增温对高寒灌丛土壤呼吸不同组分的影响机制

陆地生态系统土壤呼吸对气候变暖的响应研究方面目前还没有一致的结论,其原因可能为土壤呼吸不同组分对土壤温度变化的敏感性及相应的非生物和生物机制存在显著差异。文章分别从非生物因素和生物因素系统地论述了增温对青藏高原东部窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)高寒灌丛土壤呼吸不同组分的影响机制,发现增温可通过提高土壤微生物群落和植物根系的生理活性直接促进土壤异养呼吸和根系呼吸。同时增温能通过改变非生物因子影响土壤呼吸各组分速率,如增温显著提高土壤养分含量和土壤酶活性,进而间接促进土壤呼吸;而增温引起土壤水分含量较小程度的降低不足以抑制土壤呼吸过程。增温还能通过改变植物群落生产和土壤微生物群落结构等生物因子影响土壤呼吸各组分速率,如增温导致植物细根生产量、死亡量和分解速率提高,非根际土壤微生物生物量与活性增加;增温还导致土壤微生物功能群向革兰氏阳性菌和放线菌群落转变,从而导致土壤微生物对土壤惰性有机碳的利用增加。受根际土壤可利用碳含量较高的影响,根际微生物呼吸对增温的响应不敏感,增温对根际微生物生物量的影响也不显著。由此可见,在青藏高原东部高寒灌丛生态系统中,气候变暖将通过改变非生物与生物因子影响土壤呼吸等碳释放过程。以上结果有利于更加全面地认识全球气候变暖背景下高寒灌丛土壤碳循环过程。     

放牧强度和短期休牧对青藏高原东部高寒草甸优势物种根系分泌速率的影响

根系分泌物是调节土壤养分循环的关键物质,对土壤微生物生理活性和有机物分解等土壤生态过程有关键影响.为了解放牧条件下根系分泌物分泌速率和变化规律,在放牧管理试验样地上,采用原位草本根系分泌物收集法,在生长旺季测定不同放牧强度(不放牧、轻度放牧、重度放牧)和放牧停止后1 d和21 d取样(视为短期休牧)青藏高原高寒草甸优势物种垂穗披碱草(Elymus nutans)的根系分泌速率.结果显示:放牧条件下,垂穗披碱草在生长旺季正午的根系分泌平均速率(以C计)为851.29μg g~(-1) h~(-1).放牧停止后1 d,不放牧、轻度放牧和重度放牧的根系分泌速率无显著差异;而放牧停止后21 d,轻度放牧的根系分泌速率[(1 032.33±53.63)μg g~(-1) h~(-1)]和地上生物量增量显著高于不放牧,重度放牧则与不放牧差异不显著.本研究表明,轻度放牧和适当短期休牧能够增加根系分泌速率,并可能通过正反馈作用刺激植物地上补偿生长.     

藏北3种高寒草地植物根系碳氮磷密度的非生长季和生长季差异

根系碳(C)氮(N)磷(P)密度影响植物与土壤间碳氮磷养分的循环过程,从而影响生态系统的地球化学循环。以申扎县高寒草原、高寒草甸草原和高寒草甸3种草地为对象,探究非生长季(4月)和生长季(8月)3种高寒草地根系C、N、P密度的分布规律及其差异。结果表明,(1)3种草地根系C、N、P密度在两个时期均呈现"T"字型空间分布,即3种草地根系C、N、P密度均随着土壤深度的增加而降低,且整体上高寒草甸的养分密度显著高于其他两种草地。3种草地根系C、N、P密度范围分别为57.287—1 130.753、1.457—38.243、0.090—3.217 g·m~(-2)。(2)3种草地的C、N、P密度具有显著的季节差异。生长季,高寒草原总地下C、N密度显著高于非生长季,分别高出非生长季47.822%和60.910%,而总地下P密度无显著差异;而生长季高寒草甸草原总的和每层的地下C、N、P密度显著低于非生长季。高寒草甸总地下C、N、P密度表现为生长季高于非生长季。高寒草原和高寒草甸增加的养分密度集中在0—10 cm深度。高寒草甸、高寒草原及高寒草甸草原的物种组成不同,土壤养分含量差异及土壤水分状况的不同可能是导致3种草地根系养分密度差异的原因。本研究可以为高寒草地根系养分密度季节变化提供基础资料,进一步认识草地根系在养分循环中的作用提供理论支持。     

