氮素与水分添加对内蒙古温带典型草原生物量的影响

为了解大气氮沉降和降水格局改变对草原生物量的影响,在内蒙古温带典型草原开展氮、水添加控制试验.试验设置对照(CK),氮素添加(10 g m~(-2) a~(-1)),水分添加(60 mm m~(-2) a~(-1)),氮、水同时添加(N 10 g m~(-2) a~(-1)+水60 mm m~(-2) a~(-1))4种处理.经过两年试验处理,结果显示:(1)较对照处理,氮添加处理下总生物量(403.03 g/m~2)、地上生物量(279.97 g/m~2)、地下生物量(123.07 g/m~2)和禾类草地上生物量(165.35 g/m~2)均显著增加,而杂类草地上生物量变化不显著.(2)水添加较对照显著增加了地上生物量(200.93 g/m~2)、杂类草地上生物量(177.82 g/m~2),但显著降低了地下生物量(-110.39 g/m~2),而总生物量与禾类草地上生物量变化不显著.(3)氮添加处理下,水添加显著增加了地下生物量与禾类草地上生物量,但对总生物量、地上生物量、杂类草地上生物量没有显著影响.进一步分析显示,在不添加水分条件下,氮添加较对照显著增加禾类草地上生物量(107.15 g/m~2)与地下生物量(5.43 g/m~2);而在水分添加条件下,氮添加较对照分别增加58.2 g/m~2和117.64 g/m~2.本研究结果表明,禾类草地上生物量与其氮含量呈正相关关系,杂类草地上生物量与土壤含水量呈正相关关系,这可能是氮素添加提高禾类草地上生物量和水分添加提高杂类草地上生物量的重要机制之一;在内蒙古干旱半干旱地区仅氮素添加(10 g m~(-2) a~(-1))的措施可显著增加禾类草的地上生物量,有利饲草产量的增加,如需增加菊科、豆科等其他杂草的生物量,可考虑水分的补给.     

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。     

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。     

氮添加和干旱对呼伦贝尔草原5种植物性状的影响

植物功能性状能够反映植物对环境变化的响应,但是很少有研究同时考虑多个气候变化因子交互对植物功能性状的影响。基于氮添加(0 g·m~(-2)·a~(-1)和10 g·m~(-2)·a~(-1))和干旱(减少66%生长季(5—8月)降水量)模拟实验,测量了呼伦贝尔草原5种优势植物的叶片形态学特征、叶片化学计量学特征以及植被高度等多个指标,探讨了呼伦贝尔草原植物对于土壤养分和水分变化的响应。结果表明,(1)干旱能够促进氮添加对土壤可利用氮特别是硝态氮含量的提升。(2)氮添加显著增加叶片N含量,降低叶片P含量,增加叶片氮磷比;干旱降低叶片N含量和叶片P含量,对叶片氮磷比影响不显著;植物叶片N、P含量受氮添加和干旱交互作用的显著影响,并在氮添加情况下施加干旱能够进一步增加P素对植物生长的限制作用。(3)氮添加处理下植物倾向于采取资源获取型策略,增加高度和比叶面积(SLA),降低叶片干物质含量(LDMC);干旱处理下植物倾向于资源保守型利用策略,降低高度和SLA,增加LDMC和叶片C含量;而植物高度、SLA、LDMC和叶片C含量不受氮添加和干旱交互作用的显著影响。研究表明,草地生态系统氮、水循环之间存在偶联关系,两者共同影响了植物养分吸收,决定植物叶片化学计量特征;而氮添加对植物资源利用策略影响更多的受到土壤水分调节。该研究强调在未来的气候变化研究中,需要同时考虑多个气候变化因子及其交互作用对植物功能性状的影响,并且需要考虑不同维度的功能性状的响应,才能更全面更准确地评估并预测生态系统功能的变化。     

