不同生态系统土壤呼吸与环境因子的关系研究
土壤呼吸影响因素研究进展
土壤呼吸影响因素研究进展张腾;饶良懿;吕坤珑;李会杰【摘要】研究土壤呼吸作用对预测大气二氧化碳浓度变化、控制气候变暖具有重要意义.影响土壤呼吸的因素有很多,对于不同时间、空间及不同生态系统,影响因素各不相同.综述了土壤呼吸主要影响因素的研究进展,主要从温度、土壤湿度、土壤质地、土壤pH、土壤氧气及人类活动等因素阐述刘土壤呼吸的影响,为以后土壤呼吸的研究提供参考.【期刊名称】《广东农业科学》【年(卷),期】2012(039)008【总页数】4页(P64-67)【关键词】土壤呼吸;呼吸强度;影响因素;根呼吸【作者】张腾;饶良懿;吕坤珑;李会杰【作者单位】北京林业大学水土保持学院北京100083;北京林业大学水土保持学院北京100083;北京林业大学水土保持学院北京100083;北京林业大学水土保持学院北京100083【正文语种】中文【中图分类】S15温室气体导致的全球变暖是目前人类面临的首要环境问题，CO2是最重要的温室气体，土壤呼吸对大气CO2浓度有很大的影响。
土壤有机碳库约1 500 pgC，是陆地生态系统的最大碳库，约占总量的67%。
土壤呼吸是土壤碳输出的主要途径，每年因土壤呼吸而排放约50～75 pgC。
研究土壤呼吸作用对预测大气CO2浓度变化、控制气候变暖具有重要的意义。
土壤呼吸指土壤由于代谢作用而释放CO2的过程，包括3个生物学过程(植物的根系呼吸、土壤微生物的异氧呼吸以及土壤动物呼吸)和一个非生物学过程(少量的土壤有机物氧化而产生的CO2),其中最重要的组成部分是根系呼吸和土壤微生物异氧呼吸[1]。
国外对土壤呼吸控制因子的研究可追溯到19世纪初，主要集中在欧洲和北美。
从20世纪70年代开始，国际学者的研究多集中在温带草原、温带森林、亚热带森林和印度热带草原，提出影响土壤呼吸的因素有自然因素，如温度、湿度、土壤质地、土壤pH等，以及人为因素，如采伐、火烧、施肥等。
我国对土壤呼吸控制因子的研究起步较晚，近十几年主要针对森林[2-3]、草原[4]等生态系统类型开展了一些研究工作。
5种不同植被下的土壤呼吸特征及其影响因素
5种不同植被下的土壤呼吸特征及其影响因素曹诗瑜;郭全恩;南丽丽;刘海建;康发云【摘要】土壤呼吸速率是反映陆地生态系统功能的重要指标之一.采用土壤碳通量测量系统LI-8100A对甘肃省玉门镇饮马农场5种不同植被类型土壤(裸地、葵花、小麦、孜然、茴香)呼吸速率、空气湿度、土壤温度、水分等影响因素的日动态变化规律进行了监测,分析了不同植被类型土壤呼吸速率的日变化特征及与环境因素的相关关系.结果表明,不同植被类型土壤呼吸速率明显不同,5种植被类型土壤呼吸速率的日平均值大小顺序为:茴香[7.710±1.705μmol/(m2·s)]>小麦[5.266±0.953μmol/(m2·s)]>葵花[5.237±0.568μmol/(m2·s)]>孜然[3.504±0.431μmol/(m2·s)]>荒地[2.567±0.666μmol/(m2·s)].对于有植被覆盖的地块,土壤呼吸速率的日变化呈现先减小,后逐渐增大,在13:00—15:00时达到峰值,随后逐渐减小的趋势,大致呈\"S\"型曲线;而对于裸地,土壤呼吸速率的日变化呈现先增大后逐渐减小的趋势,大致呈\"M\"型或倒\"V\"型.【期刊名称】《甘肃农业科技》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】5页(P32-36)【关键词】植被;土壤呼吸;影响因素【作者】曹诗瑜;郭全恩;南丽丽;刘海建;康发云【作者单位】甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所, 甘肃兰州 730070;甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所, 甘肃兰州 730070;甘肃农业大学草业学院,甘肃兰州 730070;玉门市农业技术推广中心, 甘肃玉门 735211;永靖县农业技术推广中心,甘肃永靖 731600【正文语种】中文【中图分类】S154.1土壤呼吸是指土壤产生CO2的过程，它包括植物根系呼吸、土壤动物呼吸、土壤微生物呼吸和含碳物质的化学氧化作用等生物学和非生物学部分［1］，它是陆地生态系统碳循环的一个重要环节。
纳帕海流域不同植被类型土壤呼吸动态及其影响因子分析
纳帕海流域不同植被类型土壤呼吸动态及其影响因子分析赵慧丽;栗忠飞;张曦;李璇;和绍友;赵建林【摘要】土壤呼吸在生态系统碳循环过程中占有重要地位，为探讨纳帕海流域生态系统土壤呼吸过程，于2014年8月中下旬期间，采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统对流域内7种植被类型土壤呼吸速率及其与土壤温度的响应规律进行了研究。
结果表明：（1）各植被类型的土壤呼吸速率日变化都呈单峰曲线形式，最高值和最低值分别出现在13：00─16：00和2：00─8：00；（2）各植被类型土壤呼吸速率日均值为自然草地（5.506μmol·m-2·s-1）>轻度退化草地（4.322μmol·m-2·s-1）>高山灌丛（3.849μmol·m-2·s-1）>中度退化草地（3.226μmol·m-2·s-1）>重度退化草地（2.959μmol·m-2·s-1）>高山松Pinus densata林（2.260μmol·m-2·s-1）>青稞Hordeum vulgare Linn. var. nudum Hook.f.地（2.256μmol·m-2·s-1）；（3）当草地开垦为农田后，其土壤呼吸速率降为最低水平；（4）所有植被类型的土壤呼吸速率与5 cm土壤温度呈指数相关，其中在自然草地上，土壤温度对其土壤呼吸的影响最大，但温度敏感性却较低，重度退化草地的土壤温度对其土壤呼吸的影响最小，但温度敏感性最大。
研究可见，区域内人类活动使草地退化、转变为农田等过程，导致其土壤呼吸速率显著下降。
重度退化草地对温度变化所表现出的相对较高的敏感性，预示着在环境变化的影响下，生态系统过程及功能将会产生更大的波动。
