Spatial variations of soil respiration and temperature sensitivity along a steep slope of the semiarid Loess Plateau

Abstract

The spatial heterogeneity of soil respiration and its temperature sensitivity pose a great challenge to accurately estimate the carbon flux in global carbon cycling, which has primarily been researched in flatlands versus hillslope ecosystems. On an eroded slope (35°) of the semiarid Loess Plateau, soil respiration, soil moisture and soil temperature were measured in situ at upper and lower slope positions in triplicate from 2014 until 2016, and the soil biochemical and microbial properties were determined. The results showed that soil respiration was significantly greater (by 44.2%) at the lower slope position (2.6 μmol m–2 s–1) than at the upper slope position, as were soil moisture, carbon, nitrogen fractions and root biomass. However, the temperature sensitivity was 13.2% greater at the upper slope position than at the lower slope position (P < 0.05). The soil fungal community changed from being Basidiomycota-dominant at the upper slope position to being Zygomycota-dominant at the lower slope position, corresponding with increased β-D-glucosidase activity at the upper slope position than at the lower slope position. We concluded that soil respiration was enhanced by the greater soil moisture, root biomass, carbon and nitrogen contents at the lower slope position than at the upper slope position. Moreover, the increased soil respiration and decreased temperature sensitivity at the lower slope position were partially due to copiotrophs replacing oligotrophs. Such spatial variations along slopes must be properly accounted for when estimating the carbon budget and feedback of future climate change on hillslope ecosystems.

Soil moisture controls the spatio-temporal pattern of soil respiration under different land use systems in a semi-arid ecosystem of Delhi, India

“…The S M can limit the widely accepted positive linear and exponential relationship between the S R and S T by limiting the soil microbial activity (S MA ) under low moisture conditions (Wang et al 2014). Therefore, in such an ecosystem, both the S T and S M strongly influence respiration rates, and their relative importances can vary seasonally and spatially (Reichstein et al 2002;Sun et al 2018). Hence, we assume that the S R in semi-arid ecosystems is limited by the S M and S MA in the different land use/land cover systems.…”

Flujo de CO2 del suelo bajo diferentes coberturas de la Reserva Forestal Protectora Bosque Oriental de Bogotá

“…La relación positiva encontrada entre el flujo de CO 2 y la temperatura del ambiente se ha reportado en otros estudios como el de Murcia, et al (2012), quienes concluyeron que los cambios en la temperatura media del ambiente pueden afectar las tasas de respiración diurna en mayor medida que la humedad relativa. Por otra parte, también se encontraron relaciones positivas con la temperatura del suelo, lo cual concuerda con lo reportado en la literatura, pues se ha encontrado que si aumenta la temperatura del suelo, el flujo de CO 2 se incrementa, puesto que induce a cambios en las tasas de respiración de las raíces y de descomposición de la materia orgánica (Wang, et al, 2010;Carvalho, et al, 2016;Grand, et al, 2016); asimismo, se ha encontrado que la relación de la respiración del suelo con la temperatura se observa cuando el contenido de agua del suelo no es una variable limitante (Luo & Zhou, 2006). Esto explica la correlación entre la temperatura y la humedad, descrita ampliamente, y que afecta la respiración del suelo (Luo & Zhou, 2006).…”

“…En múltiples publicaciones se ha reportado que el flujo de CO 2 del suelo tiene una gran variabilidad temporal (Murcia & Ochoa, 2008;Merbold, et al, 2011;Decina, et al, 2016), y espacial (Jordan, et al, 2009), ya que son múltiples los factores y procesos que pueden determinarlo, por ejemplo, las diferencias en el rango altitudinal en el que se evalúe, pues a mayor altitud disminuye el flujo de CO 2 del suelo (Carvahlo, et al, 2016;Sun, et al, 2018), lo cual se corroboró en el presente estudio al relacionar el flujo de CO2 del suelo con los datos de elevación.…”

“…Otros factores que se sabe que influyen en la respiración del suelo son el tipo de vegetación o las diferencias en el dosel, como es el caso de lo observado por Carvalho, et al (2016), quienes determinaron que las diferencias en el dosel de sistemas agroforestales cambiaron el microclima y produjeron variaciones espaciotemporales en el flujo de CO 2 del suelo. Otros autores han encontrado que las diferencias en las dinámicas del CO 2 del suelo pueden deberse a las especies de plantas que se encuentren en la superficie (van Haren, et al, 2010), En este estudio no se tuvo en cuenta este factor, pero puede haber influido en los resultados aquí descritos, ya que las diferentes coberturas evaluadas presentaron diferentes tipos de dosel y de especies dominantes.…”

“…43(167):234-240, abril-junio de 2019 del cambio climático (Lal, 2004;Carvajal, et al, 2009;Rodríguez, 2016). Se ha encontrado que la respiración del suelo está relacionada con la cobertura de la vegetación (Riveros-Iregui, et al, 2008;Decina, et al, 2016;Sánchez, 2016), con las comunidades vegetales (Metcalfe, et al, 2011), con el estado de sucesión (Wang, et al, 2015), con las especies vegetales dominantes en el ecosistema (van Haren, et al, 2010) y con los cambios en el uso del suelo (Raich & Schlesinger, 1992;De Jong, 2001;Lal, 2004;Pacific, et al, 2008;Oyonarte, et al, 2012;Scharlemann, et al, 2014).…”