土壤异养呼吸温度敏感性(Q10)的影响因子

首先对国内外土壤异养呼吸Q10的研究成果进行了全面的综合述评.影响土壤异养呼吸Q10的因子主要包括环境因子(主要是温度和湿度)、呼吸底物和土壤生物等.较多的研究表明土壤异养呼吸的Q10在低温时较高,高温时较低,但Q10也可随温度升高而增加,或随温度变化而保持稳定;通常土壤异养呼吸的Q10与土壤水分成正相关,但极端水分条件下(干旱胁迫或渍水)Q10较低;有限的研究表明呼吸底物和土壤生物对土壤异养呼吸Q10的影响还具有很大的不确定性;调控土壤异养呼吸Q10的机理目前还不清楚.然后从温度、水分、呼吸底物、土壤微生物对土壤异养呼吸Q10的影响等方面对影响土壤异养呼吸温度敏感性的原因进行了深入的探讨,并提出未来应重点开展的研究:(1)加强不同尺度土壤异养呼吸Q10的影响因子及调控机理研究;(2)扩大土壤异养呼吸Q10的野外研究;(3)扩大热带、亚热带土壤异养呼吸Q10的研究;(4)深入探讨呼吸底物有效性和土壤生物对土壤异养呼吸Q10的影响;(5)加强其他因子对土壤异养呼吸Q10影响的研究.     

土壤异养呼吸温度敏感性(Q_(10))的影响因子

首先对国内外土壤异养呼吸Q10的研究成果进行了全面的综合述评.影响土壤异养呼吸Q10的因子主要包括环境因子(主要是温度和湿度)、呼吸底物和土壤生物等.较多的研究表明土壤异养呼吸的Q10在低温时较高,高温时较低,但Q10也可随温度升高而增加,或随温度变化而保持稳定;通常土壤异养呼吸的Q10与土壤水分成正相关,但极端水分条件下(干旱胁迫或渍水)Q10较低;有限的研究表明呼吸底物和土壤生物对土壤异养呼吸Q10的影响还具有很大的不确定性;调控土壤异养呼吸Q10的机理目前还不清楚.然后从温度、水分、呼吸底物、土壤微生物对土壤异养呼吸Q10的影响等方面对影响土壤异养呼吸温度敏感性的原因进行了深入的探讨,并提出未来应重点开展的研究:⑴加强不同尺度土壤异养呼吸Q10的影响因子及调控机理研究;⑵扩大土壤异养呼吸Q10的野外研究;⑶扩大热带、亚热带土壤异养呼吸Q10的研究;⑷深入探讨呼吸底物有效性和土壤生物对土壤异养呼吸Q10的影响;⑸加强其他因子对土壤异养呼吸Q10影响的研究.     

土壤呼吸的温度敏感性

土壤呼吸是指土壤释放CO₂ 的过程,它所释放出的CO₂ 是生物圈向大气圈释放CO₂ 的主要来源之一。土壤呼吸速率对温度变化的敏感性是陆地生态系统碳循环过程中一个十分重要的环节。由于许多大尺度碳循环模型中都涉及土壤呼吸的温度敏感性这一问题,因此对该问题的回答有助于提高对当前陆地生态系统碳通量的估算和对 未来气候变化预测的准确性。本文就目前土壤呼吸速率对温度变化的敏感性的主要问题进行了综述,从温度、水分、呼吸底物的数量和质量、酶促反应动力学等几个不同的方面,概述了土壤呼吸温度敏感性的变异范围较大的原因,以及这些因素对土壤呼吸的温度敏感性影响的机理。土壤呼吸是酶促的化学反应,因此其温度敏感性不仅取决于呼吸底物的质量,同样也取决于底物的有效性。     