增温对青藏高原草地生态系统土壤球囊霉素含量的影响

土壤是陆地生态系统中最大的碳库,而球囊霉素作为土壤碳库的重要组分,其变化及其影响倍受关注。该文以对温度变化较为敏感的青藏高原为对象,研究了增温对土壤球囊霉素含量的影响,旨在探讨丛枝菌根在全球变暖过程中的功能。选择青藏高原4个海拔梯度,设置开顶式(OTC)模拟增温和对照2个处理。通过比较模拟增温和对照处理中,球囊霉素含量变化、丛枝菌根与植物根系侵染状况、真菌孢子密度、土壤全碳含量以及球囊霉素与土壤全碳之间的关系,探讨了球囊霉素对增温的响应。结果表明,在青藏高原4个海拔梯度,增温既没有降低土壤总提取球囊霉素的含量,也没有降低易提取球囊霉素的含量。从4个海拔梯度的平均来看,OTC增温处理和对照处理的总提取球囊霉素含量分别为4.35 mg·g~(-1)和4.28 mg·g~(-1);易提取球囊霉素含量则分别为1.53 mg·g~(-1)和1.63 mg·g~(-1)。同时,增温也没有显著降低总提取和易提取球囊霉素对土壤全碳的贡献。球囊霉素之所以没有受到增温的影响,可能是丛枝菌根真菌对增温不敏感的特性所导致的,因为对比增温与对照处理,可发现植物根系菌根侵染状况未受到影响,其菌根侵染率分别为88.38%和85.28%。丛枝菌根真菌繁殖体孢子密度也与菌根侵染率呈现出相同的趋势,且增温也没有对其产生显著的影响。可见,全球变暖过程中,丛枝菌根真菌通过分泌球囊霉素而起到稳定土壤碳库的作用。     

煤矸石复垦对小麦根系分泌特征和土壤氮转化的影响

通过现场调查试验,测定复垦区小麦(Triticum aestivum)不同生长期根系生长过程中根系分泌物、氮转化速率和2种酶活性的变化,以揭示煤矸石对小麦根系分泌物和氮转化的影响机理。结果表明:(1)煤矸石抑制生长期冬小麦的根长、根生物量和根系活力。(2)煤矸石的存在减少拔节期、开花期和成熟期冬小麦根际分泌速率Ⅰ(分别比对照农田减少25.47%、23.71%和9.95%)、Ⅱ(分别比对照农田减少39.83%、25.81%和10.84%),根际分泌速率Ⅲ在拔节期明显减少(比对照农田减少23.71%)。根际分泌速率Ⅲ(y)与作物根系活力(x)呈正相关,回归方程为y=0.012x-0.43,R2=0.874(P0.05,n=30)。(3)煤矸石对小麦不同生长期土壤氮转化速率和土壤酶活性抑制作用明显。土壤氮转化效率、土壤酶活性与土壤根系分泌速率Ⅱ呈显著正相关(P0.05),说明煤矸石可通过抑制植物根系分泌物的产生来减少土壤氮转化速率,可利用氮源的减少则进一步抑制了植物生长。     

