氮沉降对贝加尔针茅草原土壤酶活性的影响

草原土壤酶作为土壤中最活跃的组分,影响生态系统的物质循环过程,其活性能快速反映氮沉降对土壤环境的变化。以内蒙古贝加尔针茅草原为研究对象,于2010年开始实施模拟氮沉降试验,设置对照(N0,0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、低氮(N30,30 kg·hm~(-2)·a~(-1);N50,50 kg·hm~(-2)·a~(-1))、高氮(N100,100 kg·hm~(-2)·a~(-1);N150,150 kg·hm~(-2)·a~(-1);N200,200 kg·hm~(-2)·a~(-1))6种氮处理,研究不同氮沉降水平对贝加尔针茅草原土壤6种酶(脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、多酚氧化酶和蔗糖酶)活性影响。结果表明,0~10 cm土层,与对照相比,氮沉降处理均降低了土壤脲酶(1.32%~24.54%)、过氧化氢酶(10.34%~46.41%)、过氧化物酶(40.54%~271.43%)和蔗糖酶(2.88%~7.31%)活性。同一氮处理水平,不同深度土层的脲酶、酸性磷酸酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性表现为0~10 cm10~20 cm。相关分析表明,土壤含水量、p H、有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、微生物生物量碳和微生物生物量氮含量与酶活性具有显著相关性(P0.05)。以上结果表明,氮沉降通过改变草原土壤的环境因子,影响土壤酶活性。     

模拟氮沉降对武夷山亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的影响

大气氮沉降是全球变化的焦点问题之一,为研究大气氮沉降对森林生态系统土壤呼吸的影响,在武夷山亚热带常绿阔叶林进行人工模拟氮沉降,设置对照(N0,0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、低氮(N1,50 kg·hm~(-2)·a~(-1))、中氮(N2,100 kg·hm~(-2)·a~(-1))和高氮(N3,150 kg·hm~(-2)·a~(-1)),采用Li-6400分析系统测定土壤呼吸速率,同时测定土壤温度和土壤含水量,探讨氮沉降的背景下土壤温度和土壤含水量与土壤呼吸的关系。结果表明,(1)亚热带常绿阔叶林土壤呼吸速率具有明显的季节动态变化,土壤呼吸速率均为1月最低,8月最高。(2)常绿阔叶林土壤总呼吸存在明显的季节格局,总体呈单峰型,其峰值均出现在8月,重复测量方差分析结果显示,在生长季,氮沉降对土壤总呼吸均无显著影响(P0.05)。(3)常绿阔叶林土壤总呼吸与土壤温度呈显著的指数关系,其响应具体表现在,低高氮(N1,N3)处理和中氮(N2)处理在一定程度上分别提高和降低了土壤呼吸Q_(10)。N0、N1、N2、N3处理下土壤总呼吸的Q_(10)分别为1.52、1.57、1.44、1.56;土壤呼吸速率与0~5 cm和5~10 cm土层土壤含水量之间的关系用二次曲线拟合的效果最好,其决定系数R~2分别为0.156~0.354和0.239~0.387,明显低于土壤呼吸速率与土壤温度关系方程的R~2值,这表明土壤呼吸速率与土壤含水量之间的相关性较弱,由此可知土壤含水量对土壤呼吸的影响远小于土壤温度对土壤呼吸的影响。(4)N0、N1、N2和N3处理的土壤总呼吸年碳排放量分别为5.67、5.98、6.22和4.22 t·hm~(-2)·a~(-1),低氮和中氮处理的排放比对照高出5.46%和9.70%,低氮促进了土壤呼吸年通量,而高氮抑制了土壤呼吸年通量;方差分析结果表明,氮沉降对土壤呼吸、异养呼吸年通量有显著影响,其中N2对土壤呼吸、异养呼吸年通量影响最大(P0.05)。     

