森林生态系统对大气氮沉降降低的响应

大气氮沉降是全球变化的重要影响因素之一,而过量氮沉降导致森林出现氮饱和,引起土壤酸化、硝酸根淋溶、氧化亚氮排放增加、植物物种多样性和植被生产力下降.在欧洲、北美和我国大气氮沉降降低的背景下,总结森林生态系统对氮输入降低的响应,不仅能够完善氮沉降对森林生态系统影响的知识体系,也能评估各国已开展的减排行动的成效,为我国制定进一步的减排政策提供科学依据.回顾了欧洲和北美的温带森林以及我国亚热带森林的土壤、地表水、氮循环和植被对大气含氮污染气体和氮沉降降低的响应.土壤溶液中硝酸根浓度对氮沉降的减少响应迅速,但具体响应规律未出现统一趋势.土壤酸化和氮循环过程从高氮沉降中的恢复过程出现滞后现象.森林氮矿化和固持、土壤碳储量和净初级生产力可能需要几十年的时间对氮沉降的减少作出响应.相对而言,虽然有一两年的延迟,土壤无机氮库和氮淋溶量会随着氮沉降的下降而下降.地表水氮浓度与森林生态系统氮状态密切相关.当氮沉降降低时,在历史高氮沉降地区,森林生态系统的氮淋溶下降,因此地表水氮浓度的响应较明显.而在氮缺乏的森林中,普遍较低的地表水氮浓度受到氮沉降变化的影响不显著.地表水酸化的恢复受到土壤硫解吸-矿化和硝化...     

外源碳氮添加对草地碳循环关键过程的影响

人类活动引起的大量的活性氮从大气沉降到生物圈.当前氮沉降对草地生态系统碳循环过程的影响机制仍然存在较大的不确定性.本文综述草地生态系统碳循环过程（植物光合作用、地上生物量、地下生物量、土壤呼吸、凋落物分解和土壤有机碳含量）对添加不同的氮源水平和不同施氮年限的响应,并分析这些过程变化的可能原因,同时,也阐述草地碳循环关键过程对外源碳输入的响应,并进一步分析了外源碳和氮输入对草地碳循环关键过程影响的微生物学作用机制.通过上述总结旨在强调说明碳源可利用性变化作为氮沉降背景下草地生态系统碳循环关键过程重要调控因素之一,开展相关研究对科学的管理我国草地资源配置和增加土壤碳汇方面理论的重要意义.     

氮素影响陆地生态系统碳循环过程的模型表达方法

氮素是植物生长所必需的重要营养元素。人类活动引起的大气氮沉降增加对陆地生态系统碳循环过程具有重要影响。准确地定量表达氮素对陆地生态系统碳循环过程的影响是预测未来全球碳循环变化的关键环节。论文系统地归纳总结了国内外多个知名生物地球化学模型中氮素影响光合作用、呼吸作用、同化物分配等碳循环过程的数学表达方法,分析了不同碳循环过程中模型表达方法的不确定性及其原因。指出未来模型的发展需在加强机理研究的基础上,发展能反映氮饱和现象、能显式表达氮素与光合速率关系的光合作用过程算法,发展能显式表达氮素与植物体根、茎和叶呼吸速率关系的维持呼吸算法以及发展显式表达氮素对同化物分配过程影响的动态同化物分配方案。指出当今大部分主流模型在模拟氮素对光合作用影响时没有考虑氮饱和现象,因此利用模型预测未来陆地生态系统对氮素增加的响应时可能会高估氮沉降对光合速率的影响。研究综述可为准确评价陆地生态系统碳氮相互作用和发展碳氮耦合模型提供参考。     

氮沉降增加对森林植物影响的研究进展

由于化石燃料的燃烧、含氮化肥的使用以及畜牧业等人类活动的影响,向大气中排放的含氮化合物数量不断上升,从而引起大气氮沉降的增加,使得生态系统发生了一系列变化。为了更好地研究氮沉降这一环境变化,从植物生长、植物抗逆性、植物营养、凋落物分解、以及外来植物入侵等方面对氮沉降进行了综述。     

