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。     

“草地生态系统碳循环过程”研究进展

我国草地生态系统碳素总贮量为308 PgC,占陆地生态系统碳素总储量的15·2%,草地生态系统在碳循环研究中占有重要的位置。草地生态系统碳循环具有其独特的生物地球化学循环过程和作用,主要表现为:碳素储量绝大部分集中于土壤中,地上生物量中仅为10%;草地生态系统不像森林生态系统那样具有明显的地上生物量,但由于地上部分受放牧、农垦等的影响碳循环远较森林生态系统要强烈,地上部分碳循环不仅速度快,而且向大气排放CO2的作用明显;作为主要碳贮存库的地下部分,由于草地所处的特殊地理位置和气候条件,导致其地下部分分解普遍较慢,草地作为CO2汇的作用更为明显。因此,对于草地生态系统独特的碳循环过程与机制的研究     

草地土壤呼吸对全球变化的响应

草地是陆地生态系统主体生态类型之一,其土壤呼吸是全球碳循环的重要过程之一,草地土壤呼吸的动态变化将直接影响全球碳平衡.相对于其他陆地生态系统,草地对全球变化的响应更为迅速.因此,在全球变化的趋势下,草地土壤呼吸将首先受到影响.本文综述了全球变化下CO2浓度上升、全球气温升高、全球降水增多、放牧、草地农垦以及土地利用管理措施(施肥、灌溉)的草地土壤呼吸响应.土壤呼吸对大气CO2浓度上升和全球气温升高的响应都存在增加、减少和无显著变化3种情况,这与大气CO2浓度上升和全球气温升高引起的土壤含水量、土壤N的可利用性等因素的改变与否有关.土壤呼吸Q10受到土壤温度、土壤含水量、降水、土壤深度、土壤有机碳、海拔高度、土地利用方式和时间尺度等因素的影响.降水增多一般可以促进土壤呼吸,但降水引起的温度以及土壤通透性的降低也会导致土壤呼吸的降低.因放牧强度、频度和方式的差异,放牧对土壤呼吸的影响出现增加、减少和无显著影响的不同结果;人工剪草对土壤呼吸及其各组分的影响也存在差异.草地农垦后,土壤呼吸增强,土壤碳损失约为20%～50%.施肥对土壤呼吸的影响有增加、减少和无显著影响,因肥料种类和施用剂量等而异.在干旱和半干旱地区,灌溉会促进草地土壤呼吸.但是,目前全球变化对草地土壤呼吸的综合影响尚不清楚,因此深入探讨草地土壤呼吸对全球气候变化和土地利用变化的响应等仍是今后努力的主要方向.     

草地生态系统碳循环研究评述

本文就目前草地生态系统碳循环研究的主要问题进行了综述,重点阐述了四个方面的内容：1、草地生态系统碳贮量,包括植被及土壤碳贮量,草地NPP及生物量的分布特征和测定;2、草地土壤呼吸,认为其是草地碳循环中最主要的环节,是目前研究的重点;3、气候及人类活动（开垦和放牧等）对草地生态系统碳循环的影响;4、二氧化碳增加对草地碳循环的可能影响,并对研究工作中的难点做了简要评述。     

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%。     

碳同位素在草地生态系统碳循环中的应用与展望

草地生态系统在全球碳循环研究中占有重要地位,目前,碳同位素技术已经被广泛地应用于草地生态系统碳循环研究中。本文阐述了碳同位素在草地土壤有机碳的来源、光合作用产物碳在草地生态系统中的分配、草地土壤有机质的周转及草地土壤呼吸研究方面的应用,重点论述了碳同位素在土壤呼吸方面的应用。应用碳同位素对土壤呼吸进行区分的方法主要包括13C自然丰度法、脉冲标记法、同位素稀释法、模拟根际沉积物法、14CO2动态模型法、根系分泌物洗涤法等。碳同位素技术对草地土壤和根干扰很小,方法相对成熟,为深入研究草地生态系统碳循环提供了巨大潜力。在我国,应用碳同位素方法研究草地生态系统碳循环在土壤有机碳的来源、分配及周转和土壤呼吸区分等方面有进一步研究的必要,也有进一步研究的发展空间。     