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。     

模拟氮沉降对鄂西南亚高山湿地泥炭藓(Sphagnum)凋落物分解的影响

当前氮沉降对湿地泥炭藓凋落物分解的影响还存在很大争议,并且亚热带湿地泥炭藓分解对氮沉降的响应研究鲜见报道.采用分解袋法,在鄂西南地区开展模拟氮沉降对泥炭藓凋落物分解影响的实验.模拟氮浓度设置4个水平,分别为N0(0 g m~(-2) a~(-1))、N3(3 g m~(-2) a~(-1))、N6(6 g m~(-2) a~(-1))、N12(12 g m~(-2) a~(-1)),其中N0为对照(CK).野外分解3、6、9和12个月后,室内测定泥炭藓凋落物干重、灰分、总碳(C)、总氮(N)、C/N以及总酚含量,计算凋落物的质量残留率、总碳(C)残留率及总酚残留率.结果显示:(1)氮沉降对凋落物分解的影响取决于分解时间,且泥炭藓凋落物的分解主要发生在前6个月.分解12个月后,N3浓度的质量残留率较CK下降了11.91%,而N6、N12较CK分别增加了12.98%、10.43%.(2)氮沉降对凋落物灰分含量有一定影响,但是随分解时间的延长影响程度不同.凋落物的相对灰分含量和绝对灰分含量均随分解时间的增加呈显著增加趋势.(3)氮沉降对泥炭藓凋落物总碳(C)含量有显著的影响(P 0.05),分解时间对泥炭藓凋落物总碳(C)、总氮(N)及总酚含量存在显著影响(P0.05),且氮沉降对泥炭藓凋落物总碳(C)含量的影响程度取决于分解时间.分解12个月后,凋落物中总碳(C)含量和C/N均较初始值有所下降,总氮(N)含量和总酚含量则有所增加.(4)凋落物质量残留率、总碳(C)残留率与总酚残留率呈现出较强的线性正相关.可见,氮沉降对泥炭藓分解在短期内有一定影响,但并不是简单地促进或抑制作用.(图4表2参53)     

青杨扦插苗生物量积累与分配对土壤水-氮有效性的短期响应及动态调整北大核心CSCD

大气氮沉降是全球气候变化的主要特征之一,近年来关于树木对土壤水、氮有效性响应的研究很多,但树木如何在生物量积累与分配方面动态调整以适应水、氮供应仍不清楚.以青杨(Populus cathayana)扦插苗为材料,通过盆栽控制试验,采用两因素(水分×施氮)随机区组设计,设置3个水分(W1、W2、W3,分别为最大田间持水量的40%、60%、80%)和3个施氮梯度(N0、N1、N2,分别为0、4和8 g m^(-2) a^(-1)),并于施氮处理后1、7、14、31和62 d测定青杨生物量的积累与分配、叶片及根系性状,进而探究其对水、氮有效性的动态响应过程.结果表明:(1)土壤水分的增加和施氮显著地促进了青杨根、茎、叶和总生物量的积累,在W3处理下最大;施氮效应随时间延长更加明显,N2的促进效应明显高于N1.水氮交互作用对其影响不显著.(2)生物量的分配主要受杨树生长节律(时间)的控制,茎重比和根重比随处理时间延长显著增加,而叶重比显著降低.土壤水分有效性的提高显著提高了茎重比,降低了根重比,而对叶重比影响不显著.氮素及水氮交互作用对根重比、茎重比和叶重比均无显著影响.(3)施氮对比叶重的影响随时间变化而不同.到试验后期,施氮在土壤水分不足处理提高了比叶重;在水分充足处理降低了比叶重.(4)土壤水分有效性的提高显著促进了杨树细根的比根长和比表面积,施氮效应随处理时间逐渐变化.试验后期,土壤水分较好条件下(W3)施氮均促进根系增长;在干旱胁迫(W1)下氮添加抑制了根系生长.总体而言,施氮先促进叶生物量积累,随后根、茎生物量作出响应,最终形成有利于植株生长的分配格局;土壤水分有效性的提高显著提高了杨树扦插苗细根的比根长和比表面积,施氮效应因土壤水分而异;本研究结果可加深对树木响应气候变化机制的理解.(图5表3参63)     