紫色土旱坡地土壤异养呼吸速率及其温度敏感性

为探讨紫色土旱坡地土壤异养呼吸速率特征,采用静态暗箱-气相色谱法于2010年12月至2011年10月观测了土壤异养呼吸日变化、季节性变化及土壤温度和湿度.结果表明:土壤异养呼吸速率日变化特征呈单峰型曲线,其最大值和最小值分别出现在16:00和08:00;土壤异养呼吸速率季节变化明显,冬季低,夏季高,最大值为654.2 mg CO2/(m2 h),最低值为38.1 mg CO2/(m2 h),平均值为325.2 mg CO2/(m2h),小麦季土壤异养呼吸CO2排放总量为307.9 g C/m2,玉米季为384.8 g C/m2,全年为692.7 g C/m2,玉米季土壤异养呼吸CO2排放总量显著高于小麦季(P＜0.05);小麦季土壤异养呼吸敏感性参数Q10值高于玉米季,说明小麦季土壤异养呼吸速率对温度变化较玉米季敏感.地表温度和土壤5 cm温度的Q10值分别为3.16和3.22,土壤5 cm温度对土壤异养呼吸速率的影响较地表温度敏感;当土壤湿度(WFPS)高于60％时,土壤湿度和土壤异养呼吸速率为显著的负相关(R=-0.550,P=0.02),60％以下二者无显著关系,该研究可为调控紫色土旱坡地有机碳气态支出过程提供参考.     

滨海人工林土壤呼吸各组分对台风强降雨的响应

根据预测,随着全球变暖,极端降水将更加频繁和剧烈,可能对土壤呼吸及其组分产生重大影响。然而目前对极端降雨如何影响土壤呼吸各组分的认识仍是缺乏的。因此选取亚热带滨海湿地松和尾巨桉人工林土壤为研究对象,于2015年8月在设置去除根系和对照处理一年后,应用Li-8100土壤CO_2通量测定系统,对2次台风强降雨前后的土壤呼吸速率和环境因子进行原位监测,分析2次台风前后土壤呼吸各组分对强降雨的响应规律。结果表明:(1)2次台风强降雨显著改善了土壤的水分状况,促进了土壤呼吸各组分。2种人工林土壤总呼吸、异养呼吸均呈现出快速上升、后逐渐下降的趋势,而土壤自养呼吸的上升不明显。土壤总呼吸与异养呼吸的峰值与土壤湿度的峰值同步,而自养呼吸峰值要滞后1天。(2)第一次降雨,湿地松和尾巨桉土壤异养呼吸对总呼吸的贡献率分别是自养呼吸的5.15和6.28倍。相比于土壤自养呼吸(R_a),异养呼吸增加的幅度更大且响应更快。(3)第一次降雨湿地松土壤总呼吸、异养呼吸及尾巨桉土壤异养呼吸与土壤湿度的二次曲线关系存在拐点,而第二次降雨促进了2种人工林土壤异养呼吸、总呼吸速率。2次台风强降雨湿地松和尾巨桉人工林的土壤自养呼吸均和土壤湿度无显著相关性(P0.05)。综上,研究结果强调了极端降水对土壤呼吸及其组分的显著影响,应该将其纳入模型中,以提高对碳-气候反馈的预测。     

中国区域陆地生态系统土壤呼吸碳排放及其空间格局——基于通量观测的地学统计评估

土壤呼吸是陆地生态系统通过根系呼吸和微生物呼吸向大气中释放CO2的过程。研究土壤呼吸的时空格局,将有助于构建区域尺度土壤呼吸定量评价模型,也可提高预测未来气候变化情境下的典型生态系统、区域以及全球尺度碳平衡状况的能力。本文整合了中国区域土壤呼吸的主要研究成果,分析了温度敏感性（Q10）和土壤呼吸（Rs）的统计特征和区域差异,定量评价了中国区域Rs的时空格局及其在中国和全球碳平衡中的作用。通过以上分析本文得出以下主要结论：①不同生态系统类型的土壤呼吸的Q10表现为森林〉农田〉草地,气候越寒冷,土壤呼吸Q10越大,并且中国区域的Q10值相对于其他国家偏低;②Rs具有明显的季节变异,不同生态系统类型的Rs表现为森林〉农田〉草地,并且,中国区域Rs低于全球Rs;③月尺度上Rs随着经纬度发生明显的季节变异,随着经度的增加,Rs的季节变幅也逐渐增加;④1995-2004年中国区域Rs的年总量的平均值为3.84 PgC,占全球土壤CO2排放的比例4.78%。     