氮沉降增加对森林植物影响的研究进展

由于化石燃料的燃烧、含氮化肥的使用以及畜牧业等人类活动的影响，向大气中排放的含氮化合物数量不断上升，从而引起大气氮沉降的增加，使得生态系统发生了一系列变化。为了更好地研究氮沉降这一环境变化，从植物生长、植物抗逆性、植物营养、凋落物分解、以及外来植物入侵等方面对氮沉降进行了综述。     

我国西南地区氮饱和马尾松林土壤和植物15N自然丰度对长期氮施加的响应

我国快速增长的氮沉降可能造成森林生态系统的氮饱和,进而导致一系列严重的环境后果.为了深入研究氮沉降对我国森林生态系统的影响,进而评价和预测森林生态系统的氮状态,本研究选取我国西南地区典型的马尾松林生态系统,对土壤和植物的15N自然丰度(δ15N)进行了测定,探讨用15N富集因子(εp/s)作为氮状态指标的可行性.对该马尾松林连续7 a施加NH4NO3或Na NO3的控制实验结果表明,长期的高氮输入显著增加了土壤和植物的δ15N.同时,该生态系统对不同形态的氮输入有不同的响应,即在NH+4沉降下δ15N显著高于NO-3沉降下的值.15N富集因子与氮沉降量、净硝化速率和淋溶量均呈显著的正相关关系,特别是本研究与之前研究的所有马尾松林的15N富集因子与氮沉降量之间线性相关,表明15N富集因子可用来表征氮状态.由于在相同氮沉降的情况下,NH+4的效应强于NO-3,建议我国在未来控制氮氧化物排放的同时也应当重视氨的排放控制.     

基于苔藓氮含量及d15N分析探讨农村大气氮沉降状况

2009~2010年在江西抚州市崇仁县10个乡镇采集了85个细叶小羽藓样品,通过对苔藓氮含量及氮同位素(d15N)的测定,估算了该地区大气氮沉降水平,并探讨了大气氮输入的主要来源.结果表明,研究区苔藓平均氮含量变化范围为2.24%~3.43%,其中农业覆盖率较大郭圩乡和礼陂镇苔藓氮含量均超过3%(平均值分别为3.07%、3.43%).研究区大气氮沉降的变化范围为29.62~54.39kg/(hm2·a),反映了大气氮沉降成为农村生态系统氮输入的重要补充.苔藓平均d15N值为-3.11‰~0.078‰,指示研究区主要受农业氨源的影响.崇仁县城区苔藓d15N为-1.7‰,低于其它农业乡镇(d15N为0‰±1‰),表明该地区还受到城市污水和人畜排泄物所释放的氨影响;孙坊镇苔藓d15N 变化范围为-5.89‰~0.61‰,提示大气氮沉降除受到农业排放的氨作用以外,还存在露天垃圾填埋场挥发氨的贡献.     

氮沉降增加对青藏高原林地氮淋溶通量的影响

森林生态系统对大气氮沉降升高的响应机制是国内外学者研究的热点问题之一,近年来中国学者相继在温带森林和热带森林建立了氮沉降增加影响的野外实验平台,但关于氮沉降增加对青藏高原地区森林土壤氮素淋溶通量影响的野外原位研究匮乏。基于此,该研究于2012-2013年生长季,在青藏高原林芝地区云冷杉林通过野外模拟试验,研究了3种水平(0、15和30 kg/(hm~2·a)(以N为计,下同))及3种形态((NH_4)_2SO_4、NH4Cl和KNO_3)氮沉降增加对土壤可溶性氮素淋溶通量的影响。结果表明:林芝地区不同形态氮素的淋溶通量均存在显著的季节和年际变化特征,铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO_3~--N)的生长季月淋溶通量为0.02～0.6 kg/hm~2,可溶性总氮(TDN)、可溶性总有机氮(DON)月淋溶通量为0.07～2.0 kg/hm2,不同形态氮淋溶通量峰值均出现在7-9月;森林穿透雨中硝态氮沉降通量的增加,对氮素淋溶通量具有明显的促进作用,造成NO_3~--N显著淋失(p0.05),且这种促进作用在施加低剂量硝态氮肥的处理上更为明显(p0.01);大气氮沉降增加对DON和TDN淋溶通量有显著的抑制作用,且随着氮沉降量的增加其抑制作用也随之增加。     

