湖北省主要种植制度农田生态系统钾平衡状况

于2010年和2011年通过10个大田试验,研究了湖北省6种主要种植制度下农田生态系统中钾(K)的输入、输出数量特征和平衡状况。结果表明:6种主要种植制度每年通过施肥、降雨、灌溉和秸秆还田输入农田K量分别为129.8、10.3、14.9和30.1 kg·hm-2,分别占K输入总量66.2%、6.2%、8.8%和18.8%,表明除了施肥外,降雨、灌溉和秸秆还田对K输入也起了重要的作用;通过作物收获和地表径流从农田输出的K量分别为211.2和26.4 kg·hm-2,分别占K输出总量的88.5%和11.5%,其中,通过秸秆输出的K量达到了186.3 kg·hm-2,占作物带走量的89.1%,但秸秆归还的K量只占可以还田的16.2%,这表明农田生态系统中的K大部分被秸秆带走,秸秆还田的潜力巨大;湖北省主要种植制度农田生态系统K整体呈亏缺状态,6种种植制度年平均亏缺量为-52.4 kg·hm-2。因此,增加K肥施用量,重视降雨和灌溉K养分的输入,推进秸秆还田,是改善全省农田生态系统K平衡的有效措施。     

安徽省农田水分利用效率时空特征及其与气候因子的关系

生态系统水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是衡量碳水循环耦合程度的重要指标,估算安徽省农田生态系统的WUE并分析其时空变异规律,探究其影响因素,对该区域农田水资源的科学配置和合理利用有着重要的意义。基于MODIS遥感数据和气象数据,分析安徽省近15年农田WUE的年际、年内时空变化特征以及与气候因子的关系,研究表明:(1) 2000—2014年间安徽省农田WUE的变化范围为1.38—1.66 g C mm~(-1)m~(-2),多年均值为1.54 g C mm~(-1)m~(-2),整体上农田WUE年际呈现增长变化趋势,变化率为0.011 g C mm~(-1)m~(-2);具有较强的空间分异性规律,整体上呈现北高南低趋势,淮河以北各市的农田WUE较高,高于全省多年均值,淮河以南地区的农田WUE则低于全省水平。(2)安徽省农田WUE的年内变化呈现双峰型变化格局,具有明显的季节性差异,表现为春季秋季夏季冬季;以淮河为界,南北各市变化趋势略有不同,淮河以南地区的最大值在4月份,淮河以北则以3月份为最高。(3)安徽省农田WUE动态变化受到气候因子降雨影响的区域占比17.14%;气温影响的区域占比0.73%;降雨和气温综合影响所占0.71%,而农田WUE与气温和降雨影响均不显著的区域占比为81.42%;因此,气候因素中降雨在安徽省农田WUE的变化中起主导作用,由于人为因素的干预,非气候因素对农田WUE变化的影响更大。     

