增温对高寒灌丛根际和非根际土壤微生物生物量碳氮的影响

本文对青藏高原东缘窄叶鲜卑花高寒灌丛生长季根际和非根际土壤微生物生物量碳和氮对增温的响应进行研究.结果表明: 窄叶鲜卑花灌丛生长季初期根际和非根际土壤微生物生物量碳和氮均显著高于生长季中期和末期.在多数时期,增温对根际土壤微生物生物量碳和氮的影响不显著.在非根际土壤中,增温对土壤微生物生物量碳和氮的影响因不同生长季节而不同: 增温使生长季初期土壤微生物生物量碳显著降低,而使土壤微生物生物量氮显著提高;生长季中期增温使土壤微生物生物量碳和氮显著提高;而在生长季末期增温对土壤微生物生物量碳和氮的影响不显著.土壤微生物生物量碳和氮的根际效应也因不同生长季节而不同: 土壤微生物生物量碳和氮在生长季初期表现为负根际效应,而在生长季中期表现为正根际效应;在生长季末期,土壤微生物生物量碳表现为负根际效应,土壤微生物生物量氮则表现为正根际效应.增温在生长季初期使土壤微生物生物量碳和氮的根际效应显著提高,而在生长季中期和末期使土壤微生物生物量碳和氮的根际效应降低.本研究初步阐明了气候变暖背景下高寒灌丛根际和非根际土壤生物学过程变化机理.     

高寒灌丛生长季土壤转化酶与脲酶活性对增温和植物去除的响应

对青藏高原东缘窄叶鲜卑花土壤转化酶与脲酶活性对增温(0.6～1.3 ℃)和植物去除的响应进行研究,以了解气候变暖和植被干扰对高寒灌丛生长季不同时期土壤生态过程的影响.结果表明: 增温在整个生长季节使去除/不去除植物处理土壤转化酶活性显著增加了3.7%～13.3%.增温除在生长季末期对不去除植物处理土壤脲酶活性影响不显著以外,在其他时期使去除/不去除植物处理土壤脲酶活性显著增加10.8%～56.3%.去除植物处理对土壤转化酶与脲酶活性的影响因增温与生长季节而存在显著差异.去除植物显著降低了不增温样方生长季初期和末期与增温样方整个生长季节土壤转化酶活性,而没有显著影响生长季中期不增温样方土壤转化酶活性.去除植物仅在生长季末期使不增温样方土壤脲酶活性显著降低了10.5%;而在增温样方,去除植物仅在生长季初期和中期使土壤脲酶活性显著降低16.0%～18.7%.以上结果有利于全面认识高寒灌丛生态系统土壤碳氮循环过程.     

模拟增温对青藏高原东部高寒灌丛土壤氮转化的影响

本文研究了青藏高原东部窄叶鲜卑花高寒灌丛生长季前期、生长季后期和非生长季3个生育期的土壤氮转化速率对模拟增温的响应,分析全球气候变暖对高寒灌丛土壤氮循环过程的影响。结果表明: 模拟增温使高寒灌丛土壤温度显著升高1.2 ℃,土壤水分显著降低2.5%。高寒灌丛生长季土壤净氮矿化(氨化和硝化)速率显著高于非生长季,但土壤净氮固持速率显著低于非生长季。土壤氮矿化在生长季前期以硝化作用为主,在生长季后期和非生长季以氨化作用为主。模拟增温对高寒灌丛土壤氮转化过程的影响在不同时期存在显著差异。模拟增温显著增加了生长季前期土壤净氨化、净硝化、净氮矿化、净氮固持速率和非生长季土壤净硝化、净氮矿化速率,并显著降低了生长季后期土壤净硝化、净氮矿化、净氮固持速率和非生长季土壤净氨化速率。但模拟增温对高寒灌丛非生长季净氮固持速率和生长季后期净硝化速率的影响不显著。未来气候变暖将显著改变青藏高原东部高寒灌丛土壤氮转化,进而加速高寒灌丛土壤氮循环过程。     