不同恢复措施对若尔盖沙化退化草地恢复过程中土壤微生物生物量碳氮及土壤酶的影响

若尔盖高原是长江、黄河上游重要的水源地之一。近年来由于人类活动及气候变化等原因,其草地出现了严重的沙化退化现象。通常认为在返青季节对沙化退化草地进行补播后,完全围封有助其恢复,但在实践中发现,补播后对其进行放牧,恢复效果更理想。因此,选取若尔盖典型沙化退化草地,对比分析了合理放牧、围封禁牧与自然恢复3种恢复措施对土壤微生物生物量碳氮、土壤酶活(酸性土壤磷酸酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、β-1,4-葡萄糖苷酶及β-1,4-N-乙酰葡萄糖苷酶)及土壤碳氮矿化速率的影响。结果显示,恢复6年后:与围封禁牧和自然恢复相比,合理放牧恢复草地土壤微生物生物量碳[C(101.27±22.14)mg·kg~(-1)]、生物量氮[N(67.45±18.02)mg·kg~(-1)]、土壤酸性磷酸酶活[(159.0±36.4)μg·g~(-1)·h-1]、β-1,4-葡萄糖苷酶活[(81.19±16.78)nmol·g~(-1)·h~(-1)]、碳矿化速率[C(25.19±5.79)g·kg~(-1)·d~(-1)]以及氮矿化速率[N(0.476±0.015)mg·kg~(-1)·d~(-1)]显著提高;围封禁牧恢复草地除土壤β-1,4-葡萄糖苷酶活[(29.91±14.39)nmol·g~(-1)·h~(-1)]及氮矿化速率[N(0.172±0.050)mg·kg~(-1)·d~(-1)]外,其余指标与自然恢复无显著差异;在相关性研究中,土壤氮矿化速率与微生物生物量碳氮、酸性磷酸酶活、β-1,4-葡萄糖苷酶活呈极显著相关(P0.01);微生物生物量碳氮与酸性磷酸酶活呈极显著相关(P0.01),与β-1,4-葡萄糖苷酶活呈显著相关(P0.05)。结果表明:在若尔盖沙化草地的恢复过程中,合理放牧是一种科学的沙化草地恢复措施。     

滇中不同植被类型土壤甲烷氧化及其碳同位素分馏特征

土壤甲烷氧化是大气温室气体的重要调节,受到多种因素的影响。其中,植被可以通过多种途径影响土壤性质,进而影响土壤甲烷氧化能力。陆地生态系统正是由不同植被复合而成,因此,研究不同植被类型土壤CH_4氧化能力及碳同位素分馏特征,对理解土壤甲烷氧化机理、准确核算碳排放具有重要意义。以滇中高原6种典型植被类型(原始林、针叶林,针阔混交林、常绿阔叶林、草地及稻田)土壤为对象,基于好氧培养试验研究了CH_4氧化速率(Ψ_(ox))及碳同位素分馏特征,分析了Ψ_(ox)以及碳同位素分馏系数α_(ox)与土壤性质之间的关系。结果表明,不同土壤Ψ_(ox)差异明显,平均Ψ_(ox)表现为稻田(10.75)针叶林(4.39μg·g~(-1)·d~(-1))原始林(3.83μg·g~(-1)·d~(-1))阔叶林(3.21μg·g~(-1)·d~(-1))混交林(1.78μg·g~(-1)·d~(-1))草地(0.95μg·g~(-1)·d~(-1))。同时,平均Ψ_(ox)与NO_3~--N(硝态氮,r=0.93,P=0.006)、DOC(可溶性有机碳,r=0.96,P=0.002)、TN(全氮,r=0.74,P=0.093)、TC(全碳,r=0.46,P=0.356)、NH_4~+-N(铵态氮,r=0.47,P=0.344)呈正相关,而与pH(r=-0.51,P=0.298)呈负相关,说明有机质和氮素对土壤甲烷氧化有促进作用,而pH则有抑制作用。同时,稻田、原始林、针叶林、混交林、阔叶林和草地土壤平均碳同位素分馏系数α_(ox)分别为1.022、1.017、1.013、1.012、1.015和1.012。与很多研究不同的是,α_(ox)与Ψ_(ox)呈高度正相关(r=0.92,P=0.010),这可能与不同土壤中甲烷氧化菌的亲和力和活力有关。而在Ψ_(ox)的影响下,α_(ox)与土壤性质的相关性基本与Ψ_(ox)相似。     