陆地生态系统土壤呼吸、氮矿化对气候变暖的响应

土壤呼吸和氮矿化对气候变暖的响应是影响陆地生态系统碳收支的主要因素之一,也是当前全球变化研究的主要内容之一。短期内温度升高能明显提高土壤呼吸速率,随着温度的进一步升高和升温时间的延长,土壤呼吸速率对温度升高的敏感性可能逐渐降低。由于土壤呼吸的温度敏感性与土壤水分含量、气候、植被、凋落物等多种因素有关,并随时间和空间的变化而变化,因此,用一个固定的Q10（土壤呼吸的温度敏感系数）来计算土壤呼吸对温度升高响应的量,会给研究结果带来很大的不确定性。生态系统对气候变暖的响应除了直接的反应外,还具有复杂的适应性。尽管模拟研究表明未来气候变暖将使土壤呼吸增加,但是有关土壤呼吸对气候变化适应性的试验数据比较少,对未来气候变化背景下土壤呼吸的模拟仍有很大的不确定性。气候变暖将促进土壤氮素的矿化速率,其影响程度的强弱不仅与温度有关,而且与土壤基质的质量与数量、土壤水分、升温持续的时间等有关,这使目前有关研究结果出现了很大的不确定性。针对上述研究中存在的问题,今后应统一土壤呼吸的测定方法,区分土壤呼吸各组分对温度升高的响应,在研究土壤呼吸和氮矿化对温度升高的响应时结合考虑其它因素能在一定程度上减少研究结果的不确定性。     

杉木人工林和水稻田土壤呼吸Q_(10)值的影响因素初探

通过实验室自然变温实验,利用LI-8100研究温度和培养时间对2种土地利用方式(杉木人工林和水稻田)的土壤呼吸温度敏感性的影响,培养时间为180 d.结果表明,指数模型较好地拟合了土壤呼吸速率与5 cm处土壤温度的关系,并且低温时段优于高温时段的拟合效果.土壤呼吸Q10值随5 cm处土壤温度的升高呈降低趋势,杉木人工林地土壤Q10值由3.18下降到1.40,而水稻田土壤Q10值则由2.97下降到1.51,且二者差异不显著(P>0.05),说明土地利用方式对土壤呼吸温度敏感性影响不大.回归分析表明,林地和水田的Q10值与培养时间均呈极显著的负相关关系,表明除温度外,Q10值的变化还与培养时间有关.     

杉木人工林和水稻田土壤呼吸Q10值的影响因素初探

通过实验室自然变温实验,利用LI-8100研究温度和培养时间对2种土地利用方式(杉木人工林和水稻田)的土壤呼吸温度敏感性的影响,培养时间为180 d.结果表明,指数模型较好地拟合了土壤呼吸速率与5 cm处土壤温度的关系,并且低温时段优于高温时段的拟合效果.土壤呼吸Q10值随5 cm处土壤温度的升高呈降低趋势,杉木人工林地土壤Q10值由3.18下降到1.40,而水稻田土壤Q10值则由2.97下降到1.51,且二者差异不显著(P＞0.05),说明土地利用方式对土壤呼吸温度敏感性影响不大.回归分析表明,林地和水田的Q10值与培养时间均呈极显著的负相关关系,表明除温度外,Q10值的变化还与培养时间有关.     