氮输入对中国东北地区土壤碳蓄积的影响

由于人类活动的干扰,通过沉降和施肥形式进入陆地生态系统的氮素持续增加,中国已经成为继欧洲和北美之后的第三大氮沉降区,同时也是最大的化肥消费国。氮输入与陆地生态系统生物地球化学循环的一系列过程都相互联系,碳循环及其格局也受到氮输入的影响。土壤有机碳库在全球碳循环中具有重要作用,氮输入能否或在多大程度上对土壤碳库产生影响已经成为全球变化和氮沉降研究中不可回避的问题。东北地区是世界三大黑土带之一,土壤碳的变化不仅对于土壤肥力维持具有重要意义,而且对区域碳收支具有重要影响。利用生态系统过程模型——CEVSA2模型,基于我国能源消费、施氮数据和降水数据生成了一套中国大气氮沉降的时空网格数据,结合大气CO_2浓度、气候、土地覆被、土壤类型和质地的时空数据,模拟评估了1961-2010年氮输入对中国东北地区土壤碳蓄积的影响。结果表明:(1)1961-2010年东北地区的平均氮沉降速率为1.00gNm~(-2)a~(-1),年增长率为0.047 gN m~(-2)a~(-1)。东北农田总氮输入速率达到5.78 gN m~(-2)a~(-1),从20世纪80年代开始显著增加。(2)氮输入促进了东北地区土壤碳的蓄积,东北陆地生态系统的土壤碳密度平均增加了135 gC/m~2,50a氮输入共增加土壤碳蓄积0.16 PgC。(3)氮输入引起的东北地区土壤碳蓄积量的变化呈现出东高西低、南高北低的空间格局,辽河平原、松嫩平原和三江平原的土壤碳密度增加量超过了300 gC/m~2。(4)不同植被类型下的土壤碳密度对氮输入的响应存在较大差异,农田土壤碳密度平均增加了230 gC/m~2,森林、灌丛和草地则分别增加了76、169 gC/m~2和89 gC/m~2。氮输入的空间差异和不同植被类型对氮输入响应的差异共同决定了东北地区土壤碳增加量的空间格局。通过本研究阐明了氮输入对东北农田土壤碳蓄积的影响,从而为农田生态系统的固碳减排和农田土壤碳氮管理提供了决策依据。     

森林、草地和农田典型植被蒸散量的差异

利用中国生态系统研究网络(CERN)12个试验站1990—2003年的气象资料,基于大气-土壤-植被传输(SVAT)模型模拟植被的蒸散量,分析了不同气候条件下森林、草地、农田3种植被类型蒸散的变化规律.结果表明:多年平均蒸散量从高到低依次为热带森林、亚热带农田、温带森林、温带农田和草地;对农田生态系统而言,水稻的蒸散量最高,其次为小麦,玉米最低;3种生态系统月蒸散量峰值的年际变化差异显著,森林、草地的月蒸散量峰值年际变化较稳定,农田则较明显.     

我国雷州半岛典型农田大气氮沉降

近一个半世纪以来,粮食和能源需求导致活性氮创造的急剧增加,从而导致各种活性氮的排放及其沉降的增加。氮沉降引起土壤酸化,水体富营养化,及敏感生态系统植物多样性的丧失等不良生态效应。因此定量不同生态系统氮沉降量对于确定该地区生态系统安全及氮循环有重要意义。南方地区氮沉降已有较多研究,主要集中于湿沉降的研究,选取雷州半岛地区典型农田综合研究了大气氮素的干湿沉降。结果表明:大气活性氮浓度NH3、HNO3、NO2、pNH+4和pNO-3浓度分别为5.62、0.88、3.16、3.30、2.02μg N/m3。采用欧洲氮沉降监测网的氮干沉降速率估算了大气氮干沉降量为17.6 kg N hm-2a-1。大气降雨NO-3-N浓度为(0.86±0.36)mg N/L,NH+4-N浓度为(1.11±0.68)mg N/L,大气降雨无机氮含量冬季最高,夏季最低。大气无机氮年湿沉降总量为25.3 kg N/hm2。湿沉降NH+4-N和NO-3-N,干沉降NH3、HNO3、NO2、pNH+4、pNO-3分别占沉降量的30.8%、28.0%、23.7%、5.4%、2.8%、3.9%、5.4%。湿沉降NH+4和干沉降NH3在氮沉降中占主导地位显示氮肥施用导致的NH3挥发对大气活性氮浓度及氮沉降的显著贡献。鉴于研究可观的氮沉降量(总沉降量42.9 kg N hm-2a-1),其向农田的养分的输入不容忽视;氮沉降对该地区水体,自然生态系统的环境影响需要受到重视。     

