过去陆地生态系统碳储量估算研究

准确估算陆地生态系统碳储量并认识其空间分布和时间演变规律是碳循环研究的关键 问题。本文回顾了全球与中国陆地生态系统在碳储量估算研究方面的若干进展, 包括基于各种方 法和资料的主要估算结果及其尚存在的不确定性。重点评述了末次盛冰期和中全新世两个时期 陆地生态系统碳储量的变化及其影响因素, 对8.2kaB.P.以来全球大气CO₂ 浓度呈现升高的现象 及其可能原因进行了讨论。全新世中晚期全球大气CO₂ 浓度逐渐升高与旧大陆地区陆地生态系 统碳储量减少的事实是一致的, 新石器时期特别是农业文明开始以后人类活动对陆地植被的持 续干预可能是造成陆地生态系统碳储量减少的原因之一。     

巴丹吉林最高沙山区CO2浓度与昼夜变化规律

为查明沙漠区CO₂浓度和对大气CO₂的影响以及在全球碳循环中的作用,利用红外CO₂监测仪,在2009年5月对全球最高大的巴丹吉林诺尔图东大沙山等进行了17个钻孔CO₂浓度的昼夜观测。结果表明,巴丹吉林大沙山不同观测点CO₂浓度差异较大,各观测点CO₂浓度变化在0.01%~0.075％之间;夜间沙层CO₂浓度低,白天CO₂浓度高;CO₂浓度昼夜变化明显,从早7时到次日7时1~5m各深度CO₂浓度均呈现由低到高再到低的变化规律;在24h内,沙层CO₂浓度变化存在4个转折点,分别出现在凌晨5时、11时、18时和21时左右。在沙层水分一定的条件下,昼夜温度变化是造成沙层CO₂浓度昼夜规律变化的主要原因,两者呈正相关关系;含水量较高的沙层CO₂浓度明显高于含水量较低的沙层;5m深度以上沙层CO₂浓度均高于地表空气CO₂浓度,表明极端干旱的高大沙山区是CO₂的来源区,也指示环境恶劣的裸露高大沙山区微生物活动产生的沙层CO₂浓度仍然超过了大气CO₂浓度。     

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。     

影响草地土壤呼吸的主要自然因子研究现状

草地生态系统作为陆地生态系统的主体生态类型之一,脆弱的生态环境与频繁的人类活动使之较其他生态系统对全球气候与环境变化的响应更为迅速。草地土壤通过土壤呼吸作用向大气释放CO2是草地生态系统碳循环中最主要的一个环节,土壤呼吸量直接决定了土壤中碳素周转的速度。综合介绍了国内外草地土壤呼吸的研究现状,特别分析了一些自然因素对草地土壤呼吸的影响,对未来测定土壤呼吸的方法提出建议。     

崇明东滩湿地CO2 、CH4和N2O 排放的时空差异

通过静态暗箱—气相色谱法研究了长江口崇明东滩四类典型湿地(围垦湿地、高潮滩、中潮滩和低潮滩)CO₂、CH₄和N₂O排放特征及影响因素。结果表明,在生长季尺度下,CO₂、CH₄和N₂O均以排放为主;在昼夜尺度下,CO₂和CH₄在夜间排放量大于白昼排放量,而N₂O的排放高峰出现在下午;在潮水退去、潮滩暴露初期,CH₄和N₂O有大量排放,CO₂正好相反。崇明东滩温室气体排放通量自岸向海有明显的梯度变化,总体趋势是越近岸通量值越大。观测与实验表明,温度、潮汐、土壤理化性质、植物和土地利用变化都对温室气体排放通量有明显的影响,其中滨海潮滩湿地特有环境因子潮汐以"淹没—暴露"光滩沉积物的方式控制温室气体的排放。     

土壤呼吸与测定方法研究进展

 土壤呼吸是当前碳循环研究领域中的一个引人关注的热点问题,也是陆地生态系统向大气释放CO2最大的源,具有多方面的生态意义。综合评述了国内外有关土壤呼吸研究成果与测定方法,阐述了影响土壤呼吸的主要因素分别有温度、湿度、植被类型、土壤理化性质和人类活动等,概括了土壤呼吸及其各分量的不同测定方法及特点,并讨论了土壤呼吸今后的努力方向。     