青海超净区高寒草甸土壤有机碳及养分分布特征

青海省河南蒙古族自治县被联合国科教文组织誉为亚洲四大超净区之一,该区域土壤中的氮磷钾等养分除了来自大气沉降外,只有输出没有人为输入,这一生产管理方式是否会影响该地区草原生产的可持续性,目前鲜见报道。文章分析了青海省河南县高寒草甸土壤有机碳、全氮、全磷和全钾及速效养分含量的变化特征,以确定该区域土壤供肥能力。研究结果表明,河南县高寒草甸土壤中灌丛型草甸土壤有机碳含量最高,为79.07 g·kg~(-1),禾草型草甸最低,为57.89 g·kg~(-1);灌丛型草甸、杂类草型草甸和沼泽型草甸之间土壤有机碳差异不显著,与矮嵩草型草甸和禾草型草甸差异显著。土壤全氮含量同样为灌丛型草甸最高,为7.14 g·kg~(-1),禾草型草甸最低,为5.52 g·kg~(-1),但5种类型草甸土壤全氮含量均差异不显著。土壤全磷含量以杂类草型草甸最大,为2.0 g·kg~(-1);全钾含量以矮嵩草型草甸最大,为25.21 g·kg~(-1);而土壤全磷和全钾含量均以沼泽型草甸最小,分别为1.93 g·kg~(-1)和21.10 g·kg~(-1),但5种类型草甸土壤的全磷和全钾含量均不显著。灌丛型草甸土壤碱解氮含量最高,为438.72 mg·kg~(-1);禾草型草甸最小,为391.10 mg·kg~(-1)。灌丛型草甸和杂类草型草甸土壤碱解氮含量差异不显著,与沼泽型草甸、矮嵩草型草甸和禾草型草甸差异显著。沼泽型草甸土壤速效磷含量最大,为13.79 mg·kg~(-1),矮嵩草型草甸最小,为10.32 mg·kg~(-1);5种类型草甸土壤速效磷含量差异不显著。杂类草型草甸中土壤速效钾含量最高,为350.94 mg·kg~(-1),沼泽型草甸最小,为246.25 mg·kg~(-1);矮嵩草型草甸、禾草型草甸和杂类草型草甸土壤速效钾含量差异不显著,与灌丛型草甸和沼泽型草甸差异显著。土壤有机碳与全氮和碱解氮均呈极显著正相关。5种类型草甸土壤供氮、供钾潜力均极高,且速效钾含量已达到富钾水平,但供磷潜力较低。     

土壤碳矿化对西双版纳热带森林恢复演替的响应

为探明土壤有机碳矿化对热带森林恢复演替的响应,以西双版纳热带森林不同恢复阶段(白背桐Mallotus paniculatus群落、崖豆藤Mellettia leptobotrya群落、高檐蒲桃Syzygium oblatum群落)为对象,采用室内培养法研究不同恢复阶段热带森林土壤有机碳矿化的时空动态特征,结合方差分析、相关分析及主成分分析,探讨热带森林恢复过程中土壤微生物及理化性质变化对有机碳矿化速率的影响。结果表明:恢复阶段、季节和土层对土壤碳矿化速率具有显著影响,且三者间存在显著的交互效应;热带森林恢复显著影响土壤有机碳矿化(P0.01),土壤有机碳矿化速率大小顺序为:高檐蒲桃群落(19.09mg·kg~(-1)·d~(-1))崖豆藤群落(16.93 mg·kg~(-1)·d~(-1))白背桐群落(15.35 mg·kg~(-1)·d~(-1));不同恢复阶段热带森林土壤有机碳矿化速率月份变化趋势基本一致,均表现为6月9月3月12月;不同恢复阶段热带森林土壤有机碳矿化速率均沿土层呈逐渐降低的变化趋势;热带森林恢复过程中土壤微生物生物量碳与易氧化有机碳的变化是影响土壤碳矿化的主控因子,而土壤有机质、全氮、水解氮、铵氮、硝氮对土壤有机碳矿化的贡献次之。西双版纳热带森林恢复演替主要通过影响土壤微生物生物量碳及土壤易氧化有机碳的含量而调控有机碳矿化的时空动态。     