花椒叶浸提液对土壤微生物数量和土壤酶活性的影响

通过用花椒叶浸提液浇灌盆栽花椒幼苗,研究浸提液对土壤酶和土壤微生物的影响.结果表明, 花椒叶浸提液使根际土中细菌、真菌和放线菌数量以及微生物总数均有不同程度的减少,根际土中真菌和放线菌的数量变化呈降-升-降-升的趋势.20、60和80 g·L^-1浓度的叶浸提液使非根际土中细菌的数量显著增加21.59%、107.55%和8.62%,而40 g·L-1浓度的叶浸提液则使非根际土中细菌数量显著降低22.56%.叶浸提液使根际土蛋白酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性明显低于非根际土相应的酶活性,而过氧化氢酶和多酚氧化酶活性则显著升高.土壤的蛋白酶活性与蔗糖酶活性呈显著正相关,与土壤放线菌数量呈显著负相关;多酚氧化酶活性与蔗糖酶活性呈显著负相关,与细菌、真菌、放线菌以及微生物总数呈显著正相关;放线菌只与蛋白酶、多酚氧化酶、蔗糖酶3种酶活性及真菌呈显著相关,与过氧化氢酶、酸性磷酸酶以及细菌和微生物总数的相关性均不显著.     

模拟增温对川西亚高山两类针叶林土壤酶活性的影响

采用开顶式生长室(open top chamber,OTC)模拟增温,同步监测了亚高山人工针叶林和天然针叶林表层土壤温、湿度的变化,以及模拟增温初期土壤转化酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性的变化.结果表明：在整个生长季节中,OTC使人工林和天然林5 cm土壤日平均温度分别增加0.61 ℃和0.56 ℃,10 cm体积含水量分别下降4.10%和2.55%;模拟增温增加了土壤转化酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性.增温与林型的交互作用对土壤脲酶和过氧化氢酶活性有显著影响,而对转化酶和多酚氧化酶影响不显著.增温对过氧化氢酶活性的影响与季节变化相关.在各处理下,天然林土壤酶活性显著高于人工林.土壤酶活性季节动态与土壤温度有着较大相关性,而与土壤水分季节变化关系不明显.模拟增温易于增加土壤酶活性,但增温效应和林型、酶种类和季节变化有一定关系;亚高山针叶林土壤酶活性主要受控于土壤温度,而与土壤水分关系不大.     

模拟增温对川西亚高山西类针叶林土壤酶活性的影响

采用开顶式生长室(open top chamber,OTC)模拟增温,同步监测了亚高山人工针叶林和天然针叶林表层土壤温、湿度的变化,以及模拟增温初期土壤转化酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性的变化.结果表明:在整个生长季节中,OTC使人工林和天然林5 am土壤日平均温度分别增加0.61 oC和0.56 ℃,10 am体积含水量分别下降4.10%和2.55%;模拟增温增加了土壤转化酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性.增温与林型的交互作用对土壤脲酶和过氧化氢酶活性有显著影响,而对转化酶和多酚氧化酶影响不显著.增温对过氧化氢酶活性的影响与季节变化相关.在各处理下,天然林土壤酶活性显著高于人工林.土壤酶活性季节动态与土壤温度有着较大相关性,而与土壤水分季节变化关系不明显.模拟增温易于增加土壤酶活性,但增温效应和林型、酶种类和季节变化有一定关系;亚高山针叶林土壤酶活性主要受控于土壤温度,而与土壤水分关系不大.     

