亚热带毛竹人工林土壤呼吸组分动态变化及其影响因素

利用Li-8100土壤碳通量测量系统,研究了2013年4月—2014年3月浙江临安市毛竹人工林土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸速率的动态变化规律.结果表明：毛竹人工林土壤总呼吸速率、异养呼吸速率和自养呼吸速率均呈现出明显的季节变化特征,最高值出现在7月,最低值出现在1月,年平均值分别为2.93、1.92和1.01 μmol CO₂·m^-2·s^-1.毛竹林土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸年累积CO₂排放量分别为37.25、24.61和12.64 t CO₂·hm^-2·a^-1.土壤呼吸各组分均与土壤5 cm温度呈显著指数相关,土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸的温度敏感系数Q₁₀值分别为2.05、1.95和2.34.土壤总呼吸速率、异养呼吸速率与土壤水溶性有机碳(WSOC)含量均呈显著相关,而自养呼吸与WSOC无显著相关性;土壤呼吸各组分与土壤含水〖JP2〗量以及微生物生物量碳均无显著相关性.土壤温度是影响毛竹人工林土壤呼吸及其组分季节变化的主要驱动因子,土壤WSOC含量是影响土壤总呼吸和异养呼吸的重要环境因子.     

北亚热带-南暖温带过渡区典型森林生态系统土壤呼吸及其组分分离

为阐明北亚热带．南暖温带过渡区典型森林生态系统土壤呼吸与其组分的碳排放速率及其对土壤水热变化的响应规律,本研究用壕沟断根法布设了土壤呼吸组分分离试验,并对土壤温湿度与呼吸速率进行了一年的观测。统计分析结果表明：土壤呼吸及其组分的呼吸速率在夏秋季较高、春冬季较低;土壤温度低于15℃时,呼吸速率的季节性变化主要受控于土壤温度;土壤温度高于15℃,而含水量低于0．20kg·kg^-1时,含水量对呼吸速率有明显的抑制作用;当土壤温湿度分别高于15℃与0．20kg·kg^-1,呼吸速率同时受到土壤温湿度的影响;土壤温湿度分别能解释呼吸速率季节性变化的80．36％～94．94％与7．20％～48．45％,温度的影响高于含水量;5种类型中土壤呼吸、自养与异养呼吸的Q10值变化范围分别为2．30～2．44、2．49～2．82与2．09～2．35,每个类型中自养呼吸的温度敏感性均为最高,其次为土壤呼吸,异养呼吸最低;锐齿栎幼林、锐齿栎老林、华山松与短柄袍针阔混交林、千金榆与短柄袍阔叶混交林及栓皮栎林自养呼吸日贡献率的变化范围分别为35．19％～57．73％、28．73％～49．24％、28．67％～49．82％、24．24％～41．70％与30．07％～46．22％,土壤呼吸的年排放量分别为1105．15gC·m^-2·a^-1、779．12gC·m^-2·a^-1、821．23gC·m^-2·a^-1、912．19gC·m^-2·a^-1与899．50gC·m^-2·a^-1,其中自养呼吸的年贡献率分别为52．89％、39．77％、44．17％、38．15％与43．26％,若考虑断根样方内细根分解的影响,则自养呼吸的年贡献率分别为65．56％、47．95％、53．80％、46．83％与53．86％;5个林分间的土壤呼吸速率、异养呼吸速率没有显著差异（P〉0．05）,而自养呼吸速率存在显著差异（P〈0．05）,类型间活细根生物量的差异解释了自养呼吸速率差异的94．71％。     

施石灰对杉木人工林土壤呼吸及其温度敏感性的影响

我国酸沉降主要分布区域与杉木人工林主要分布区域重合,石灰添加是改良酸化土壤的有效措施。为探究酸沉降背景下施石灰对土壤呼吸及其温度敏感性的影响,本研究以杉木人工林土壤为对象,在2018年6月一次性添加0、1和5 t·hm^-2的氧化钙,于2020年6月开始进行为期一年的原位土壤呼吸速率观测。结果表明：与不施石灰相比,施石灰显著提高了土壤pH值和交换性Ca²⁺含量,不同石灰施用量之间无显著差异。杉木人工林土壤呼吸及其组分具有明显的季节差异,表现为夏季最高,冬季最低,施石灰未显著改变其季节动态特征。施石灰显著降低了土壤异养呼吸速率,提高了自养呼吸速率,最终导致施石灰对土壤呼吸无显著影响。土壤呼吸月动态变化与温度月动态变化基本保持一致,土壤呼吸与土壤温度呈显著的指数关系,施石灰后土壤呼吸及自养呼吸的温度敏感性(Q₁₀)呈上升趋势,土壤异养呼吸的Q₁₀呈下降趋势。综上,施石灰提高了杉木人工林土壤自养呼吸,显著降低了土壤异养呼吸,这有利于杉木人工林土壤固碳。     