增温对冬小麦根系残体及秸秆分解特性的影响

研究增温条件下冬小麦根系残体和秸秆在土壤中的分解系数的变异规律及影响因素,可为探讨农田土壤-作物系统碳循环对气候变暖的长期响应规律提供理论依据和数据支撑。为研究一个生长季的昼夜连续增温对冬小麦根系残体及秸秆分解系数以及分解后土壤酶活性等理化性质的影响,采集田间经过一个生长季昼夜增温处理的根系残体(W-根)和秸秆(W-秸秆)以及不增温处理(对照)的根系残体(CK-根)和秸秆(CK-秸秆),设置W-根、W-秸秆、CK-根、CK-秸秆的4个添加处理,每个处理设置4个添加水平(0.3、0.6、0.9、1.2g),将这些根系残体和秸秆添加到土壤中进行培养瓶培养,测定了不同处理下的土壤CO_2排放量及培养后的pH、水溶性有机碳(DOC)含量、脲酶活性、转化酶活性、过氧化氢酶活性。结果表明,土壤CO_2排放量与残体添加量之间存在极显著的一元线性回归关系,线性方程的斜率即代表了不同残体的分解系数。W-根的分解系数为(0.269 9±0.008 0) mg?g~(-1)?g~(-1),显著高于CK-根的分解系数(0.240 7±0.009 0) mg?g~(-1)?g~(-1);而W-秸秆的分解系数为(0.257 3±0.003 0) mg?g~(-1)?g~(-1),CK-秸秆的分解系数为(0.258 7±0.015 0) mg?g~(-1)?g~(-1),差异不显著(P0.05)。不同处理下土壤CO_2排放量随土壤pH的增大而极显著(P0.001)减小,随土壤DOC含量的增大而极显著(P0.001)增大。不同处理下土壤CO_2排放量与土壤脲酶、转化酶、过氧化氢酶活性均存在极显著(P0.001)的自然对数回归关系,土壤脲酶、转化酶、过氧化氢酶活性分别可解释75.7%(R~2=0.757)、80.3%(R~2=0.803)、92.7%(R~2=0.927)的土壤CO_2排放量的变异。研究表明,增温显著提高了冬小麦根系残体的分解系数,但对冬小麦秸秆的分解系数无显著影响。根系残体和秸秆在土壤中分解所释放的CO_2量与酶活性存在自然对数回归关系。     

多梯度增温对青藏高原高寒草甸温室气体通量的影响

高寒草甸是青藏高原重要的草地类型之一。目前增温对高寒草甸温室气体通量影响的研究较少,尤其在不同尺度的增温条件下,温室气体通量的响应尚不明确。因此,设置多梯度增温实验,模拟未来不同幅度增幅情况,对预测高寒草甸温室气体通量的变化具有重要意义。为深入地认识气候变暖对高寒草甸温室气体通量的影响,假设高寒草甸温室气体通量的周转速率在增温条件下随增温梯度而加快。在青藏高原纳木错地区高寒草甸,采用开顶箱法(Open-top chambers,OTCs)设置对照(T0,不增温)以及4个不同程度的增温处理(T1、T2、T3、T4,分别增温1、2、3、4℃),结合静态箱-气相色谱法对增温处理后的CO_2、CH_4和N_2O通量进行同步观测。对3个生长季(2013—2015年)进行连续观测发现:(1)地下5 cm土壤3年的平均温度相对于对照处理分别增加1.73℃(T1)、1.83℃(T2)、3.03℃(T3)和3.53℃(T4);(2)高寒草甸生长季平均呼吸(CO_2)为(42.6±9.11)mg·m~(-2)·h~(-1),同时具有较强的CH_4吸收能力,达到(-47.96±8.76)μg·m~(-2)·h~(-1),其N_2O通量维持在较低水平,为(0.3±0.46)μg·m~(-2)·h~(-1);(3)在高寒草甸生长季,温室气体通量与温度以及水分均具有显著的相关关系,但增温未能显著改变生长季温室气体平均通量。以上结果表明,增温所引起的其他环境因素的改变(如伴随不同梯度增温下土壤水分变化的不确定性),导致高寒草甸在短期内进行内部调节,并维持温室气体通量稳定。     