氮沉降对长白山白桦山杨天然次生林土壤微生物量碳氮和可溶性有机碳氮的影响

土壤理化性质易受氮沉降、温度变化、二氧化碳浓度等外界环境因子的影响,其中土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)和可溶性有机碳、氮(DOC、DON)作为土壤中高活性物质,更易受到诸如氮沉降等环境变化的影响,尤其是不同月份的温度和水分变化会对其产生显著影响。长白山白桦山、杨天然次生林对人工模拟氮沉降响应的控制试验始于2006年,共设计3个氮添加处理,即对照CK(N 0 kg·hm~(-2)·a~(-1))、低氮LN(N 25 kg·hm~(-2)·a~(-1))和高氮HN(N 50 kg·hm~(-2)·a~(-1)),每个处理重复3次。于2017年植物生长季(5-10月),按照不同土壤深度(上层0-10 cm和下层10-20 cm)分别对土壤pH、DOC、DON和MBC、MBN进行了分析。结果表明,(1)氮添加导致土壤pH显著降低(P0.05),变异系数随氮添加量逐步降低,且上、下层土壤表现一致。(2)氮沉降对上层土壤DOC表现为促进作用,对下层土壤DOC影响不显著(P0.05)。HN处理抑制上层土壤DON,而LN处理对5月和9月的上层土壤DON有促进作用,对6月和8月有抑制作用;LN处理促进下层土壤DON,而HN处理有抑制作用。(3)氮沉降在春季月份对MBC和MBN有抑制作用,秋季月份有促进作用;LN处理降低了夏季月份MBC和MBN,HN处理则差异不显著。(4)氮添加、月份、土壤深度以及三者之间的交互作用对土壤各指标都有显著影响,由此可见,单个月份的研究结果并不能代表整个生长季的总体变化趋势。故建议在开展土壤易发变化组分研究时,应同时关注时空变化对其的影响,并进行综合分析,才能确保研究结果的准确性和完整性。     

林冠氮添加和灌草去除对杉木生理生态特征的影响

氮素对植物的生长发育十分重要,但持续、过量的氮沉降将可能对植物乃至生态系统产生深远影响。去除林下灌草是常用的林业管理措施,然而氮添加与去除灌草交互对植物生理生态特征的影响还具有很大不确定性。以中亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,通过林冠氮添加(25kg·hm~(-2)·a~(-1))和林下灌草去除,设置对照(CK)、灌草去除(UR)、氮添加(N)和氮添加加灌草去除(UR×N)处理。以正常生长、无病虫害的标准木为样本,通过测定杉木叶片饱和光强净光合速率(A_(sat))、气孔导度(G_s)、叶绿素相对含量、全氮、全磷及非结构性碳水化合物含量以及δ~(13)C来探讨氮添加及灌草去除对杉木生理生态特征的影响。结果表明,经过两年处理,林冠氮添加、灌草去除及其交互处理对杉木叶片的光合参数、叶片养分(氮、磷)、非结构性碳水化合物含量等各项指标均未有显著影响。N处理使杉木叶片的光合氮利用效率(PNUE)和光合磷利用效率(PPUE)较CK处理分别下降了30.1%、28.9%,而N×UR处理可以使PNUE和PPUE分别较N处理上升17.1%和13.6%。N处理使杉木叶片瞬时水分利用效率提高了15.9%。林冠氮添加、灌草去除及其交互处理对杉木人工林的影响可能是一个缓慢而长期的过程,短时间内(2年)不会对杉木生理生态特征产生显著的影响,但在实际的杉木人工林经营过程中,可以通过适当的氮添加,提高杉木人工林的抗旱性。研究结果可为全球变化背景下的杉木人工林的可持续经营措施的选择提供理论依据。     

贝加尔针茅草原羊草光合特征对氮沉降的响应

以贝加尔针茅草甸草原优势种羊草(Leymus chinensis)为研究对象,通过设置氮沉降量分别为0 kg·hm~(-2)(CK)、30 kg·hm~(-2)(N30)、50 kg·hm~(-2)(N50)、100 kg·hm~(-2)(N100)、150 kg·hm~(-2)(N150)的5个处理进行连续6 a(2010—2015年)模拟氮沉降的野外控制试验,测定羊草光合特性和叶片功能特性对氮沉降的响应。结果表明:N30、N50、N100、N150处理羊草的光饱和点(LSP)分别比CK处理低40.32%、19.73%、38.18%、37.75%,差异达显著水平(P0.05)。N30、N50、N100、N150处理羊草的最大净光合速率(P_(nmax))分别比CK处理低22.51%、48.56%、27.43、50.72%,差异达显著水平(P0.05)。N30、N50、N100、N150处理羊草叶片N含量(N_(mass))、叶片P含量(P_(mass))和建成成本(CC_(mass))均显著高于CK。N30、N50、N100和N150光和能量利用效率(PEUE)和光合氮利用效率(PNUE)均显著低于CK。5种氮素处理羊草P_(nmax)与PNUE、PEUE呈极显著正相关,叶片N_(mass)与比叶面积(SLA)、P_(mass)、CC_(mass)呈极显著正相关,CC_(mass)与SLA之间呈极显著正相关。综合研究表明,氮沉降持续增加会降低羊草的PEUE和PNUE,提高叶片CC_(mass)和叶片N/P比值。     