神农架海拔梯度上4种典型森林的土壤呼吸组分及其对温度的敏感性

量化森林土壤呼吸及其组分对温度的响应对准确评估未来气候变化背景下陆地生态系统的碳平衡极其重要。该文通过对神农架海拔梯度上常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林以及亚高山针叶林4种典型森林土壤呼吸的研究发现: 4种森林类型的年平均土壤呼吸速率和年平均异养呼吸速率分别为1.63、1.79、1.74、1.35 μmol CO₂·m^-2·s^-1和1.13、1.12、1.12、0.80 μmol CO₂·m^-2·s^-1。该地区的土壤呼吸及其组分呈现出明显的季节动态, 夏季最高, 冬季最低。4种森林类型中, 阔叶林的土壤呼吸显著高于针叶林, 但阔叶林之间的土壤呼吸差异不显著。土壤温度是影响土壤呼吸及其组分的主要因素, 二者呈显著的指数关系; 土壤含水量与土壤呼吸之间没有显著的相关关系。4种典型森林土壤呼吸的Q₁₀值分别为2.38、2.68、2.99和4.24, 随海拔的升高土壤呼吸对温度的敏感性增强, Q₁₀值随海拔的升高而增加。     

中国南亚热带森林不同演替阶段土壤呼吸的分离量化

量化森林土壤呼吸(R_S)及其组分对准确地评估森林土壤碳吸存极其重要。该文以鼎湖山南亚热带季风常绿阔叶林及其演替系列针阔叶混交林和马尾松(Pinus massoniana)林为研究对象, 采用挖壕沟法结合静态气室CO₂测定法对这3种林分类型的R_S进行分离量化。结果表明: 鼎湖山3种森林演替系列上的森林R_S及其组分(自养呼吸R_A、异养呼吸R_H)均呈现出明显的季节动态, 表现为夏季最高、冬季最低的格局。在呼吸总量上, 季风常绿阔叶林显著高于针阔叶混交林和马尾松林, 但混交林与马尾松林之间差异不显著; R_A除季风常绿阔叶林显著大于针阔叶混交林外, 其余林分之间差异不显著; 对于R_H来说, 3个林分之间均无显著差异。随着森林正向演替的进行, 由马尾松林至针阔叶混交林至季风常绿阔叶林, R_A对土壤总呼吸的年平均贡献率分别为(39.48 ± 15.49)%、(33.29 ± 17.19)%和(44.52 ± 10.67)%, 3个林分之间差异不显著。方差分析结果表明, 土壤温度是影响R_S及其组分的主要环境因子, 温度与R_S及其组分呈显著的指数关系; 土壤含水量对R_S的影响不显著, 甚至表现为轻微的抑制现象, 但未达到显著性水平。对温度敏感性指标Q₁₀值的分析表明, 3个林分均为R_A的温度敏感性最大, R_H的温度敏感性最小。     

东北东部森林生态系统土壤呼吸组分的分离量化

对森林生态系统的土壤呼吸组分进行分离和量化,确定不同组分CO2释放速率的控制因子,是估测局域和区域森林生态系统碳平衡研究中必不可少的内容。采用挖壕法和红外气体分析法测定无根和有根样地的土壤表面CO2通量(RS),确定东北东部6种典型森林生态系统RS中异养呼吸(RH)和根系自养呼吸(RA)的贡献量及其影响因子。具体研究目标包括:(1)量化各种生态系统的RH及其与主要环境影响因子的关系;(2)量化各种生态系统RS中根系呼吸贡献率(RC)的季节动态;(3)比较6种森林生态系统RH和RA的年通量。土壤温度、土壤含水量及其交互作用显著地影响森林生态系统的RH(R2=0.465~0.788),但其影响程度因森林生态系统类型而异。硬阔叶林和落叶松人工林的RH主要受土壤温度控制,其他生态系统RH受土壤温度和含水量的联合影响。各个森林生态系统类型的RC变化范围依次为:硬阔叶林32.40%~51.44%;杨桦林39.72%~46.65%;杂木林17.94%~47.74%;蒙古栎林34.31%~37.36%;红松人工林33.78%~37.02%;落叶松人工林14.39%~35.75%。每个生态系统类型RH年通量都显著高于RA年通量,其变化范围分别为337~540 gC.m-2.a-1和88~331 gC.m-2.a-1。不同生态系统间的RH和RA也存在着显著性差异。     