温度和氮素输入对青藏高原三种高寒草地土壤碳矿化的影响

选取了海北高寒草甸、那曲高寒草原和当雄高寒湿地3种典型高寒草地生态系统类型为研究对象,采集了表层0~10 cm土壤,在实验室内进行可控温度下的碳矿化培养实验。结果表明,青藏高原土壤碳矿化在不同高寒草地类型间存在显著差异（P≤0.05）。在较低的温度下,高寒湿地土壤的碳矿化速率显著低于高寒草甸土壤,而温度在15℃左右时,高寒湿地土的碳矿化速率略高于高寒草甸土壤,当温度处于较高的水平时（〉20℃）,高寒湿地土壤碳矿化速率远高于高寒草甸土壤,高寒湿地土壤碳矿化的Q10显著大于高寒草甸。无论是低温还是较高的温度,高寒草原土壤碳矿化速率最低,数值范围也最窄。高寒草甸和高寒湿地土壤碳矿化均受温度的显著影响（P≤0.05）,其速率均跟温度呈现一级指数函数方程关系,而高寒草原土壤碳矿化速率与温度间未呈现明显的函数关系,但不同温度间的土壤碳矿化速率存在显著差异。氮素输入对高寒草甸和高寒湿地土壤碳矿化的影响不明显,但显著促进了高寒草原土壤碳矿化作用。     

Effects of long-term nitrogen addition and precipitation changes on CH4 flux in an alpine steppe北大核心CSCD

土壤是甲烷(CH4)重要的源和汇.氮沉降和降水格局变化正在急剧改变土壤碳循环,进而可能对土壤CH4通量造成深刻影响.高寒生态系统是巨大的碳库,对氮沉降和降水变化十分敏感.然而,目前多数研究集中在短期实验上,缺乏对长期氮沉降和降水变化背景下CH4通量的响应及其调控因素的认识.以青藏高原高寒草原为研究对象,在2013年搭建模拟氮沉降和降水格局改变实验平台.基于静态箱–气相色谱法测定2020年生长季(5-10月)土壤CH4通量.结果显示,高寒草原土壤呈CH4的汇.氮添加没有显著改变生长季和植物生长高峰CH4通量.然而,降水变化显著改变了生长季和植物生长高峰CH4通量,其中降水增加(+50%降水)降低了CH4的吸收(分别为–16%和–45%),降水减少(–50%降水)增强了CH4的吸收(分别为+73%和+33%).进一步研究发现,与植物属性和功能基因丰度相比,土壤环境因子主导了CH4通量变化(解释率>90%).其中CH4通量与土壤含水量和温度显著正相关,与土壤pH显著负相关.综上所述,在未来全球变化情景下,降水格局改变更能调节青藏高原高寒草原CH4通量的变化.(图6表1参37)     

藏北高寒草地地下生物量特征及其与土壤水分的关系

植物地下生物量是高寒生态系统重要的碳库,可以反映植物对极端环境的适应特征。以高寒草原、高寒草甸草原和高寒草甸3种主要草地类型为对象,对比分析了非生长季和生长季的地下生物量,探究不同类型的高寒草地地下生物量分配机制及其动态变化过程。结果表明:(1)3种草地地下生物量的空间分布在生长季和非生长季均呈现"T"字型分布。在这两个时期,3种草地0~10 cm的生物量占总地下生物量的比例均表现为:高寒草原(91.20%,94.72%)高寒草甸草原(83.17%,92.07%)高寒草甸(67.04%,68.38%),且其比例在生长季均有增加;(2)两个时期高寒草甸地下生物量均最高(1 620.39±71.09)g·m~(-2),(3 950.08±291.46)g·m~(-2),非生长季高寒草原最低(136.24±9.14)g·m~(-2),生长季高寒草甸草原最低(133.97±6.93)g·m~(-2);高寒草甸和高寒草原地下生物量在生长季都有显著增加,而高寒草甸草原显著减少;(3)地下生物量与土壤含水量有显著的正相关关系,在同样的温度条件下,土壤含水量是地下生物量的重要影响因子;而生长季是藏北地区降水比较集中的时期,土壤表层水分的增加促使根系向表层生长。     