模拟氮沉降对云杉人工林土壤有机碳组分及理化性质的影响

大气氮沉降已成为目前全球性的环境问题之一。氮沉降可能影响森林生态系统碳循环的过程,研究氮沉降对森林土壤有机碳库的影响,有利于正确评估森林生态系统碳循环过程及其对全球气候变化的响应。为探究氮沉降对森林生态系统碳循环的影响,以四川云杉Picea asperata人工林为研究对象,研究了氮沉降(N0,N 0 kg·hm~(-2)·a~(-1);N1,N 60 kg·hm~(-2)·a~(-1);N2,N 120 kg·hm~(-2)·a~(-1);N3,N 240 kg·hm~(-2)·a~(-1))对云杉人工林土壤有机碳组分的影响。结果表明,模拟氮沉降处理下,土壤总孔隙度(TPO)与土壤容重(BD)变化趋势相反;土壤pH值变化范围在6.58~7.02之间,随N浓度的增加而降低。土壤养分(有机碳SOC、全氮TN、全钾TK、有效磷AP和有效钾AK)和有效养分均呈现出一致性规律,随着N浓度的增加而增加,模拟氮沉降处理下土壤全磷含量差异均不显著(P0.05)。与对照相比(N0),土壤易氧化有机碳(EOC)、颗粒有机碳(POC)、轻组有机碳(LFOC)、水溶性有机碳(WSOC)和微生物量碳(SMBC)明显受氮沉降的影响。EOC、POC、轻组有机碳(LFOC)和WSOC均呈现出一致性规律,随N处理水平的增加而增加。EOC/SOC比例和微生物熵(MBC/SOC)均随N浓度的增加而增加。通径分析结果表明:1~0.05 mm粒径和TPO对土壤有机碳组分产生直接效应;0.002 mm和pH对土壤有机碳组分产生间接效应;土壤理化性质对土壤有机碳组分产生的总效应值具体表现为1~0.05 mmpHTPO=(0.002)mmBD0.05~0.002 mm;土壤养分对土壤有机碳组分产生直接和间接负作用,其中SOC、TN和AK对土壤有机碳组分产生直接效应;TK和AP对土壤有机碳组分产生间接效应;总效应值大小依次为SOCTNAKTKTPAP。综合分析表明,氮沉降有利于云杉人工林土壤有机碳组分稳定性的提高,利于土壤有机碳的累积。     

氮沉降对城市绿地植物及土壤养分的影响初探——以果岭草(Cynodon dactylon)为例

大气氮沉降是近年来全球变化研究的焦点问题之一,大量而持续的氮沉降对陆地生态系统造成了广泛的影响,但关于氮沉降对城市绿地生态系统的影响及其机制仍然缺少足够的研究。通过模拟氮沉降控制试验,以NH_4NO_3作为外加氮源,设置了N0、N1、N2和N3(分别相当于氮沉降0、5、10、15 g·m~(-2)·a~(-1))4个不同处理,历时12个月,探讨不同程度氮沉降增加对典型城市绿化物种果岭草(Cynodon dactylon)生长状况及土壤化学性质的影响。研究结果表明:(1)氮沉降量为5 g·m~(-2)·a~(-1)时,果岭草地上、地下生物量以及植株密度最大;氮沉降量为10 g·m~(-2)·a~(-1)时,株高最高;根冠比随着施氮量的增加呈减小趋势;适量氮沉降处理有利于植株的生长以及生物量的积累;同时,降水的季节变化可能影响植物对氮的吸收利用;(2)城市绿地土壤pH值随施氮量的增加呈减少趋势,低度适量的氮沉降作用于城市碱性土壤可以中和土壤酸碱度,调节土壤pH值;(3)施氮处理使得城市绿地土壤中的有效氮含量和城市绿地生产力得到一定程度提高。本研究结果证明氮沉降将对城市绿地植物及土壤理化性质产生持续的影响,同时一定程度的氮沉降对城市绿地植物生产力的提高具有促进作用。     

氮沉降增加对贝加尔针茅草原土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物是草原土壤生态系统的重要组成部分。为研究氮沉降增加对草原土壤微生物群落结构的影响,以内蒙古贝加尔针茅草原为研究对象,开展连续6年(2010—2015年)模拟氮沉降试验,以N计算,设置:N0(0 kg·hm~(-2))、N50(50kg·hm~(-2))、N100(100 kg·hm~(-2))、N150(150 kg·hm~(-2))和N300(300 kg·hm~(-2))5个处理,采用磷脂脂肪酸(PLFA)技术测定0~10 cm土壤特征微生物PLFA生物标记数量并探讨土壤微生物群落结构对氮沉降的响应。结果表明:随氮添加量增大,土壤微生物总PLFAs、细菌PLFAs、革兰氏阳性细菌PLFAs、革兰氏阴性细菌PLFAs和放线菌PLFAs含量呈先升高后降低的趋势,均以N100(100 kg·hm~(-2))处理最高。土壤微生物群落PLFA标记的主成分分析显示,不同氮添加下土壤微生物PLFA标记有显著差异。相关分析表明,土壤革兰氏阳性菌、放线菌PLFA含量、G~+/G~-与土壤p H值呈显著负相关,土壤微生物总PLFAs、土壤细菌PLFAs、革兰氏阳性菌PLFAs、革兰氏阴性菌PLFAs、放线菌PLFAs和饱和脂肪酸PLFAs含量均与土壤速效磷含量呈显著正相关。综合研究表明,连续6年氮添加改变了贝加尔针茅草原土壤微生物群落结构,土壤p H值和土壤速效磷含量是驱动这种变化的主要因素。     