放牧对内蒙古羊草群落土壤呼吸的影响

采用静态暗箱法,比较测定了放牧对内蒙古锡林河流域羊草群落土壤呼吸的影响以及水热等相关环境因子与土壤呼吸的关系。结果表明:放牧没有改变羊草群落土壤呼吸的季节性变化特征,但降低了土壤呼吸速率的年幅度;生长季放牧样地土壤呼吸速率显著低于封育样地,非生长季两样地土壤呼吸强度均处于较低水平,而且出现负通量的现象,放牧使羊草群落土壤呼吸年总量下降了约33.95％;从全年来看,无论是围栏还是放牧样地,封育样地和放牧样地土壤呼吸与温度因子均显著正相关(p<0.01,n=15),其中与10cm处地温相关性最好,但放牧降低了土壤呼吸对温度变化的敏感性;生长季水分影响作用高于温度,围栏封育样地0~10cm土壤含水量的变化可以解释土壤呼吸变异的87.4％,放牧样地10~20cm和20~30cm土壤含水量的变化共同可以解释土壤呼吸变异的74.9％。     

杉木人工林皆伐火烧后土壤呼吸研究

通过静态碱吸收法对福建三明27年生杉木人工林皆伐火烧后土壤呼吸进行为期1年多的定位研究．研究发现,林地皆伐火烧后土壤呼吸速率季节变化呈单峰曲线,对照地和皆伐地最大值均出现在6月,火烧地最大值出现在4月和5月之间,3块样地最小值均出现在12月．1年中对照地、皆伐地和火烧地土壤呼吸速率（释放CO2）变化范围分别在86．1～367．9mg m^-2h^-1、62．2～211．7mg m^-2h^-1和42．6～150mg m^-2h^-1之间．用指数模型和双因素模型对土壤呼吸进行拟合显示,温度和湿度是对照地的主要影响因子,但温度和湿度不能很好地解释皆伐地和火烧地土壤呼吸速率的变化．双因素模型中,土壤呼吸温度敏感性因子Q10对照地为2．1,皆伐地和火烧地分别为1．3和1．1,小于已报道范围．     

科尔沁沙地玉米(Zea mays)田垄上和垄间土壤呼吸比较

采用动态密闭气室法测定分析了科尔沁沙地典型玉米(Zea mays)农田垄上和垄间土壤呼吸速率的差异及自养和异养呼吸特征,并估算了生态系统碳平衡。结果表明:(1)垄上和垄间土壤呼吸速率存在极显著差异(p0.001),且存在线性关系(p0.05);季节水平上垄上土壤呼吸可解释垄间土壤呼吸98.4%的变异。(2)季节水平上土壤总呼吸(RS)、异养呼吸(RH)和自养呼吸(RA)的温度敏感性指数Q10大小顺序为:RA(4.35)RS(3.10)RH(2.08)。(3)RS和RH之间存在显著差异,RA与RS和RH之间不存在显著差异;RA占RS比例的季节变化范围为28.1%~71.1%,生长季RH和RA占RS的比例均值分别为44.4%和55.6%。(4)科尔沁沙地典型农田生态系统在生长季为碳汇,可净固存大气CO2-C的量为659.1g·m-2。     

中国东部暖温带高山林线乔木的光合作用及其与环境因子的关系

高山林线对于气候变化的影响非常敏感。气候变化首先从个体的水平影响林线的内部结构，然后才影响到作为整体的林线的推移，因此研究乔木个体生理活动与气候条件之间的关系，对于研究高山林线对气候变化的响应具有重要意义。本文通过对们于中国东部暖温带的五台山、关帝山、太白山森林上限附近白杆（Picea meyeri）、华北落叶松（Larix principis-ruprechtii)和太白红杉（L.chinensis)生理活动与环境因子的野外测定，分析了光合作用与环境因子之间的关系，得出以下初步结论：（1）研究区内林线乔木的光合作用不存在单一的限制因子；（2）有关研究表明，光照与温度共同作用于高山林线乔木的光合作用，在光照较低的情况下，温度成为光合作用的限制因子，本研究进一步证实了这一现象；（3）树线、林缘、郁闭林内三种不同生境条件下乔木光合作用的对比表明，林缘的生境条件最适合植物光合作用。虽然林缘的湿度条件中等，但良好的光照和温度条件对光合作用有促进作用。     

