长期氮添加对草甸草原生态系统氮库的影响

大气氮沉降增加深刻影响生态系统物种多样性、生产力及其稳定性,研究草原生态系统N库如何响应不断增加的大气氮沉降至关重要.本研究在内蒙古额尔古纳草甸草原开展刈割和不同水平外源氮添加试验,设置6个氮添加水平:0、2、5、10、20和50 g·m-2·a-1,同时设置刈割处理,分为刈割和不刈割2个水平.在连续处理的第7年,采集...     

古尔班通古特沙漠藓结皮光合生理活性与土壤有机碳组分对长期氮添加的响应

藓结皮是荒漠生物土壤结皮的重要类型,在荒漠生态系统碳固定与碳排放过程中具有重要作用。研究长期氮添加对藓结皮光合生理活性和土壤有机碳（SOC）组分的影响,有助于理解藓结皮光合生理活性特征与荒漠生态系统土壤碳固存之间的关系及其调控因子。为此,研究依托古尔班通古特沙漠野外长期（13a）氮添加实验,以齿肋赤藓形成的藓结皮为研究对象,选取0（N0）、1.0（N1）、3.0 g N m^-2 a^-1（N3）三种氮处理,阐明长期氮添加对藓结皮光合生理活性和SOC组分的影响。结果表明：（1）相比对照,长期氮添加对结皮层颗粒有机碳（POC）与矿物结合态有机碳（MAOC）含量无显著影响,但显著减少了0—5 cm土层POC和MAOC含量的积累;（2） N1处理显著提高了叶绿素和非结构性碳水化合物（NSC）含量,而N3处理叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及NSC的含量分别显著降低了50.94%、42.49%、46.71%和50.85%;（3）可溶性糖的含量在N1处理下显著增加,N3处理则显著抑制了其积累,脯氨酸的含量随氮浓度呈显著下降的趋势,长期氮添加对可溶性蛋白含量无显著影响;（4）相关性分析表明,长期氮添加、光合生理活性与POC和MAOC含量无显著相关性,酸碱度、微生物量碳氮、电导率、硝态氮和铵态氮皆显著影响POC和MAOC的含量积累。研究揭示了长期氮添加对藓结皮的光合生理活性和SOC组分的影响,且光合生理活性的响应无法有效反映SOC组分变化,为理解荒漠生态系统中氮沉降对生物土壤结皮的影响提供数据支持。     

华北盐渍化草地土壤净氮矿化速率对不同水平氮添加的响应

对于养分贫瘠的盐渍化草地生态系统, 大气氮沉降如何影响土壤氮循环过程是一个目前尚未解决的问题。该研究在位于华北地区山西省右玉县境内的盐渍化草地建立了一个模拟氮沉降的试验平台, 设置8个氮添加水平, 分别为0、1、2、4、8、16、24、32 g·m^-2·a^-1 (N0、N1、N2、N4、N8、N16、N24、N32), 生长季5-9月, 每月月初以喷施的方式等量添加NH₄NO₃。从2017年5月到2019年10月, 运用顶盖PVC管法每月一次进行净氮矿化速率的测定同时计算了净氮矿化速率对不同水平氮添加的敏感性。主要结果表明: (1)高水平氮添加(N16、N24、N32)显著增加土壤无机氮库; (2)该盐渍化草地土壤氮矿化以硝化作用为主, 经过3年氮添加以后, 高氮添加(N24、N32)显著促进了土壤净硝化速率, 并且不同氮添加水平在不同的月份和年份中表现出差异性响应; (3)不同氮添加水平对土壤净氮矿化敏感性的影响在不同降水年份差异显著, 短期低水平氮添加提高了土壤净氮矿化的敏感性, 而高水平氮添加降低土壤净氮矿化敏感性; (4)盐渍化草地土壤净氮矿化速率与土壤温度和水分呈正相关关系, 与土壤pH呈负相关关系。因此, 在当前氮沉降增加的背景下, 北方盐渍化草地土壤氮矿化速率对低氮添加的敏感性较高, 结合氮沉降的特点, 未来模型预测应该同时考虑氮沉降对盐渍化草地的可能影响。     