%Soil respiration plays an important part in the balance of the global carbon cycle of ecosystem, in order to study the process of soil respiration on Napa lake basin. By usingLI-8100 automated soil CO2 flux system to determine soil respiration and soil temperature of seven different vegetation types on Napa lake basin during the mid-August of 2014. The results show:(1) daily variation curvesof soil respiration rate were unimodal curves, the highest and the lowest soil respiration rate occurred at 13:00─16:00 and 2:00─8:00 respectively; (2) the mean soil respiration rate of different vegetation types were natural grassland (5.506μmol·m-2·s-1)>mild degraded grassland (4.322μmol·m-2·s-1)>alpine scrub (3.849μmol·m-2·s-1)>moderately degraded grassland (3.226 μmol·m-2·s-1) > severely degraded grassland (2.959 μmol·m-2·s-1) > alpine pine forest Pinus densata (2.260 μmol·m-2·s-1) >highland barley Hordeum vulgare Linn. var. nudum Hook.f. (2.256 μmol·m-2·s-1); (3) soil respiration decreased with increasing degradation degree at different degraded grassland, when assarted to cropland, its soil respiration ratewas lowest; (4) there was a index variation between soil respiration and soil temperature at 5 cm depth. While soil temperature at 5cm depth carried a highest weight in the influence of soil respiration rate of natural grassland, but its temperature sensibility was lowest. When it comes to severely degraded grassland, soil temperature at 5 cm depth carried a lowest weight in the influence of soil respiration rate, but its temperature sensibility was highest. Research shows, human activities in the region make the grassland degradation and transform into farmland, resulting ina significant decrease in soil respiration rate. The relatively high sensitivityof severe degraded grassland to temperature changes indicates that the process and function of ecosystem will be more volatile under the influence of environmental changes.【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2016(025)002【总页数】6页(P217-222)【关键词】土壤呼吸日变化;土壤温度;指数相关;温度敏感性【作者】赵慧丽;栗忠飞;张曦;李璇;和绍友;赵建林【作者单位】西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明 650224;西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明 650224;西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明 650224;西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明 650224;纳帕海省级自然保护区管理所，云南香格里拉 674400;香格里拉市林业局，云南香格里拉 674400【正文语种】中文【中图分类】X17;S151.9引用格式:赵慧丽,栗忠飞,张曦,李璇,和绍友,赵建林.纳帕海流域不同植被类型土壤呼吸动态及其影响因子分析[J].生态环境学报,2016,25(2):217-222.ZHAO Huili,LI Zhongfei,ZHANG Xi,LI Xuan,HE Shaowen,ZHAO Jianlin.Soil Respiration and Impact Factor of the Different Vegetation Types on Napa Lake Basin[J].Ecology and Environmental Sciences,2016,25(2):217-222.