黄河小浪底库区山地栓皮栎人工林土壤呼吸的季节动态

[目的]分离并量化土壤自养呼吸和异养呼吸,探讨各自贡献率及其随季节变化的动态特征。[方法]采用壕沟法和气体红外分析法,研究黄河小浪底库区山地栓皮栎人工林土壤总呼吸、自养呼吸和异养呼吸速率的季节动态变化、贡献率和环境影响因子。[结果]表明:栓皮栎人工林总土壤呼吸、自养呼吸和异养呼吸均呈夏季速率高、冬季速率低。栓皮栎土壤总呼吸、自养呼吸及异养呼吸速率与5 cm土壤温度均呈极显著指数相关,温度敏感性系数Q_(10)值大小为自养呼吸(3.40)异养呼吸(2.90)土壤总呼吸(2.45);栓皮栎土壤总呼吸、自养呼吸、异养呼吸速率与0 10 cm土壤体积含水量均显著线性相关;土壤总呼吸、自养呼吸速率与0 10 cm土壤电导率显著相关。土壤总呼吸和异养呼吸的温度敏感系数Q_(10)值均在冬季最大,夏秋季最小;而自养呼吸的Q_(10)值则呈相反的变化趋势。栓皮栎人工林自养呼吸和异养呼吸对土壤总呼吸的月贡献率为13.23%37.33%和62.67%86.76%,且自养呼吸的贡献率与土壤温度的季节变化规律相似。土壤总呼吸、异养呼吸与自养呼吸的CO2年通量分别为1 616.41、1 199.39、417.02 g·m~(-2)·a~(-1)。[结论]经过区分与定量化土壤总呼吸及其组分,确定异养呼吸为本研究区栓皮栎人工林土壤总呼吸的主要组分,作用于异养呼吸的生物与非生物因子均能显著影响整个森林生态系统表层CO_2总排放通量的大小,进一步为该研究区森林生态系统碳循环与能量流动的进一步量化研究提供参考。     

不同经营措施下雷竹林土壤呼吸的研究

采用Li-cor 8150土壤碳通量全自动测量系统测定了集约经营和粗放经营雷竹林的土壤呼吸速率,并分析了环境因子对土壤呼吸的影响。结果表明:集约经营和粗放经营雷竹林土壤呼吸速率存在明显的季节变化,集约经营雷竹林土壤呼吸的季节变化呈双峰曲线,峰值出现在2月和8月,粗放经营雷竹林土壤呼吸的季节变化呈单峰曲线,峰值出现在8月;两种经营措施下全年土壤呼吸速率的平均值分别为5.08μmol·m-2·s-1和3.01μmol·m-2·s-1;集约经营和粗放经营雷竹林土壤呼吸的日变化均呈单峰曲线,最大值出现在14:00-16:00,最小值出现在5:00-7:00;集约经营和粗放经营雷竹林的土壤呼吸与土壤5 cm温度呈显著的指数相关(P0.01),土壤5 cm温度可以分别解释土壤呼吸变化的21.86%和83.97%,与土壤5 cm含水量不相关(P0.05),土壤5 cm含水量仅可以解释土壤呼吸变化的8.27%和1.33%;集约经营和粗放经营雷竹林的全年土壤呼吸的Q10值分别为1.31和2.29。     

太岳山油松人工林土壤呼吸组分及其影响因子

采用挖壕法测定无根和有根样地的土壤呼吸,确定太岳山油松人工林群落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。结果表明:对照与挖壕样方土壤温度和湿度均呈显著的季节变化;2010和2011年土壤呼吸速率和异养呼吸速率均值分别为2.71和2.22μmol·m-2s-1,2010和2011年异养呼吸速率比土壤呼吸速率分别下降了13.7%和21.1%;2010—2011年土壤自养呼吸速率为0.01～0.89μmol·m-2s-1,自养呼吸速率均值为0.49μmol·m-2s-1,2年间自养呼吸速率贡献率为0.2%～37.7%,年均自养呼吸速率贡献率为20.2%;土壤呼吸速率、异养呼吸速率与土壤2,5和10cm深处土壤温度均呈显著指数相关(P0.001),而土壤呼吸速率、异养呼吸速率与5cm深处土壤湿度的相关性并不显著(P0.05);利用2cm深处土壤温度拟合土壤呼吸速率和异养呼吸速率时,异养呼吸速率的温度敏感系数Q10值略高;土壤温度和湿度的双变量模型可以很好地解释土壤呼吸速率和异养呼吸速率的季节变化,拟合方程的R2值为0.70～0.78。     

