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生态学报 2016年第2期36卷 306-317页

作者：陈荣荣刘全全王俊刘文兆 Upendra M. Sainju 西北大学城市与环境学院西安710127 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100 USDA-ARS Northern Plains Agricultural Research Laboratory Sidney MT 59270 USA

降水事件引起干土复湿刺激土壤CO_2,脉冲释放的现象被称为"birch效应",其作用机制可能是降水刺激土壤"底物供给"增加或引起土壤"微生物胁迫"所致。为深入了解土壤"birch效应"对降水格局改变的响应过程及内在机制,在冬小麦拔节期和夏闲... 详细信息

降水事件引起干土复湿刺激土壤CO_2,脉冲释放的现象被称为"birch效应",其作用机制可能是降水刺激土壤"底物供给"增加或引起土壤"微生物胁迫"所致。为深入了解土壤"birch效应"对降水格局改变的响应过程及内在机制,在冬小麦拔节期和夏闲期分别进行了不同降水量(1-32 mm)人工模拟降水实验,系统观测了降水后0-72 h土壤呼吸及土壤碳组分变化特征,结果表明:土壤呼吸随降水量的增大而增强,1-16 mm降水土壤呼吸峰值出现在降水后4h,而32 mm降水土壤呼吸峰值出现时间滞后了4 h。与较小降水量相比,较大的降水量能增加土壤呼吸但会推迟土壤呼吸峰值出现时间。土壤呼吸速率峰值(SRP)与降水量(P)呈幂相关(拔节期:SR-P=0.97P^(0.09),R^2=0.5,Pbirch效应"是由"微生物胁迫"所致。而在夏闲期,当降水量小于8 mm时土壤呼吸与微生物量碳相关性显著,即以微生物胁迫机制占主导;8 mm降水处理下土壤呼吸与氯仿熏蒸-K_2SO_4提取态有机碳相关性达到极显著水平,指示则为两种机制共同起作用,而当降水量大于16 mm时,土壤呼吸主要与可提取态有机碳显著相关,"birch"效应转为以底物供给机制占主导。与夏闲期相比,冬小麦拔节期作物生长会削弱"birch效应",并改变其响应机制。

关键词：模拟降水土壤呼吸 birch效应底物供给微生物胁迫

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多重干湿交替格局下土壤birch效应的响应机制

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中国农学通报 2013年第27期29卷 120-125页

作者：王君宋新山严登华陈燕东华大学环境科学与工程学院上海201620 中国水利水电科学研究院北京100038

为了探究多重干湿交替格局及土壤团聚体粒径对土壤呼吸作用尤其是birch效应的影响机理,以3种不同团聚体粒径的表层土(0～20 cm)为受试土壤,通过采用室内孵育试验的方法,研究了多重干湿交替循环及不同土壤团聚体粒径对birch效应产生的影... 详细信息

为了探究多重干湿交替格局及土壤团聚体粒径对土壤呼吸作用尤其是birch效应的影响机理,以3种不同团聚体粒径的表层土(0～20 cm)为受试土壤,通过采用室内孵育试验的方法,研究了多重干湿交替循环及不同土壤团聚体粒径对birch效应产生的影响。结果表明:复水促进了土壤呼吸作用,增加了土壤微生物生物量,但对微生物量和呼吸作用产生的激增效应并没有持续很长时间。复水3 h后呼吸速率达到峰值,并且随着干湿周期频率的增加而降低,其中大土粒降低幅度最小。不同土壤团聚体粒径对birch效应的影响强度不同,但二者并不是简单的线性关系。总之,土壤团聚体能够保护部分有机质不被微生物分解矿化,多重干湿交替干扰了这种保护作用,提高了有机碳的生物相容性。birch效应中被矿化的有机碳更多是来自于新的有机质的暴露,部分来自干旱期微生物细胞内积累的溶质。值得注意的是随着干湿循环数的增加,被暴露的新的有机质在被矿化分解前可能还存在其他中间过程。