万木林自然保护区不同分解等级粗木质残体呼吸的温度敏感性

粗木质残体(Coarse woody debris,CWD)呼吸是森林生态系统碳收支的一个重要组分,而温度是影响CWD排放CO2的重要因素.本研究通过室内设定5℃、15℃、25℃、35℃、45℃5个温度梯度,采用密闭室红外气体分析法(Li-8100 IRGA)对万木林自然保护区5个分解等级CWD呼吸通量及其温度敏感性进行研究.结果表明,5个分解等级CWD呼吸速率均随温度升高呈指数增加;CWD呼吸速率随分解程度增加而增高.不同温度区间各分解等级CWD的Q10值范围为1.06~2.76;在15~25℃,CWD呼吸的温度敏感性最强(Q10=2.31).分解等级对Q10值的影响与温度区间有关,在5~45℃、25~35℃,Ⅲ分解等级CWD的Q10值显著高于Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ等级,在15~25℃、35~45℃,Q10值与分解等级成负相关.     

砾石长期覆盖对土壤呼吸的影响

砾石覆盖是西北黄土高原地区的传统保护性耕作技术,具有明显的蓄水、保墒、增温、压碱和保持地力作用。研究砾石覆盖农田系统中的土壤呼吸,有助于了解地面覆盖条件对CO₂通量的影响和土壤健康状况。利用LI6400土壤呼吸系统对甘肃皋兰长期砾石覆盖农田(12年)不同覆盖厚度下的土壤呼吸进行了原位监测,并对环境因子与土壤呼吸的日变化相关性进行了分析。结果表明:(1)土壤呼吸的日变化与温度的变化一致,呈单峰型,砾石覆盖后土壤呼吸峰值出现在16:00—17:00,明显滞后于裸地出现的峰值时间(14:00—15:00),且峰值随着覆盖厚度的增加而减小;(2)土壤表层(0~10 cm)温度与土壤呼吸呈极显著幂函数关系(P<0.01),砾石覆盖降低了土壤呼吸的温度敏感性指数(Q₁₀),覆盖后两次监测中Q₁₀为1.78~2.87(2017年)和1.70~1.96(2018年);(3)砾石覆盖后提高了夜间土壤呼吸,导致土壤呼吸的日累积碳排放量显著提高,随着覆盖厚度的增加而降低,覆盖处理中厚度为11 cm最小的碳排放量两次测量分别为2.00 g·m^-2和0.90 g·m^-2,比裸地分别增加了15%和18%;(4)土壤特征因子中,土壤水分、pH与土壤呼吸累积碳排放量呈正相关,有机质、碱解氮、速效磷、电导率与土壤呼吸累积碳排放量呈负相关。     

干旱区荒漠灌木林地土壤呼吸及其影响因素分析

沿三工河流域山前丘陵、冲-洪积平原绿洲及北部荒漠的过渡区测定了灌(丛)木林地土壤呼吸及土壤理化性质,对干旱区灌(丛)木林地土壤呼吸与土壤因子及环境因子之间的相关性作了初步分析并得出二者沿流域的变化规律:(1)大气CO2浓度呈降低趋势,但不明显,土壤呼吸与大气相对湿度的变化趋势一致,沿流域降低,二者相关系数为0.97。在干旱区水分对土壤呼吸具有一定的影响;(2)相关性分析表明土壤碳酸钙与土壤呼吸间存在显著相关性,相关系数为0.93。有关干旱区土壤碳酸钙对土壤呼吸的作用机理有待于进一步深入研究。本文分析结果有助于人们更好的了解有关干旱区灌(丛)木林地的土壤呼吸,作为干旱区灌(丛)木林地土壤碳素研究的参考依据。     