长期施氮对暖温带油松林土壤呼吸及其组分的影响

【目的】比较长期施氮下不同氮水平间暖温带油松天然林土壤呼吸速率、自养呼吸速率和异养呼吸速率差异,揭示土壤呼吸各组分变化的主要影响因子,以期为评价区域森林长期施氮对土壤呼吸的影响提供科学依据。【方法】在山西太岳山油松天然林进行10年(2009—2018)的氮添加试验,设置4个氮添加处理:对照(CK,0 kg N·hm-2a-1)、低氮(LN,50 kg N·hm-2a-1)、中氮(MN,100 kg N·hm-2a-1)和高氮(HN,150 kg N·hm-2a-1),于2016—2018年生长季对土壤呼吸速率、自养呼吸速率和异养呼吸速率进行监测。【结果】在长期(8～10年)施氮下,相比对照,LN、MN和HN处理的年均土壤呼吸速率分别降低21.9%、27.3%和29.1%,年均异养呼吸速率分别降低21.8%、36.6%和31.4%,而土壤自养呼吸速率未改变,土壤p H值下降0.07、0.37、0.78个单位,微生物生物量碳含量下降了11.3%、14.5%、14.7%,但长期施氮未改变土壤有机碳、全氮和细根生物量;异养呼吸速率与土壤微生物生物量碳及自养呼吸速率与细根生物量均呈显著的线性正相关(P0.01);不同处理下土壤自养呼吸速率和异养呼吸速率与土壤温度均呈显著的指数正相关(P0.05);长期施氮可提高土壤自养呼吸的温度敏感性(Q10)(CK=2.19、LN=2.90、MN=2.86、HN=2.34),但会降低土壤异养呼吸的Q10值(CK=2.72、LN=2.23、MN=2.12、HN=2.27);土壤呼吸速率与土壤湿度的关系不显著;土壤温度和土壤湿度双因子模型可分别解释自养呼吸速率和异养呼吸速率的28.7%～42.0%(P0.05)和64.9%～78.1%(P0.001)。【结论】长期施肥未明显改变土壤自养呼吸速率。长期施氮通过抑制土壤异养呼吸使土壤总呼吸降低。长期氮添加对自养呼吸和异养呼吸Q10的影响不一致,而呼吸底物的可利用性和土壤微生物活性的变化是主要因素。为提高土壤呼吸及其组分预测模型的精度,应综合考虑细根生物量及呼吸底物的长期变化。     

毛竹林土壤呼吸及组分对氮磷添加的非对等响应

【目的】探究毛竹林土壤呼吸及组分对氮添加、磷添加及其二者交互效应的响应差异，揭示生物和非生物因子在调控土壤呼吸中的作用，为评价养分添加影响毛竹林土壤碳排放过程及模型预测提供科学依据。【方法】以缺磷型毛竹林为对象，2017年6月采用林下喷施方式隔月进行氮(10 g·m^-2a^-1)和磷(10 g·m^-2a^-1)添加，设置对照(CK)、单一氮添加(N)、单一磷添加(P)和氮磷共添加(N+P)4个处理，2017年9月—2018年8月采用Li-8100土壤碳通量系统测量土壤总呼吸速率和异养呼吸速率，并测定土壤温度(T)、湿度(SM)、细根和土壤化学性质、细根生物量及土壤微生物特征。【结果】氮磷添加均未改变毛竹细根生物量，对土壤自养呼吸速率无显著影响，氮添加显著增加土壤可利用氮含量、磷添加降低土壤真菌和细菌生物量比值分别是氮磷添加抑制土壤异养呼吸速率的主要原因。氮磷添加对土壤自养呼吸速率和异养呼吸速率均存在交互作用。氮磷添加的交互效应对土壤总呼吸速率无显著影响，但磷添加显著增加土壤总呼吸速率。模型R=ae     