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。     

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。     

干旱区不同土地利用方式下土壤呼吸日变化差异及影响因素

利用开路式土壤碳通量测量系统-LI-8100对塔里木河下游6种土地利用方式下土壤呼吸速率的日变化进行了野外定位测量,并就水热因子及土壤理化性质对土壤日呼吸速率差异的影响进行了分析。结果表明,梨园、弃耕地、棉田、人工林、草地和天然林土壤呼吸速率日变化均呈单峰曲线,土壤日呼吸速率差异显著。大气温度和土地利用方式是造成土壤日呼吸差异的主要因素,其中土地利用方式通过改变地表温度、土壤水分、电导率、pH、盐分含量及机械组成等影响土壤日呼吸速率。     

近百年海螺沟冰川退缩区域土壤CO2排放规律

贡嘎山东坡海螺沟冰川退缩地植被原生演替系列的样地调查基础上,用光合作用测定仪(美国产CI-301PS)的闭路方法测定土壤呼吸,并测定相关的生态因子。对植被原生演替过程中草本群落,川滇柳,冬瓜杨小树林,冬瓜杨中龄林,冬瓜杨成熟林,针阔混交林,云冷杉中龄林和云冷杉成熟林7个阶段的土壤呼吸速率进行连续3a的测定,它们的土壤CO2排放通量分别是51 67、39 70、56 45、58 89、85 22、120 26和158 65kgCO2/hm2·d-1。建立了7个阶段的土壤呼吸速率与温度的相关关系,认为未来大气温度升高将对同一气候区内的草地土壤呼吸影响最大,对演替过程中的落叶阔叶林土壤呼吸影响次之,对云冷杉林土壤呼吸影响最小。样地的形成年龄、生物量和净初级生产力这些与演替进程植物群落新陈代谢水平呈正相关的因素,才是决定样地土壤呼吸速率的主要因素,也是各样地之间土壤呼吸速率存在差异的主要原因。并将植被原生演替序列土壤CO2排放通量与国内外测定不同类型土壤呼吸速率的结果进行比较,认为Raich等人对温带针叶林土壤排放CO2通量的估测值偏低,对全球不同生态系统类型土壤排放CO2通量的差异估测不足。     

综论土壤呼吸各组分区分方法

研究土壤呼吸各个组分对土壤总呼吸的贡献是定量评价植物和土壤碳平衡及能量平衡的 重要基础。目前区分土壤有机质分解呼吸和根呼吸的方法主要有成分综合法、壕沟法、根分离法、 林隙法、根生物量外推法、同位素法, 区分纯根呼吸和根际微生物呼吸的方法有同位素稀释法、模 拟根际沉降物法、¹⁴CO₂ 动态法、根系分泌物洗涤法、δ¹³C 微生物量法及一些非同位素法的联合。 土壤呼吸各组分区分研究中, 区分纯根呼吸和根际微生物呼吸将是未来研究的一个重大课题, 区 分方法的改进、完善和创新, 不同区分方法间的比较研究将是未来研究的一个重要方向。     

川中丘陵区人工桤柏混交林根呼吸对土壤总呼吸的贡献

采用挖壕沟法和根系生物量外推法对桤柏混交林地根呼吸在土壤总呼吸的贡献进行了为期1 a的对比研究。研究表明,两种方法测得的根呼吸平均速率分别为0.64μmol CO2/（m^2.s）和0.54μmol CO2/（m^2.s）,挖壕沟法高于根系生物量外推法的测定结果。两种方法计算的根呼吸占土壤呼吸的比例具有明显的季节变化,均表现为夏季（5～6月）较高而冬季（1～2月）较低,变化范围分别为13%～51%、11%～56%,平均分别为34%和31%;林木生长季节根呼吸比例均高于非生长季,两种方法测定的林木生长季根呼吸比例分别为41%和38%。方差分析表明两种方法测定根呼吸比例之间差异不显著（p〉0.05）。     

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.     

