小叶章对氮沉降的生理生态响应

在非淹水(W1)和淹水(W2)条件下,分4个氮处理[分别相当于氮沉降率0 g/(m2·a)、1 g/(m2·a)、3 g/(m2·a)和5 g/(m2·a)]模拟了氮沉降对三江平原典型湿地植物小叶章(Calamagrostis angustifolia)生长及其碳、氮代谢等生理生态指标的影响.结果表明,随着氮沉降量的增加,小叶章的叶面积、株高、植株分蘖数、生物量(叶、茎、根)均呈增加趋势.两种水分条件下,氮沉降处理平均小叶章叶绿素、叶片可溶性蛋白和游离氨基酸含量分别较对照处理增长20.37%、10.52%和19.18%,而可溶性糖含量则下降了14.69%.1 g/(m2·a)、3 g/(m2·a)和5 g/(m2·a)氮沉降处理的净同化率分别为对照处理的1.10倍、2.80倍和3.81倍.与非淹水条件相比,淹水条件下小叶章对氮沉降率的适应能力较强,氮沉降显著促进了小叶章的碳、氮代谢水平.     

不同放牧方式下青海湖和黄河源区湖滨带高寒草原和高寒草甸生态系统呼吸研究

于2012年8月15~20日(植物生长季)和10月26~31日(非植物生长季),在青海湖国家级自然保护区湖滨带的高寒草原和三江源国家公园黄河源区湖滨带的高寒草甸中,分别设置了高寒草原禁牧、轮牧、持续放牧和高寒草甸轮牧、持续放牧采样地,采用Li-8100A自动土壤CO2观测系统,测量高寒草原和高寒草甸生态系统呼吸通量,同时测定了其地上生物量及土壤理化性质。研究结果表明,在8月采样日(植物生长季),轮牧、禁牧和持续放牧下高寒草原、轮牧和持续放牧下高寒草甸的平均生态系统呼吸通量分别为8.72μmol/(m~2·s)、6.42μmol/(m~2·s)、5.45μmol/(m~2·s)、3.10μmol/(m~2·s)和2.19μmol/(m~2·s),其平均温度敏感性分别为3.32、2.72、2.46、4.48和3.30。在不同放牧方式下,湖滨带高寒草原和高寒草甸生态系统呼吸通量和温度敏感性都差异显著(n=6,p0.05)。在轮牧方式下,高寒草原采样地中,0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm深度土壤全碳含量分别为4.756 5%、4.435 8%和4.195 1%,全氮质量比分别为4.078 3 g/kg、3.695 0 g/kg和2.946 7 g/kg,显著高于其它放牧方式下的高寒草原和高寒草甸。相对于禁牧和持续放牧方式,轮牧方式能有效保持土壤肥力,并为生态系统呼吸提供基质,具有明显的生态效益。     

模拟氮沉降对三江平原湿地小叶章生物量及分配的影响

在非淹水、淹水两种水分条件下模拟氮沉降变化(分别相当于氮沉降0g/(m2.a)、1g/(m2.a)、3g/(m2.a)、5g/(m2.a))对三江平原典型湿地植物小叶章生物量及其分配的影响。结果表明,不同水分状况下氮沉降均促进小叶章生物量的积累,且以N5水平下生物量增加最多(p<0.05)。小叶章各器官生物量增长程度对氮沉降的响应并不一致:非淹水条件下根生物量平均增长最大(54.5%),其次是叶(31%)、茎(19.2%);淹水条件下小叶章各部位的生物量增长更为显著,其中根生物量平均增长124.7%,叶、茎生物量分别增长62%和61.1%。氮沉降明显促进了根生物量的积累,提高根生物量的分配比例。生长季的氮沉降对于改变湿地的营养状况、刺激植物生长具有直接的生态意义。     

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。     

极端降雨事件对不同类型生物土壤结皮覆盖土壤碳释放的影响

于2011年5-8月,选择腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区藻类、藓类和混生结皮覆盖的土壤为对象,研究了极端降雨量(降雨量44.7 mm、强度0.04 mm,min-1)、极端降雨强度(降雨量8.3 mm、强度0.55 mm·min-1)及普通降雨(降雨量16.3 mm、强度0.02 mm·min-1)条件下的碳释放过程.碳释放量的测定采用Li-6400-09土壤呼吸室,降雨结束后立即开始观测,直到呼吸速率恢复到降雨前水平时停止观测.结果表明:极端降雨(降雨量和降雨强度)结束初期藻类和混生结皮覆盖土壤的呼吸速率受到明显抑制,藻类结皮覆盖土壤呼吸速率分别为0.12 μmol·m-2·s-1和0.41 μmol·m-2·s-1,混生结皮覆盖土壤呼吸速率分别为0.10 μmol·m-2·s-1和0.45μmol·m-2·s-1;而极端降雨对藓类结皮覆盖土壤的影响不明显,呼吸速率分别为0.83 μmol·m-2·s-1和1.69μmol·m-2·s-1.这说明处于演替高级阶段的藓类结皮能够很好地应对短期的极端降雨事件.     