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。     

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)     

模拟氮沉降对常绿阔叶林6种植物氮同化的影响

中国已成为世界第三大氮沉降区,其氮沉降水平会随着工业以及农业的发展继续增加。氮沉降直接影响森林植物氮元素的代谢,进而影响森林生态系统的稳定,但相关研究在热带和亚热带地区较少开展。本研究依托林冠模拟氮沉降野外实验平台,以常绿阔叶林小乔木/灌木粗叶木(Lasianthus chinensis)、柏拉木(Blastus cochinchinensis)、罗伞(Ardisia quinquegona)和大乔木锥栗(Castanea henryi)、荷木(Schima superba)、鸭脚木(Schefflera octophflla)为研究对象,测定其叶片硝态氮和铵态氮含量以及氮同化相关酶活性,分析2种模拟氮沉降方式(林冠喷施和林下喷施)对其产生的影响。结果显示,氮添加处理显著影响植物的氮同化过程,其中CN50(林冠喷氮N 50 kg·hm~(-2)·a~(-1))、UN50(林下喷氮N kg·hm~(-2)·a~(-1))处理影响相对较大。在CN50、UN50处理下,罗伞叶片硝态氮含量显著降低,粗叶木叶内铵态氮含量显著升高。锥栗叶片的硝态氮含量在CN50、UN50处理下积累大于CN25(林冠喷氮N 25 kg·hm~(-2)·a~(-1))、UN25(林下喷氮N 25 kg·hm~(-2)·a~(-1))处理,硝酸还原酶(NR)活性也显著升高。在CN50下,粗叶木、柏拉木和罗伞的NR活性也显著降低。研究发现,氮添加处理导致植物氮同化水平受到一定程度的干扰,但这6种植物具有一定的抗氮能力,超出一定范围则会影响植物生长,对群落结构产生潜在影响。     

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。     

酸胁迫对马尾松幼苗生长及根际铝形态的影响

在不同p H值(2.5、3.5、4.5和5.6)模拟酸雨处理下,研究根箱栽培马尾松(Pinus massoniana L.)幼苗生物量(根茎长、根与茎叶干重、一级侧根数)、叶绿素含量以及根系质膜相对透性的变化,在酸雨pH 3.5-5.6范围内对松树幼苗根际与非根际土壤的pH值和铝形态以及植株铝积累量进行测定,以探明酸胁迫对马尾松幼苗生长及根际铝形态的影响.结果显示:当酸雨p H从5.6降至2.5,马尾松幼苗生物量和叶绿素含量均降低,而根系质膜透性从13.2%升至36.4%,膜伤害度由轻度的4.1%提高到重度的23.2%,且重度酸胁迫下两者变化均极显著(P 0.01);此外随酸胁迫强度的增强,马尾松根际与非根际土壤pH值分别由5.95和5.91降至4.02和3.87,而根际土壤中交换态、有机结合态铝含量则分别上升至7.27和18.1 mg/kg,且马尾松植株铝积累量增加至49.46μg/株,其在植株根系中的积累量明显高于地上部分.上述结果表明,酸胁迫使得马尾松根系质膜受损程度增加,叶绿素含量减少,引起光合作用减弱,幼苗生长受到抑制;另外,酸雨能改变土壤中铝化合物的形态,增加活性铝离子溶出量,其中一部分转化成有机结合态铝,另一部分则通过根系吸收累积在幼苗植株内,阻碍马尾松生长发育.(图5表3参45)     