湿地是陆地生态系统中重要的碳汇,在调控陆地生态系统碳平衡方面起着重要作用(杜紫贤等, 2010),土壤呼吸作用是湿地碳循环的关键环节,其微小的变化都会使大气CO2浓度和土壤碳贮存发生巨大的改变(王丰川等,2013;何都良等,2015),因此深入了解湿地土壤呼吸作用规律具有重要的生态学意义.受人类活动、环境演变等因素的干扰,土壤呼吸的动态变化及其对影响因子的响应规律成为该领域重要的研究内容(魏卫东等,2014).目前湿地土壤呼吸的研究,多集中在平原淡水沼泽湿地(卢昌义等,2012),如杨继松等(2008)研究了三江平原草甸湿地土壤呼吸特征及其影响因子;谢艳兵等(2009)研究了盘锦芦苇湿地土壤呼吸及其影响因子特征;王慧清等(2011)对锡林河湿地3个群落土壤呼吸及其温度响应特征进行了研究.对高原湿地的土壤呼吸研究,主要集中在如对若尔盖高原泥炭沼泽湿地(王德宣等,2005)、青海湖高寒湿地(刘志凌,2013)、青藏高原海北高寒湿地(汪浩等,2014)等.纳帕海湿地位于金沙江上游,是滇西北高原低纬度高海拔季节性沼泽湿地,其与若尔盖高原湿地和我国北方湿地所具备的特点不同,是中国湿地的独特类型(田昆等,2004),高海拔沼泽湿地对陆地碳储存起着重要的作用(王德宣等,2005).目前对该湿地区域土壤呼吸的研究非常少,王君等(2008)对香格里拉地区亚高山草甸不同放牧管理方式下的碳排放及其影响因子进行了研究,但至今尚未发现针对纳帕海湿地区域不同植被类型土壤呼吸速率全日变化过程的研究.本文采用LI-8100开路式碳通量测定系统(以下简写为LI-8100)对纳帕海湿地几种不同植被类型土壤呼吸速率的日变化特征及其温度因子进行连续观测分析,研究结果可为高原湿地土壤碳收支状况提供直接的数据支撑,也可为气候变化影响下进一步准确估算区域尺度碳汇功能提供科学依据.研究区域位于青藏高原南端,香格里拉县纳帕海流域(N27°49′～27°55′,E99°37′～99°40′),流域内平均海拔3350 m.地处青藏高原东南缘横断山脉三江纵谷区东部,为镶嵌于横断山系高山峡谷区断陷盆地中的高原沼泽湿地.春秋季短,长冬无夏,年平均气温为16℃,年较差较小,日较差较大,年极端最低气温-25.4℃,极端最高气温24.5℃;年降水量606.6 mm,年蒸发量1670.6 mm,且干湿季分明,6─10月为明显雨季,11月-次年5月为明显的旱季,相对湿度70%;年平均日照时数2186.6 h,日照率49%(周小品等,2012;邓淋等, 2014).该区内土壤类型主要为沼泽土、泥炭土和沼泽化草甸土,湖滨周围分布有较大面积的沼泽草甸,优势物种主要有嵩草(Kobresia bellardii)、喜马灯心草(Juncus himalensis)、针蔺(Eleocharis valleculosa f.setosa),周边分布村庄,农田以种植青稞(Hordeum vulgare Linn.var.nudum Hook.f.)为主,四周面山上分布有清溪杨(Populus rotundifolia Griff.var. duclouxiana(Dode)Gomb.)、山楂(Crataegus pinnatifida Bunge)等为优势的硬叶常绿阔叶林,主要乔木树种有:以高山松(Pinus densata)、云杉(Picea asperata Mast)等为优势的高山针叶林,在近山脚的区域内因受人类活动的影响,形成斑块状分布的灌丛,优势物种为高山柏(Sabina squamata (Buch.-Hamilt.)Ant)(穆静秋,2007;尚文等,2012).2.1 样地的选择建立在纳帕海湿地区域内,选取湖周边草地、农田及面山上的高山灌丛、高山松林等植被类型,同时依据草地植被盖度、生物量、有无围封放牧等因素将草地再划分为自然草地、轻度退化草地、中度退化草地、重度退化草地4种类型.在此4种草地类型、农田、灌丛、森林共7种植被类型上建立观测样地.2.2 土壤呼吸及影响因子观测方法于2014年8月中下旬期间,即植被生长盛期,在上述确定的7种植被类型观测样地上各设置1个土壤呼吸观测点,分别标记为自然草地(a)、轻度退化草地(b)、中度退化草地(c)、重度退化草地(d)、青稞地(e)、高山灌丛(f)、高山松林(g).首先调查记录各样地植被状况.植被盖度及地上生物量的测定是在每个样地内随机选取3个样方,草地为l mXl m,灌丛为5 mX5 m,记录其植被盖度;并采用收获法测定样方地上生物量,灌木样方采用按比例收获的方法,带回实验室烘干称重.样地叶面积指数采用LI-cor 2200冠层分析仪测定,重复记录5次.土壤呼吸观测前天,事先将LI-8100的土壤环安置在样地上,剪去土壤环内部的地上植被.于每天早晨7:00左右,采用LI-8100仪器开始观测,每半小时自动记录1次数据,持续观测24 h后,开始进行下一个植被样地的观测,依次进行测量直至测完最后一个样地.2.3 数据处理基于统计分析方法,建立土壤呼吸与温度的关系用指数方程来表示(陈全胜等,2004a):式中,Rs为土壤呼吸速率,μmol.m-2.s-1;t为土壤温度,℃;a和b为土壤呼吸与温度间指数模型中的温度反应系数.土壤呼吸温度敏感系数(Q10)指温度每增加10℃时土壤呼吸速率的增加倍数.以下是基于公式1计算温度敏感性Q10值:利用SPSS 11.5对数据进行统计分析,EXCEL软件对数据整理后画图表.3.1 不同植被类型样地植被参数状况由表1可看出,自然草地盖度、地上生物量、叶面积指数最大,其土壤呼吸速率日均值也是最大,其次是轻度退化草地、高山灌丛和中度退化草地,高山松林和重度退化草地的盖度、地上生物量、叶面积指数以及土壤呼吸速率日均值都较小.土壤呼吸日均值变化趋势与各植被类型盖度、生物量和叶面积指数的变化趋势基本一致. 3.2 不同植被类型土壤呼吸日变化特征图1显示了不同植被类型土壤呼吸速率日变化特征.各植被类型土壤呼吸速率的日变化曲线存在差异,都具有明显的日波动变化,但总体上呈单峰型曲线特征.表现为土壤呼吸速率从早上到中午逐渐增大,最高值多出现在13:00─16:00,然后又开始降低,直至次日2:00─8:00出现最小值.各植被类型中,自然草地的土壤呼吸速率最大值为8.16 μmol.m-2.s-1,高于其他样地,出现在14:00,然后依次是轻度退化草地(6.71 μmol.m-2.s-1)、高山灌丛(6.47 μmol.m-2.s-1)、重度退化草地(5.82 μmol.m-2.s-1)、中度退化草地(5.54μmol.m-2.s-1)、青稞地(2.90 μmol.m-2.s-1)和高山松林(2.85 μmol.m-2.s-1).