太湖地区湿沉降中氮磷输入量 ——以常熟生态站为例

2003年6月—2004年5月,在中国科学院常熟生态站(31°32′45″ N ,120°41′57″ E)连续定位收集降雨,分析其中颗粒态和溶解态氮磷浓度,并对期间太湖地区氮磷湿沉降动态进行研究.结果表明：湿沉降氮输入量的季节变化显著,夏、春季高,秋、冬季低;湿沉降输入氮中88.2%为溶解氮（dissolved itrogen,DN）,11.8%为颗粒氮（particle nitrogen,PN）;湿沉降输入磷中溶解磷（dissolved phosphorus,DP）和颗粒磷（particle phosphorus,PP）比例分别为53.3%和46.7%;中、小雨携带的总氮（total nitrogen,TN）、总磷（total phosphorus,TP）污染物通量大于大、暴雨;太湖地区每年湿沉降输入TN、TP分别为30.2 kg·hm^-2和1.1 kg·hm^-2,且所有降雨中DN浓度均大于水体富营养化阈值,92.5%的降雨中DP大于水体富营养化阈值.     

氮输入对东北土壤碳蓄积氮素利用效率的影响

由于人类活动影响,通过沉降和施肥方式进入生态系统的活性氮显著增加,其对土壤有机碳库产生重要影响。氮素利用效率(NUE)作为深入理解陆地生态系统碳氮耦合关系的重要参数,对NUE时空规律的研究不仅可以评估目前氮输入对陆地生态系统碳汇增加的贡献,同时也有助于预测未来氮输入情况下陆地生态系统的碳平衡。利用生态系统过程模型——CEVSA2模型的模拟结果,分析了东北地区氮输入情况下,土壤碳的氮素利用效率(SNUE)的时空变化规律及其影响因素,结果表明:(1)1961—2010年,氮输入的显著增加促进了土壤碳的蓄积,但SNUE显著下降;(2)森林的平均SNUE最高,农田最低;灌丛的下降速率最大,森林的SNUE变化趋势最不显著;(3)三江平原和长白山地区以及大小兴安岭的部分地区SNUE最大,其次是辽河平原、松嫩平原地区;内蒙古高原、呼伦贝尔高原地区以及大、小兴安岭的部分地区SNUE出现负值,说明在这些地区,外援氮输入抑制了土壤碳的蓄积;(4)氮输入的空间分异和不同生态系统响应氮输入的差异共同决定了SNUE及其变化的空间格局。该研究结果可为进一步分析不同区域氮促汇潜力和预测未来氮输入情景下的区域碳平衡提供参考。     

亚热带典型流域C、N沉降季节变化特征及其耦合输出过程

大气湿沉降是流域生态系统水体中碳氮的重要来源,对生态系统的健康及稳定性有很大的影响。通过对江西千烟洲典型亚热带流域降雨过程的碳、氮湿沉降和径流过程的季节性动态特征进行监测分析,探讨流域沉降、径流输出的C、N耦合及平衡关系。结果表明:千烟洲香溪流域降雨径流中碳氮浓度明显低于雨水,流域大气降水中DOC浓度和TN浓度呈极显著正相关关系。香溪河流域常规水体C∶N均值为2.81,远低于根据Redfield比率得出的适宜浮游生物生长的C∶N(6.6左右),说明外源性N输入导致该流域水体环境处于N过量的状态,长期输出会提高下游鄱阳湖水系的营养化程度。降雨过程对流域碳输入输出平衡影响较小,对氮输入输出平衡的影响较大。流域湿沉降DOC年输入量为69.41 kg hm~(-2)a~(-1),TN湿沉降通量为77.23 kg hm~(-2)a~(-1),碳氮沉降水平受区域降雨量及空气污染情况控制。香溪流域生态系统截留的沉降TN占当地氮肥年均使用量的33.13%,大气降水对亚热带流域生态系统的大量营养物质输入不容忽视。     