马尾松人工林林窗内土壤动物对凋落物微生物生物量的影响

选择长江上游人工采伐形成的7种不同大小的马尾松人工林林窗(G1:100 m~2;G2:225 m~2;G3:400 m~2;G4:625 m~2;G5:900 m~2;G6:1 225 m~2;G7:1 600 m~2),探讨不同林窗大小、位置和凋落物分解时间下土壤动物对凋落物微生物生物量的影响.结果显示:中等林窗(G4和G5)内,土壤动物显著影响了凋落物的微生物生物量氮(MBN)(P0.05),MBN分别增加了28.16%和26.18%.同时,林窗边缘的土壤动物使凋落物的MBN增加了29.06%(P0.05).此外,分解30 d,土壤动物使凋落物的MBN增加了26.52%(P0.05);分解90 d,土壤动物使凋落物中微生物生物量碳(MBC)显著增加了49.10%(P0.05);但在180 d时,土壤动物显著降低了MBC(P0.05).这些结果说明,在马尾松人工林林窗内马尾松凋落物分解初期,土壤动物对微生物生物量的增加有一定的促进作用,但其作用大小受到林窗大小、林窗位置和凋落物分解时间的影响而表现出一定的差异.     

林窗大小对川西马尾松人工林林下物种多样性和生物量的影响

林窗是植被演替和森林循环的重要驱动力,研究林窗大小对物种多样性和生物量的影响有利于揭示林窗干扰在生态系统恢复中的作用.以川西莲花山马尾松人工林为研究对象,划分出5种不同面积(81-625 m~2)的林窗共计15个和3个非林窗(林下)作对照(CK),对其群落物种组成、物种多样性水平(丰富度指数D、Simpson优势度指数H’、Shannon-Wiener指数H、Pielou均匀度指数J_(sw))和林下生物量(灌木层生物量、草本层生物量)进行调查研究.结果表明:(1)在总面积为5 493 m~2的样地中,共记录到维管植物99种,隶属56科84属;草本层和灌木层物种数随林窗面积增加均呈单峰格局,前者的物种数变化较后者明显.(2)总的来看,林窗下的D、H、J_(sw)值较林下大,H’值较林下小,且400-450 m~2面积的林窗下灌木、草本各物种多样性指数值达到一个较高水平.(3)林窗内的生物量显著大于林下生物量,200-250 m~2林窗下的生物量最大.(4)群落各层次物种多样性指数与对应层次地上、地下、全株生物量的相关性均不显著.因此认为,大面积林窗(400-450 m~2)有利于增加马尾松人工林林下群落物种丰富度,提升林下群落物种多样性水平;而中等面积林窗(200-250 m~2)则有利于增加林下生物量.     

青藏高原东缘高寒灌丛根系分泌物碳氮输入对增温的响应

根系分泌物是植物根系向土壤输入有机碳和养分的重要途径之一,深刻影响着根际土壤碳和养分循环过程。环境温度变化可通过改变植物初级生产力和根系性状等直接或间接地影响根系分泌过程,但其具体机制仍缺乏必要关注。为了揭示气候变暖对高寒灌丛根系碳、氮分泌过程的影响,以青藏高原东缘典型的高寒灌丛类型-窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌丛为研究对象,设置OTC(Open top chamber)增温试验,采用根系分泌物原位连续动态收集技术,分析了窄叶鲜卑花根系分泌物碳、氮输入速率与通量对土壤增温(+1.3℃)的响应。结果表明:窄叶鲜卑花灌丛根系分泌物碳、氮输入速率具有明显的季节差异,生长季中期根系分泌物碳、氮输入速率显著高于生长季初期和末期。整个生长季,对照处理根系分泌物碳、氮输入速率分别为0.55-0.74mg·g~(–1)·d~(–1)和0.05-0.08mg·g~(–1)·d~(–1),增温分别使根系分泌物碳、氮输入速率显著增加了14.0%-69.1%和15.3%-70.2%。对照组根系分泌物碳、氮输入通量分别为26.94 g·m~(–2)和3.03 g·m~(–2),增温分别使根系分泌物碳、氮输入通量显著增加了57.2%和46.9%。进一步分析表明,增温使根系分泌物碳、氮输入通量的增加主要归因于根系分泌物碳、氮输入速率和细根生物量显著提高。这些结果表明,气候变暖将促进青藏高原东缘高寒灌丛根系碳、氮分泌过程,提高根系分泌物碳、氮输入通量,进而加速该区域根际土壤碳和养分循环过程。     