各样地的最低值依次为自然草地(4.41 μmol.m-2.s-1)>高山灌丛(2.86 μmol.m-2.s-1)>轻度退化草地(2.70 μmol.m-2.s-1)>中度退化草地(2.60 μmol.m-2.s-1)>高山松林(1.85 μmol.m-2.s-1)>青稞地(1.84 μmol.m-2.s-1)>重度退化草地(1.68μmol.m-2.s-1).3.3 不同植被类型土壤呼吸速率日均值特征图2显示,不同植被类型的土壤呼吸速率日均值不同,其大小依次为自然草地(5.506 μmol.m-2.s-1)>轻度退化草地(4.322 μmol.m-2.s-1)>高山灌丛(3.849 μmol.m-2.s-1)>中度退化草地(3.226 μmol.m-2.s-1)>重度退化草地(2.959 μmol.m-2.s-1)>高山松林(2.260 μmol.m-2.s-1)>青稞地(2.256 μmol.m-2.s-1).轻度退化草地的变动幅度在所有群落中最大,其标准差为1.36,其次为重度退化草地(1.20)、自然草地(0.86)、高山灌丛(0.73)、中度退化草地(0.54)、青稞地(0.30)、高山松林(0.27).不同植被类型的土壤呼吸速率日均值差异显著,其中,中度退化草地和重度退化草地的差异性不显著,青稞地和高山松林的差异不显著.3.4 土壤呼吸速率对影响因子的响应不同植被类型土壤温度与土壤呼吸速率之间的关系不尽相同,本文采用指数方程(公式1)和温度敏感指数Q10来估测不同植被类型的土壤温度与土壤呼吸速率之间的关系.拟合结果如表2,从显著性水平(P<0.05)和决定系数R2来看,所有植被类型的土壤呼吸速率均与5 cm土壤温度显著相关,均随着土壤温度的升高而增加.自然草地的土壤呼吸速率与土壤温度相关性较好,R2达到0.741,青稞地和重度退化草地最小,仅为0.189和0.106,但均通过了显著性检验(P<0.05).由此可见,自然草地的土壤温度对土壤呼吸速率的贡献最大,重度退化草地的贡献最小.此外,由指数方程计算得到温度敏感指数Q10可知重度退化草地(30.88)的土壤呼吸对土壤温度最敏感,然后依次为高山松林(23.81)、高山灌丛(12.94)、中度退化草地(12.18)、轻度退化草地(11.82)、自然草地(4.90)和青稞地(4.76).4.1 不同植被类型土壤呼吸速率的差异土壤呼吸包括了土壤中植物根系、微生物及土壤动物等组分的呼吸,其中,根系呼吸和微生物呼吸最为重要(周萍等,2009).本研究中不同退化程度草地土壤呼吸速率具有显著差异,随退化程度的加重,土壤呼吸速率显著下降(图2).与此同时,随着退化程度的加重,另一显著的特征表现为生物量及盖度的显著下降(表1)与土壤呼吸具有一致的变化趋势.可见,地上植被状况对土壤呼吸的作用具有较为明显的正效应.有研究认为往年的地表植物凋落物也与地上生物量呈正比,地表凋落物层的土壤微生物和细菌活性使土壤中的生物化学过程加剧,其土壤呼吸作用也会因此更加剧烈(谢艳兵等,2009).较大的盖度会使得土壤释放的CO2向空气中扩散的速度减慢,从而使得所测近地表土壤呼吸速率较大.Frank(2002)曾发现土壤呼吸日平均值与叶面积指数和生物量的变化趋势一致且正相关.因此,地上植被盖度、生物量等下降,使根系呼吸和微生物呼吸降低,从而影响了土壤呼吸速率.也有研究发现施肥会导致自然草地土壤呼吸下降,细根和粗根的生产力会明显变小(De Jong et al.,1974),本研究中,中度和重度退化草地受到相对较重的放牧影响,形成大量的动物排泄物,这也是其土壤呼吸速率显著低于自然草地的另一原因.高山松林受森林郁闭度影响,林下基本没有任何草本植被,土壤呼吸速率显著低于其他植被类型,仅高于农田.本研究中,农田(青稞地)的土壤呼吸最小.农田土壤受人为开垦后,地表物理及化学结构遭到破坏,根系和微生物呼吸降低,可能是其土壤呼吸速率偏低的原因之一.此外,有研究显示,在农田开垦初期,土壤呼吸损失的碳较高, 20年后趋于稳定(Schlesinger,1995),本研究的农田位于村庄旁边,开垦历史已超过20年,这可能是其土壤呼吸速率偏低的又一原因.4.2 土壤呼吸对温度因子的响应本研究中纳帕海流域各植被类型土壤呼吸速率日变化呈现为单峰曲线特征,且土壤CO2释放速率在13:00─16:00达到最大值,在次日2:00─8:00降到最低,即从早晨到中午逐渐升高然后又持续下降的特征(图1).这与以往的一些研究如黄湘等(2007)对塔里木河下游荒漠河岸群落、何学敏等(2012)对艾比湖地区两种植被类型以及路亚坤等(2012)对山东东平湖湿地三种典型植物群落的测定基本一致.这主要因为土壤呼吸速率昼夜变化受植物生理作用过程和微生物活性的影响,呈现出昼高夜低的现象(路亚坤等,2011).高寒地区的热量条件是增强土壤生命活动以及提高生化反应速率的主要因素(钟华平等,2005;张芳等,2009).纳帕海流域地处高海拔区域,在8月份其土壤温度是影响土壤呼吸的重要因子,根据各植被类型地下5 cm土壤温度与其土壤呼吸速率之间的回归关系表明,土壤温度对土壤呼吸速率影响较大,土壤呼吸速率随着土壤温度的升高而逐渐增加(表2).相关研究也表明,土壤温度对产生土壤呼吸的植物根系呼吸、土壤生物、微生物呼吸过程都起到一定的正作用,因此在一定范围内土壤呼吸随着土壤温度的升高而增加(陈全胜等,2004b).从本研究中的决定系数R2和土壤敏感指数Q10来看,自然草地的土壤温度对其土壤呼吸影响最大,但温度敏感性却很低;而重度退化草地的土壤温度对其土壤呼吸的影响最小,但温度敏感性最大.自然及人为干扰下,重度退化草地高的温度敏感性可能会与退化生态系统的稳定性和抵抗性形成负向关联效应,使生态系统的碳排放过程及功能进一步向非平衡态方向发展.研究首次实现了24小时全天候观测,揭示了该区域内不同植被类型土壤呼吸的连续变化过程,但更为深入的研究有待进一步开展.(1)各植被类型的土壤呼吸速率日变化呈现单峰曲线特征,与一天中温度的变化趋势大体一致.(2)湿地区域内的草地退化或开垦为农田后,导致土壤呼吸速率显著下降,人类活动显著改变了湿地生态系统碳排放特征.(3)各植被类型土壤呼吸速率随着土壤温度的升高而逐渐增加.随退化程度的增加,土壤呼吸对土壤温度的敏感性增大,这将有可能导致生态系统碳排放过程向非平衡态方向发展.DE JONG E,SCHAPPERTt H J,MACDONALD K B.1974.Carbon dioxide evolution from virgin and 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不同土地利用下的土壤呼吸及其与环境因子的关系