大气中二氧化碳浓度增加对气候的影响

本文综合介绍了近年来关于大气中CO₂浓度增加对气候影响的研究。通过对CO₂浓度、全球气温及海平面高度变化的分析,和对火山活动、太阳常数变化的估计,讨论了在过去一百年气候变化中CO₂的作用,并介绍了对未来气候变化预测的研究结果。     

科尔沁沙地夏秋(6—9月)季不同类型沙丘土壤呼吸对气温变化的响应

 通过测定分析了科尔沁沙地6—9月不同生境（固定、半固定和流动沙丘）土壤呼吸速率的日动态、月际动态及其对气温变化的响应。结果表明：测定期平均土壤呼吸速率在各生境间存在显著差异,其大小为固定沙丘（2.35 μmolCO₂·m^-2·s^-1）＞半固定沙丘（1.67 μmolCO₂·m^-2·s^-1）＞流动沙丘（1.06 μmolCO₂·m^-2·s^-1）;指数模型能够较好地揭示不同生境土壤呼吸对气温变化的响应,但土壤呼吸的月际动态与气温变化不完全同步;各生境土壤在高温环境下的Q10值(土壤呼吸对温度敏感程度)普遍低于低温环境下的Q₁₀值;固定、半固定和流动沙丘基于气温月际变化的Q₁₀值分别为2.34、1.99和1.31,表明不同的植被状况和土壤性质会影响到土壤呼吸对温度变化的敏感程度。     

气候变化对海河流域主要作物物候和产量影响简

基于海河流域30 个气象站点1960-2009年的实测资料,分析该流域1960年以来农业气象指标的变化趋势,并利用VIP模型模拟分析大气CO₂浓度增加、温度、降雨和日照时数变化对作物产量的影响。结果显示：冬季温度的显著上升使冬小麦种植北界在50年间向北移动大约70 km;在品种和灌溉条件不变的前提下,小麦产量平均每10年上升0.2%~3.4%,其中CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为11.0%、0.7%、-0.2%和-6.5%;大气CO₂浓度增加的产量正效应大于日照时数减少的负效应。气候变化使夏玉米产量呈下降趋势（0.6%~3.8%/10年）,其中大气CO₂浓度增加、温度、降雨及日照时数变化对其产量的影响分别为0.7%、-3.6%、-1.0%和-6.8%,温度上升和辐射下降是玉米产量下降的主要原因。研究结果可为气候变化影响的评估和适应性对策制定提供科学依据。     

干旱区盐湖沿岸土壤呼吸特征及其影响因素

明确不同生态系统土壤碳排放规律及其影响因素对准确评估全球碳循环具有重要意义。为揭示干旱区典型盐湖沿岸土壤呼吸（R_s）、土壤呼吸温度敏感系数（Q₁₀）变化特征及其影响因素,以新疆干旱区达坂城盐湖和巴里坤湖沿岸土壤为研究对象,在2015—2016年5~10月利用LI-8100土壤碳通量自动测量系统对盐湖沿岸土壤呼吸速率进行测定,分析了土壤呼吸季节性变化特征及其影响因子。结果表明,干旱区盐湖土壤呼吸变幅较大（0.07~11.59 μmol·m^-2·s^-1）,平均值为2.45 μmol·m^-2·s^-1,7月土壤呼吸速率最高为4.69 μmol·m^-2·s^-1,10月最低（1.01 μmol·m^-2·s^-1）;土壤CO₂累积排放量为9.30 g·m^-2·d^-1,7月累积排放量最大为17.82 g·m^-2·d^-1。Q₁₀呈“降低—增加—降低”趋势,6月最低（2.25）9月最高（3.52）,平均值为2.79。干旱区盐湖沿岸土壤呼吸受土壤有机碳（SOC）、5 cm土壤温度（ST5）、土壤含水量（SM）和土壤盐分（Salt）的共同影响,单因素模型模拟可解释土壤呼吸速率变化的41.7%~75.7%（R²=0.417~0.757,P＜0.05）,多因子综合模型拟合结果最佳R_s=0.001×SOC+0.039×SM-0.534×Salt-0.116×ST5+5.06（R²=0.804,P=0.05）,且均表明盐分是影响干旱区盐湖沿岸土壤呼吸速率的主要因子。因此,在考虑陆地生态系统碳收支和碳循环时不能忽略干旱区盐湖沿岸土壤碳过程,以及盐分对盐湖生态系统碳排放的影响。     