模拟氮沉降对高寒草甸土壤纤毛虫群落的影响

为研究大气氮沉降对高寒草甸土壤纤毛虫群落产生的影响,补充氮沉降对生态系统影响的评价内容及为合理施肥提供科学依据,在甘南玛曲县高寒草甸进行人工模拟氮沉降,设置对照组(CK,不施氮肥)、低氮处理组(T_5,5 g·m~(-2)·a~(-1))、中氮处理组(T_(10),10 g·m~(-2)·a~(-1))和高氮处理组(T_(20),20 g·m~(-2)·a~(-1)),分别采用活体观察法和"3级10倍环式稀释法"对纤毛虫进行定性及定量研究,探讨4个梯度处理组土壤纤毛虫群落的差异,同时测定相关土壤环境因子:含水量、土温、p H和速效氮。结果表明,共鉴定到土壤纤毛虫121种,隶属于9纲16目28科46属。随氮沉降量增大,各处理组土壤纤毛虫群落组成趋于简单化,优势种由高等的腹毛类纤毛虫演替为适应性极强的肾形类纤毛虫,高氮处理对纤毛虫群落组成具有消极影响。纤毛虫物种数和多样性指数均随氮沉降量增大而显著减小(P0.05),各处理组表现为CKT_5T_(10)T_(20);氮沉降处理对纤毛虫密度的影响表现为CKT_(20)T_5T_(10),其中T_(10)纤毛虫密度最大,这表明氮添加对纤毛虫密度的影响具有阈值效应。各土壤环境因子中,氮处理对土壤p H的影响最为显著(P0.05),氮沉降量越高,土壤pH越低。冗余分析及Pearson相关性分析显示,土壤含水量与pH为影响土壤纤毛虫群落组成变化的主导环境因子。综上,在甘肃甘南高寒草甸人工模拟氮沉降后,高氮处理不利于纤毛虫的生长和繁殖,为维持稳定良好的生态系统功能,推荐5~10 g·m~(-2)·a~(-1)氮肥施用量作为高寒草甸最佳施肥水平参考值。     

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。     

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)。     

多形态多水平氮添加对温带森林土壤根系呼吸和微生物呼吸的影响

为阐明不同水平、不同形态的氮添加对土壤总呼吸、土壤微生物呼吸、根系呼吸的影响及微生物机制,本研究以温带森林土壤为研究对象,开展多形态(硝态氮(NaNO_3)、铵态氮((NH_4)_2SO_4)和混合态氮(NH_4NO_3))多水平(50 kg N·ha~(-1)·a~(-1)和150 kg N·ha~(-1)·a~(-1))的增氮控制实验.在施氮后的第7—9年,利用静态箱-气相色谱法研究土壤呼吸组分和磷脂脂肪酸方法研究微生物群落丰度和群落结构的改变.结果表明,氮添加显著提高了土壤硝态氮和铵态氮含量,而土壤pH平均降低0.85个单位.在施氮后的第7—9年,氮添加将会减弱土壤呼吸活动,高水平的氮添加效应强于低水平氮添加;就形态来说,(NH_4)_2SO_4起到促进效应,而NH_4NO_3则逐渐由促进效应转变成抑制效应,例如在2019年(施肥后第9年),高水平的(NH_4)_2SO_4施加分别提高土壤总呼吸和微生物呼吸的34.06%和37.95%,而高水平NH_4NO_3添加则分别抑制了土壤总呼吸和微生物呼吸的27.62%和31.70%.而高水平的(NH_4)_2SO_4添加对根系呼吸有促进作用,而高水平的NH_4NO_3则有抑制效应.微生物呼吸和细菌、真菌显著正相关,和真菌/细菌比值也呈正相关.总之,土壤呼吸各组分对氮添加的响应受氮素形态和水平的控制,特定森林土壤碳排放量对土壤氮基质响应具有多阶段性,微生物呼吸的降低反映了土壤有机质分解速度的降低,这有可能会进而促进土壤碳的积累,达到氮促碳汇的效果.