第二代桉树人工纯林和混交林土壤呼吸及其组分研究

以广西凭祥中国林业科学研究院热带林业实验中心第二代桉树人工纯林(PP2)及其与降香黄檀混交的混交林(MP2)为研究对象,采用壕沟法,利用LI-8100土壤呼吸测定系统,对两种林分土壤呼吸组分进行分离研究。结果表明:PP2和MP2土壤呼吸速率及其各呼吸组分季节变化与土壤5 cm处的温度季节变化相似,峰值出现在6—8月份,谷值出现在12月底至次年1月初,土壤呼吸速率与土壤含水量无关;PP2全年土壤总呼吸为1 147.41 g·m-2,比MP2(844.07 g·m-2)增加了26.44%,MP2的自养呼吸(RR)累积量(136.87 g·m-2)比PP2(506.72 g·m-2)降低72.99%,而其异养呼吸(RH)累积量(707.21 g·m-2)却比PP2(640.69 g·m-2)增加了10.38%。纯林和混交林的细根生物量差异以及土壤有机质含量、凋落物有机质含量、土壤C/N、凋落物量和凋落物C/N的不同是导致自养呼吸和异养呼吸产生差异的主要原因。     

湖南会同毛竹林土壤碳循环特征

测定和分析湖南会同毛竹林土壤的碳贮量和各组分呼吸量.结果表明:毛竹林土壤有机碳贮量为115.558 t·hm-2,矿质土壤层、凋落物层和根系分别占96.01%,0.64%和3.34%;毛竹林地土壤年呼吸排放碳总量为9.257 t·hm-2a-1,异养呼吸、自养呼吸和凋落物年呼吸最分别占59.49%,28.27%和12.24%;毛竹林细根年生长量为6.895 t·hm-2a-1,年分解量为0.312 t·hm-2a-1,细根年周转率为0.93次·a-1;毛竹林年凋落物进入土壤的碳总量为2.245 t·hm-2a-1,地上和地下凋落物分别占78.5%和21.5%.     

马尾松人工林根呼吸的季节变化及影响因子

2007年1月至2008年12月,以长沙天际岭国家森林公园马尾松群落为研究对象,采用挖壕法研究马尾松群落去除根系后土壤呼吸速率动态及其与土壤温、湿度的相关关系。结果表明:马尾松群落和去除根系处理的土壤呼吸年变化范围分别为0.29～3.19,0.25～2.33μmol·m-2s-1,年均分别为1.56,1.03μmol·m-2s-1。去除根系土壤呼吸速率比对照降低12.2%～55.1%,根呼吸年均贡献率为28.3%。马尾松群落和去除根系的土壤呼吸速率与5cm土壤温度之间均呈显著指数相关,温度敏感系数Q10值分别为2.10和1.82,估算出根呼吸的Q10值为2.94。马尾松群落和去除根系的土壤呼吸速率与土壤湿度之间相关关系均不显著(P﹥0.05),但根呼吸与土壤湿度之间呈显著线性相关(P=0.023)。     