贵州省喀斯特地区原始林水化学特征

降水是森林生态系统的一个主要的养分输入源,观测并分析降水化学对于准确地估算森林生态系统养分循环的养分元素浓度与量显得极为重要。对贵州省茂兰国家自然保护区原始林森林群落2007年9月-2008年8月的降水进行定位观测与分析。结果表明:(1)在林外雨、林内雨、树干流和溪流水中,除了Na+之外,pH值与大部分的养分元素的浓度表现出明显的季节变化,冬季与早春浓度较高,夏季浓度较低。这与各季节的降雨量不同而导致浓度稀释或者浓缩有关。(2)大气降雨通过林冠的过程中,养分元素的浓度出现了较大的变化,林内雨与树干流中的浓度基本高于大气降雨;养分元素变化中,浓度差异较大的元素是K+、Mg2+和Ca2+,K+在林内雨和树干流的浓度分别是大气降雨的14倍和21倍;Mg2+浓度分别为大气降雨的12倍和9倍;Ca2+浓度分别为大气降雨的4倍和3倍,这与大气降雨通过林冠,与树体的养分交换以及树体养分的溶脱有关。(3)通过林内雨,树干流输入样地较多的养分元素是K+和Ca2+,分别是35.8kg.hm-.2a-1和31.5kg.hm-.2a-1;通过溪流水输出的元素中,较多的是Ca2+和Mg2+,分别是-547.4kg.hm-.2a-1和-144.5kg.hm-.2a-1;其次是SO24-,而Na++K++NH4+-N总量不足阳离子总量的1%,Cl-+NO3-总量不足阴离子总量的1%。这可能与母岩风化是碳酸岩类岩石风化有关。(4)年养分的垂直移动量特征显示,土壤0cm到土壤5cm的养分元素量变化较明显,无机态N量的变化可能跟微生物的氮固定、无机化或者植被的吸收有关。(5)研究地的年间养分元素量收支分别为N2.9kg.hm-.2a-1;K25.2kg.hm-.2a-1;Ca-547.4kg.hm-.2a-1;Mg-144.5kg.hm-.2a-1;Na-4.0kg.hm-.2a-1;Cl2.5kg.hm-.2a-1和SO24-S-5.9kg.hm-2.a-1。在年间养分的输入与输出中,无机态N跟K+显示正收支,Ca2+、Mg2+为负收支,而Na+、Cl-相对较稳定。     

土地利用驱动的土壤性状变化影响微生物群落结构和功能

微生物在调节陆地生态系统地球化学循环过程中具有重要作用。土地利用方式改变显著影响土壤微生物群落结构和功能,但对土地利用驱动的土壤性状变化与微生物群落结构和功能关系的研究相对匮乏。依托长期定位监测试验（始于1984年）,通过16S rRNA基因片段和ITS高通量测序,研究了土地利用方式（裸地、农田、草地）驱动的土壤碳氮变化对微生物群落结构和功能的影响。结果表明：对于细菌群落而言,裸地中α-多样性最高、其次是草地、农田中最低,农田和草地中细菌优势菌群变形菌（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）相对丰度较裸地低4.5%、3.9%和5.5%、3.8%;对于真菌群落而言,裸地子囊菌门（Ascomycota）相对丰度最高、农田次之、草地最低;化能异养型、好氧化能异养型细菌相对丰度裸地显著高于农田和草地（P<0.05）,而硝化型和好氧氨氧化型细菌裸地显著低于农田和草地（P<0.05）;腐生型真菌相对丰度大小排序为：裸地>农田>草地。细菌群落变化主要与土壤容重、全氮、矿质氮、C ： N比和微生物量碳有关,而真菌群落与土壤矿质氮有关。细菌和真菌功能菌群主要受土壤容重、土壤有机碳、土壤全氮、C ： N比和微生物量碳影响。因此,土壤容重、土壤全氮、土壤有机碳、C ： N比、微生物量碳、矿质氮差异可能是影响不同土地利用方式中微生物群落和功能变化的主要因素。     

Physiological responses of two contrasting desert plant species to precipitation variability are differentially regulated by soil moisture and nitrogen dynamics