氮添加对沙质草地氨挥发及硝态氮淋溶的影响

采用密闭室法和离子交换树脂袋法,研究了科尔沁沙质草地不同处理(水添加、氮添加、水氮添加)氧挥发的损失量和硝态氮的淋溶量.结果表明:氮添加处理和水氮添加处理显著促进了氨挥发(P＜0.05),最大氨挥发速率显著高于对照;氮添加处理和水氮添加处理的氨挥发累积量为111.80和148.64 mg·m-2,分别占氮添加量的1.1％和1.5％;水氮同时添加条件下,氨挥发累计量显著高于氨添加处理(P＜0.05),水添加处理和对照相比没有显著差异(P＞0.05);水氮添加处理显著增加了土壤深度20 cm处的硝态氮淋溶量(P＜0.05),氮添加处理和水氮添加处理的硝态氮淋溶量分别是对照的1.96和4.22倍,然而在土壤深度40 cm处各处理硝态氮淋溶量差异不显著(P＞0.05);可见,氮添加和水氮添加均促进了土壤的氧挥发,对硝态氮的淋溶没有显著影响.     

北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤碳组分对模拟增温的响应机制

中国北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤有机碳库对全球气候变暖的响应趋势存在较大不确定性。作为温性盐碱性草地的典型分布区,山西右玉农牧交错带是探索相关研究的理想生境。基于山西农业大学野外观测研究站开顶式气室模拟增温实验平台,通过采集生长旺季土壤样品,探索温性盐碱化草地不同土层有机碳、氮组分对模拟增温的响应与适应机制。结果表明：(1)不同增温处理对土壤有机碳(C)、总氮(N)、颗粒性有机碳(POM-C)和氮(POM-N)、矿物结合态有机碳(MAOM-C)和氮(MAOM-N)、可溶性有机碳(DOC)和氮(DON),以及微生物量碳(MBC)和氮(MBN)等组分无显著影响,但显著降低了MAOM-C/MBC的比值;(2)除土壤可溶性有机碳和微生物量碳外,土壤碳、氮各组分均随土层深度加深而呈现递减趋势,土壤碳、氮各组分之间的比值,除MAOM-N/N和MBC/C外,均随土层深度的增加而呈现显著上升趋势;(3)增温对POM-N/MBN和MAOM-N/MBN的影响与土层深度存在明显的交互效应;(4)不同土层氮组分比值对增温的响应与禾草丰度、杂类草丰度、凋落物量、土壤pH值及土壤含水量等因素有关。其中,凋落物...     

不同水平氮添加对盐渍化草地土壤微生物特征的影响

氮是陆地生态系统生产力的主要限制性因素, 土壤微生物是土壤氮转化的主要驱动因子, 随着大气氮沉降的增加, 盐渍化草地土壤微生物对不同水平氮输入的响应尚不清晰。在山西右玉黄土高原草地生态系统定位观测研究站不同水平氮添加平台(0、1、2、4、8、16、24和32 g·m^-2·a^-1), 在实验处理的第4年(2020年)测定生长季(5-9月)氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)丰度, 土壤真菌和细菌组成, 以及土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量, 探讨土壤微生物特征对不同氮输入水平的响应机制。研究表明: (1)在2020年生长季的5-9月, 由于土壤温度和水分的差异, 取样日期显著影响氨氧化微生物、细菌和真菌的数量及MBC、MBN含量。(2)氮添加仅显著影响AOB丰度, 对MBC、MBN含量及细菌和真菌丰度的影响均不显著。(3)氮添加对AOB丰度的影响与取样日期有关, 在生长季早期和高峰期(5-8月), 24和32 g·m^-2·a^-1氮添加显著提高AOB丰度, 在生长季后期(9月)氮添加对AOB丰度的影响不显著。(4)土壤阳离子浓度和土壤pH对AOB丰度的变异具有较高的解释度, 分别解释了土壤微生物特征变异的21.8%和17.2%。由于不同水平氮添加并未显著改变土壤阳离子浓度和土壤pH, 土壤MBC、MBN含量, 细菌和真菌的丰度对氮输入的响应不敏感, 仅在高氮处理显著提高了AOB的丰度, 说明高氮添加可能会促进盐渍化草地土壤氮的转化速率。     