模拟氮沉降对温郁金养分吸收及生长的影响

为了解不同程度的氮沉降对温郁金养分吸收及生长的影响,通过向道地中药材温郁金(Curcuma wenyujin Y.H.Chen et.C.Ling)施加N 0 kg hm~(-2) a~(-1)(CK)、501 kg hm~(-2)a~(-1)(T_(50))、1001 kg hm~(-2)a~(-1)(T_(100))、150 kg hm~(-2)a~(-1)(T_(150))4个浓度梯度的NH4NO3模拟氮沉降,取样测定温郁金的养分含量、生长指标、光合指标等.结果表明:(1)模拟氮沉降对温郁金总氮含量、各部位氮磷钾含量和分配以及N/K值无影响,8、9、12月氮沉降处理的磷含量显著(P0.05)低于CK,7、8月T_(100)和T_(150)处理的钾含量显著(P0.05)高于CK,T_(100)和T_(150)处理能够增大N/P比值降低P/K值;(2) 8、9、10月氮沉降对温郁金地上部分生长和毛根数量具有显著(P0.05)促进作用,对主根茎无影响,7、8、9月氮沉降使叶绿素a和胡萝卜素含量显著(P 0.05)降低;氮沉降对温郁金的叶绿素b含量和气孔导度(Gs)无影响,但能够显著(P 0.05)增大光合面积和净光合速率(P_n);氮沉降能够显著(P0.05)促进温郁金地上生物量的增长,在9、10月能够显著(P0.05)促进温郁金地下和全株生物量的增长,对地上与地下生物量的比值、药材产量以及药用成分无影响.综合看来氮沉降对温郁金营养元素吸收有一定的影响,能够促进植株生长;结果可为亚热带氮沉降加重环境下温郁金田间施肥管理和扩大温郁金在轻度酸雨区的栽培面积提供数据参考.(图7表2参44)     

10年模拟氮沉降对苦竹林根际与非根际土壤铝组分的影响

长期高速率的氮(N)沉降将大量的活性N输入到陆地生态系统,使得部分森林生态系统的土壤酸化问题日益严重。酸化导致的土壤中交换性铝(Al)的增加直接威胁着植物生长和生态系统安全。为探索长期不同N沉降情形下竹林土壤Al组分的响应,于2007年10月在苦竹(Pleioblastus amarus)林中建立模拟N沉降样地,分别设置对照(CK,N0 g·m~(-2)·a~(-1))、低N(LN,N 5 g·m~(-2)·a~(-1))、中N(MN,N 15 g·m~(-2)·a~(-1))和高N(HN,N 30 g·m~(-2)·a~(-1))4个处理,每个处理设置3个重复。在连续10 a的N添加处理后,于2017年7月采集0—10 cm根际与非根际土壤样品并测定土壤pH和土壤Al组分。结果表明,模拟N沉降显著降低了根际土壤pH,HN处理显著降低了非根际土壤pH。在对照处理下,根际土壤pH比非根际大0.56个单位。模拟N沉降对根际交换态Al组分含量有显著的影响,对碳酸态Al、有机络合态Al、铁锰氧化态Al和残留态Al组分含量无显著影响;模拟N沉降对非根际土壤的各个Al组分含量无显著影响。相关性分析结果表明根际土壤与非根际土壤的pH均与交换态Al组分含量呈极显著的负相关关系,根际土壤pH与有机络合态Al组分含量呈显著的负相关关系,与其余Al组分含量无显著相关性。研究结果表明长期N沉降导致的土壤酸化使得土壤交换态Al显著增加,苦竹根系或将遭受到Al毒害,对竹林生态系统健康存在潜在危害。     