不同土地利用下的土壤呼吸及其与环境因子的关系荆雪锴;严俊霞;李洪建【期刊名称】《山西农业科学》【年(卷),期】2016(44)8【摘要】为探讨土地利用对农田土壤呼吸的影响及其与环境因子的关系,在太原盆地用闭合动态法(Li-6400)对4种不同土地利用下的土壤呼吸及其与土壤温度和水分的关系进行了为期1a,每月2～4次的定位测定,用不同方法分析了土壤呼吸及其温度敏感性以及土壤呼吸的季节变化与土壤温度、土壤水分季节变化的关系.结果表明,4种土地利用方式下的土壤呼吸及土壤温度具有较为明显的、一致的季节变化,冬春低,夏秋高,土壤水分的季节变化受降水量影响呈现出波形变化.从土壤温度、土壤水分和土壤呼吸的均值来看,不同土地利用之间的差异均未达显著水平.土壤温度的季节变化解释土壤呼吸季节变化的41％～ 62％(指数函数)、44％～69％(Lloyd&Taylor函数);土壤水分的季节变化解释了土壤呼吸季节变化的22％～38％(指数)和33％～57％(线性).用土壤温度及土壤水分相结合用于土壤呼吸建模后,对土壤呼吸变化解释率可达52％～75％(线性)、48％～78％(指数-幂型)和52％～82％(双幂型).4种土地利用方式下土壤呼吸的温度敏感系数Q10值在2.29～ 2.71,从大到小依次为药材地＞柠条地＞玉米地＞草地;R10值在2.06～2.41μmol/(m2·s).4种土地利用方式下年土壤呼吸均值为3.94 μmol/(m2·s),从大到小依次为草地＞药材地＞玉米地＞柠条地.【总页数】7页(P1151-1157)【作者】荆雪锴;严俊霞;李洪建【作者单位】山西大学黄土高原研究所,山西太原030006;山西大学黄土高原研究所,山西太原030006;山西大学黄土高原研究所,山西太原030006【正文语种】中文【中图分类】S152【相关文献】1.不同土地利用方式下球囊霉素相关土壤蛋白与有机碳及土壤质地的关系 [J], 祝飞;赵庆辉;邓万刚;陈明智2.不同土地利用方式下球囊霉素相关土壤蛋白与有机碳及土壤质地的关系 [J], 祝飞;赵庆辉;邓万刚;陈明智3.昭苏山地草甸不同土地利用方式下的土壤呼吸特征及其水热关系的比较研究 [J], 王祥;郑伟;朱亚琼;关正翾;唐高溶4.岷江流域不同土地利用方式下的土壤微生物特征及其与土壤养分的关系 [J], 李懿;杨子松5.黄土丘陵区不同土地利用类型土壤呼吸及其与温度和水分的关系 [J], 马涛;贾志清;周波;张峰;董彦丽;陈天林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
室内_土壤呼吸实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解土壤呼吸的基本原理和影响因素。
2. 掌握土壤呼吸速率的测定方法。
3. 分析土壤呼吸速率与土壤环境因子的关系。
二、实验原理土壤呼吸是指土壤微生物和植物根系通过呼吸作用将有机物质分解成二氧化碳和水的过程。
土壤呼吸速率是衡量土壤微生物活动强度和土壤有机质分解速率的重要指标。
土壤呼吸速率受土壤温度、水分、有机质含量、氧气含量等多种环境因子的影响。
三、实验材料与方法1. 实验材料- 土壤样品：采集自某地典型农田土壤，风干后过筛，混匀备用。
- 容器：1000ml广口瓶、500ml烧杯、土筛、温度计、湿度计、秒表、CO2检测仪等。
- 试剂：NaOH溶液、酚酞指示剂等。
2. 实验方法（1）土壤样品的制备：将采集的土壤样品风干、过筛、混匀，以备实验使用。
（2）土壤呼吸速率的测定：a. 准备实验装置：将1000ml广口瓶装满土壤样品，用土筛覆盖，确保土壤表面平整。
b. 设置对照组和实验组：对照组保持正常土壤环境，实验组改变土壤温度、水分、氧气含量等环境因子。
c. 测定CO2浓度：将广口瓶置于CO2检测仪下，记录CO2浓度随时间的变化。
d. 计算土壤呼吸速率：根据CO2浓度变化和实验时间，计算土壤呼吸速率。
3. 数据处理采用Excel和SPSS软件对实验数据进行统计分析，比较不同环境因子对土壤呼吸速率的影响。
四、实验结果与分析1. 土壤呼吸速率与土壤温度的关系实验结果表明，随着土壤温度的升高，土壤呼吸速率逐渐增加。
这可能是因为温度升高有利于微生物的代谢活动，从而加快有机质的分解速率。
2. 土壤呼吸速率与土壤水分的关系实验结果表明，土壤呼吸速率与土壤水分含量呈正相关关系。
当土壤水分含量较高时，土壤呼吸速率较快；当土壤水分含量较低时，土壤呼吸速率较慢。
3. 土壤呼吸速率与氧气含量的关系实验结果表明，土壤呼吸速率与氧气含量呈正相关关系。
当土壤氧气含量较高时，土壤呼吸速率较快；当土壤氧气含量较低时，土壤呼吸速率较慢。
森林生态系统土壤呼吸时空异质性及影响因子研究进展
生态环境学报 2013, 22(4): 689-704 Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@基金项目：国家973项目(2011CB403203)；国家自然科学基金项目(31070544；51208244)；国家“十二五”科技支撑计划(2011BAD37B0104)；黑龙江省科技攻关重点(GA09B201-06)；林业公益性行业科研专项(201004003-6)；霍英东基金基础(131029)；中央高校基本科研业务费专项资金(DL12CA07)作者简介：魏书精（1979年生），男，博士，主要从事森林生态学与土壤碳通量方向研究。
E-mail: weishujing2003@*通信作者：胡海清（1961年生），男，教授，博士，博士生导师，主要从事林火生态方向研究。