草盛期不同类型高寒草甸CO2释放速率的比较研究

Potentilla fruticosa scrub, Kobresia humilis meadow and Kobresia tibetica meadow are widely distributed on the Qinghai-Tibet Plateau. During the grass exuberance period from 3 July to 4 September, based on close chamber-GC method, a study on CO2 emissions from different treatments was conducted in these meadows at Haibei research station, CAS. Results indicated that mean CO2 emission rates from various treatments were 672.09±152.37 mgm^-2h^-1 for FC (grass treatment); 425.41±191.99 mgm^-2h^-1 for FJ (grass exclusion treatment); 280.36±174.83 mgm^-2h^-1 for FL (grass and roots exclusion treatment); 838.95±237.02 mgm^-2h^-1 for GG (scrub+grass treatment); 528.48±205.67 mgm^-2h^-1 for GC (grass treatment); 268.97±99.72 mgm^-2h^-1 for GL (grass and roots exclusion treatment); and 659.20±94.83 mgm^-2h^-1 for LC (grass treatment), respectively (FC, FJ, FL, GG, GC, GL, LC were the Chinese abbreviation for various treatments). Furthermore, Kobresia humilis meadow, Potentilla fruticosa scrub meadow and Kobresia tibetica meadow differed greatly in average CO2 emission rate of soil-plant system, in the order of GG>FC>LC>GC. Moreover, in Kobresia hurnilis meadow,heterotrophic and autotrophic respiration accounted for 42% and 58% of the total respiration of soil-plant system respectively, whereas, in Potentilla fruticosa scrub meadow, heterotrophic and autotrophic respiration accounted for 32% and 68% of total system respiration from GG; 49% and 51% from GC. In addition, root respiration from Kobresia humilis meadow approximated 145 mgCO2m^-2h^-1,contributed 34% to soil respiration. During the experiment period, Kobresia humilis meadow and Potentilla fruticosa scrub meadow had a net carbon fixation of 111.11 gm^-2 and 243.89 gm^-2 respectively. Results also showed that soil temperature was the main factor which influenced CO2 emission from alpine meadow ecosystem, significant correlations were found between soil temperature at 5 cm depth and CO2 emission from GG, GC, FC and FJ treatments. In addition, soil moisture maybe the inhibitory factor of CO2 emission from Kobresia tibetica meadow, and more detailed analyses should be done in further research     

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。     

Comparative study on CO2 emissionsfrom different types of alpine meadowsduring grass exuberance period

Potentilla fruticosa scrub, Kobresia humilis meadow and Kobresia tibetica meadow are widely distributed on the Qinghai-Tibet Plateau. During the grass exuberance period from 3 July to 4 September, based on close chamber-GC method, a study on CO2 emissions from different treatments was conducted in these meadows at Haibei research station, CAS. Results indicated that mean CO2 emission rates from various treatments were 672.09±152.37 mgm-2h-1 for FC (grass treatment); 425.41±191.99 mgm-2h-1 for FJ (grass exclusion treatment); 280.36±174.83 mgm-2h-1 for FL (grass and roots exclusion treatment); 838.95±237.02 mgm-2h-1 for GG (scrub+grass treatment); 528.48±205.67 mgm-2h-1 for GC (grass treatment); 268.97±99.72 mgm-2h-1 for GL (grass and roots exclusion treatment); and 659.20±94.83 mgm-2h-1 for LC (grass treatment), respectively (FC, FJ, FL, GG, GC, GL, LC were the Chinese abbreviation for various treatments). Furthermore, Kobresia humilis meadow, Potentilla fruticosa scrub meadow and Kobresia tibetica meadow differed greatly in average CO2 emission rate of soil-plant system, in the order of GG>FC>LC>GC. Moreover, in Kobresia humilis meadow, heterotrophic and autotrophic respiration accounted for 42% and 58% of the total respiration of soil-plant system respectively, whereas, in Potentilla fruticosa scrub meadow, heterotrophic and autotrophic respiration accounted for 32% and 68% of total system respiration from GG; 49% and 51% from GC. In addition, root respiration from Kobresia humilis meadow approximated 145 mgCO2m-2h-1, contributed 34% to soil respiration. During the experiment period, Kobresia humilis meadow and Potentilla fruticosa scrub meadow had a net carbon fixation of 111.11 gm-2 and 243.89 gm-2, respectively. Results also showed that soil temperature was the main factor which influenced CO2 emission from alpine meadow ecosystem, significant correlations were found between soil temperature at 5 cm depth and CO2 emission from GG, GC, FC and FJ treatments. In addition, soil moisture may be the inhibitory factor of CO2 emission from Kobresia tibetica meadow, and more detailed analyses should be done in further research.