全球森林土壤净矿化量的影响因子

森林生态系统在全球变暖格局下的地位和作用,尤其是土壤氮库对大气氮沉降增加的响应逐渐成为全球变化研究的热点。文章通过对已有文献资料的调研和整理,分析了1984-2012年间全球森林生态系统土壤净矿化量的野外原位观测结果的分布特征,力求有效预估森林生态系统中氮素年净矿化量对大气氮素沉降量和水热条件等因子变化的响应。结果表明:全球森林生态系统土壤净矿化量的平均值为39.33 kg/(hm2·a)(以N计)。作为一个复杂的生态过程,土壤净矿化量同样受到年均温、年降水量以及土壤属性的显著影响。其中年降水量大于800 mm区域的森林土壤净矿化量与年降水量呈显著正相关关系(R2=0.17,p<0.05)。另外,森林土壤净矿化量也随着氮沉降量的增加而显著增大,氮沉降量对不同区域森林土壤氮素净矿化量的贡献率约为38%。土壤C/N(x1)和氮沉降量(x2)可以有效解释不同区域森林土壤净矿化通量(y)85%的变化。     

模拟氮沉降对湿地生态系统凋落物分解影响的研究进展

为使人们了解湿地植被凋落物分解过程及其对氮沉降的响应,分析了氮沉降下湿地生态系统凋落物分解的主要影响因子及内在机理,即氮沉降对凋落物数量和质量的影响,氮沉降对土壤微生物的影响,综述了国内外研究现状,指出氮沉降下湿地生态系统凋落物分解的主要研究内容及存在的问题,即研究时间周期短,主要集中在短期氮沉降下凋落物分解过程的研究...     

植物吸收土壤有机氮的研究进展

传统的氮循环模式认为,土壤有机氮只有经过微生物分解转化为无机氮(NH₄⁺+NO₃^-)后才能为植物吸收利用。然而,近年来许多研究证实多种陆地植物具有从土壤中获取小分子有机物质(如自由态氨基酸)的能力,对传统的氮循环模式形成巨大的挑战。论文从土壤中氮素的形态、植物吸收有机氮的证据、有机氮吸收的机制、以有机氮为重要氮源的生态系统类型以及根系吸收与分泌有机氮之间的平衡等5个方面进行了综述,分析了当前研究方法的优缺点,针对本领域内核心科学问题,提出了未来植物吸收有机氮的改进方法及研究方向,为进行植物利用有机氮的研究提供方法基础。     

氮添加对亚热带森林土壤有机碳氮组分的影响

为了研究氮添加对森林土壤有机碳氮组分稳定性的影响,选取我国亚热带典型常绿阔叶林(浙江桂天然林和罗浮栲天然林)和针叶林(杉木人工林),开展为期5年的野外模拟氮沉降试验,分别设置对照〔0 kg/(hm2·a),以NH₄NO₃中的N计,下同〕、低氮〔75 kg/(hm2·a)〕和高氮〔150 kg/(hm2·a)〕3个氮添加水平,用H₂SO₄分2步酸水解获得LPⅠ(活性有机库Ⅰ)、LPⅡ(活性有机库Ⅱ)和RP(惰性有机库),定量研究土壤活性和惰性有机碳氮组分以及微生物生物量碳氮对氮添加的响应. 结果表明:氮添加仅对w(LPⅡ-C)(LPⅡ-C为活性有机碳Ⅱ)有显著影响,而对其他活性和惰性有机碳氮组分的影响不显著,并且对不同林分的影响存在差异. 与对照处理相比,低氮处理下浙江桂天然林、罗浮栲天然林和杉木人工林土壤w(LPⅡ-C)的增幅分别为15.3%、29.8%、68.8%;高氮处理下杉木人工林土壤w(LPⅠ-C)(LPⅠ-C为活性有机碳Ⅰ)、w(LPⅠ-N)(LPⅠ-N为活性有机氮Ⅰ)和w(RP-C)(RP-C为惰性有机碳)的增幅分别为32.4%、78.6%、28.7%;氮添加使得土壤w(SMB-C)(土壤微生物生物量碳)的增幅为18.1%~202.5%、w(SMB-N)(土壤微生物生物量氮)的增幅为0%~103.6%;在氮添加处理下,除杉木人工林土壤SMB-N/LPⅠ-N〔w(SMB-N)/w(LPⅠ-N)〕是随着氮添加水平的增加而降低外,微生物对其他林分土壤活性有机氮的利用均表现为随着氮添加水平的增加而增加. 研究显示,氮添加对阔叶林和针叶林土壤活性和惰性有机碳氮组分的影响存在差异,但差异不显著,这与它们归还土壤的凋落物性质差异有关,并且凋落物的分解差异也可能是影响土壤不同碳氮组分变化的原因.      