增氮对青藏高原东缘典型高寒草甸土壤有机碳组成的影响

土壤有机碳动态是陆地生态系统碳平衡研究的关键环节,有关青藏高原高寒草甸土壤有机碳组成对大气氮沉降增加的响应研究至今尚未开展。基于中国科学院海北生态站的大气氮沉降模拟控制实验平台,于2010年5月、7月和9月中旬分别测定不同施氮处理下0—10cm、10—20cm、20—30cm土壤中粗颗粒态有机碳(CPOC)、细颗粒态有机碳(FPOC)和矿质结合有机碳(MOC)含量,研究不同施氮类型(NH4Cl,(NH4)2SO4和KNO3)和施氮水平(0、10、20、40 kgN.hm-.2a-1)对土壤POC和MOC含量以及POC/MOC比值的影响。结果表明:青藏高原高寒草甸土壤POC积聚在土壤表层,占总土壤有机碳(SOC)含量的64%以上,稳定性较差。施氮水平显著改变了土壤CPOC、FPOC和MOC含量,而施氮类型的影响不显著。不同月份土壤POC和MOC含量对增氮的响应不同,反映了SOC组分对增氮响应的时间异质性。在生长季中期,施氮倾向于增加表层土壤POC含量,而在生长季初期和末期恰好相反。土壤MOC对增氮的响应不敏感。另外,施氮显著降低生长季初期表层土壤POC/MOC比例,SOC稳定性增加。表明,青藏高原高寒草甸土壤有机碳活性组分较高,未来大气氮沉降增加短期内即可降低活性有机碳含量,相应地改变了其组成和稳定性。     

半干旱草地土壤团聚体氮磷转化相关酶活性对氮添加的响应

日益加剧的大气氮沉降对土壤养分循环过程产生了深刻影响,土壤养分转化相关酶是其关键调控途径,而土壤不同粒级团聚体结构和环境差异导致其中酶活性介导的养分转换过程可能不同。但目前对半干旱区土壤团聚体水平养分转化相关酶活性对氮沉降的响应还不清楚。基于黄土高原自然草地持续3年的野外氮添加控制试验,分析不同氮添加水平下土壤不同粒级团聚体中的基础理化性质、氮（亮氨酸氨基肽酶LAP和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶NAG）和磷转化相关的酶（磷酸单酯酶PME、磷酸二酯酶PDE和植酸酶phyA）活性及酶计量比,探索氮添加对团聚体酶活性的影响。结果表明：（1）氮添加导致了不同粒级团聚体中pH显著降低;高氮添加引起土壤团聚体有机碳、全氮、硝态氮、C ： P和N ： P升高;（2）随氮添加浓度增加,不同粒级团聚体中PME、PDE和phyA活性先降低后升高,而LAP、NAG和酶活性氮磷比均逐渐升高;团聚体酶活性总体表现为小团聚体（<0.25 mm）>中团聚体（0.25-2 mm）>大团聚体（>2 mm）;（3）在中和大团聚体中氮添加通过影响土壤N相关养分调控P转化相关酶活性。总之,氮添加通过改变团聚体养分及其计量比、pH等影响氮、磷转化相关酶活性。     

氮添加对三峡库区马尾松人工林土壤团聚体有机氮组分和氮矿化的影响

以三峡库区马尾松人工林为对象,将土壤筛分为大团聚体(2000～8000μm)、粗砂粒(1000～2000μm)、小团聚体(250～1000μm)和微团聚体(<250μm)4个粒径,研究低、中、高氮添加处理(氮添加量分别为30、60、90 kg N·hm^-2·a^-1)下土壤酸解性有机氮组分和净氮矿化的变化。结果表明：不同处理下,团聚体净硝化速率为0.30～3.42 mg N·kg^-1,占净氮矿化的80%以上。与对照相比,不同处理4个粒径的总氮含量分别提高24.1%～45.5%、6.4%～34.3%、7.9%～42.4%,净氮矿化速率分别提高1.3～7.2、1.4～6.6、1.8～12.9倍,而速效磷含量分别降低9.3%～36.9%、12.2%～56.7%、19.2%～61.9%。可酸解性有机氮组分、有机质含量以及净氨化、净硝化和净氮矿化速率均随着团聚体粒径的减小而增加,但速效磷含量变化呈相反的趋势。酸解性有机氮组分含量大小为：酸解氨基酸态氮>酸解铵态氮>酸解未知态氮>酸解氨基糖态氮。总氮是提高酸解性...     