兴安落叶松林球囊霉素相关土壤蛋白含量对年际间模拟氮沉降的响应

球囊霉素相关土壤蛋白(Glomalin-related soil protein,GRSP)的变化情况是评价和指示土壤碳(C)库动态变化的重要指标。了解大气氮(N)沉降增加背景下GRSP的变化机制对于阐明土壤C循环的驱动因素具有重要意义。于2011年5月开始,在大兴安岭进行野外N沉降试验,共设置4个水平N添加处理,分别为对照(Control,0 g·m~(-2)·a~(-1))、低N(LN,2.5 g·m~(-2)·a~(-1))、中N(MN,5 g·m~(-2)·a~(-1))和高N(HN,7.5 g·m~(-2)·a~(-1))处理,探索GRSP对N沉降的影响机制。结果表明,(1)对于易提取球囊霉素(EE-GRSP),所有施N水平都增加了其在土壤中的含量;对于总球囊霉素(T-GRSP),LN和MN表现为显著促进作用(P0.05),HN表现为抑制作用。(2)T-GRSP与EE-GRSP含量与SOM均表现出显著正相关关系(P0.05)。施N使GRSO对土壤有机质(SOM)的贡献率增加了0.59%-1.07%。低中水平N沉降(LN和MN)显著促进了土壤有机质(SOM)的积累(P0.05),高水平N沉降(HN)处理则表现为抑制。此外,大兴安岭兴安落叶松林GRSP对SOM的贡献率相对较低。(3)在气候变化背景下,低中水平N沉降能通过提高GRSP的量促进SOM的累积,而高水平N沉降则通过减少GRSP的量从而降低土壤总SOM。低中水平N沉降可以增加GRSP和SOM含量,进而提高生态系统固C潜力,减缓大气CO_2浓度升高带来的压力。     

模拟氮沉降下滇中亚高山森林凋落物养分元素释放特征

凋落物的养分元素释放在森林生态系统养分循环中起到了重要作用。森林生态系统受氮沉降的影响在近几十年内正显著增加,开展氮沉降背景下不同林分凋落物养分释放的研究,可为预测该区域森林生态系统养分循环及对氮沉降增加的响应提供理论依据。采用凋落物分解袋法,以滇中亚高山常绿阔叶林、高山栎(Quercus semicarpifolia)、华山松(Pinus armandii)和云南松(Pinus yunnanensis)4种林分的凋落叶和枝为研究对象,设置不同氮沉降水平,分别为对照(CK,N 0 g·m~(-2)·a~(-1))、低氮(LN,N 5 g·m~(-2)·a~(-1))、中氮(MN,N 15 g·m~(-2)·a~(-1))和高氮(HN,N 30 g·m~(-2)·a~(-1)),探究4种林分凋落物营养元素释放特征、影响因素以及生态化学计量比对不同氮沉降水平的响应特征。结果表明:氮沉降12个月后,氮沉降抑制凋落叶和枝C、N元素的释放;除华山松外,氮沉降抑制其他3种林分类型P元素的释放;K元素的释放则在各林分中表现为LN促进,MN和HN抑制。各氮沉降水平降低了各林分凋落物的C/N(1.34%—37.15%)以及高山栎林和云南松林的C/P(2.29%—24.34%),LN与MN下华山松林、LN下常绿阔叶林的C/P显著提高(1.26%—7.37%)。双因素和冗余分析表明,4种林分下凋落叶和枝的元素释放受林分类型的影响最大,受施氮水平的影响次之。可见,模拟氮沉降在凋落叶和枝的分解过程中起到了抑制作用,且在不同林分间差异显著。     

碳、氮添加对高寒草甸植物群落物种多样性和生物量的影响

氮素对青藏高原高寒草甸植物群落结构和生物量的影响尚存争议,而外源碳对青藏高寒草甸植物群落结构和生物量的影响鲜见。该研究在西藏那曲封育草甸开展为期4年的多梯度碳(蔗糖)、氮(尿素)添加试验,探究碳、氮添加对高寒草甸植物群落物种多样性特征、生物量以及群落物种多样性指数与生物量之间的相关关系。结果表明,(1)碳×氮交互作用对高寒草甸植物群落地上生物量有显著增加的作用(P0.05),与对照4年地上部分植物生物量总和(549.1 g·m~(-2))相比,在N100 kg·hm~(-2)、C60kg·hm~(-2)、C120 kg·hm~(-2)添加处理下,4年地上部分植物生物量总和增加到了747.5、692.6、730.4g·m~(-2)。其中N100 kg·hm~(-2)、C60kg·hm~(-2)×N 50 kg·hm~(-2)×C 60 kg·hm~(-2)×N100 kg·hm~(-2)、C 60 kg·hm~(-2)×N 100kg·hm~(-2)和C 120kg·hm~(-2)×N 100 kg·hm~(-2)添加处理对高寒草甸植物群落地上生物量的影响不显著。(2)4年碳、氮添加研究结果显示,碳、氮分别添加以及碳氮交互作用对高寒草甸植物群落物种多样性没有显著影响。(3)地上植物群落生物量与群落物种多样性指数之间从2011到2014年均没有显著的相关关系。4年地上部分植物生物量总和与4年总体植物群落物种多样性指数之间有显著的负相关关系(P0.01),但相关性较为微弱(r~2=0.159)。     