E-mail: huhq-cf@ 收稿日期：2012-12-13森林生态系统土壤呼吸时空异质性及影响因子研究进展魏书精1，罗碧珍1，孙龙1，魏书威2，刘芳芳3，胡海清1*1. 东北林业大学林学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2. 兰州理工大学设计艺术院，甘肃 兰州 750050；3. 甘肃农业大学 经济管理学院，甘肃 兰州 750070摘要：土壤呼吸是全球碳循环的一个重要流通途径，是大气CO 2的重要来源之一，是陆地碳循环的重要环节，对温室气体的排放产生直接影响，且关系到科学把握全球变化背景下CO 2的排放动态，在全球碳收支中占据重要地位，越来越受到各国学者的广泛关注。
在全球变化背景下研究土壤呼吸的时空异质性及其影响因子，可为探索陆地生态系统在碳循环方面的碳源/碳汇功能和揭示“碳失汇之迷”，以及减缓气候变暖等方面提供有力的依据。
作为一个复杂的生物学与生态学过程，土壤呼吸受到气候、生物以及非生物等因子的影响而呈现时空异质性，并随着各种干扰因子影响的增强，人为因素的作用亦越来越大，该文阐述了森林生态系统土壤呼吸作用的时空动态变化规律、并探讨了影响土壤呼吸速率的各种影响因子，剖析了导致土壤呼吸时空异质性的影响因子，指出自然因子、生物因子和干扰因子共同驱动着土壤呼吸的时空动态变化。
SBB：全球土壤呼吸温度敏感性空间格局及其控制因子
SBB：全球土壤呼吸温度敏感性空间格局及其控制因子土壤呼吸温度敏感性(Q10)是预测陆地生态系统碳循环对气候变化响应的重要参数。
然而，全球尺度上Q10值的高度空间异质性及其控制因子还未得到充分的认识。
通过搜集480个全球野外观测Q10值数据，我们发现全球平均Q10值为2.56 ± 0.86；空间格局上表现为年平均气温（MAT）每升高1°C时Q10值减小2.07%。
全球尺度上Q10值主要受MAT调控，而非年平均降雨量（MAP）和土壤因子（如碳含量、pH等）。
然而，不同生态系统类型和气候带Q10值的主要控制因子不同。
该结果不同于室内培养实验通常认为的土壤因子为有机碳分解温度敏感性的主要控制因子。
认识不同生态系统类型和气候带Q10值的主要控制因子有助于我们对全球变暖背景下土壤碳-气候反馈的理解。
标题：Spatial heterogeneity of temperature sensitivity of soil respiration: A global analysis of field observations作者：李金全（一作，复旦大学生态专业博士），裴俊敏，Elise Pendall，方长明，聂明*（通讯作者，复旦大学）期刊：Soil Biology and Biochemistry日期：2019-11-16点击文末左下角“阅读原文”可直达原文~研究背景气候变暖被认为会显著激发土壤呼吸，包括加快植物根系作用的自养呼吸速率和土壤微生物分解作用的异养呼吸速率。
土壤呼吸温度敏感性（Q10）是决定陆地生态系统碳模型中土壤碳库对气候变化响应强度的一个关键参数。
Q10值的微小变化会导致模型中对土壤碳库及其对温度升高响应强度预测的较大差异。
由于气候和土壤条件的高度空间异质性，Q10值也存在明显的空间变异。
然而，大多数碳模型中使用的Q10值都来自小尺度或者是固定不变的经验值，这将会明显增加陆地生态系统碳循环对气候变化响应模拟的不确定性。
不同生态系统土壤呼吸与环境因子的关系研究的开题报告
不同生态系统土壤呼吸与环境因子的关系研究的开
题报告
1.研究背景
土壤呼吸是生态系统中二氧化碳交换的一个重要过程，大量的土壤
呼吸导致气候变化。
同时，环境因子对土壤呼吸也有着很大的影响。
因此，研究不同生态系统土壤呼吸与环境因子的关系，具有重要的理论和
实际意义。
2.研究目的
本研究旨在探究不同生态系统土壤呼吸与环境因子的关系，揭示土
壤呼吸的形成机理，为生态系统的管理提供理论依据。
3.研究方法
本研究将选择多种生态系统进行调查，如森林、草地、沙漠等。
通
过采集样本，进行土壤呼吸测量，并收集环境因子数据，如温度、湿度、土壤含水率等。
利用SPSS软件对数据进行回归分析和相关性分析，探究土壤呼吸与环境因子之间的关系。
4.研究意义
本研究有以下几点意义：
（1）为探究不同生态系统土壤呼吸的形成机理提供理论支持，有助于促进土壤呼吸的研究和发展。
（2）为不同生态系统的管理提供科学依据，有助于保障生态环境的健康发展。
（3）为理解全球气候变化、减缓气候变化提供重要的科学依据，具有重要的社会和经济价值。
5.预期结果
本研究预期结果如下：
（1）不同生态系统土壤呼吸与环境因子存在显著关系。
（2）影响土壤呼吸的主要环境因子为温度、土壤含水率等。
（3）不同生态系统之间土壤呼吸与环境因子的关系存在差异。
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不同生态系统土壤呼吸与环境因子的关系研究【摘要】：用LI-COR-6400便携式光合作用仪连接6400-09土壤叶室,对山西太原地区和丹麦哥本哈根地区不同生态系统的土壤呼吸进行了研究,其目的是:1)研究两个地区不同生态系统土壤呼吸的季节变化,了解两个区域不同生态系统土壤呼吸的差异;2)估计两个区域不同生态系统的土壤呼吸总量;3)量化不同生态系统中不同土地利用方式土壤呼吸的空间变化规律;4)研究两个区域不同土地利用方式的土壤呼吸时、空变化与土壤温度、土壤水分等环境因子之间的关系。
论文分为5章。
第1章为引言,第2-5章为主要研究内容。
第2章以研究自然生态系统(森林、灌丛、草地等)条件下的土壤呼吸规律为目的,在太原天龙山国家自然保护区范围内对11个样地(不同位置、不同植被、不同立地条件)的土壤呼吸与环境因子关系进行了两年的研究;第3章以农业生态系统为研究对象,对4种土地利用类型的土壤呼吸与环境因子关系进行了为期一年的研究;第4章的研究对象仍然是农业生态系统,但是研究以比较中、小尺度农田与其他利用类型土壤呼吸的空间异质特点为主要目的,研究两个尺度下土壤呼吸的空间变化;第5章以丹麦哥本哈根地区的农业生态系统(农作物和牧草地等)为研究对象,比较了4种土地利用方式的土壤呼吸及其与土壤温度、水分的关系以及较大尺度的土壤呼吸空间变化特征。
主要研究结果如下:1)太原天龙山地区的土壤呼吸具有明显的季节变化特点,冬、春季较低,夏秋季较高,11个样地土壤呼吸的季节变化与天数的关系均可用高斯3参数方程表示。