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)。     

增温和降水减少对冬小麦和大豆生长季土壤氮素的影响

氮素是农田土壤的主要养分限制因子之一,在全球气候变化背景下研究农田土壤氮素对温度和降水变化的响应,对评价气候变化农业生态效应具有重要的意义。通过田间试验,利用红外辐射灯管模拟增温,人工减少降水量,并测定土壤氮素含量,以探讨增温和降水减少对冬小麦和大豆生长季土壤氮素的影响规律。试验设置对照(CK)、增温(T,增温约2℃)、降水减少(P,降水量减少30%)、增温和降水减少复合处理(TP,增温约2℃+降水减少30%)4个水平处理。结果表明,在冬小麦生长季,与CK相比,T、P和TP处理显著减少了返青期土壤全氮,增加了成熟期土壤全氮;T和TP处理显著降低了拔节期土壤全氮。T、P和TP处理显著减少了孕穗-抽穗期土壤铵态氮。P和TP处理显著增加了返青-灌浆期土壤硝态氮,T处理显著增加了拔节-抽穗期土壤硝态氮。在大豆生长季,与CK相比,T、P和TP处理对土壤全氮含量的影响都没有达到显著性水平。T处理使鼓粒期土壤铵态氮增加10.0%(P=0.038),T和P处理使结荚期土壤硝态氮分别减少了27.4%(P=0.011)和27.1%(P=0.009),T、P和TP使鼓粒期土壤硝态氮分别增加了46.6%(P=0.007)、41.3%(P=0.014)和56.3%(P=0.003)。研究表明,增温和降水减少改变了农田土壤氮素含量,且对冬小麦生长季土壤氮素的影响较大豆生长季更加明显。     

小麦-蚕豆间作对根系分泌糖和氨基酸的影响

根系分泌物在植物-土壤-微生物互作中充当信号物质,其对植物根际过程影响重大。糖和氨基酸是根系分泌物中两类最主要的物质,目前有关这两类分泌物的研究颇多,但在间作系统中尚缺乏系统研究,人们对间作系统中根系碳和氨基酸的分泌特征尚不清楚。为探讨间作对根系糖和氨基酸分泌的影响,通过盆栽试验分析比较了不同生育期单作、间作小麦(Tricumaestivum L.cv.Yunmai42)、蚕豆(Vicia faba L.cv.Yundou 8363)的根系质量、根冠比、根系中糖和氨基酸的含量及其分泌速率。研究结果表明,(1)与单作小麦相比,间作提高了拔节期(98d)小麦根系总糖和蔗糖含量,分别提高75.78%和114.5%;在拔节期(98d)、孕穗期(120d)和灌浆期(142d),间作提高了根系总糖分泌速率,分别提高126.9%,34.9%和59.8%;其中,3个时期间作蔗糖分泌速率分别是单作的2.37、1.41和2.0倍。间作对蚕豆根系糖含量及糖的分泌没有影响。(2)与单作相比,在蚕豆分枝期(57d)、结荚期(120d)、籽粒膨大期(142d),间作提高了蚕豆氨基酸分泌速率,分别提高了75.9%、41.5%、39.6%;间作对小麦根系氨基酸含量及根系氨基酸分泌无影响。总之,间作种植提高了作物根系糖含量,促进了根系糖和氨基酸的分泌,但作物种类不同、生育期不同,间作对根系分泌影响并不相同。     

放牧对祁连山高寒金露梅灌丛草甸土壤微生物的影响

以祁连山北支冷龙岭东段南麓的甘柴滩夏季牧场集体长期混合(藏系绵羊、牦牛)放牧的高寒金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草地为对象,采用平板涂抹分离法和氯仿熏蒸法对不同放牧压力梯度下土壤微生物(细菌、真菌和放线菌)和土壤微生物碳、微生物氮量进行研究,结果表明:不同放牧压力梯度下,金露梅灌丛和丛间草地土壤微生物以细菌占绝对优势,放线菌和真菌较少,垂直分布明显;随着放牧压力梯度的增加,金露梅灌丛和丛间草地,0～25 cm土层中的细菌、放线菌、真菌及微生物碳和微生物氮数量呈降低趋势,其降低程度与放牧压力梯度呈直线正相关.与无放牧金露梅灌丛相比0～25 cm土层的细菌、真菌、放线菌最大降幅分别为49.64%、37.76%和46.64%;金露梅灌丛土壤微生物碳量占土壤有机碳的比例变化为0.85%～0.43%,微生物氮占土壤全氮的0.90%～1.11%,微生物量对土壤营养库的贡献率较低;土壤微生物量和土壤有机质呈显著线形正相关;土壤细菌数量和土壤水分呈显著线形正相关.     