华山松林凋落物养分释放及土壤生态化学计量特征对模拟氮沉降的短期响应

研究模拟氮(N)沉降下森林生态系统凋落物-土壤C/N/P化学计量特征,对探究在全球气候变化背景下森林生态系统物质循环内在机理具有重要科学意义。以滇中亚高山华山松林(Pinus armandii forest)为研究对象,采用尼龙网袋法于2018年2月—2019年1月在华山松林开展模拟N沉降下凋落叶、枝原位分解试验,分别设置4个N沉降水平:对照CK(N 0g·m~(-2)·a~(-1))、低氮LN(N 5 g·m~(-2)·a~(-1))、中氮MN(N 15 g·m~(-2)·a~(-1))和高氮HN(N 30 g·m~(-2)·a~(-1))。结果表明:华山松林凋落叶和枝C元素均为直接释放模式;凋落叶和枝N元素分别为淋溶-富集-释放和富集-释放模式;凋落叶和枝P元素分别为淋溶-富集-释放和富集-释放模式;凋落叶的C、N、P养分释放速率(40.71%、53.83%、47.06%)均高于凋落枝(20.98%、22.04%、13.15%);各N处理下,凋落叶和枝C释放速率均表现为LNMNCKHN;N沉降总体增加了凋落叶C、N含量,但对P含量无显著影响;N沉降显著降低了凋落叶ω_((C))/ω_((N))和ω_((N))/ω_((P))、凋落枝ω_((C))/ω_((N));凋落叶、枝N、P含量与土壤N、P含量密切相关,土壤P对凋落叶化学计量影响最大,土壤N对凋落枝化学计量影响最大,土壤C对凋落物化学计量影响最小。在短期内N沉降能抑制凋落物分解过程中C、N、P的释放,但对土壤化学计量特征无明显影响,滇中华山松林凋落物分解过程中的化学计量变化特征及养分释放的研究有助于了解森林生态系统对N沉降的响应机理,特别是土壤N、P对凋落物分解的影响将为后续研究的重点内容。     

北方森林凋落物动态对长期氮沉降的响应

森林凋落物是生态系统生产力的重要组成成分,对生态系统物质循环和养分平衡起着促进作用。近些年来日益增加的氮(N)沉降对生态系统稳定构成一定威胁,因此了解大气N沉降增加背景下凋落物动态变化对于预测森林碳循环对气候变化的响应具有重要意义。以连续施N 7年的兴安落叶松林(Larix gmelinii)为研究对象,观测4年(2014-2017)森林凋落物的生产量,旨在探求森林凋落物年际动态变化驱动因子及其对N沉降的响应。以NH4NO3为外施氮源,设置对照(CK:0g·m~(-2)·a~(-1))、低氮(LN:2.5g·m~(-2)·a-~(1))、中氮(MN:5g·m~(-2)·a-~(1))和高氮(-HN:7.5g·m~(-2)·a-~(1))等4种处理,每个处理包括3个重复(n=3)。结果表明,(1)凋落物总量和兴安落叶松凋落叶量的年际动态变化驱动因子为生长季月平均温度,而枝、果实及其它繁殖器官凋落量与年最大风速显著相关。(2)年际凋落量的大小顺序为:2015(3.15±0.31)t·hm~(-2)·a-~(1)2016(3.10±0.25)t·hm~(-2)·a-~(1)2014(2.83±0.31)t·hm~(-2)·a-~(1)2017(1.48±0.25)t·hm-2·-a1,各组分凋落量所占比例大小顺序均为兴安落叶松叶阔叶枝果实及其他繁殖器官;施N处理对总凋落量和兴安落叶松凋落叶产生抑制作用,且凋落量随N浓度增加而逐渐降低,然而不同施N处理对枝、果及其它繁殖器官凋落量作用不明显。(3)N沉降对兴安落叶松凋落叶中C、N、P含量及C/N影响不同:凋落叶C含量整体年际动态变化不明显,且施N对凋落叶中C含量无影响;凋落叶N和P含量在不同年份呈现不同的变化趋势,总体上施氮增加了凋落叶N含量却降低了P含量;凋落叶C/N在各个年份对N添加响应有所不同,主要表现为施N降低了凋落叶C/N。(4)凋落叶N归还量在年际间随着N浓度不同呈现一定的波动,N沉降降低了凋落叶C和P的年际归还量,且表现出N浓度越高,归还量越低的趋势。     