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%。     

准噶尔盆地梭梭群落下土壤CO2释放规律及其影响因子的研究

 采用开路式自动土壤碳通量测量系统（LI-8100）测定了准噶尔盆地荒漠梭梭群落生长季的土壤呼吸速率,并分析了温度和土壤水分对土壤呼吸的影响,结果表明:土壤CO2释放速率有明显的日变化和季节动态,日最大排放速率出现在13:00—15:00时,最小排放速率在8:00时。土壤CO2释放速率日变幅最大值为0.90 μmol·m-2·s-1、最小值为0.24 μmol·m-2·s-1、平均速率是(0.548±0.076)μmol·m-2·s-1;土壤呼吸作用在生长季中的动态呈单峰曲线,顺序为6月＞7月＞8月＞9月＞5月＞10月。相关性分析表明,土壤呼吸速率与气温、地表温度和5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm、30 cm、35 cm、40 cm、50 cm层土壤温度呈极显著和显著正相关关系,土壤呼吸速率与地表温度间的线性关系为Y=0.017X+0.033,（R2=0.566, P<0.001）,并得出Q10值为1.65。土壤含水量与土壤呼吸速率间的相关性不显著。     

科尔沁沙地土壤呼吸空间分布及其变化特征研究

利用LI-6400便携式光合作用测量系统和LI-6400-09土壤呼吸室,对不同地形和不同植被条件下土壤呼吸速率及其影响因子进行测定。结果表明：科尔沁沙地土壤呼吸速率日变化均表现出上午逐渐增大,下午逐渐减小、凌晨最小的趋势。沙地土壤呼吸变化具有明显的空间异质性,土壤呼吸由大到小变化依次为：背风坡（1.95±0.21 μmolCO2·m-2·s-1）>坡顶（1.05±0.14 μmolCO2·m-2·s-1）>迎风坡（0.74±0.08 μmolCO2·m-2·s-1）>丘间低地（0.62±0.09 μmolCO2·m-2·s-1）。沙地土壤呼吸与植物生长条件具有密切关系,狗尾草（0.86±0.11 μmolCO2·m-2·s-1）>小叶锦鸡儿（0.69±0.06 μmolCO2·m-2·s-1）。土壤呼吸日变化速率与空气温度呈正相关,与空气相对湿度呈负相关关系,并且与土壤温度呈指数相关。沙丘内部不同地形、植被的[WTBX]Q10[WTBZ]差异不大。     

Influencing factors and partitioning of respiration in a Leymus chinensis steppe in Xilin River Basin, Inner Mongolia, China

Based on the static opaque chamber method, the respiration rates of soil microbial respiration, soil respiration, and ecosystem respiration were measured through continuous in-situ experiments during rapid growth season in semiarid Leymus chinensis steppe in the Xilin River Basin of Inner Mongolia, China. Soil temperature and moisture were the main factor affecting respiration rates. Soil temperature can explain most CO2 efflux variations (R2=0.376–0.655) excluding data of low soil water conditions. Soil moisture can also effectively explain most of the variations of soil and ecosystem respiration (R2=0.314–0.583), but it can not explain much of the variation of microbial respiration (R2=0.063). Low soil water content (≤5%) inhibited CO2 efflux though the soil temperature was high. Rewetting the soil after a long drought resulted in substantial increases in CO2 flux at high temperature. Bivariable models based on soil temperature at 5 cm depth and soil moisture at 0–10 cm depth can explain about 70% of the variations of CO2 effluxes. The contribution of soil respiration to ecosystem respiration averaged 59.4%, ranging from 47.3% to 72.4%; the contribution of root respiration to soil respiration averaged 20.5%, ranging from 11.7% to 51.7%. The contribution of soil to ecosystem respiration was a little overestimated and root to soil respiration little underestimated because of the increased soil water content that occurred as a result of plant removal.     