高寒草甸土壤呼吸及其组分对氮添加的响应

本研究比较了青藏高原高寒草甸土壤呼吸速率（Rs）、自养呼吸速率（Ra）和异养呼吸速率（Rh）随施氮梯度的变化;揭示土壤呼吸及其组分变化的主要影响因素;为评价未来氮沉降背景下高寒草甸土壤碳释放提供科学依据。于2014年在四川红原青藏高原高寒草甸建立长期氮素添加平台;采取完全随机区组试验设计;设置0（N0;对照）、2（N2）、4（N4）、8（N8）、16（N16）和32 g N·m^-2·a^-1（N32）6个水平氮素添加控制实验。于2020年生长季对Rs、Ra和Rh进行监测。结果表明:施氮显著降低了土壤呼吸及其组分（P<0.05）;且Ra的下降幅度大于Rh;导致Rh/Rs随施氮水平逐渐上升;不同施氮处理下Ra和Rh与土壤温度均呈显著的指数正相关（P<0.05）;施氮降低了Ra的温度敏感性（Q₁₀）;但提高了Rh的Q₁₀值;土壤呼吸各组分与土壤湿度的关系均不显著;但土壤温度和土壤湿度双因子模型对Ra和Rh的解释度高于单因素模型。本研究揭示了高寒草甸土壤呼吸及其组分对氮添加的响应特征及机制;可为评估高寒草甸生态系统对大气氮沉降的响应以及生态系统管理提供科学依据。     

南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析

采用开沟隔离法,利用LI-8100型土壤呼吸测定系统,对15年生的南方型杨树(Populus deltoides)人工林土壤呼吸进行了研究,并试图区分根系呼吸和土壤微生物呼吸。结果表明,开沟隔离处理后的10个月内,由于土壤中被截断根系具有自养呼吸和分解作用,土壤呼吸中的根系呼吸与微生物呼吸尚难以区分。尽管如此,研究表明15年生杨树人工林的土壤总呼吸通量为9.74 tC.hm-.2a-1,其中,枯枝落叶等土壤表层凋落物分解所释放的碳通量是2.63 tC.hm-.2a-1,占总量的27.0%;林木根系呼吸与土壤微生物呼吸通量的和为7.11 tC.hm-.2a-1,占总量的73.0%。土壤各组分呼吸速率与10 cm深处的土壤温度之间存在着显著的指数函数关系。不同直径的杨树根系被截断后的活力变化有所不同,根系越粗,存活时间越长。     

湖南会同林区毛竹林地的土壤呼吸

采用CID-301PS光合分析仪(配带土壤呼吸室),对湖南会同林区毛竹林地土壤呼吸进行测定,结果表明,毛竹林地土壤总呼吸速率、异养呼吸速率、自养呼吸速率及凋落物呼吸速率的年平均值分别为2.13、1.44、0.69μmolCO2·m-2·s-1和0.31μmolCO2·m-2·s-1,并呈现明显的季节变化规律和日变化规律,季节变化曲线呈单峰型,表现为1～7月份随着气温、地温的升高呈上升的趋势,在8月达年呼吸速率的最大值,分别达4.95、3.01、1.94μmolCO2·m-2·s-1和0.80 μmolCO2·m-2·s-1,此后随温度的降低而呈逐渐递减的趋势,直到翌年的1月份或2月份,分别为0.76、0.70、 0.06μmolCO2·m-2·s-1 和 0.05μmolCO2·m-2·s-1.日变化曲线图表现为单峰形态,一般也是随着温度的升高而加大,随着温度的降低而减小.6:00～14:00,随着土壤温度的升高而增加,一般在16:00～18:00出现最高峰,此后,一直递减,直到次日4:00～8:00.由此计算出毛竹林地土壤年释放CO2量为33.94 t·hm-2·a-1,其中,林地异养呼吸、自养呼吸和凋落物呼吸分别占总呼吸的59.5%、28.3%和12.2%.     

火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响研究进展

土壤呼吸是陆地生态系统与大气碳交换的主要方式,主要分为自养呼吸和异养呼吸。土壤呼吸不仅是森林生态系统碳循环过程的关键环节,也是森林生态系统能量流动和物质循环的重要生态过程。火作为森林生态系统中一个重要的生态因子,可以在短时间内对土壤呼吸组分造成巨大的影响。火干扰对土壤呼吸组分的影响与火烧强度、火烧频率、火烧持续时间以及火后恢复等因子有关,通过影响植被的根系与组成、微生物群落数量与结构,凋落物的数量以及生态系统的环境和小气候等,进而对土壤呼吸产生影响。火干扰对土壤呼吸影响整体表现为火烧后土壤呼吸速率下降,在几个月至几年内恢复到火烧前水平,之后火继续对土壤呼吸产生影响长达数年至数十年。通过描述火烧强度、火烧频率以及火后恢复时间,阐述火干扰对土壤呼吸组分的直接影响,以及通过火后环境对土壤呼吸组分产生的间接影响,来揭示火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响。同时针对火干扰对土壤呼吸组分的影响进行以下3个方面的研究展望：（1）火后产生的黑碳对土壤呼吸组分的影响;（2）火后植被恢复对土壤呼吸组分产生的影响;（3）火后土壤呼吸组分的长期变化规律。     