10年氮添加未显著影响苦竹林土壤磷组分

土壤磷(P)的可利用性是影响植物生长发育的重要因素。以研究氮(N)添加对土壤P组分的影响为切入点,探讨长期N沉降增加对竹林生态系统中土壤P素可利用性及P循环的影响,对预测该区域大气N沉降持续增加背景下人工竹林系统P素状态的变化具有重要意义。于2007年10月在苦竹(Pleioblastus amarus)林中建立模拟N沉降试验样地,设置对照(CK,0g·m~(-2)·a~(-1))、低N(LN,5g·m~(-2)·a~(-1))、中N(MN,15g·m~(-2)·a~(-1))和高N(HN,30g·m~(-2)·a~(-1))4个处理,每个处理设置3个重复。从2007年10月—2017年10月,每月下旬进行N添加处理。在连续N添加处理10a后,于2017年4月采集0~10cm土壤样品并测定土壤P组分、土壤微生物生物量P含量、土壤酸性磷酸酶活性及土壤pH。结果表明:该苦竹林土壤总P质量分数为0.64mg·g~(-1),其中残渣P约占77.0%,有机P占15.0%,无机P占8.0%。CK处理下,碳酸氢钠和氢氧化钠提取的无机P组分(NaHCO3-Pi和NaOH-Pi)质量分数分别为0.26mg·kg~(-1)和4.26mg·kg~(-1),N处理分别使其增加了100.0%~157.7%和43.2%~70.0%,但未达到统计学显著水平(P0.05)。另外,N添加处理未显著影响土壤pH、土壤酸性磷酸酶活性和土壤微生物生物量P(P0.05)。研究结果表明,长期N添加未显著影响苦竹林土壤酸性磷酸酶活性、土壤总P含量以及各个P组分的分配(P0.05),这说明长期N添加未显著影响土壤P素可利用性。在未来一段时间内,该林分的P素循环可能不会受到大气N沉降增加的强烈影响。     

施氮对海南橡胶林土壤碳排放的影响

阐明不同生态系统土壤呼吸碳排放特征及其影响因子,对于评估陆地生态系统碳平衡具有重要作用。当前,人们对不同生态系统土壤呼吸对施氮或氮沉降的响应的认识还很不一致。虽然目前已对橡胶(Hevea brasiliensis)林土壤呼吸进行了较多的研究,但对施氮对橡胶林土壤呼吸的影响还了解得不多。采用静态碱液吸收法,研究了4种施氮水平下(不施氮,N0;低氮100 kg·hm~(-2),N100;中氮230 kg·hm~(-2),配施有机肥氮30 kg·hm~(-2),N230;高氮400 kg·hm~(-2),N400)海南橡胶林土壤呼吸的碳排放速率、通量及其影响因子。结果表明,橡胶林土壤呼吸的碳排放速率具有明显的季节变化特征,全年呈多峰型曲线。土壤呼吸碳排放速率与施氮量、土壤湿度和土壤温度均存在显著或极显著相关性。不同施氮处理土壤碳排放速率介于1.27~1.96 g·m~(-2)·d~(-1),年排放通量介于4.62~7.12 Mg·hm~(-2)·a~(-1)。与不施氮处理相比,较低的施氮水平(N100)并没有显著影响土壤呼吸,而继续增施氮肥则显著激发了橡胶林土壤碳排放。与N100和N400相比,N230化肥配施有机肥并没有引起土壤碳排放的显著增加。综上所述,施氮能促进橡胶林土壤呼吸碳排放,但其促进程度与施氮量有关。     