河西绿洲农田土壤呼吸特征及其对长期施肥的响应

以河西走廊典型的荒漠绿洲新垦农田为研究对象,设置9个施肥处理（高量有机肥,M3;高量氮磷肥,NP3;低量氮磷肥+高量有机肥,NP1M3;低量氮磷钾肥,NPK1;中量氮磷钾肥,NPK2;高量氮磷钾肥,NPK3;低量氮磷钾肥+高量有机肥,NPK1M3;中量氮磷钾肥+中量有机肥,NPK2M2;高量氮磷钾肥+低量有机肥,NPK3M1）,于2019—2020年7—8月采用LI-COR 8100对玉米农田土壤呼吸进行观测,分析土壤呼吸的变化、日动态及其主要影响因素。结果表明：（1）不同施肥处理,土壤呼吸速率M3>NP3>NPK1M3>NPK3M1>NPK2M2>NP1M3>NPK2>NPK3>NPK1,单施有机肥能显著提高土壤呼吸速率,较其他处理增长22.1%—41.4%。（2）不同施肥措施土壤呼吸日变化呈单峰曲线,峰值出现在13：00—16：00,土壤呼吸日变化主要受土壤温度变化的影响。（3）土壤温度和土壤湿度分别解释了土壤呼吸变化的24.2%—44.8%和7.7%—36.4%,土壤呼吸与土壤温度显著正相关,而与土壤湿度无显著相关性,不同施肥处理土壤呼吸温度敏感性系数Q₁₀值1.419—1.600。（4）土壤呼吸与有机质、总氮、总碳、碱解氮存在显著正相关关系,施用有机肥使土壤有机质、总氮、总碳、碱解氮分别提升188.9%、80.5%、79.3%、147.0%,进而促进土壤呼吸,土壤呼吸与玉米产量无显著关系。不同的施肥措施会对土壤质量和土壤呼吸产生不同影响,有机肥和氮磷钾化肥的平衡施用,能够在提升土壤质量的同时减少碳排放,可在生产实践中采用。     

气候变化对净生态系统生产力的影响

基于生态系统碳平衡方程以及净第一性生产力 (NPP) 和气候资料反演了1km分辨率的中国土壤异养呼吸系数 (aij),结果表明：aij总体上是东南和东北地区高,西北地区低;和NPP相比,东南沿海和华南的大部分地区的aij值并不大,而在东北北部和东部有大面积的aij高值区。这表明当气候适宜时,这些地区的土壤异养呼吸将具有较大的增长潜力。在假定气温平均升高1.5^oC,降水平均增加5%的情景下,对中国净生态系统生产力 (NEP) 的研究表明：生态系统与大气的碳通量都有所增加,其中NPP平均增加了6.2%,土壤异养呼吸平均增加了5.5％,不同生态系统的NEP存在很大的差异,其中最稳定最有潜力的自然生态系统的碳汇是北方落叶针叶林;对人工植被而言,最多最稳定的碳汇是一年一熟作物;而双季稻连作喜温作物和单 (双) 季稻连作喜凉作物生态系统起着较稳定的碳源作用。     

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．     

内蒙古锡林河流域羊草草原植物生长旺季呼吸的影响因素分析和区分

Based on the static opaque chamber method,the respiration rates of soil microbial respiration,soil respiration,and ecosystem respiration were measured through continuous in-situ experiments during rapid growth season in semiarid Leymus chinensis steppe in the Xilin River Basin of Inner Mongolia,China. Soil temperature and moisture were the main factor affecting respiration rates. Soil temperature can explain most CO2 efflux variations (R2=0.376-0.655) excluding data of low soil water conditions. Soil moisture can also effectively explain most of the variations of soil and ecosystem respiration (R2=0.314-0.583),but it can not explain much of the variation of microbial respiration (R2=0.063). Low soil water content (≤5%) inhibited CO2 efflux though the soil temperature was high. Rewetting the soil after a long drought resulted in substantial increases in CO2 flux at high temperature. Bi-variable models based on soil temperature at 5 cm depth and soil moisture at 0-10 cm depth can explain about 70% of the variations of CO2 effluxes. The contribution of soil respiration to ecosystem respiration averaged 59.4%,ranging from 47.3% to 72.4%; the contribution of root respiration to soil respiration averaged 20.5%,ranging from 11.7% to 51.7%. The contribution of soil to ecosystem respiration was a little overestimated and root to soil respiration little underestimated because of the increased soil water content that occurred as a result of plant removal.