Carbon losses due to soil warming: Do autotrophic and heterotrophic soil respiration respond equally?

Global warming has the potential to increase soil respiration (R_S), one of the major fluxes in the global carbon (C) cycle. R_S consists of an autotrophic (R_A) and a heterotrophic (R_H) component. We combined a soil warming experiment with a trenching experiment to assess how R_S, R_A, and R_H are affected. The experiment was conducted in a mature forest dominated by Norway spruce. The site is located in the Austrian Alps on dolomitic bedrock. We warmed the soil of undisturbed and trenched plots by means of heating cables 4 °C above ambient during the snow‐free seasons of 2005 and 2006. Soil warming increased the CO₂ efflux from control plots (R_S) by ∼45% during 2005 and ∼47% during 2006. The CO₂ efflux from trenched plots (R_H) increased by ∼39% during 2005 and ∼45% during 2006. Similar responses of R_S and R_H indicated that the autotrophic and heterotrophic components of R_S responded equally to the temperature increase. Thirty‐five to forty percent or 1 t C ha⁻¹ yr⁻¹ of the overall annual increase in R_S (2.8 t C ha⁻¹ yr⁻¹) was autotrophic. The remaining, heterotrophic part of soil respiration (1.8 t C ha⁻¹ yr⁻¹), represented the warming‐induced C loss from the soil. The autotrophic component showed a distinct seasonal pattern. Contribution of R_A to R_S was highest during summer. Seasonally derived Q₁₀ values reflected this pattern and were correspondingly high (5.3–9.3). The autotrophic CO₂ efflux increase due to the 4 °C warming implied a Q₁₀ of 2.9. Hence, seasonally derived Q₁₀ of R_A did not solely reflect the seasonal soil temperature development.     

土壤各组分呼吸区分方法研究进展

土壤呼吸分为自养型呼吸(根呼吸)和异养型呼吸(微生物和动物呼吸),区分各组分呼吸可了解在全球变化条件下土壤碳循环和碳平衡的动态。本文综述了3种主要区分自养呼吸和异养呼吸的方法:①组分法;②根去除术;③同位素法。其中同位素法对根和土壤的影响最小,是最可靠的一种方法;综合各方面考虑,根去除法是最切实可行的方法。     

Differential responses of auto‐ and heterotrophic soil respiration to water and nitrogen addition in a semiarid temperate steppe

Evaluating how autotrophic (SR_A), heterotrophic (SR_H) and total soil respiration (SR_TOT) respond differently to changes of environmental factors is critical to get an understanding of ecosystem carbon (C) cycling and its feedback processes to climate change. A field experiment was conducted to examine the responses of SR_A and SR_H to water and nitrogen (N) addition in a temperate steppe in northern China during two hydrologically contrasting growing seasons. Water addition stimulated SR_A and SR_H in both years, and their increases were significantly greater in a dry year (2007) than in a wet year (2006). N addition increased SR_A in 2006 but not in 2007, while it decreased SR_H in both years, leading to a positive response of SR_TOT in 2006 but a negative one in 2007. The different responses of SR_A and SR_H indicate that it will be uncertain to predict soil C storage if SR_TOT is used instead of SR_H to estimate variations in soil C storage. Overall, N addition is likely to enhance soil C storage, while the impacts of water addition are determined by its relative effects on carbon input (plant growth) and SR_H. Antecedent water conditions played an important role in controlling responses of SR_A, SR_H and the consequent SR_TOT to water and N addition. Our findings highlight the predominance of hydrological conditions in regulating the responses of C cycling to global change in the semiarid temperate steppe of northern China.     