Alterations in global and regional precipitation patterns are expected to affect plant and ecosystem productivity, especially in water‐limited ecosystems. This study examined the effects of natural and supplemental (25% increase) seasonal precipitation on a sotol grassland ecosystem in Big Bend National Park in the Chihuahuan Desert. Physiological responses – leaf photosynthesis at saturating light (A_sat), stomatal conductance (g_s), and leaf nitrogen [N] – of two species differing in their life form and physiological strategies (Dasylirion leiophyllum, a C₃ shrub; Bouteloua curtipendula, a C₄ grass) were measured over 3 years (2004–2006) that differed greatly in their annual and seasonal precipitation patterns (2004: wet, 2005: average, 2006: dry). Precipitation inputs are likely to affect leaf‐level physiology through the direct effects of altered soil water and soil nitrogen. Thus, the effects of precipitation, watering treatment, soil moisture, and nitrogen were quantified via multivariate hierarchical Bayesian models that explicitly linked the leaf and soil responses. The two species differed in their physiological responses to precipitation and were differentially controlled by soil water vs. soil nitrogen. In the relatively deeply rooted C₃ shrub, D. leiophyllum, A_sat was highest in moist periods and was primarily regulated by deep (16–30 cm) soil water. In the shallow‐rooted C₄ grass, B. curtipendula, A_sat was only coupled to leaf [N], both of which increased in dry periods when soil [N] was highest. Supplemental watering during the wet year generally decreased A_sat and leaf [N] in D. leiophyllum, perhaps due to nutrient limitation, and physiological responses in this species were influenced by the cumulative effects of 5 years of supplemental watering. Both species are common in this ecosystem and responded strongly, yet differently, to soil moisture and nitrogen, suggesting that changes in the timing and magnitude of precipitation may have consequences for plant carbon gain, with the potential to alter community composition.     

氮添加与降雨变化对红砂幼苗非结构性碳水化合物的影响

非结构性碳水化合物(NSC)在植物体内的含量及分配对植物生长和存活至关重要。开展氮沉降和降雨变化对幼苗NSC影响的研究,为揭示干旱导致幼苗死亡机理及预测气候变化背景下幼苗自然更新及培育提供依据。本研究以1年生红砂幼苗为对象,测定了不同降雨(降雨减少(W-)、自然降水(W)和降雨增多(W+))和氮添加(N0(0 g N·m^-2·a^-1)、N1(4.6 g N·m^-2·a^-1)、N2(9.2 g N·m^-2·a^-1)、N3(13.8 g N·m^-2·a^-1))条件下红砂幼苗各器官NSC及其组分含量。结果表明:红砂幼苗各器官NSC含量为28.8~71.8mg·g-1,叶片含量最高,茎含量最低。氮添加和降雨变化对红砂幼苗叶片和根系淀粉及总NSC含量有显著影响,而对茎无显著影响。各降雨条件下,氮添加均促进了红砂幼苗叶片淀粉和总NSC累积,在降雨增加30%的条件下氮的促进效应更显著,中高氮(N2和N3)叶片淀粉与总NSC含量显著高于低氮水平(N1和N0);在低氮降雨减少30%(N1W-)处理下,红砂叶片淀粉和NSC含量最小,而根系淀粉和NSC含量最大,即低氮干旱胁迫下红砂可通过NSC在不同器官的重新分配来适应胁迫环境。在自然降雨和降雨增加30%情况下,根系淀粉和NSC的含量随氮添加的增加而减小,且中高氮处理(N2和N3)显著低于对照(N0)。可见,叶片是红砂NSC的源,氮添加会促进红砂幼苗叶片NSC的累积,且这种促进效应与水分紧密相关,在降水增加情况下其效应更显著;而过量的氮添加会抑制根系NSC含量的积累,在低氮干旱胁迫下红砂也可通过叶片NSC向根系转移来适应逆境胁迫。     