施肥对橡胶人工林土壤呼吸、土壤微生物生物量碳和土壤养分的影响

为探讨施肥处理对橡胶人工林的影响,对施用氮、磷化肥处理(对照:CK;N1:100 kg Nha-1;N2:200 kg Nha-1;P:75 kgPha-1)对橡胶林土壤呼吸、微生物生物量碳和养分的影响进行为期1 a的研究。结果表明:土壤呼吸的季节变化基本上呈单峰曲线,土壤呼吸速率在雨季(平均为2.77μmol CO2m-2s-1)大于旱季(平均2.55μmol CO2m-2s-1);台地土壤呼吸受测定前降水影响明显,呈显著负相关(按CK、N1、N2和P排列相关系数分别为-0.757、-0.630、-0.659和-0.586),而边坡土壤呼吸与土壤温度有极显著正相关(按CK、N1、N2和P排列相关系数分别为0.638、0.635、0.712和0.694);高氮处理N2(200 kg Nha-1)在雨季时显著抑制台地异养呼吸和边坡土壤呼吸;通过测定土壤微生物生物量碳发现,高氮处理样地在雨季和雾凉季显著抑制台地和边坡土壤微生物生物量碳;在土壤养分方面,除施磷样地内台地土壤有效磷含量显著增大外(P样地内有效磷含量为85.43 mg/kg,CK样地为9.77 mg/kg),施肥处理并未对橡胶林土壤养分造成显著影响。     

干旱区艾比湖湿地土壤呼吸的空间异质性

利用LI-8100土壤呼吸测定系统连续一年测定艾比湖湿地3个典型生态系统土壤呼吸,定量研究其与0~50 cm土壤有机碳的关系,在此基础上估算艾比湖湿地97个点的土壤呼吸速率,进一步采用传统和地统计学的方法对土壤呼吸及环境因子的空间异质性进行分析。结果表明:土壤呼吸速率在0.342~10.848μmol·m-2·s-1之间,平均值为1.109μmol·m-2·s-1,变异系数为167.37%,属强变异;高斯模型能较好地反映土壤呼吸和0~50 cm土壤有机碳的空间结构特征;土壤呼吸、土壤有机碳和土壤含水量的C0/(C0+C)均在0%~0.1%之间,反映了土壤呼吸、土壤有机碳和土壤含水量在此研究尺度上具有强烈的空间异质性,且结构性因子影响其空间变异。用Kriging插值法绘制的土壤呼吸空间分布图表明土壤呼吸在空间分布上存在着高度的空间自相关性,在研究区大尺度长时间范围内,土壤有机碳是影响土壤呼吸空间分布的主要因子。总体上,艾比湖湿地自然保护区土壤呼吸呈现东南、西北方向高,中部低的特点,且具有明显的斑块和连续分布的特点。     

不同水分条件下巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤有机碳特征

以新疆巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地为研究区,利用红外气体分析仪(Li-8100),于植物生长季6~10月,进行野外土壤呼吸速率动态监测;在2014年8月16日(植物生物量达到最大时),采集植物和土壤样品,分析土壤有机碳含量变化和生物量碳蓄积状况。利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR),对土壤有机碳官能团变化特征进行分析,探讨不同水分条件下(常年积水区、季节性湿润区和常年干燥区)土壤有机碳特征及其影响因素。结果表明,常年积水区各类型有机碳储量都高于季节性湿润区和常年干燥区;季节性湿润区的土壤呼吸速率[4.31μmol/(m~2·s)]高于常年干燥区[3.11μmol/(m~2·s)]和常年积水区[1.01μmol/(m~2·s)]。此外,常年积水区土壤脂肪碳、芳香碳和烷基碳含量都高于季节性湿润区和常年干燥区。在0~20 cm和20~40 cm深度,土壤呼吸速率与芳香碳、脂肪碳和烷基碳含量都显著负相关(n=15,p0.01)。常年积水区土壤具有较高的有机物质蓄积能力,有利于土壤有机碳的累积。     