O_3浓度升高对小麦根际土壤酶活性和有机酸含量的影响

近地层臭氧(O_3)浓度升高作为全球气候变化的重要因素之一,对土壤生态环境和农作物生长发育造成了很大影响.本研究采用开顶式气室(OTC_s)法,探究臭氧浓度升高对小麦不同生育期(分蘖期、拔节期、孕穗期和成熟期)根际土壤酶活性(过氧化氢酶、多酚氧化酶、脱氢酶和转化酶)和有机酸含量(草酸、柠檬酸和苹果酸)的影响规律,并结合根际土壤理化性质、植株根系生长状况等分析其产生影响的原因.结果表明:O_3浓度升高不同程度地提高了小麦成熟期土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、脱氢酶和转化酶活性,其中过氧化氢酶和多酚氧化酶活性提高达显著水平;在抽穗期,脱氢酶和转化酶活性因臭氧浓度升高而显著提高,增幅最高可达76.7%.在成熟期,O_3浓度升高显著提高了根际土壤中柠檬酸和苹果酸含量;显著降低了根际土壤p H、电导率、总碳和总氮含量,增加了土壤氧化还原电位(Eh);显著降低了小麦根系生物量、总根长和根总表面积,而增加了根平均直径.     

青藏高原东缘窄叶鲜卑花灌丛生长季土壤无机氮对增温和植物去除的响应

为了揭示气候变暖背景下高寒灌丛土壤氮转化过程, 该文研究了青藏高原东缘窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌丛生长季节土壤硝态氮和铵态氮含量对增温和去除植物的响应。结果表明: 窄叶鲜卑花灌丛土壤硝态氮和铵态氮含量具有明显的季节动态。整个生长季节, 土壤硝态氮含量呈先增加后降低的趋势, 而铵态氮含量均表现为一直增加的趋势。在生长季初期和中期, 各处理土壤硝态氮含量均显著高于铵态氮含量, 而在生长季末期土壤硝态氮含量均显著低于铵态氮含量, 说明该区域土壤氮转化过程在生长季初期和中期以硝化作用为主, 而在生长季末期以氨化作用为主。不同时期土壤硝态氮和铵态氮含量对增温和去除植物的响应不同: 增温对硝态氮的影响主要发生在生长季中期和末期, 且因植物处理的不同而有显著差异, 增温仅在生长季中期使不去除植物样方铵态氮含量显著升高。去除植物对土壤硝态氮的影响仅表现在对照样方(不增温), 去除植物显著提高了生长季初期和中期土壤硝态氮含量, 显著降低了生长季末期土壤硝态氮含量; 同时去除植物显著降低了增温样方生长季中期土壤铵态氮含量。灌丛植被在生长季初期和中期可能主要吸收土壤硝态氮, 其吸收过程不受土壤增温的影响。     

O3浓度升高对小麦根际土壤酶活性和有机酸含量的影响

近地层臭氧(O₃)浓度升高作为全球气候变化的重要因素之一,对土壤生态环境和农作物生长发育造成了很大影响.本研究采用开顶式气室(OTCs)法,探究臭氧浓度升高对小麦不同生育期(分蘖期、拔节期、孕穗期和成熟期)根际土壤酶活性(过氧化氢酶、多酚氧化酶、脱氢酶和转化酶)和有机酸含量(草酸、柠檬酸和苹果酸)的影响规律,并结合根际土壤理化性质、植株根系生长状况等分析其产生影响的原因.结果表明: O₃浓度升高不同程度地提高了小麦成熟期土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、脱氢酶和转化酶活性,其中过氧化氢酶和多酚氧化酶活性提高达显著水平;在抽穗期,脱氢酶和转化酶活性因臭氧浓度升高而显著提高,增幅最高可达76.7%.在成熟期,O₃浓度升高显著提高了根际土壤中柠檬酸和苹果酸含量;显著降低了根际土壤pH、电导率、总碳和总氮含量,增加了土壤氧化还原电位(Eh);显著降低了小麦根系生物量、总根长和根总表面积,而增加了根平均直径.     