黄土区降水降尘输入农田土壤中的氮素评估

随着人类活动引起大气活性氮的急剧增加,大气氮沉降亦明显增加,由此引发的各生态系统的响应也逐渐表现出来.研究黄土区氮沉降,对农业生态系统的氮素循环与平衡提供一定的数据支持,同时为农民科学合理施肥提供依据,为研究氮沉降的环境生态效应和生物有效性提供科学支撑.用APS-2A型降水降尘自动采样器对陕西杨凌和洛川地区2006～2007年的降水降尘输入氮总量、月动态变化及各形态N的贡献率进行了监测与分析.结果显示杨凌点2006年总降雨量为507.8 mm,总N沉降通量为20.6 kg/(hm2·a),其中N湿沉降通量为19.1 kg/(hm2·a),占93%;降尘输入的N通量为1.5 kg/(hm2·a),占7%.总N沉降通量中NO-3-N为7.3 kg/(hm2·a),占36%.洛川点2006年6月～2007年5月总降雨量为579.5 mm,总N沉降通量为12.7 kg/(hm2·a),其中N湿沉降通量为11.4 kg/(hm2·a),占90%;降尘输入N的通量为1.2 kg/(hm2·a),占10% .总N沉降通量中NO-3-N为8.7kg/(hm2·a),占69%.两个点N沉降通量和氮素形态的差异在很大程度上反映了活性N主要来自人为活动,即农业生产排放的活性N.     

Effects of precipitation intensity and temporal pattern on soil nitrogen mineralization in a typical steppe of Nei Mongol grassland

Aims Our objective is to: 1) explore the dynamics of soil nitrogen (N) mineralization in a grassland ecosystem in response to the changes in precipitation intensity and temporal distribution, and 2) identify the controlling factors.Methods The two study sites located in a typical steppe of the Nei Mongol grassland were fenced in 2013 and 1999, respectively. Our field experiment includes manipulations of three levels of precipitation intensity (increased 50%, decreased 50%, control) in three temporal patterns (increased or decreased precipitation for three years; increased or decreased precipitation for two years and no manipulation for one year; increased or decreased precipitation for one year and no manipulation for one year).Important findings 1) The soil net N mineralization and net nitrification rates decreased with changes in the temporal distributions of precipitation from one year to three years, with the maximum values of soil net N mineralization and nitrification rates observed in the treatments of increased or decreased precipitation for one year and no manipulation for one year (+PY1 or -PY1). This indicates that the high precipitation intensity and longer precipitation may have negative effects on soil net N mineralization and nitrification rates, while the moderate soilmoisture and temperature may stimulate soil mineralization. 2) The soil net N mineralization and nitrification rates, soil cumulative N mineralization, and nitrification in the fenced site in 1999 were higher than those in the site fenced in 2013, implying that a long-term enclosure may have promoted nutrient storage and soil quality restoration. 3) The long-term treatments of increased or decreased precipitation had significant effects on soil water content and temperature, whereas the short-term, discontinuous precipitation produced minor effects on soil moisture and temperature. Moreover, the controlling factors for soil N mineralization were different between the two fields. Soil moisture had a major effect on soil inorganic N content and net N mineralization rate in the site fenced in 2013, while soil temperature played a dominant role in the site fenced in 1999, with the net N mineralization rate depressed by higher soil moisture. Our findings suggest that the precipitation intensity and temporal distribution had important impacts on soil N mineralization in the Inner Mongolia grassland; these effects was site-dependent and particularly related to soil texture, community composition, and disturbance, and other factors.     