半干旱黄土区不同管理措施下草地群落结构对短期氮、水添加的响应

氮沉降和降水变异显著影响草地群落结构和功能,但缺乏对不同管理措施下草地群落结构对氮沉降和降水变异响应的研究。为模拟不同管理措施下草地群落结构对氮沉降和降水变异的响应特征,以半干旱黄土区云雾山国家自然保护区典型草原为研究对象,系统分析了在封育、刈割和火烧三种管理措施下,氮添加和水添加对群落地上生物量、功能群组成和群落多样性的影响。结果表明,氮添加和水添加对地上生物量、功能群组成和群落多样性指数的影响因管理措施不同有所差异。（1）在封育草地上,氮添加显著降低物种多样性,对地上生物量影响较小;水添加显著增加物种多样性指数,氮添加和水添加的交互作用显著增加地上生物量、禾本科所占比例和莎草科所占比例;物种多样性指数均与地上生物量无显著相关,与不同功能群所占比例显著相关。（2）在刈割草地上,氮添加和水添加显著提高草地群落地上生物量,氮添加和水添加交互作用尤为显著;氮添加和水添加显著增加物种丰富度指数,对物种均匀度影响较小;杂草类所占比例和地上生物量对Shannon-Weiner多样性指数的贡献率较大。（3）在火烧草地上,氮添加和水添加显著提高群落地上生物量,对物种多样性的影响因年份不同有所差异,氮添加和水添加交互作用具有累加效应;Shannon-Weiner多样性指数与地上生物量呈显著负相关,与莎草科所占比例呈显著正相关。研究表明管理措施显著影响群落结构对氮添加和水添加的响应特征,亦改变生产力和物种多样性的关系模式,为更好地应对全球变化进行草地管理提供数据支撑。     

亚热带杉木林土壤有机碳及其活性组分对氮磷添加的响应

通过野外氮、磷添加,分析N₀(0 kg N·hm^-2·a^-1)、N₁(50 kg N·hm^-2·a^-1)、N₂(100 kg N·hm^-2·a^-1)、P(50 kg P·hm^-2·a^-1)、N₁P和N₂P等6种处理3年后对亚热带杉木人工林土壤有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)和水溶性有机碳(WSOC)的影响.结果表明:氮、磷添加对0～20 cm土层SOC含量无显著影响.磷添加显著降低0～5 cm土层POC含量,与无磷处理相比,加磷处理POC含量降低26.1%.WSOC含量对氮、磷添加的响应主要表现在0～5 cm土层,低水平氮添加和磷添加显著提高WSOC含量.在0～5 cm土层,氮添加对POC/SOC值无显著影响,而与无磷添加相比,POC/SOC值在磷添加处理下显著降低15.9%.在5～10和10～20 cm土层,氮、磷添加处理对POC/SOC值无显著影响.在亚热带地区,森林土壤碳稳定性主要受磷含量的调控,短期磷添加易导致表层土壤活性有机碳分解,增加土壤碳稳定性.     