青藏高原东缘亚高山针叶林人工恢复过程中的土壤呼吸特征

采用动态密闭气室红外CO₂分析法,对青藏高原东缘云杉人工林的土壤呼吸进行连续定位测定,并用挖壕沟法区分土壤自养呼吸和异养呼吸.结果表明:4种云杉林的土壤呼吸速率与土壤5 cm层温度有显著的正指数关系,与土壤含水量的相关性不显著.4种云杉林土壤呼吸年通量在792.08～1070.20 g C·m^-2·a^-1,大小依次为：天然云杉林＞22年生云杉人工林＞65年生云杉人工林＞35年生云杉人工林,随着人工林的恢复呈先降低后升高的趋势.在森林恢复过程中,人工云杉土壤自养和异养呼吸年通量均先减少后增加, 在253.36～357.05 g C·m^-2·a^-1和538.69～703.82 g C·m^-2·a^-1范围变化.22年生、35年生、65年生云杉人工林和天然云杉林非生长季 （2007-11-2008-03）和生长季（2008-04-2008-10）的Q₁₀值分别为：4.59、6.54、4.77、3.18和4.17、4.66、3.11、2.74.除22年生云杉人工林,Q₁₀值随云杉林的恢复更新而逐渐降低, 且非生长季节Q₁₀值均明显高于生长季节.     

小兴安岭原始阔叶红松林与枫桦次生林土壤呼吸及其各组分特征的比较研究

原始阔叶红松林是我国温带典型的地带性顶极植被类型,枫桦次生林是其典型的次生林类型之一,对二者土壤呼吸及其各组分特征的研究有助于准确评价该地区的碳平衡。本研究主要测定了2013和2014年2个生长季原始阔叶红松林和枫桦次生林土壤呼吸（R_S）,并量化了土壤呼吸的各个组分（异养呼吸R_H和自养呼吸R_A）,与此同时测量了土壤10 cm处温度以及土壤含水率。研究结果表明,土壤呼吸及其各组分有着明显的季节变化特性,其大小的变化主要受温度的影响,土壤10 cm处的温度可以解释R_S 64%~70%、R_H 56%~65%、R_A 77%~79%的变异。对于温度的敏感性,原始阔叶红松林土壤呼吸Q₁₀值>枫桦次生林土壤呼吸Q₁₀值,而在单一林型中的比较,R_A Q₁₀值 > R_S Q₁₀值 > R_H Q₁₀值。此外,总体Q₁₀值随着季节有着明显的变化,且随着温度的升高有降低的趋势。原始阔叶红松林和枫桦次生林R_S年平均速率分别为3.92和4.06 μmol·m^-2·s^-1,R_H年平均速率分别为2.97和2.85 μmol·m^-2·s^-1,R_A年平均速率则分别为0.96和1.17 μmol·m^-2·s^-1。原始阔叶红松林土壤呼吸以及土壤土壤自养呼吸要稍低于枫桦次生林,而原始阔叶红松林异养呼吸则高于枫桦次生林异养呼吸,但差异不显著。原始阔叶红松林和枫桦次生林R_S平均年通量分别为942和971 g C·m^-2·a^-1,R_H年通量分别为709和677 g C·m^-2·a^-1,R_A年通量则分别为215和276 g C·m^-2·a^-1。原始阔叶红松林R_S年通量略高于枫桦次生林R_S年通量,但差异不显著。我们的实验结果表明,小兴安岭地区枫桦次生林正向演替的过程中,植被演替变化对土壤呼吸及各组分的影响并不明显,相较于环境因子温度和湿度要小的多。     

锐齿栎林年龄序列土壤呼吸组分特征研究

林龄作为影响土壤呼吸的因素已是碳循环关注的热点问题之一,且林龄在模拟演替及长期碳动态的监测过程中发挥重要作用。该研究采用Li-Co-r8100土壤呼吸仪,研究林龄对土壤呼吸通量及其组分的影响。结果表明：锐齿栎林年龄序列(40 a,80 a,>160 a)及不同组分的土壤呼吸速率都表现出明显的单峰型季节动态,且与5 cm土壤温度呈显著指数相关。这可能是由于温度变化影响土壤生物活性引起的,土壤温度与土壤呼吸关系的指数方程可以解释80％以上的土壤呼吸变化。土壤呼吸及其不同组分在林龄间均无明显差异,土壤呼吸对温度的敏感性在锐齿栎林年龄序列及各组分间也无显著差异,这可能与林龄间土壤特性、森林生产力、微环境条件等相差不大有关。加倍凋落物的累计土壤呼吸通量显著( P<0.05)高于对照、断根和去除凋落物处理的累积呼吸量,说明增加凋落物输入为土壤提供了更丰富的养分,改善了样地微环境,有利于激发土壤微生物活性。锐齿栎林累计土壤呼吸通量与土壤有机碳( SOC)、细根生物量( FR)和微生物呼吸( MR)也显著相关,表明该地区土壤特性以及地下新陈代谢能很好地解释锐齿栎林土壤呼吸格局。