西双版纳三种树木树干呼吸日变化特征

采用气室-红外气体分析法(IRGA)原位监测西双版纳热带季节雨林优势树种番龙眼(Pom etia tom entosa)和玉蕊(Barringtonia macrostachya)(雨季),以及人工种植的经济树种三叶橡胶(Hevea brasiliensis)(干季、雨季)树干呼吸的日变化,同时监测了林内空气和1 cm深树干温度。结果表明,三者树干呼吸雨季呈双峰模式,三者首个呼吸高峰都在15:00前后,番龙眼和玉蕊第二个呼吸高峰在凌晨1:00前后,三叶橡胶在凌晨5:00前后。干季三叶橡胶树干呼吸为单峰模式,呼吸高峰在19:00前后,午后出现明显的呼吸下降现象。番龙眼和玉蕊雨季树干呼吸速率在1.814~3.167μmol/(m2.s)之间,三叶橡胶在8.824~10.364μmol/(m2.s)之间,显著高于同时期的番龙眼和玉蕊,三叶橡胶干季在3.424~4.110μmol/(m2.s)之间,显著比雨季小。三者Q10在1.60~2.58之间,三种树的平均Q10为1.77。     

若尔盖高原泥炭沼泽二氧化碳、甲烷和氧化亚氮排放通量研究

2003～2005年,在每年的植物生长季,采用静止箱/气相色谱法,观测和计算了若尔盖高原泥炭沼泽温室气体CO2、CH4和N2O的排放通量.若尔盖高原泥炭沼泽平均CO2排放通量为203.22 mg/(m2·h),分别是沼泽化草甸平均CO2排放通量[348.31 mg/(m2·h)]的58%和放牧草场平均CO2排放通量[323.03 mg/(m2·h)]的62%;若尔盖高原泥炭沼泽平均CH4排放通量为2.43 mg/(m2·h),分别是沼泽化草甸平均CH4排放通量[0.29mg/(m2·h)]的8.4倍和放牧草场平均CH4排放通量[0.07 mg/(m2·h)]的34倍;若尔盖高原泥炭沼泽平均N2O排放通量为0.020 mg/(m2·h),低于沼泽化草甸平均N2O排放通量[0.037 mg/(m2·h)]和放牧草场平均N2O排放通量[0.056 mg/(m2·h)].     

三江平原不同土地利用方式下湿地土壤CO2通量研究

利用暗箱-气相色谱法,同步测量了三江平原几种主要生态类型湿地土壤原始的小叶章草甸白浆土、毛果苔草泥炭沼泽土、已垦旱作草甸白浆土和人工水田草甸白浆土,进行CO2排放通量的对比研究.结果表明不同土地利用方式下,旱作草甸白浆土土壤CO2排放通量最大,平均值为775.38mg/(m2@h);小叶章草甸白浆土土壤次之,平均值为439.02mg/(m2@h);人工水稻田草甸白浆土土壤CO2通量最小,平均值为128.96mg/(m2@h);毛果苔草泥炭沼泽土土壤CO2排放通量介于小叶章草甸白浆土土壤和水稻田草甸白浆土土壤之间,平均值为247.08mg/(m2@h).湿地开垦为旱田,使湿地"碳汇"功能减弱或丧失,变成"碳源";湿地开垦为水田,是比较合理的湿地农业利用方式.     

青藏高原高寒草甸生长季土壤呼吸的昼夜变化及其季节动态

采用LI-8100土壤呼吸监测系统,于2015年6~10月对青藏高原高寒草甸的土壤呼吸进行监测,分析了土壤温度和土壤湿度对草甸昼、夜间土壤呼吸特征及其季节动态变化的影响。结果表明:(1)样地观测期内,土壤呼吸速率存在明显的日变化和季节变化规律,呈现单峰趋势,呼吸速率的日峰值出现在15:00左右,季节峰值出现在8月上旬;(2)生长季内,土壤温度是高寒草甸土壤呼吸的主要控制因子,其可以解释土壤呼吸季节变化的69%(指数函数)和72%(Arrhenius模型);土壤温度和土壤水分的复合模型可以解释土壤呼吸的81%;(3)观测期内昼、夜的Q10值分别为2.66和3.29,昼间土壤温度反应灵敏度要比夜间小,验证土壤呼吸的敏感性指数随温度的降低而增加。     

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.     