青藏高原东缘雪被覆盖和凋落物添加对土壤氮素动态的影响

高山和高纬度地区,氮素是植物生命活动的主要限制元素之一。这类区域冬季往往被长时间的季节性雪被覆盖着。研究证实,寒冷而漫长的冬季雪被下土壤氮素在维持年际土壤氮循环中起着重要的作用,然而目前对气候变化极其敏感的青藏高原东缘雪下土壤物质转化过程的研究却很少。为了探索青藏高原东缘季节性雪被覆盖地区,冬季凋落物输入对土壤氮素转化过程的影响,2010年1—5月在青藏高原东缘(松潘卡卡沟地区)采用PVC原位培养管培养土壤,并对培养土壤进行不同的雪厚度(0、30、100 cm)处理和不同水平的凋落物添加(0、5、20 g鲜卑花叶片)处理,从实验开始后,每隔1个月采集各个处理的土壤,测定其无机氮(NH4+-N和NO3--N)含量,并计算净氮矿化率,以探讨冬季季节性雪被覆盖下不同碳供应水平对高山土壤氮转化过程的动态影响。研究发现,雪被覆盖能有效地绝缘大气和土壤,减少冻融交替的幅度和频次,并加速了土壤的净氮矿化。说明对于雪被覆盖的高山土壤而言冷季是氮素循环的关键时期。冬季一定厚度的积雪覆盖可通过调节整个土壤氮素的矿化水平,从而为来年春季高山植物的生长提供一个巨大的潜在氮库。添加大量凋落物显著增加了NO3--N含量,降低了NH4+-N含量,加速了土壤净氮矿化。暗示在具有高有机质含量的青藏高原东部地区,土壤微生物的生长和活性极有可能仍然受到低水平可利用碳的限制。     

不同形态氮输入对湿地生态系统碳循环影响的研究进展

人类活动导致湿地生态系统氮负荷明显增加,引起生态系统碳循环过程发生诸多变化。外源氮输入对湿地生态系统土壤碳库稳定性的影响已成为当今国际研究的前沿问题之一。文章综述了不同形态氮素对湿地植物固碳潜势、土壤自养与异养呼吸速率的影响、土壤甲烷排放及不同形态氮与全球变暖对土壤有机碳及其组分矿化速率的交互作用的研究进展。研究表明,(1)植物对不同形态氮素的选择性吸收,会影响植物叶片的光合速率,改变植物的固碳潜势,影响植物根系的自养呼吸速率;同时,会影响凋落物归还量,改变植物对土壤的有机碳输入;此外,还可能影响凋落物的质量(如C/N),改变凋落物的分解速率,影响土壤异养呼吸速率。(2)各种形态氮输入对土壤p H产生不同的影响,改变土壤微生物及酶活性,影响有机碳的分解及土壤异养呼吸速率。(3)土壤有机碳组分对各种形态氮素的不同响应,也会改变土壤有机碳的矿化速率。(4)植物对不同形态氮素的选择性吸收,及各种形态氮输入对土壤p H产生的不同影响,会影响土壤中可利用C、N源的供应,改变土壤的酸碱环境及氧化还原电位,影响土壤CH4排放。(5)大气氮沉降与全球变暖同时影响土壤碳循环过程,但不同形态氮素与全球变暖对湿地土壤碳循环过程的交互作用研究仍较少见。迄今为止,氮沉降对湿地土壤碳库稳定性的影响效应仍存在很大的不确定性,仅有少量研究区分氮素形态对土壤碳库稳定性的影响,而关于湿地生态系统的研究鲜有报道。今后应着重区分不同形态氮素对湿地土壤碳库稳定性的影响机理研究,以便深入了解氮沉降与湿地土壤碳库稳定性之间的关系。