水氮配合对绿洲沙地农田玉米产量、土壤硝态氮和氮平衡的影响

在黑河中游边缘绿洲沙地农田研究了不同的水氮配合对玉米产量、土壤硝态氮在剖面中的累积和氮平衡的影响.结果表明,施氮处理较不施氮处理产量增加48.22%～108.6%,施氮量超过225 kg hm-2,玉米产量不再显著增加.受土壤结构影响土壤硝态氮在土壤中呈"W"型分布,即土壤硝态氮含量在0～20 cm、140～160 cm和260～300 cm土层均出现峰值,并随施氮量增加,峰值增高.在常规高灌溉量处理硝态氮含量峰值最高值出现在260～300 cm土层,节水25%灌溉处理硝态氮含量峰值最高值出现在土壤表层0～20 cm土层.在常规高灌溉量处理0～300 cm土层中200～300土层硝态氮累积量所占比例最高,介于27.56%～51.86%之间;节水25%灌溉处理在0～300 cm土层中100～200土层硝态氮累积量所占比例最高,介于32.94%～38.07%之间;表明低灌溉处理下土壤硝态氮在土壤浅层累积较多,而高灌溉处理使更多的硝态氮淋溶至土壤深层.与2006年相比,2007年不施氮处理0～200 cm土层土壤硝态氮含量和积累量均明显减少;而施氮处理变化很小,在低灌溉处理甚至表现出硝态氮含量和积累量增加,表明施氮是土壤硝态氮累积的主要来源,而灌溉则使硝态氮向土壤深层淋溶.0～200 cm 土层土壤硝态氮累积量平均介于27.66～116.68 kg hm-2、氮素表观损失量平均介于77.35～260.96 kg hm-2,和施氮量均呈线性相关,即随施氮量增加,土壤硝态氮累积量和氮素表观损失量均增加,相关系数R2介于0.79～0.99之间,相关均显著.随施氮量增加,玉米总吸氮量和氮收获指数增加,氮的农学利用率降低,而灌溉的影响较小.施氮量超过225 kg hm-2时,地上部植株氮肥吸收利用率和籽粒氮肥吸收利用率开始有降低趋势.所以,在沙地农田,节水10%～25%的灌溉水平和225 kg hm-2的施氮水平可以在避免水肥过量投入的基础上减少土壤有机氮淋溶对地下水造成的污染威胁.     

降水变化与氮添加对晋北盐碱化草地土壤净氮矿化的影响

于2018年在晋北典型农牧交错带盐碱化草地设置增减降水和氮添加处理试验, 2019年生长季(5—9月)采用原位顶盖PVC埋管法测定不同水、氮处理下土壤净氮矿化速率,研究盐碱化草地土壤净氮矿化速率对降水格局变化和氮沉降的响应。结果表明: 土壤净氮矿化速率表现出明显的季节动态。单独增减降水(±50%)和氮添加(10 g·m^-2·a^-1)以及氮添加+增加50%降水处理对土壤净氮矿化速率影响不显著,氮添加+减少50%降水处理显著提高土壤净硝化速率和净氮矿化速率,分别提高10.8和8.6倍。土壤净氮矿化速率与土壤含水量呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关。氮添加在不同降水条件下对晋北盐碱化草地土壤氮矿化速率的影响存在差异,土壤含水量与pH值是晋北盐碱化草地土壤净氮矿化速率的主要影响因素。因此,全面评估草地土壤氮矿化过程对全球变化的响应模式,需要考虑降水格局变化与氮沉降增加的交互作用,以及盐碱化草地土壤理化性质的特殊性。     