2005年4-12月(部分样地为5-12月)样地1到样地11土壤呼吸的平均值分别为:3.92,4.66,4.40,3.01,3.70,3.88,4.00,4.72,5.21,4.52,2.57μmolCO_2m~(-2)s~(-1);2006年11个样地的土壤呼吸平均值分别为:2.33,2.96,1.93,2.35,2.70,2.89,2.79,3.39,3.08,3.23,1.83μmolCO_2m~(-2)s~(-1)。
2005年和2006年11个样地的土壤呼吸总平均值分别为3.92和2.68μmolCO_2m~(-2)s~(-1)。
对大多数样地而言,土壤呼吸与10cm 深度土壤温度的关系显著。
土壤呼吸与土壤温度之间的关系可用直线、指数和LloydTaylor方程表达。
土壤温度可以解释土壤呼吸变化的28-88%。
土壤受干旱胁迫时,土壤温度的作用明显降低。
土壤呼吸与0-10cm深度土壤水分的关系次之,可用直线或指数关系表达。
标准化后的土壤呼吸与土壤水分的相关性增加,土壤水分可解释土壤呼吸变化的比例在15-71%。
土壤温度较低时,土壤水分的作用亦明显减小。
大多数时段土壤温度和土壤水分对土壤呼吸的作用同时存在。
但是,土壤温度和土壤水分对土壤呼吸的影响在11个样地不完全相同,在土壤持水能力较差的样地,土壤水分对土壤呼吸的作用大于土壤温度的作用。
与单因子模型相比,把土壤水分和土壤温度结合在一起的复合模型可以更好的预测土壤呼吸。
土壤温度和土壤水分一起可解释土壤呼吸变化的55-86%。
11个样地土壤呼吸的温度敏感性指数(Q_(10))和土壤温度10℃时的基础土壤呼吸值(R_(10))不同,2005年Q_(10)值从 1.80到 4.94,2006年Q_(10)值从 1.78到 5.91;R_(10)在1.47-4.75μmolCO_2m~(12)s~(-1)之间。
Q_(10)、R_(10)的平均值分别为3.14和3.54μmolCO_2m~(-2)s~(-1),在其他研究者报道的范围之内。
11个样地的年土壤呼吸总量在654.9-1440.5gCm~(-2)(2005年),581.2-1075.3gCm~(-2)(2006年)之间。
2005年和2006年天龙山自然生态系统11个样地的土壤呼吸总量平均值分别为1068.6和850gCm~(-2)。
2)太原盆地4种农田生态系统的土壤呼吸同样具有明显的季节变化特征,最小值出现在1、2、3以及11、12月份,在1μmolCO_2m~(-2)s~(-1)附近,最大值超过10μmolCO_2m~(-2)s~(-1),主要出现在夏季的7、8月份。
受环境因子影响,土壤呼吸具有明显的波动特点,尤其是在夏季。
4种土地利用方式土壤呼吸的加权平均值分别为,柠条林地 3.54±2.61μmolCO_2m~(-2)s~(-1),草地4.43±3.99μmolCO_2m~(-2)s~(-1),药材地3.95±3.58μmolCO_2m~(-2)s~(-1),玉米地3.84±4-2.93μmolCO_2m~(-2)s~(-1)。
4种土地利用条件下土壤呼吸均值差异不显著。
土壤呼吸与土壤温度的直线关系、指数关系以及LloydTaylor函数关系均达显著水平,但是各拟合方程得到的R~2值不同,直线型R~2值最低,LloydTaylor函数的R~2值最高。
在没有土壤水分胁迫的条件下(土壤水分大于田间持水量的1/3为标准),土壤温度可以解释土壤呼吸变化的比重(%)柠条林地、草地、药材地和玉米地分别为,直线:40,23,33,29;指数方程:56,45,62,41;LloydTaylor函数:60,56,69,44。
与天龙山地区的结果相比,在农田生态系统中土壤水分对土壤呼吸有较大影响。
土壤呼吸与土壤水分的直线关系好于指数关系。
但是将土壤呼吸标准化到10℃时的土壤呼吸与土壤水分的关系分析表明,直线方程和指数方程的R~2值差异不大,分别在37-64%和39-61%之间。
同样,用土壤温度和土壤水分的混合模型(双变量模型)预测土壤呼吸的准确性增加,土壤温度和土壤水分可以解释土壤呼吸变化的52-82%,明显大于单因子模型的R~2值。
6、8和10月份3次24h的土壤呼吸测定表明,4种土地利用方式的土壤呼吸均具有较明显的日变化特点,最大值出现在11:00-15:00之间,最低值在凌晨6:00左右。
土壤呼吸的日变化与土壤温度的日变化的关系多数情况下不显著。
8:00-12:00的土壤呼吸的平均值比24小时土壤呼吸的平均值大10%。
用我们1-12月份共33次的测定数据计算,柠条地、草地、药材地、玉米地的年土壤呼吸总量依次为:1227、1732、1509和1477gCm~(-2)。
5-10月份土壤呼吸总量分别为柠条地996.3gCm~(-2),草地1361.1gCm~(-2),药材地1300.7gCm~-2)和玉米地1191.4gCm~(-2)。
3)无论在区域尺度上还是在观测小区尺度上,土壤呼吸均存在明显的空间变化。
2005年7月和10月份两次对太原盆地北部区域42个样地(其中玉米地23个,其他地类19个)的土壤呼吸测定结果表明,土壤呼吸具有明显的空间变化特点,变异系数在25-50%;土壤呼吸的空间变化与土壤温度和土壤水分的关系只是在土壤水分差异较大的7月份显著。
在观测小区尺度内3个样地的2次测定(9月和11月份)中,3个样地土壤呼吸的变异系数都较大,9月份分别为21,32和39%,11月份分别为40,46和58%。
9月份的变异系数小于11月的变异系数,但是9月份土壤呼吸的平均值和标准差显著大于11月。
小区尺度内土壤呼吸与土壤温度和土壤水分的关系的相关性较差。
对于土壤呼吸空间变异的原因仍有待进一步研究。
4)丹麦农业生态系统的土壤呼吸同样具有明显的季节变化特点,夏季土壤呼吸较高、春冬季较低,土壤呼吸最低值在2月为0.22μmolCO_2m~(-2)s~(-1),最大值在7月份为 5.77μmolCO_2m~(-2)s~(-1);与太原地区的土壤呼吸的季节变化相一致。
土壤呼吸随日期变化的关系同样可以用高斯3参数方程表达。
冬小麦地1-12月土壤呼吸18次测定的平均值为2.21±1.45μmolCO_2m~(-2)s~(-1);4-10月为2.39±1.50μmolCO_2m~(-2)s~(-1),小于天龙山地区的土壤呼吸平均值,接近于天龙山裸地的土壤呼吸平均值。