亚热带马尼拉草坪生态系统呼吸昼夜变化研究初报

采用Li-8100对亚热带马尼拉草坪生态系统呼吸及其分室昼夜动态进行研究,结果表明,草坪生态系统呼吸、土壤呼吸和植物地上部分呼吸速率的昼夜变化均表现为单峰曲线,呼吸速率日最高值出现在中午13：00～14：00;草坪生态系统的呼吸速率最低值只出现在6月的7：00左右,其他月份的最低值出现在23：00～2：00;土壤呼吸速率的最低值出现在4月和6月的7：00左右,8月则在2：00达最低值,11月土壤呼吸速率波动不大,极值不太明显．生态系统呼吸速率始终表现为白天高于夜间．4月、6月、8月和11月生态系统呼吸的日排放C量分别为27．30、43．94、44．79和25．18g m^2d^-1．6月、8月和11月土壤日呼吸量占整个生态系统日呼吸总量的比例大约为50％,远小于4月的74％．除11月外,生态系统、土壤总呼吸速率的昼夜变化均与5cm土温呈显著的指数相关．草坪生态系统呼吸的Q10值大小顺序为4月〉11月〉6月〉8月,土壤总呼吸的Q10值大小顺序为6月〉4月〉8月〉11月;除11月外,土壤呼吸的Q10值大于生态系统呼吸．     

林地和水田土壤呼吸的对比研究

通过室内培养实验,利用密闭红外气体分析方法(IRGA) 研究不同土地利用方式下的土壤呼吸及其对温度变化的响应.结果表明:在整个培养时段,林地的土壤呼吸速率始终高于水田,并且这种变化在培养前期更为明显.指数模型可以较好地拟合土壤呼吸和表层土壤(0-5cm)温度的关系.当土壤呼吸速率达到稳定后,Q10值表现为林地大于水田,且不同土地利用方式下的Q10值与培养时间均呈显著的二次方程关系.     

温度对武夷山不同海拔土壤有机碳矿化的影响

采用碱吸收法测定武夷山不同海拔土壤分别在15℃、25℃、35℃下培养35d时土壤有机碳矿化速率及矿化量的变化．结果表明,土壤有机碳矿化速率随培养时间延长而逐渐降低,尤以培养3d～7d时下降最为明显．各海拔土壤累积矿化量均随培养温度升高而逐渐增加．培养35d时15℃和35℃下土壤累积矿化量随海拔升高而增加,但25℃下黄红壤的累积矿化量高于红壤和黄壤而低于山地草甸土．各培养温度下,土壤有机碳平均矿化速率均以山地草甸土最高,红壤最低．而对于各海拔土壤,不同温度下土壤有机碳平均矿化速率大小顺序为：15℃〈25℃〈35℃．培养3d时温度为15℃／25℃黄壤的Q10值显著高于其他海拔土壤（P〈0．05）,但培养35d时15℃／25℃下的土壤Q10值以黄红壤的最高．培养3d和35d时,25℃／35℃下不同海拔土壤Q10值差异均不显著（P〉0．05）．根据土壤平均矿化速率计算的Q10值在温度范围为15℃／25℃时以黄壤的最高,但25℃／35℃时红壤的Q10值最大．     

内蒙古羊草草原呼吸的影响因素分析和区分

利用静态暗箱-气相色谱法在植物生长旺季测算了内蒙古锡林河流域羊草草原的土壤微生物呼吸、土壤呼吸和生态系统呼吸。地温和水分是植物生长旺季呼吸最重要的影响因素。地温在水分条件适宜的情况下可以解释CO₂通量的部分变化(R² = 0.376~0.655)。土壤水分含量也可以解释土壤呼吸和生态系统呼吸的部分变化(R² = 0.314~0.583),但基本不能解释土壤微生物呼吸的变化(R² = 0.063)。即使在较高温度下,较低的土壤水分含量(≤ 5%) 也会显著的抑制CO₂排放。长期干旱后降雨使CO₂通量在高温下迅速增大。基于5 cm地温和0~10 cm土壤水分含量的双变量模型可以解释CO₂通量约70%的变化。观测期间,土壤呼吸占生态系统呼吸的比例介于47.3%~72.4%之间,平均为59.4%;根呼吸占土壤呼吸的比例介于11.7%~51.7%之间,平均为20.5%。由于植物体去除引起的土壤水分含量上升可能使我们对土壤呼吸占生态系统呼吸比例的估计略微偏高,根呼吸占土壤呼吸的比例略微偏低。