模拟氮沉降和降雨对华西雨屏区常绿阔叶林凋落物分解的影响

从2013年11月至2015年5月,采用凋落物分解袋法,设置了对照(CK)、氮沉降(N)、减雨(R)、增雨(A)、氮沉降+减雨(NR)、氮沉降+增雨(NA)6个处理水平,研究了模拟氮沉降和降雨对华西雨屏区常绿阔叶林凋落物分解的影响。结果表明:华西雨屏区常绿阔叶林凋落叶分解较快,凋落枝分解较慢;凋落物夏季分解较快,其他季节分解较慢。经过18个月的分解后,凋落叶和枝的质量残留率分别为45.86%和86.67%,凋落叶分解50%需要的时间为1.42 a,比枝短6.19 a。各处理凋落物叶分解系数表现为:k(A)k(CK)k(NA)k(N)k(R)k(NR),凋落枝质量残留率表现为:NNRRNACKA。模拟氮沉降、减雨和增雨处理凋落叶分解50%分别需要1.79、1.94a和1.36a,凋落枝分解50%分别需要8.84、8.63 a和6.47 a。各处理凋落叶分解95%需要5.37—11.33 a,凋落枝分解95%需要27.41—33.84 a。同一氮沉降条件下,增雨处理促进凋落叶分解,减雨处理抑制凋落叶分解;同一降雨条件下,氮沉降抑制凋落叶分解。氮沉降或降雨对凋落物的分解产生显著影响(P0.05),其交互作用影响不显著(P0.05)。可见,在氮沉降持续增加和降雨格局改变的背景下,增雨促进了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物的分解,氮沉降和减雨抑制了凋落物的分解,模拟氮沉降和降雨对凋落物的分解交互作用表现不明显。     

西藏林芝大气有机氮沉降

2005～2007年,利用雨量器在西藏林芝地区定点采集雨样,研究了该地区降雨中有机氮浓度、沉降量的月、季动态变化.结果表明:西藏林芝地区雨水有机氮月均浓度和沉降量分别为0.21 mg/L和0.50 kg/hm2.不同月份比较,监测期内,2006年7、8月份有机氮浓度平均为1.26 mg/L,明显高于其它年份同时期水平.2007年各月有机氮浓度在0.15～0.53 mg/L之间,变化幅度较小.不同季节内,有机氮浓度差异不大,春\,夏季较高,浓度变化受降雨量影响较小.有机氮湿沉降量与降雨量呈线性正相关,3a的相关系数分别为0.46(p=0.019)、0.69(p=0.001)、0.77(p=0.001).各月沉降量差异较大,2006年6、7两个月有机氮输入量明显偏高,月均达到1.32 kg/hm2,2007年有机氮沉降主要集中在6、7、9月份3个月.四季有机氮沉降量与降雨量呈线性正相关,相关系数0.99(p=0.01).四季中,夏季沉降量最高,为0.93 kg/hm2,占全年的46%.在整个监测期内,有机氮占雨水总氮的比例平均为62%,是大气氮沉降的重要组分.     

Above- and belowground responses to nitrogen addition in a Chihuahuan Desert grassland

Increased available soil nitrogen can increase biomass, lower species richness, alter soil chemistry and modify community structure in herbaceous ecosystems worldwide. Although increased nitrogen availability typically increases aboveground production and decreases species richness in mesic systems, the impacts of nitrogen additions on semiarid ecosystems remain unclear. To determine how a semiarid grassland responds to increased nitrogen availability, we examined plant community structure and above- and belowground net primary production in response to long-term nitrogen addition in a desert grassland in central New Mexico, USA. Plots were fertilized annually (10 g N m⁻²) since 1995 and NPP measured from 2004 to 2009. Differences in aboveground NPP between fertilized and control treatments occurred in 2004 following a prescribed fire and in 2006 when precipitation was double the long-term average during the summer monsoon. Presumably, nitrogen only became limiting once drought stress was alleviated. Belowground NPP was also related to precipitation, and greatest root growth occurred the year following the wettest summer, decreasing gradually thereafter. Belowground production was unrelated to aboveground production within years and unrelated to nitrogen enrichment. Species richness changed between years in response to seasonal precipitation variability, but was not altered by nitrogen addition. Community structure did respond to nitrogen fertilization primarily through increased abundance of two dominant perennial grasses. These results were contrary to most nitrogen addition studies that find increased biomass and decreased species richness with nitrogen fertilization. Therefore, factors other than nitrogen deposition, such as fire or drought, may play a stronger role in shaping semiarid grassland communities than soil fertility.