青海湖小泊湖湿地不同群落土壤呼吸及温湿度因子响应

选择青海湖高寒湿地植物群落为研究对象,分析了湿地不同植物群落土壤呼吸生长季高峰日变化特征及温湿度因子的影响,利用土壤碳通量测量系统LI-8100A测定了6种植物群落土壤呼吸速率日变化,通过实测的温度因子以及一次降水前后土壤表层湿度的变化研究了其对土壤呼吸速率的影响,结果表明:6种不同群落土壤呼吸速率日变化都呈单峰曲线,在生长季高峰芨芨草、芨芨草+马莲花、马莲花、华扁穗、苔草(台地)、苔草(洼地)土壤呼吸速率的日最高值分别为4.51μmol·m-2·s-1、12.22μmol·m-2·s-1、13.40μmol·m-2·s-1、2.55μmol·m-2·s-1、5.28μmol·m-2·s-1,3.89μmol·m-2·s-1。群落呼吸速率峰值出现在14:00~16:00,谷值出现在3:00~6:00。10点过后,土壤呼吸速率上升趋势明显。土壤呼吸与群落地下5cm地温有着良好的相关性,随着温度升高,土壤呼吸值增大,当土壤温度达到最大值时,土壤呼吸值也随之达到最大。湿度对于土壤呼吸速率的响应比较明显,在一次降水前后除了苔草(洼地),其余群落土壤呼吸速率随着土壤表层湿度的升高而降低。     

毛乌素沙地油蒿灌丛生态系统的土壤呼吸特征

【目的】探究毛乌素沙地半干旱区典型油蒿灌丛生态系统土壤呼吸速率特征,揭示土壤温湿度对土壤呼吸速率的影响,以期为预估半干旱区土壤碳排放提供科学依据。【方法】在宁夏盐池选取典型油蒿群落,采用切根法剖分土壤呼吸组分,于2014年4—10月利用自动气室法对切根处理与对照样地的土壤呼吸速率进行连续观测,采用指数方程拟合土壤呼吸组分对土壤温度的响应,并运用线性回归分析温度响应函数残差(观测值/预测值)与土壤含水率间的关系。【结果】在日尺度、自养呼吸速率最大值出现时间(11:00)早于土壤温度最大值出现时间(15:00),而异养呼吸速率最大值出现时间基本与土壤温度最大值出现时间一致;在生长季中期(6—8月),土壤总呼吸速率,自养呼吸速率和异养呼吸速率的温度敏感性(Q10)分别为1.51,1.40和1.88;自养呼吸速率对温度的响应受水分的影响,当土壤含水率小于8%时,土壤温度仅能解释自养呼吸速率季节变异的36%(Q10=1.10),自养呼吸速率的温度响应函数残差随土壤含水率升高而增加(R2=0.59,P0.05);当土壤含水率大于8%时,自养呼吸速率随土壤温度升高呈指数增加(R2=0.75,Q10=1.88),自养呼吸速率的温度响应函数残差与土壤含水率无显著关系;与自养呼吸速率不同,异养呼吸速率对温度的响应受水分的影响较小,在不同土壤水分条件下均随土壤温度升高呈指数增加(R20.65);自养呼吸贡献率(自养呼吸速率/土壤总呼吸速率)在日尺度上存在中午降低的现象;在季节尺度,RA/RT呈现出明显的季节性波动,在5—8月平均为54%,9—10月平均为69%。【结论】在日尺度,自养呼吸速率受土壤温度的影响较小,而异养呼吸速率主要受土壤温度调节;在季节尺度,异养呼吸速率主要受土壤温度调节,其Q10高于自养呼吸速率;而自养呼吸速率对温度的响应受水分的调节,其Q10随土壤含水率升高而增大;自养呼吸贡献率在日尺度与季节尺度的动态变化很可能来源于呼吸组分对环境因子的差异响应。     

采伐对幕布山区毛竹林土壤呼吸的影响

利用LI-COR-8100土壤CO2通量自动测量系统测定了湖北赤壁幕布山区采伐毛竹林土壤表面CO2通量及5 cm深度的土壤温度、湿度,研究了采伐对毛竹林土壤呼吸的影响,并用壕沟法区分各组分呼吸。结果表明:采伐显著增加了毛竹林的土壤温度,但对土壤湿度无显著影响;采伐能增加土壤呼吸、凋落物呼吸与矿质呼吸,但降低了根系呼吸;土壤总呼吸及组分呼吸与土壤温度呈指数相关(R2=32.63%84.50%),与土壤湿度呈线性相关(R2=40.60%93.50%),运用土壤温度、湿度复合模型能提高预测土壤呼吸的准确性(R2=41.40%96.20%)。采伐毛竹林土壤呼吸的增加主要因为采伐后土壤温度升高所致。     