林下凋落物去除与施氮对针叶林和阔叶林土壤氮的影响

通过野外模拟试验,选择中亚热带针叶林(杉木林)和阔叶林(浙江桂林和罗浮栲林)森林生态系统,设3个施氮水平CK(对照)、低氮〔30kg/(hm2·a) 〕和高氮〔100kg/(hm2·a)〕及2个凋落物处理,研究施氮对土壤主要形态氮质量分数的影响、动态变化及凋落物在其中的作用. 结果表明:与CK相比,高氮处理可瞬时(3d)提高森林土壤氮质量分数,但施氮后持续效应的影响降低. 与保留凋落物相比,去除凋落物在施氮的持续效应中,可降低阔叶林土壤w(铵态氮)18.2%,而杉木林土壤的氮质量分数则略有升高.去除凋落物下施氮的持续和瞬时效应可增加各种林下土壤的w(硝态氮),其中浙江桂林土壤w(硝态氮)分别增加58.9%和38.2%,罗浮栲林土壤分别增加7.0%和30.0%,杉木林土壤分别增加-17.1%和9.0%. 可见凋落物在施氮连续事件中存在复杂的短期和长期相互影响. 阔叶林土壤w(SON)(SON为可溶性有机氮)较高,并且其微生物w(SON)及其占微生物w(TN)的比例高于杉木林土壤,而杉木林土壤微生物w(铵态氮)及其占微生物w(TN)的比例高于阔叶林土壤.      

红松人工林土壤酶活性与化学性质对氮添加的响应

土壤酶参与土壤中进行的众多复杂的生物化学过程,对陆地生态系统物质循环具有重要作用.为了探索温带森林土壤酶活性和化学性质对氮沉降的响应,本研究依托于黑龙江凉水国家级自然保护区的红松(Pinus koraiensis)人工林氮添加实验样地,分析了4种土壤酶活性.结果表明,土壤中N-乙酰-氨基葡萄糖苷酶(NAG)和碱性磷酸酶(AKP)活性均随着施氮浓度增加显著升高,而β-葡糖苷酶(BG)以及酸性磷酸酶(ACP)活性在不同的施氮处理之间无显著差异;同一施氮水平下的上层(0～10 cm)土壤的全碳、全氮、全磷、有效氮含量以及4种酶活性显著高于下层(10～20 cm)土壤,pH值则无显著差异.全碳与NAG、BG、AKP、ACP之间均存在极显著正相关,全氮与BG、NAG、AKP、ACP存在显著或极显著正相关,有效氮与NAG、AKP间存在显著和极显著正相关,全磷与ACP、AKP存在显著和极显著正相关.施氮水平和土层对土壤酶活性及土壤化学性质存在不同程度的影响,氮的长期大量输入可直接或间接地改变土壤化学性质并影响土壤酶活性.     