干旱区油蒿生物量凋落分解与土壤呼吸

生物量的凋落分解与土壤呼吸影响流沙基质中CaCO3的淋溶和淀积。为研究腾格里沙漠油蒿群落中土壤CaCO3的形成,对油蒿当年生物量的凋落分解与土壤呼吸进行了探讨。结果表明：在腾格里沙漠,固定沙地上油蒿当年生物量[（41.51±1.76）g·m-2]显著高于半固定沙地[（32.31±0.92)g·m-2],固定沙地上油蒿叶量籽量和[（32.89±1.34)g·m-2]也显著高于半固定沙地[（19.32±0.64)g·m-2];但不同立地油蒿叶量和籽量的分解速率均大于0.6692 g·g-1·a-1,且油蒿的凋落物需要4.48 a才能达到分解最大值。另一方面,油蒿半固定沙地、油蒿固定沙地和油蒿+冷蒿固定沙地的土壤呼吸速率均存在显著差异;统计分析表明,油蒿+冷蒿固定沙地土壤呼吸速率最低[（7.37±1.07)mg CO2·m-2·h-1]可能与油蒿+冷蒿固定沙地土壤中较高的pH值和较低的土壤呼吸脱氢酶活性有关。可见,干旱区油蒿群落越到固定阶段,凋落量越大,释放的Ca2＋越多,土壤呼吸速率越低,土壤中的pH值越高,而这越有利于土壤中CaCO3的形成。     

CO2浓度升高对三江平原湿地活性有机碳及土壤微生物的影响

利用开顶箱薰气室,设置正常大气CO2浓度(Ambient CO2,350 umol·mol-1)和高CO2浓度(Elevated CO2,700μmol·mol-1)2个水平和不施氮(NN,0 gN·m-2)、常氮(MN,5 gN·m-2)、高氮(HN,15 gN·m-2)3个氮素水平,研究CO2浓度升高和氮肥施用对三江平原草甸小叶章湿地(Calamagrostis angustifolia)土壤活性有机碳及微生物的影响。结果表明,CO2浓度升高条件下,土壤微生物量碳(MBC)和溶解性有机碳(DOC)呈增加趋势,易氧化有机碳(LOC)和水溶性碳水化合物碳(CHC)的变化因生长期和氮素水平而异。CO2浓度升高,小叶章湿地土壤微生物数量在不同的生长时期呈现不同的响应趋势。细菌数量在腊熟期增幅最大,为31.4%;真菌数量在腊熟期增加16.6%,成熟期增加24.3%;放线菌数量没有发生明显变化。相关分析表明,细菌、真菌和放线菌数量都与土壤微生物量碳呈显著相关。湿地土壤中的活性有机碳可以为土壤微生物提供更多的有效能量,从而加快湿地生态系统养分循环过程。     

外源氮输入对沼泽湿地小叶章枯落物性质及其早期分解的影响

在三江平原沼泽湿地,选取典型湿地植物小叶章(Calamagrostis angustifolia)为研究对象,对比研究了连续施氮[24g/(m2·a)]3a的小叶章立枯物(N24)与自然条件下形成的立枯物(CK)的差异;并采用分解袋法对此2种小叶章枯落物的早期分解过程进行了研究。结果表明,施氮处理下小叶章立枯物的氮、磷含量均高于CK,但碳含量显著降低(n=3,p<0.05)。施氮处理下形成的小叶章枯落物的分解速率明显大于CK,分解160d后两者的失重率分别为初始值的31.13%(N24)和28.50%(CK)。分解过程中,2种处理下枯落物有机碳的绝对含量都表现为净损失;其氮、磷浓度的变化趋势大致相同,分解160d后均发生了氮、磷的净释放,其中,N24的氮、磷净释放量分别是CK的64.91和2.11倍。外源氮输入影响下小叶章枯落物C/N和C/P值的降低,加快了该枯落物的分解速率,从而影响土壤有机质的累积和CO2的排放;而该枯落物分解过程中营养元素释放量的增大,还可能会影响土壤其它营养元素可利用性。     

极端干旱区增雨对泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)群落土壤呼吸的影响

在极端干旱区(敦煌)以泡泡刺群落为研究对象,测定分析了生长季内增雨对泡泡刺灌丛和裸地土壤呼吸速率的影响.结果表明:增雨增加了灌丛和裸地的土壤呼吸速率,且增雨越多,增量越大,对土壤呼吸影响的持续时间也越长;以月为单位,每增雨16 mm和24 mm分别使裸地土壤呼吸速率显著增加90％和106％(p＜0.01),增雨8 mm、16 mm和24 mm则分别使灌丛土壤呼吸速率显著增加68％、157％和205％ (p＜0.01);裸地和灌丛土壤呼吸对增雨响应的时间不同步,且灌丛土壤呼吸对增雨的响应量比裸地快118％;整个生长季土壤呼吸速率和土壤含水量有明显的正相关关系(p＜0.01),并且每增雨1 mm,裸地和灌丛土壤呼吸速率分别增加0.01μmol·m-2·s-1和0.04 μmol·m-2·s-1.     