土壤呼吸物理过程及真呼吸

为研究土壤呼吸的物理过程及真呼吸,通过对土壤呼吸产生和传输的物理过程分析,根据质量守恒定律,考虑扩散和对流作用对土壤CO2传输的影响,建立土壤CO2传输物理模型,在两个研究样地上进行模型的应用。结果表明,该模型的模拟结果较好地体现了土壤真呼吸及其昼夜、月际变化;各次观测各种处理真呼吸的昼夜变化特征体现了林地土壤自养及异养呼吸的昼夜变化特征,土壤CO2排放通量与真呼吸的差值很小;观测期内两林地土壤表面CO2排放通量均值均小于真呼吸均值,表明在春、夏和秋三个季节土壤CO2表现为积累的过程。本文的研究结果对于研究土壤呼吸本质问题具有重要意义。     

环境与生物因子对土壤呼吸及其组分的影响

生态系统呼吸中土壤呼吸的不确定性最大。文中阐述了环境与生物因子如土壤温度、湿度、理化性质、大气CO₂浓度、生物因子及人类活动对土壤呼吸及其组分产生的影响, 并对未来相关领域的研究进行了展望。     

Prescribed burning and mechanical thinning effects on belowground conditions and soil respiration in a mixed-conifer forest,California

Soil respiration (R_S) is a major carbon pathway from terrestrial ecosystems to the atmosphere and is sensitive to environmental changes. Although commonly used mechanical thinning and prescribed burning can significantly alter the soil environment, the effect of these practices on R_S and on the interactions between R_S and belowground characteristics in managed forests is not sufficiently understood. We: (1) examined the effects of burning and thinning treatments on soil conditions, (2) identified any changes in the effects of soil chemical and physical properties on R_S under burning and thinning treatments, and (3) indirectly estimated the changes in the autotrophic soil respiration (R_A) and heterotrophic soil respiration (R_H) contribution to R_S under burning and thinning treatments. We conducted our study in the Teakettle Experimental Forest where a full factorial design was implemented with three levels of thinning, none (N), understory thinning (U), and overstory thinning (O; September to October 2000 for thin burn combination and June and July 2001 for thin only treatments) and two levels of burning, none (U) and prescribed burning (B; fall of 2001). R_S, soil temperature, soil moisture, litter depth, soil total nitrogen and carbon content, soil pH, root biomass, and root nitrogen (N) concentration were measured between June 15 and July 15, 2002 at each plot. During this period, soil respiration was measured three times at each point and averaged by point. When we assumed the uniform and even contribution of R_A and R_H to R_S in the studied ecosystem without disturbances and a linear relationship of root N content and R_A, we calculated the contributions of R_A to R_S as 22, 45, 53, 48, and 45% in UU, UO, BN, BU, and BO, respectively. The results suggested that after thinning, R_S was controlled more by R_H while after burning R_S was more influenced by R_A. The least amount of R_S variation was explained by studied factors under the most severe treatment (BO treatment). Overall, root biomass, root N concentration, and root N content were significantly (p < 0.01) correlated with soil respiration with correlation coefficients of 0.37, −0.28, and 0.29, respectively. This study contributes to our understanding of how common forestry management practices might affect soil carbon sequestration, as soil respiration is a major component of ecosystem respiration.     

Field measures of the contribution of root respiration to soil respiration in an alder and cypress mixed plantation by two methods: trenching method and root biomass regression method

The contribution of root respiration to total soil respiration is one of the most interesting, important, and methodologically complicated problems in the study of the carbon budget in soils. A trenching method and a root biomass regression method were used to determine the contribution of root respiration to total soil respiration in a subtropical forest ecosystem. The average root respiration contributions were 37.15% with the range of 13.04–51.23% by trenching method and 31.80% with the range of 10.64–56.10% by root biomass regression method from August 2005 to July 2006. In growing season, the contributions of root respiration were 47.25 and 43.53% estimated by trenching method and root biomass regression method, respectively. There was no significant difference between the monthly attributions of root respiration to soil respiration estimated by two methods. Our results showed that trenching and root biomass regression methods were both suitable to estimate the root respiration in this forest.     