用离子交换树脂柱法观测长春市大气氮沉降

为了解城市环境中大气氮沉降的特点,于2008年9月—2009年9月,使用离子交换树脂柱法对长春市大气氮沉降进行了观测. 结果表明:观测期间,长春市大气硝态氮沉降量月均值为5.33 mg/m2>/sup>,亚硝态氮沉降量月均值为1.67 mg/m2>/sup>. 大气硝态氮和亚硝态氮沉降量有明显的局部分异特点,沉降量大的地点主要分布在交通干线和热电厂周边地区,显示了大气硝态氮的点源和线源特征. 大气氨氮沉降量月均值为3.10 mg/m2>/sup>; 各观测点间大气氨氮沉降量变化明显小于硝态氮和亚硝态氮,显示了大气氨氮的面源特征.      

用苔藓氮含量和氮同位素值指示庐山大气氮沉降

对庐山风景区不同海拔高度(263～1 400 m)上31个石生苔藓(Haplocladium microphyllum)氮含量〔w(TN),以干质量计〕和氮同位素值(δ15N)进行了分析. 苔藓w(TN)与海拔高度(L_altitude)的关系〔w(TN)=3.11-7.85×10-4L_altitude〕表明,在庐山风景区,随着海拔高度的升高,苔藓w(TN)呈逐渐下降趋势. 根据前人研究的苔藓w(TN)与大气氮沉降量的定量关系,估算出庐山山顶和山脚的大气氮沉降量分别为24.61和41.72 kg/(hm2·a). 苔藓δ15N在-4‰～-2‰范围出现的频率最高,表明庐山风景区大气氮沉降主要来源于农业或自然土壤中氮的释放.      

模拟氮沉降对高硫沉降地区森林土壤酸化的贡献

以重庆铁山坪马尾松林下典型的酸化土壤为研究对象,按照40 kg·(hm²·a)^-1的N剂量分别喷洒NH₄NO₃和NaNO₃以模拟氮沉降翻倍的情景,对其影响下的土壤溶液pH值和主要阴阳离子浓度进行了为期1 a的野外观测.结果表明,与未经处理的对照相比,喷洒NH₄NO₃的土壤溶液的pH值有所下降,而NaNO₃则导致pH值略有上升.同时,喷洒NH₄NO₃和NaNO₃均导致盐基阳离子（Ca²⁺和Mg²⁺）和Al³⁺浓度的明显上升,其中Al³⁺与盐基阳离子（Ca²⁺、Mg²⁺和K⁺之和)的摩尔比值由对照的0.5左右升高到接近甚至超过1.0.盐基阳离子的加速淋溶和有毒Al³⁺的活化,表明氮沉降已加剧了土壤酸化.此外,氮输入的增加还引起了NO^-₃淋溶的大幅增加,土壤出现氮饱和现象.相对而言,NH⁺₄的酸化和富营养化效应均强于同当量的NO^-₃,表明中国氮沉降控制不应忽视NH₃的排放削减.     

洱海大气氮素湿沉降特征

通过对2020年位于洱海湖区周边4个站点大气降水的实地监测，定量揭示了大气湿沉降不同形态氮素（TN、DTN、AN、NN、NIT、PN）的浓度和时空分布规律，探讨了氮素沉降通量的变化特征及其主要影响因子，进而明确了大气氮湿沉降对湖区外源性氮素输入的贡献程度，评估了氮素湿沉降入湖负荷对湖区水环境的影响。结果表明：各监测点降水中氮素浓度年内总体呈先升后降再升的趋势，总氮浓度为0.18～8.73 mg/L，平均浓度为1.34±0.686 mg/L，氮素浓度呈现干季高湿季低的变化规律；氮素湿沉降通量月际变化大致呈M双峰型，沉降通量峰值出现在浓度最低但降雨量最大的8月，最小值出现在12月，沉降通量与降雨量呈极显著正相关，沉降通量AN/NN为1.97，农业生产活动的氮素排放是湿沉降的主要来源；2020年洱海湖面湿沉降总氮直接输入负荷量约为170.11 t，其中铵态氮86.86 t，硝态氮51.58 t，总氮直接入湖负荷约占流域农业面源排放量的6.18%。