在没有土壤水分胁迫情况下的土壤呼吸与土壤温度的关系非常明显,土壤温度可以解释土壤呼吸变化的68%。
冬小麦地1-12月土壤CO_2释放量为655.5gCm~(-2)a~(-1)。
4-12月4种土地利用方式的土壤呼吸测定结果分别为:冬小麦地2.71±1.74μmolCO_2m~(-2)s~(-1),休闲草地3.90±2.47μmolCO_2m~(-2)s~(-1),牧草地2.65±1.24μmolCO_2m~(-2)s~(-1),花草地1.54±0.91μmolCO_2m~(-2)s~(-1);4个样地土壤呼吸与土壤温度的关系显著,土壤温度可以解释土壤呼吸变化的比重分别为75%,82%,86%和45%;土壤呼吸的温度敏感性指数(Q_(10))分别为3.16,2.87,2.04和2.09;土壤温度10℃时的基础土壤呼吸值(R_(10))分别为2.02,3.53,2.11和1.23μmolCO_2m~(-2)s~(-1),用LloydTaylor函数计算的4个样地的R_(10)值分别为2.32,3.88,2.16和1.22μmolCO_2m~(-2)s~(-1)。
1-12月冬小麦地、休闲草地、牧草地和花草地的土壤CO_2释放量分别为655.5、1129、835.4和374.6gCm~(-2)。
用4个样地的全部数据计算得到的Q_(10)、R_(10)值分别为2.37和2.32μmolCO_2m~(-2)s~(-1)。
Q_(10)和R_(10)值均接近于我们在太原天龙山地区大多数样地的计算结果。
本地区土壤呼吸同样存在明显的空间变化,8月份3天测定的冬小麦和草地土壤呼吸的变异系数从30%到70%,草地的变异系数小于冬小麦地的土壤呼吸的变异系数。
【关键词】：土壤呼吸土壤温度土壤水分时、空变化模型自然生态系统农业生态系统中国太原丹麦哥本哈根【学位授予单位】：山西大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2008【分类号】：S154【目录】：目录4-9中文摘要9-13ABSTRACT13-17第一章引言17-391.1土壤呼吸及其测定17-231.1.1土壤呼吸17-191.1.2土壤呼吸测定19-221.1.3LI-COR6400-09土壤呼吸测定概况22-231.2土壤呼吸与植被、气候的关系23-251.3土壤呼吸的时空变化25-261.3.1土壤呼吸的时间变化25-261.3.2土壤呼吸的空间变化261.4土壤呼吸与环境因子的关系26-331.4.1土壤温度对土壤呼吸的影响27-281.4.2Q_(10)与R_(10)值28-291.4.3土壤水分对土壤呼吸的影响29-321.4.4降水对土壤呼吸的影响32-331.4.5土壤温度和水分对土壤呼吸的共同作用331.5人为因素对土壤呼吸的影响33-341.6土壤呼吸与环境因子关系的复杂性341.7我国的土壤呼吸研究现状34-351.8研究意义35-361.9研究内容36-39第二章太原天龙山不同植被条件下的土壤CO_2通量研究39-1012.1序39-402.2研究区概况40-472.2.1天然植被40-412.2.2地质、地貌及土壤特征412.2.3测定方法41-462.2.4数据分析46-472.3结果分析47-862.3.1土壤温度、土壤水分和土壤呼吸的季节变化47-602.3.2土壤呼吸与环境因子的关系60-862.4讨论86-992.4.1土壤呼吸值86-882.4.2根系与凋落物对土壤呼吸的影响88-892.4.3土壤呼吸的时空变化89-912.4.4土壤呼吸与土壤温度的关系91-932.4.5土壤呼吸与土壤湿度的关系932.4.6干旱和降水对土壤呼吸的影响93-942.4.7Q_(10)和R_(10)值94-982.4.8土壤呼吸与土壤温度和水分的复合模型98-992.5小结99-101第三章太原盆地农田生态系统土壤呼吸研究101-1273.1序1013.2材料与方法101-1053.2.1研究区自然概况1013.2.2试验地概况101-1023.2.3土壤呼吸及环境因子测定102-1053.3结果分析105-1213.3.1土壤温度、土壤水分和土壤呼吸的季节变化105-1093.3.2土壤呼吸与环境因子的关系109-1173.3.34种土地利用方式的土壤呼吸的日变化117-1203.3.4土壤呼吸总量估算120-1213.4讨论121-1253.4.1土壤呼吸的季节变化121-1223.4.2土壤呼吸的空间变化122-1233.4.3土壤呼吸的日变化1233.4.4植被对土壤呼吸的影响123-1243.4.5Q_(10)和R_(10)值124-1253.5小节125-127第四章中小尺度水平上土壤呼吸的异质性研究127-1454.1序1274.2研究方法127-1314.2.1研究目的1274.2.2研究方法127-1314.2.3土壤呼吸测定1314.2.4土壤温度和土壤水分测定1314.3结果分析131-1424.3.1盆地范围土壤呼吸的空间变化131-1384.3.2小区尺度土壤呼吸的空间异质性138-1424.4讨论142-1444.5小节144-145第五章丹麦东部农田生态系统土壤呼吸研究145-1635.1序145-1465.2材料和方法146-1485.2.1试验区1465.2.2试验样地146-1475.2.3试验过程147-1485.2.4数据分析1485.3结果分析148-1605.3.1冬小麦地土壤CO_2通量的变化特征148-1535.3.24种植被条件下土壤呼吸比较153-1565.3.3大尺度土壤呼吸的空间变化156-1585.3.4不同土壤水分条件下土壤呼吸的日变化158-1595.3.5降水及极端干旱对土壤呼吸的影响159-1605.4讨论160-1625.4.1土壤呼吸的季节变化160-1615.4.2土壤呼吸的空间变化1615.4.3土壤水分和土壤温度对土壤呼吸的影响161-1625.4.4Q_(10)和R_(10)值1625.5小节162-163参考文献163-174附录174-175攻读博士学位期间发表论文175-176致谢176-177 本论文购买请联系页眉网站。