关键词：多重干湿交替 birch效应土壤团聚体呼吸速率溶解性有机碳微生物生物量

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降水变化对黄土高原旱作冬小麦农田土壤温室气体排放的影响

降水变化对黄土高原旱作冬小麦农田土壤温室气体排放的影响

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作者：刘全全西北大学

学位级别：硕士

降水作为旱作农田生态系统的主控因子,不仅影响着作物生产力的形成过程,同时对农田温室气体(CO2、CH4和N2O)排放及相应的综合增温潜势具有重要影响。本研究以黄土高原冬小麦田生态系统为对象,基于人工降水模拟系列实验,采用静态箱-气相... 详细信息

降水作为旱作农田生态系统的主控因子,不仅影响着作物生产力的形成过程,同时对农田温室气体(CO2、CH4和N2O)排放及相应的综合增温潜势具有重要影响。本研究以黄土高原冬小麦田生态系统为对象,基于人工降水模拟系列实验,采用静态箱-气相色谱法田间原位系统研究了降水变化(降水量、降水频率和季节分布)对土壤C02、CH4和N2O通量变化的影响规律,主要结果如下：1、不同降水量对土壤CO2和CH4排放的影响。试验设计在冬小麦拔节期和休闲期进行人工模拟降水试验,观测降水后0-72h土壤CO2和CH4排放对不同降水量(1、3、8、16和32mm)的短期响应。结果表明：降水后土壤CO2排放速率随降水量的增大而增强,1-16mm降水在降水后4h出现土壤CO2排放峰值,而32mm降水土壤C02排放峰值出现时间滞后了4h。土壤CO2排放速率(Rpi)脉冲强度随降水量(P)增大呈指数增加(拔节期：Rpi=0.97P0.09, R2=0.5, P16和32 mm)可以刺激土壤产甲烷菌活性促进CH4释放,在短期内使旱作农田土壤由单一的汇功能转变为汇源双重功能。2、夏闲期不同降水频率对土壤CO2和CH4排放通量的影响。试验设计在冬小麦夏闲期(60天)模拟每隔5天(I5)、10天(I10)和20天(I20)三个降水频率的降水,模拟降水总量(控制为240mm)不变,观测了不同降水频率降水后土壤CO2和CH4的通量特征。结果表明：不同频率I5、I10和I20处理单次降水后土壤CO2排放速率是降水前的4-5倍表现出显著的‘birch effect".随着降水次数的增加降水事件对土壤CO2排放的激发效应被削弱,降水频率越高削弱的越明显,且I5和I10土壤CO2累积释放量高于I20处理。土壤CO2通量和土壤水热因子呈非线性的关系,土壤水分解释了43%-76%的土壤CO2通量变化,且二者的相关性随降水间隔的增加而增强,Q10值随降水间隔的增加而降低,说明高频率降水处理土壤CO2通量的温度敏感性更高。高频率降水(I5处理)可以增强土壤氧化吸收大气CH4的速率,增强大气甲烷汇的功能。低频率降水(单次降水量提高)可以使冬小麦田在短时间内由大气CH4的汇转变为大气CH4的源。旱地农田土壤CH4通量强度受温度和水分的共同影响,不同降水频率的降水对土壤水分和温度的影响改变了土壤吸收氧化和产生CH4的过程,甚至改变了土壤对大气CH4的源汇功能。3、作物关键生育期增加降水对土壤温室气体排放和净综合增温潜势的影响。试验设计在自然降水的基础上再分别在冬小麦生育关键时期拔节期(5月8日)和孕穗期(5月28日)增加0mm (10)、8mm (18)、16mm (116)、32mm (132)和64mm(I64)的降水,探讨增加降水对土壤CO2、 CH4和N2O通量及其综合增温潜势和作物产量的影响。试验结果表明：旱作冬小麦田为大气CO2和N2O的排放源,是大气CH4的汇。生育关键期增加降雨使CO2的排放量增加了2.50%-9.07%,N2O的排放量增加了4.33%-11.68%,对CH4的排放量无显著影响。与IO相比,I8、I16、I32和I64处理冬小麦产量分别增加了24.46%、28.93%、31.70%和34.01%(p<0.05),地上生物量分别提高了13.74%、