森林土壤呼吸对降雨脉冲的响应研究进展

森林生态系统的土壤碳储量是陆地生态系统碳库的重要组成部分。土壤呼吸则是土壤碳库参与陆地碳循环的主要方式,其受到诸多生物和非生物因子的综合调控。偶发性降雨会引起森林土壤湿度的瞬间增加,进而导致土壤呼吸速率的快速提高。文中介绍了森林土壤呼吸及其组分,综述了降雨脉冲效应的特征和诱导机制（包括物理替代机制、微生物代谢机制、土壤养分限制机制及光化学调控机制等）,分析了当前降雨脉冲研究存在的不足并展望了未来的研究重点,认为森林生态系统是未来开展降雨脉冲效应研究的重要方向,探究森林土壤呼吸不同组分对降雨脉冲的响应差异与机制也是潜在的重要研究方向。     

尖峰岭热带山地雨林群落呼吸量初步测定

用密闭吸收法测定了海南岛尖峰岭热带山地雨林主要树种的树干、树枝、树叶、树根等组分的呼吸速率，根据ＰｉｐｅＭｏｄｅｌ理论，测出主要树种木质器官的直径频度分布模型，树干、树枝及树根的呼吸速率与直径呈良好的幂函数关系：求出了单株林木呼吸总量与胸径之间的经验公式，计算森林群落（乔木层）月呼吸量，树干１．６９－１．７３、树枝０．７８－０．７９、树叶０．８１－０．８３、树根０．２４－０．２５，总计为３．５－３     

盐分胁迫对沿海绿竹光合作用及叶绿素的影响

通过对盐分胁迫条件下绿竹的光合作用变化的研究 ,可知在盐分胁迫处理的第 2 5天处理为 2 .0 %下的绿竹的净光合速率、光呼吸速率比对照分别下降了 4 7.6 %、4 0 %,而 0 .4 %的净光合速度却增加了 6 .6 %、光呼吸速率下降了 15 .1%;到第 4 6天 2 .0 %的比对照分别下降了 5 1.8%、4 6 .7%,0 .4 %的分别下降了 5 .8%、31.9%;绿竹的暗呼吸速率则没有一定的规律 ,但还是盐浓度越高 ,暗呼吸速率下降得越快 ;绿竹的叶绿素变化则是呈现先上升而下降的趋势 ,0 .4 %的盐分胁迫强度为盐分的一个分界点 ,大于 0 .4 %的光合作用受到明显的影响 ,小于 0 .4 %的光合作用受到影响不明显。     

长白山白桦林地土壤呼吸的季节变化

2004年5月至9月,研究了长白山白桦林土壤呼吸以及根系呼吸对土壤呼吸的贡献随土壤温度和土壤湿度的季节变化,研究结果表明：土壤总呼吸、断根土壤呼吸和根系呼吸在生长季内有相似的季节变化趋势,夏季潮湿而且温度较高,呼吸速率也较高,春季和秋季温度较低,呼吸速率也较低。2004年5月至9月,土壤总呼吸、断根土壤呼吸和根系呼吸的平均值分别为4.44,2.30和2.14μmol&#183;m^-2s^-1,三者与土壤温度均呈指数相关,与土壤湿度呈线性相关,三者的Q10值分别为2.82,2.59和3.16,这与其他学者的结果相似。根系呼吸是土壤呼吸的一个重要组成部分,2004年5月至9月,根系呼吸对土壤总呼吸的贡献在29.3～58.7%之间。根据Q10模型估算的土壤总呼吸、断根土壤呼吸和根系呼吸的全年平均值分别为1.96、1.08和0.87μmol&#183;m^-2s^-1,即741.73、408.71和329.24gC&#183;m^-2&#183;a^-1,全年根系对土壤总呼吸的贡献为44.4%。土壤呼吸和土壤温度之间的关系模型是了解和预测长白山白桦林生态系统潜在的随森林管理和气候变化而变化的有用工具。