Responses of soil inorganic nitrogen to increased temperature and plant removal during the growing season in a Sibiraea angustata scrub ecosystem of eastern Qinghai-Xizang Plateau

为了揭示气候变暖背景下高寒灌丛土壤氮转化过程, 该文研究了青藏高原东缘窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌丛生长季节土壤硝态氮和铵态氮含量对增温和去除植物的响应。结果表明: 窄叶鲜卑花灌丛土壤硝态氮和铵态氮含量具有明显的季节动态。整个生长季节, 土壤硝态氮含量呈先增加后降低的趋势, 而铵态氮含量均表现为一直增加的趋势。在生长季初期和中期, 各处理土壤硝态氮含量均显著高于铵态氮含量, 而在生长季末期土壤硝态氮含量均显著低于铵态氮含量, 说明该区域土壤氮转化过程在生长季初期和中期以硝化作用为主, 而在生长季末期以氨化作用为主。不同时期土壤硝态氮和铵态氮含量对增温和去除植物的响应不同: 增温对硝态氮的影响主要发生在生长季中期和末期, 且因植物处理的不同而有显著差异, 增温仅在生长季中期使不去除植物样方铵态氮含量显著升高。去除植物对土壤硝态氮的影响仅表现在对照样方(不增温), 去除植物显著提高了生长季初期和中期土壤硝态氮含量, 显著降低了生长季末期土壤硝态氮含量; 同时去除植物显著降低了增温样方生长季中期土壤铵态氮含量。灌丛植被在生长季初期和中期可能主要吸收土壤硝态氮, 其吸收过程不受土壤增温的影响。     

增温和刈割对高寒草甸土壤呼吸及其组分的影响

评估土壤呼吸及其组分对增温等全球变化的响应对于预测陆地生态系统碳循环至关重要。本研究利用红外线辐射加热器(Infrared heater)装置在青藏高原高寒草甸生态系统设置增温和刈割野外控制实验。通过测定2018年生长季(5—9月)土壤呼吸和异养呼吸,探究增温和刈割对土壤呼吸及其组分的影响。研究结果表明：(1) 单独增温使土壤呼吸显著增加31.65% (P<0.05),异养呼吸显著增加27.12% (P<0.05),土壤自养呼吸没有显著改变(P>0.05);单独刈割对土壤呼吸和自养呼吸没有显著影响(P>0.05),单独刈割刺激异养呼吸增加32.54% (P<0.05);(2) 增温和刈割之间的交互作用对土壤呼吸和异养呼吸没有显著影响(P>0.05),但是对自养呼吸的影响是显著的(P<0.05),土壤呼吸和异养呼吸的季节效应显著(P<0.05);(3)土壤呼吸及其组分与土壤温度均成显著指数关系,与土壤湿度呈显著的正相关关系(P<0.05),处理影响它们的响应敏感性。本研究表明青藏高原东缘高寒草甸土壤碳排放与气候变暖存在正反馈。     

Responses of soil inorganic nitrogen to increased temperature and plant removal during the growing season in a Sibiraea angustata scrub ecosystem of eastern Qinghai-Xizang Plateau北大核心CSCD

Aims Little information has been available on the soil nitrogen transformation process of alpine scrubland under global warming and changing climate. This study aimed at clarifying seasonal dynamics of the soil nitrate and ammonium contents and their responses to increased temperature under different plant treatments. Methods We conducted a field experiment including two plant treatments (removal- or unremoval-plant) subjected to two temperature conditions (increased temperature or control) in Sibiraea angustata scrub ecosystem on the eastern Qinghai-Xizang Plateau. The contents of soil nitrate and ammonium were measured at the early, middle and late growing seasons. Important findings The results showed that soil nitrate and ammonium contents exhibited obvious seasonal dynamics. Throughout the entire growing season, the soil nitrate contents increased firstly and then decreased, while the soil ammonium contents increased continually. Particularly, in the early and middle growing season, the soil nitrate contents were significantly higher than those of ammonium, regardless of increased temperature and plant treatments; however, in the late growing season, the soil nitrate contents were significantly lower than those of ammonium. These results implied that soil nitrification was the major process of soil nitrogen transformation in the early and middle growing season; soil ammonification contributed mostly to soil nitrogen transformation in the late growing season. Furthermore, different responses of soil nitrate and ammonium contents to increased temperature and plant removal treatments were observed at the different stages in the growing season. The effects of increased temperature on soil nitrate contents mainly occurred in the middle and late growing season, but the effects varied with plant treatments. Increased temperature only significantly increased soil ammonium contents in the unremoval-plant plots during the middle growing season. The effects of plant treatments on soil nitrate contents only occurred in the control plots (controlled temperature). Plant removal only increased soil nitrate contents in the early and middle growing season, but significantly decreased soil nitrate contents in the late growing season. Plant removal significantly decreased soil ammonium contents in the increased temperature plots during the middle growing season. Probably, in the early and middle growing season, scrub vegetation mainly absorbed soil nitrate and the absorption process was not affected by increased temperature. These results would increase our understanding of the soil nitrogen cycling process in these alpine scrub ecosystems under global warming and changing climate. © 2018 Editorial Office of Chinese Journal of Plant Ecology. All rights reserved.     