山西吕梁山南段森林乔木层碳密度

森林在区域和全球碳循环中起着关键作用,不同森林类型生物量和碳密度的精确估算是区域森林碳储量研究的重要基础。以2005和2010年吕梁山南段2期森林资源清查资料为基础,采用加权生物量回归模型法和转换因子连续函数法对森林乔木层的生物量进行估算,发现前者估算结果显著高于后者(P0.01),加权生物量回归模型法更适宜于中小尺度生物量估算。依据回归模型法获得的28×112(物种×样方)碳密度矩阵,对森林群落进行TWINSPAN分类和DCA、CCA排序;采用单因素方差分析和相关分析对不同生境条件下乔木层的碳密度进行研究。结果表明:吕梁山南段森林群落可分为8个群系,不同群系间碳密度差异显著(P0.01),其中辽东栎+色木槭群系和辽东栎+油松群系显著高于其他群系,白皮松+侧柏群系最低。2010年乔木层碳密度显著高于2005年,平均每年以1.54 t·hm-2的速度增加。乔木层碳密度与海拔或坡度呈显著相关,随海拔或坡度的增加碳密度呈先增后降的趋势。阴坡和半阴坡(北坡和东坡)碳密度大于阳坡和半阳坡(南坡与东南坡),山脊碳密度最小。因地制宜进行物种选择和抚育管理,可显著提高森林碳密度。     

The Effect of Mineral Particulate Matter on the Productive Characteristics of Bacterioplankton and the Degradation of Labile Organic Material

The effect of mineral particulate matter on the population of bacterioplankton, its aggregation, and productive characteristics was studied in model experiments with different concentrations of particulate kaolin and the same concentration of organic substance (sodium humate). It was found that the presence of mineral particulate matter stimulated the aggregation of bacterioplankton, improved bacterial production, and extended the productive period of bacterioplankton. The integral specific production of aggregated bacterioplankton was higher than that of free-swimming bacterioplankton. The energy metabolic coefficient K ₂ of bacterioplankton in the presence of mineral particulate matter was higher than in its absence.     

Long term 15N studies in a catena of the shortgrass steppe

A set of long term¹⁵N studies was initiated during the summers of 1981 and 1982 on the backslope and footslope, respectively, of a catena in the shortgrass steppe of northeastern Colorado. Microplots labeled with¹⁵N urea were sampled for¹⁵N and total N content in 1981 and 1982 and again in 1992. In November, 1982, 100% of the added N was recovered in the soil-plant system of the finer-textured footslope, compared to 39% in the coarser-textured backslope microplots. Ten years later,¹⁵N recovery of the applied N decreased at both topographic positions to 85% in the footslope and 29% in the backslope. Average losses since the time of application were 3.5 g N m^–2yr^–1 in the backslope and 0.8 g N m^–2yr^–1 in the footslope. In 1992, soil organic matter was physically fractionated into particulate (POM) and mineral associated (MAON) fractions and 21-day mineralization incubations were conducted to assess the relative amounts of¹⁵N that were in the slow, passive and active soil organic matter pools, respectively, of the two soils. Our findings confirm the assumptions that POM represents a large portion of the slow organic compartment and that the MAON represents a large fraction of the passive compartment defined in the Century model. The N located in the MAON had the lowest availability for plant uptake. Isotopic data were consistent with textural effects and with the Century model compartmentalization of soil organic N based on the residence time of the organic N.     

Soil organic carbon pool changes following land‐use conversions

Carbon (C) can be sequestered in the mineral soil after the conversion of intensively cropped agricultural fields to more extensive land uses such as afforested and natural succession ecosystems. Three land‐use treatments from the long‐term ecological research site at Kellogg biological station in Michigan were compared with a nearby deciduous forest. Treatments included a conventionally tilled cropland, a former cropland afforested with poplar for 10 years and an old field (10 years) succession. We used soil aggregate and soil organic matter fractionation techniques to isolate C pools that (1) have a high potential for C storage and (2) accumulate C at a fast rate during afforestation or succession. These fractions could serve as sensitive indicators for the total change in C content due to land‐use changes. At the mineral soil surface (0–7 cm), afforesting significantly increased soil aggregation to levels similar to native forest. However, surface soil (0–7 cm) C did not follow this trend: soil C of the native forest site (22.9 t C ha^?1) was still significantly greater than the afforested (12.6 t C ha^?1) and succession (15.4 t C ha^?1) treatments. However, when the 0–50 cm soil layer was considered, no differences in total soil C were observed between the cropland and the poplar afforested system, while the successional system increased total soil C (0–50 cm) at a rate of 0.786 t C ha^?1 yr^?1. Afforested soils sequestered C mainly in the fine intra‐aggregate particulate organic matter (POM) (53–250 μm), whereas the successional soils sequestered C preferentially in the mineral‐associated organic matter and fine intra‐aggregate POM C pools.     

