2排放特征

为探究盐湖区不同植物群落土壤CO₂排放速率及影响因素,以新疆达坂城盐湖沿岸小獐毛、鸢尾、芨芨草、黑果枸杞群落和撂荒地土壤为研究对象,在2016年4~12月采用Li-8100A监测了不同植物群落土壤CO₂排放特征,分析了CO₂排放与5（ST5）,10（ST10）,15cm（ST15）土壤温度、含水量、电导率的关系.结果如下：4~12月小獐毛群落土壤CO₂日排放呈单峰曲线,7月土壤CO₂排放速率最高,峰值出现在14：00左右;7月鸢尾、芨芨草、黑果枸杞和撂荒地土壤CO₂排放呈双峰曲线,峰值出现在10：00和14：00~16：00左右,其余月份均呈单峰曲线,峰值出现在12：00~14：00;不同植物群落类型、同一植物类型不同月份土壤CO₂排放存在显著差异（P<0.001）.4~12月芨芨草群落土壤CO₂累积排放量最高（2508.01g/m²）,大于撂荒地（2235.01g/m²）、鸢尾（1903.03g/m²）、黑果枸杞（1690.27g/m²）和小獐毛（550.34g/m²）植物群落处理.小獐毛群落土壤CO₂排放与ST15显著相关（R²=0.739,P<0.05）,且对ST15变化最敏感;鸢尾、芨芨草、黑果枸杞群落和撂荒地处理土壤CO₂排放与ST5相关性较高（R²=0.708~0.821）,对ST10变化响应敏感.小獐毛群落土壤温度敏感系数（Q₁₀）最大值出现在6月（7.97）,鸢尾（21.74）、芨芨草（13.21）、黑果枸杞（18.23）和撂荒地（7.65）处理则出现在11,12月.不同植物群落土壤CO₂排放与含水量相关性较低;一元线性方程（log_eC_f=-0.149EC+0.943）能较好的模拟土壤电导率（EC）与CO₂排放（C_f）的关系.除土壤温度外,盐分也是影响盐湖沿岸土壤碳排放的重要因素.因此,在考虑陆地生态系统碳收支时不能忽略盐湖生态系统,以及盐分对土壤碳过程的影响.     

刈割对华北平原人工草地土壤呼吸速率的影响

根据中国科学院禹城综合试验站牧草生态试验场土壤呼吸测定数据,分析了刈割前后3年生和6年生苜蓿、白三叶及小黑麦4种人工草地土壤呼吸日变化特征及刈割对草地土壤呼吸速率的影响。结果表明:①刈割前不同牧草地的土壤呼吸强度差异明显,依次为3年生苜蓿>6年生苜蓿>白三叶>小黑麦,刈割后不同牧草地的土壤呼吸强度相差不大,土壤呼吸速率在3.0~3.5 μmol CO₂·m^-2·s^-1之间;②刈割前不同牧草地的土壤呼吸日变化不相同,6年生苜蓿与小黑麦草地刈割前土壤呼吸速率由9:00开始逐渐增强,在12:00~16:00之间持续较高,以后逐渐下降,3年生苜蓿与白三叶草草地土壤呼吸速率在9:00~12:00之间逐渐升高,12:00到达峰值,之后逐渐下降;③与刈割前相比,4个处理牧草刈割10 d后其草地的土壤呼吸速率下降了30%~40%;④刈割前后Q₁₀值在1~2.32之间,平均值为1.37,刈割前平均值为1.63,刈割后平均值降为1.10。     

石油污染土壤多酚氧化酶的动力学及热力学特征

土壤多酚氧化酶是一种氧化还原酶,能够将土壤中芳香族化合物氧化成醌,促进土壤中石油类物质的分解转化.以距大庆油田工作区不同距离（1、5、15 km）的石油污染地为对象,研究不同温度下石油污染裸地及羊草（Leymus chinensis）修复地的土壤多酚氧化酶活性及其动力学和热力学特征的变化.结果表明:土壤多酚氧化酶活性随温度和底物浓度的增加而逐渐增大,在温度为30℃或40℃、底物浓度为80 mmol/L或160 mmol/L时达到最大值;各样地土壤酶的动力学参数K_m（Mihaelis常数）随温度的变化规律不同,V_max（酶促反应最大速度）和V_max/K_m（催化效率）随温度升高而逐渐增大,均在30℃或40℃时达到最大值;热力学参数Q₁₀（温度系数）、ΔH（活化焓）、ΔS（活化熵）随温度变化差异不显著,ΔG（活化自由能）随温度升高呈逐渐增加趋势.在同一温度下,石油污染裸地土壤多酚氧化酶活性高于羊草修复地;K_m和V_max/K_m在各样地均表现为无规律性变化,V_max最大值出现在距油田工作区5 km处的裸地（BMP）,最小值出现在距油田工作区5 km处的羊草修复地（LMP）;Q₁₀、E_a（活化能）、ΔH、ΔS的最大值均出现在距油田工作区1 km处的裸地（BVP）,最小值均出现在距油田工作区1 km处的羊草修复地（LVP）.研究显示,升温和植物修复对土壤多酚氧化酶活性的反应特征有较大影响.      

辽河口芦苇湿地净生态系统CO2交换及其环境调控

采用涡度相关法,对2018年下半年辽河口国家级自然保护区内滨海芦苇湿地的净生态系统CO₂交换（NEE）、总初级生产力（GPP）和生态系统呼吸（R_eco）进行测量分析,研究海洋保护区内典型芦苇湿地生态系统-大气CO₂交换的变化规律及其环境调控。结果表明,有芦苇生长的7月－10月,各月NEE日变化曲线呈相似的“U”形,但变化幅度存在较大差异;非芦苇生长季的11月－12月,生态系统表现为微弱的净CO₂释放,NEE日变化轨迹与温度波动一致。该芦苇湿地生态系统的GPP、R_eco和NEE均呈现7月－10月数值较大、11月－12月数值较小的规律。7月－10月,白天CO₂交换主要受芦苇光合作用的影响,各月白天NEE与光合有效辐射（PAR）之间呈直角双曲线关系,PAR可以解释白天NEE变化的45%～54%。7月－12月,夜间R_eco与气温呈指数关系,气温可以解释R_eco变化的62%,生态系统呼吸敏感性（Q₁₀）为2.20。2018年下半年,辽河口国家级自然保护区内芦苇湿地生态系统累计GPP总值达到359.67 g C/m2,累计R_eco达到278.29 g C/m2,总净固碳量为81.38 g C/m2。