农田生态系统大气氮、硫湿沉降通量的观测研究

2007年10月至2008年9月,借助自动降雨收集器(APS-2A)及自动气象观测站(VSALA-M52),在中国科学院红壤生态实验站(江西鹰潭)农田区内定位采集雨水样本,探讨了大气氮、硫湿沉降特征,估算了大气氮、硫的湿沉降向农田生态系统的输入通量.结果表明,雨水中氮、硫素的月质量浓度变异较大,全氮(T-N)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和硫(SO_4~(2-)-S)的月质量浓度,即ρ(T-N)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(NO_3~-N)和ρ(SO_4~(2-)S)分别为1.09～7.84、0.64~6.25、0.34～1.83和0.95～7.64mg·L~(-1),均与降水呈负相关,其中ρ(T-N)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(SO_4~(2-)-S)与降水的相关性达到比较显著水平(n=11,p<0.10).湿沉降月通量F(T-N)、F(NI_4~+N)、F(NO_3~--N)和F(SO_4~(2-)-S)分别为1.0～7.84、0.64～6.25、0.17～1.54和1.22～9.15 kg·hm~(-2),均与降水呈正相关,其中F(T-N)、F(NH_4~+-N)和F(SO_4~(2-)-S)与降水的相关性均达到显著水平(n=11,p<0.05).季节上,雨水氮、硫浓度及湿沉降氮、硫通量均呈冬春>夏秋的特性.湿沉降向农田生态系统输入N 35.94 kg·hm~(-2)·a~(-1)和S45.93 kg·hm~(-2)·a~(-1),其中NH4~+-N的年沉降通量为22.92 kg·hm~(-2),占湿沉降氮总量的63.75%.     

氮沉降对杉木人工林凋落物叶分解过程中养分释放的影响

凋落物的养分释放是生态系统养分循环的重要组成部分,是维持森林生态系统养分平衡的关键过程。近几十年来,森林生态系统正受到氮沉降增加的影响,开展氮沉降全球化背景下凋落物养分释放的研究,有助于揭示森林养分循环对氮沉降的响应机制。以亚热带有代表性的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林(福建官庄国有林场1992年造林)为研究对象,自2004年1月开始进行氮沉降模拟试验,设置4个氮沉降处理,分别为0(N0)、60(N60)、120(N120)、240(N240)kg·hm~(-2)·a~(-1),采用分解袋法进行原位分解试验,将分解袋随机投放至林地表面,每隔60天取样1次,共持续660 d,探讨凋落物叶在分解过程中养分(P、K、Ca、Mg、Mn、Zn、Fe)的释放动态。结果表明,在模拟氮沉降初期,氮沉降总体上促进了养分元素的释放,相对于N0处理,氮沉降分别使K的周转期缩短22.14%-26.09%,Ca周转期缩短15.31%-34.59%,Mg的周转期缩短5.25%-27.03%,Mn的周转期缩短17.85%-46.80%,Zn的周转期缩短20.51%-33.18%;就P和Fe而言,仅有N_2处理对其表现为促进作用,周转期分别缩短11.02%和26.01%。在各氮沉降水平中,120 kg·hm~(-2)·a~(-1)的施入量对凋落物养分释放作用最显著,说明此时杉木人工林还未达到氮饱和状态,随着时间的推移,当杉木人工林生态系统达到氮饱合时,则有可能对凋落物的养分释放产生不利的影响。     

施氮水平对河套灌区套作小麦-玉米土壤微生物量碳、氮的影响研究

通过田间试验研究了河套灌区套作小麦(Triticum aestivum L.)-玉米(Zea mays L.)在不同施氮水平下(小麦N0 0 kg·hm~(-2)、N1 90 kg·hm~(-2)、N2 180 kg·hm~(-2)、N3 270 kg·hm~(-2);玉米N0 0 kg·hm~(-2)、N1 135 kg·hm~(-2)、N2 270 kg·hm~(-2)、N3 405 kg·hm~(-2))土壤微生物量碳、氮的变化规律,为农业生产中定量施氮提供有益的生物参数和指标。结果表明:小麦全生育期内土壤微生物量氮、碳含量呈现出"升-降-升"趋势,抽穗期土壤微生物量氮达到最大值,灌浆期的下降幅度最大,土壤中的养分被小麦大量吸收消耗,此时微生物矿化出一部分微生物量氮以供作物吸收利用,土壤微生物量含量大幅下降。玉米土壤微生物量氮、碳含量随生育期进程推进而先增加后降低,在抽雄期出现峰值,土壤中的有效养分充足,同时,根系代谢活动旺盛,分泌物增多,使微生物代谢加快,为微生物的生长和繁殖提供了充足的营养环境。套作小麦-玉米土壤微生物量碳、氮含量均随着施氮水平的升高呈现出先增加后降低的趋势,在N2(小麦180 kg·hm~(-2)、玉米270 kg·hm~(-2))水平下,土壤微生物量碳、氮含量最高。N2处理的小麦微生物量碳较N0增加了53.7%,微生物量氮则是N0的3.29倍;N2处理的玉米微生物量碳、氮分别是N0的2.61、5.38倍。回归分析表明,土壤微生物量与施氮量之间表现为显著的二次型回归关系,适宜的氮肥施用量对微生物量碳、氮的负效应较低;根据边际分析及综合土壤微生物量碳、氮,推荐小麦最佳施肥量为165.9~187.5 kg·hm~(-2),玉米最佳施肥量为227.5~287.9 kg·hm~(-2)。