The shredding activity of gammarids facilitates the processing of organic matter by the subterranean amphipod Niphargus rhenorhodanensis

1. The functional feeding group approach has been widely used to describe the community structure of benthic invertebrates in relation to organic matter resources. Based on this functional framework, positive interactions between feeding groups (especially shredders and collector‐gatherers) were postulated in the River Continuum Concept. However, relationships with organic matter have been poorly documented for invertebrates living in the hyporheic zone. 2. We hypothesised that the common subterranean amphipod Niphargus rhenorhodanensis would feed on fine particulate organic matter (FPOM), which is more abundant than coarse particulate organic matter (CPOM) in hyporheic habitats, and should be favoured by the occurrence of shredders that produce FPOM from CPOM. 3. We used laboratory experiments to quantify leaf litter processing by N. rhenorhodanensis and a common shredder, the surface amphipod Gammarus roeselii. We estimated rates of feeding and assimilation (using nitrogen stable isotopes) of the two species separately and together to reveal any potential shredder–collector facilitation between them. 4. Measured leaf litter mass loss showed that N. rhenorhodanensis did not act as a shredder, unlike G. roeselii. Organic matter dynamics and ¹⁵N/¹⁴N ratios in tissues of niphargids indicated that N. rhenorhodanensis was a collector‐gatherer feeding preferentially on FPOM. We also found a positive influence of the gammarid shredders on the assimilation rate of N. rhenorhodanensis, which fed on FPOM produced by the shredders, supporting the hypothesis of a positive interaction between surface shredders and hyporheic collector‐gatherers.     

颗粒有机质的来源、测定及其影响因素

土壤活性有机质及其组分作为土壤质量的重要指标在土壤化学、物理和生物性质方面起着重要作用。颗粒有机质能够有效地反映有机质的特性,与微生物生长、营养供给及C、N的生物学调节密切相关。作为活性有机质的一个量度指标,颗粒有机质越来越受到人们的重视。本文综述了土壤颗粒有机质的来源及其在土壤有机质转化过程中的作用,对其测定方法作了系统的描述,阐明了土壤理化性质、农业措施(施肥与耕作)及土地利用类型对土壤颗粒有机质在土壤形成及维持其稳定性方面的影响。     

秸秆还田对土壤有机碳不同活性组分储量及分配的影响

通过田间试验,研究了不同秸秆还田模式下土壤溶解性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MOC)储量及其在总有机碳(TOC)中的分配比例.结果表明: 相对于翻压还田(WR),小麦秸秆覆盖还田(WM)0～20 cm耕层TOC和MOC储量显著降低,降幅为4.1%和9.7%,DOC和POC储量显著提高,增幅为207.7%和11.9%;20～40 cm犁底层TOC和POC储量显著提高.玉米秸秆覆盖还田(MM)与MR相比,犁底层TOC和MOC储量显著提高,增幅为13.6%和14.6%.小麦-玉米秸秆均覆盖还田(WM-MM)相对于均翻压还田(WR-MR),耕层TOC和MOC储量显著降低,降幅为8.5%和10.3%.玉米秸秆还田耕层TOC和POC储量显著高于小麦秸秆还田.与对照(秸秆不还田)相比,6种还田模式耕层TOC储量增幅为5.2%～18.0%,差异达显著水平;除WM和MM模式外,犁底层TOC储量显著降低(降幅8.0%～11.5%).6种还田模式下土壤耕层DOC储量及DOC/TOC比值显著降低,在WM和WM-MM还田模式下耕层POC储量显著提高、POC/TOC比值增大,WR模式的耕层MOC储量显著提高、MOC/TOC比值增大,其余3种模式耕层POC和MOC储量均显著提高.秸秆覆盖还田有利于土壤有机碳活性组分积累,翻压还田有利于较稳定性有机碳组分积累.在提高关中地区农田TOC储量方面,玉米秸秆还田好于小麦秸秆还田、小麦-玉米秸秆翻压还田好于覆盖还田.