模拟增温对西藏高原高寒草甸土壤供氮潜力的影响

过去几十年青藏高原呈现显著的增温趋势,冬季增温幅度显著高于生长季的季节非对称特征。气候变暖会对生态系统氮素循环产生重要影响,但关于全年增温与冬季增温对高寒生态系统氮循环的不同影响仍缺乏研究。在青藏高原高寒草甸区开展模拟增温试验,研究季节非对称增温对高寒草甸生态系统氮循环的影响。该试验布设于2010年7月,设置3种处理(不增温、冬季增温与全年增温)。研究结果发现,开顶箱增温装置造成了小环境的暖干化:显著提高了地表空气温度和表层土壤温度,降低了表层土壤含水量。冬季增温会加剧土壤中氮素的流失,所以在经历了冬季增温后土壤氮含量显著降低;在生长季节,土壤氮素周转速率受土壤水分的调控,在降雨较少的季节,增温引起的土壤含水量降低会抑制土壤氮周转速率。对于土壤微生物量而言,高寒草甸土壤微生物量碳表现出明显的季节动态,在生长季旺盛期较低,在生长季末期和初冬季节反而较高,这说明为了降低对土壤养分的竞争,高寒草甸植物氮吸收与土壤微生物氮固持在时间上存在分离。研究结果表明,冬季增温导致的土壤养分含量变化会影响随后生长季植物群落的生产力、结构组成与碳氮循环等过程,对生态系统过程产生深远的影响。     

不同降水梯度下草地生态系统地表能量交换

通过对不同降水梯度下的蒙古中部针茅草原(KBU)、内蒙古羊草草原(NM)、海北高寒灌丛草甸(HB)和当雄高寒草甸草原(DX)4个草地生态系统的能量通量连续4-5 a的测定,分析了影响青藏高原和蒙古高原草地生态系统生长季中地表能量交换的主要因素。研究表明:相对于KBU、NM和DX,HB高寒灌丛草甸NDVI(0.58)和土壤含水量(28.3%)最大,因而地表短波反射率(αk)最低(0.12),从而获得了最大的净辐射(Rn)。KBU、NM和DX 3个草地生态系统生长季中αk随着植被的生长而降低,在生长季末期,随着植被的凋落而增加;HB的αk季节变化趋势与其它生态系统相反。从蒙古高原(KBU和NM)到青藏高原(HB和DX),随着降水量的增加,波文比(β)逐渐减小(2.25-0.53),即生态系统与大气的能量交换从显热(H)占主导转变为潜热(LE)占主导。植被状况对草地生态系统与大气之间能量交换的季节动态有重要的调控作用,在NDVI较低的时候,4个生态系统H/Rn都大于LE/Rn,LE/Rn随着NDVI的增加而增加,而H/Rn呈现出与LE/Rn相反的季节变化趋势。     