关键词：温室气体排放降水变化 birch效应综合增温潜势旱作农田

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多重干湿交替对农田土壤碳循环的影响研究

多重干湿交替对农田土壤碳循环的影响研究

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作者：王君东华大学

学位级别：硕士

全球变暖是气候变化的主要标志,由此引起的温度与湿度的变化亦必将对土壤有机碳产生重要的影响。农田土壤有机碳变化已被认同是陆地生态系统对于二氧化碳源汇效应的重要依据。加之近年来不断出现的极端气候也警示我们有必要探究和预知... 详细信息

全球变暖是气候变化的主要标志,由此引起的温度与湿度的变化亦必将对土壤有机碳产生重要的影响。农田土壤有机碳变化已被认同是陆地生态系统对于二氧化碳源汇效应的重要依据。加之近年来不断出现的极端气候也警示我们有必要探究和预知这些过程中可能产生的变化,其中一个很重要的方面就是激烈的水循环(蒸发和降水)。这些改变将会影响干湿交替的强度和频率,从而影响农田土壤中微生物群落及它们参与的所有生理生化过程。为了探究多重干湿交替格局及土壤团聚体粒径对土壤碳循环的影响机理,本文通过室内孵育试验,其中试验一以三种不同团聚体粒径的表层土(0-20cm)为受试土壤,从呼吸速率,溶解性有机碳的释放及微生物生物量变化等方面重点研究了多重干湿交替循环及土壤团聚体粒径对birch效应的影响。结果表明：复水促进了土壤呼吸作用,增加了土壤微生物生物量,但对微生物量和呼吸产生的激增效应并没有持续很长时间。复水后3h呼吸速率达到峰值,并且随着干湿周期频率的增加而降低,其中大土粒经历四个干湿周期降低。不同土壤团聚体粒径对birch效应的影响强度不同,但二者并不是简单的线性关系。土壤团聚体能够保护部分有机质不被微生物分解矿化,多重干湿交替干扰了这种保护作用,提高了有机碳的生物相容性。birch效应中被矿化的有机碳更多是来自于新的有机质的暴露,部分来自干旱期微生物细胞内积累的溶质。值得注意的是随着干湿循环数的增加,被暴露的新的有机质在被矿化分解前可能还存在其它中间过程。试验二模拟自然的干湿交替循环,同时设置恒定含水量的对照试验,重点研究了缓慢干旱和快速复水的处理方式对土壤有机碳变化趋势的影响机理。结果表明与恒定含水量的对照组相比,多重干湿交替处理能够显著提高土壤的矿化作用,土壤中的微生物在复水后的24小时内迅速增加,四个干湿周期使得总的微生物生物量碳平均增加了45%左右。土壤中部分溶解性有机碳在复水后被微生物利用,降低幅度为10%-20%。但是在没有外源碳供给的情况下,四个干湿交替使得土壤总有机碳较原始水平降低了21%。综上所述,土壤经历干旱后复水,土壤呼吸作用及微生物生物量在数小时内显著增加。土壤团聚体对有机碳的分解矿化起到一定的保护作用,对于调动土壤有机碳有重要的影响。但多重干湿交替循环会破坏土壤团聚体的结构,被暴露的有机质进一步被微生物分解矿化,从而增加惰性有机碳的生物可利用性。溶解性有机碳在复水后有所增加,这可能来自微生物细胞复水后释放出的渗透调节物质,这些含碳化合物随后被幸存的微生物快速分解,释放出大量的C02。经过多重干湿循环,驱动土壤呼吸作用释放CO2的动力更多是来源于物理和化学过程,而不是严格意义上的生理过程。

关键词：多重干湿交替循环农田土壤有机碳 birch效应矿化碳溶解性有机碳微生物生物量碳微生物生物量土壤酶土壤团聚体

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