杉木幼苗细根呼吸对土壤增温的驯化

细根呼吸对土壤增温的响应可以影响气候变暖与土壤CO_2排放之间的正反馈强度。为探究杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗细根呼吸对土壤增温的驯化情况,在福建省三明市陈大国有林场开展杉木幼苗土壤增温试验,设置对照(CT)和增温(W,+4℃)两种处理,每种处理6个重复。并在春季(4月)、夏季(8月)和秋季(10月)测定了细根比根呼吸速率(参比温度为20℃)、氮浓度和非结构性碳浓度。结果表明:比根呼吸对土壤增温产生部分驯化:在参比温度下,春季和秋季土壤增温提高了比根呼吸速率,而夏季增温处理的比根呼吸速率低于对照。细根氮浓度和非结构性碳浓度则没有受到土壤增温的显著影响。这表明土壤增温并未通过影响底物浓度和细根氮含量而影响细根呼吸。     

大兴安岭冻土区泥炭地土壤碳、氮含量和酶活性室内模拟研究

2013年8月13日~10月2日,在大兴安岭冻土区,采集0~30 cm深度的土壤,通过室内模拟培养实验,分析了3种温度和添加白毛羊胡子草(Eriophorum vaginatum)根系条件下,土壤碳、氮含量和土壤酶活性。研究结果表明,在5℃条件下,培养50 d后,未添加根系的土壤样品溶解性有机碳含量、微生物量碳含量、铵态氮含量、硝态氮含量、蔗糖酶活性和脲酶活性分别为249~312μg/g、2 442~3 150μg/g、98.43~216μg/g、15.58~17.07μg/g、22.37~54.63 mg/(g·24 h)和1.94~2.32 mg/(g·24 h);在添加根系条件下,土壤溶解性有机碳、硝态氮、铵态氮含量都增大,土壤蔗糖酶活性增强。在10℃且未添加根系的培养条件下,其分别为396~425μg/g、1 831~2 686μg/g、107~342μg/g、18.33~20.05μg/g、23.96~50.34 mg/(g·24 h)和1.52~2.01 mg/(g·24 h);在添加根系条件下,土壤溶解性有机碳、微生物量碳含量都增大,土壤蔗糖酶和脲酶活性增强。在15℃且未添加根系的培养条件下,其分别为344~397μg/g、2 510~2 751μg/g、292~577μg/g、21.08~24.78μg/g、25.55~46.29mg/(g·24 h)和1.28~2.23 mg/(g·24 h);在添加根系条件下,土壤溶解性有机碳、硝态氮含量都增大,土壤蔗糖酶和脲酶活性都增强。     

纳帕海湿地土壤有机碳和微生物量碳研究

以纳帕海湿地天然沼泽、沼泽化草甸和草甸为研究对象,研究土壤有机碳和土壤微生物量碳含量的时空分布及其变化。结果表明,天然沼泽、沼泽化草甸和草甸0~40 cm深土层的平均有机碳含量在(18.02±0.24)~(258.44±3.37)g/kg之间变动;三者10~40 cm深土壤的各土层平均有机碳含量随着土壤深度增加在不断减小,且差异显著(p0.05);其土壤表层(0~10 cm)的平均微生物量碳含量都较高,分别为(446.23±98.72)mg/kg(沼泽化草甸)、(204.23±44.90)mg/kg(天然沼泽)和(158.64±65.24)mg/kg(草甸);三者0~40 cm深土层的微生物量碳含量差异明显,沼泽化草甸的微生物量碳含量最高,为940.00 mg/kg,天然沼泽次之,为472.23 mg/kg,草甸最低,为359.78 mg/kg;在垂直分布上,三者的土壤微生物量碳含量表现出与土壤有机碳含量一致的规律;土壤有机碳含量和土壤微生物量碳含量都与土壤含水量显著相关,表明纳帕海湿地土壤有机碳含量和土壤微生物量碳含量主要受土壤水分的影响,而人为疏干排水是导致土壤水分下降的诱因。