增温对青藏高原高寒草甸呼吸作用的影响

生态系统呼吸(ER)和土壤呼吸(SR)是草地生态系统碳排放的关键环节,其对气候变化极为敏感。高寒草甸是青藏高原典型的草地生态系统,其呼吸作用对气候变化的响应对区域碳排放具有重要的影响。以高寒草甸生态系统为对象,于2012—2016年采用模拟增温的方法研究呼吸作用对增温的响应。结果表明:增温对高寒草甸ER的影响存在年际差异,2013年和2014年增温对ER无显著影响,其他年份显著增加ER(P0.05),综合5年结果,平均增幅达22.3%。增温显著促进了高寒草甸SR(P0.05),较对照处理5年平均增幅高达67.1%;增温总体上提高了SR在ER中的比例(P0.05),最高增幅达到59.9%。ER和SR与土壤温度有显著的正相关关系(P0.05),与土壤水分没有显著的相关关系(P0.05)。对照样地中,土壤温度分别能解释33.0%和18.5%的ER和SR变化。在增温条件下,土壤温度可以解释20.5%和13.0%的ER和SR变化。在增温条件下,SR的温度敏感性显著增加,而ER的温度敏感性变化较小,导致SR的比重进一步增加。因此,在未来气候变暖条件下,青藏高原高寒草甸生态系统碳排放,尤其是土壤碳排放有可能进一步增加,土壤碳流失风险增加。     

青藏高原东缘高山森林-苔原交错带土壤微生物生物量碳、氮和可培养微生物数量的季节动态

为了了解青藏高原东缘高山森林-苔原交错带土壤微生物的特征和季节变化, 研究了米亚罗鹧鸪山原始针叶林、林线、树线、密灌丛、疏灌丛和高山草甸土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)和可培养微生物数量的季节动态。结果表明, 植被类型和季节动态对MBC、MBN和微生物数量都有显著影响。不同时期的微生物在各植被类型间分布有差异, 植物生长季初期和生长季中期, 树线以上群落的MBC高于树线下的群落, 而到生长季末期恰恰相反, 暗针叶林、林线和树线的MBC显著升高, 各植被之间MBC的差异减小; 微生物数量基本上也是以树线为界, 树线以下群落土壤微生物数量显著低于树线以上群落, 其中密灌丛的细菌数量最高; 可培养微生物数量为生长季末期>生长季初期>生长季中期。生长季末期真菌数量显著增加, 且MBC/MBN最高。统计分析表明, MBN与细菌、真菌、放线菌数量存在显著的相关关系, 而MBC仅与真菌数量存在显著相关关系( p < 0.05)。植物生长季末期大量的凋落物输入和雪被覆盖可能是微生物季节变异的外在因素, 而土壤微生物和高山植物对有效氮的竞争可能是微生物季节变异的内在因素。植物生长季初期对氮的吸收和土壤微生物在植物生长季末期对氮的固定加强了高山生态系统对氮的利用。气候变暖可能会延长高山植物的生长季, 增加高山土壤微生物生物量, 加速土壤有机质的分解, 进而改变高山土壤碳的固存速率。     

增温对青藏高原高寒草甸生态系统固碳通量影响的模拟研究

低温被广泛认为是高寒草甸生态系统首要限制性因子,因此增温可能会在某种程度上促进初级生产力,但是也可能由于土壤水分、N素营养状况的改变形成新胁迫而抑制生产力提高。此外,生态系统呼吸由于增温而提高的幅度也可能高于初级生产力提高的幅度,造成总碳库平衡的改变。利用青藏高原海北高寒草甸实测数据对生态系统过程模型Biome-BGC(V.4.2)进行了参数化,并利用研究区实测土壤水分(0-40 cm)和其它观测数据对模型进行了检验,证明模型模拟结果较为可靠。模型使用2005-2008年的海北气象站实测气象数据包括气温、降水等作为驱动数据,模拟了增温1.2-1.7℃下青藏高原海北定位站高寒草甸生态系统碳通量的变化,并整合分析增温试验平台上已发表的试验,与模拟结果进行对比,探讨增温对海北高寒草甸生态系统碳收支的可能影响。结果表明:2005-2008年青藏高原高寒草甸生态系统为弱的碳汇,短期增温导致系统净碳固定增加。增温直接影响系统碳通量,也通过土壤水分和土壤矿化氮变化间接影响碳通量,相比土壤水分和氮素,增温对影响碳通量变化过程中的效应更大;研究也揭示,在增温条件下,植物对土壤矿化氮的吸收量小于有机质分解产生的土壤矿化氮量,土壤矿化氮含量增加。