中国东部地区无机氮湿沉降:南-北不同类型监测点的比较

中国被认为是全球氮沉降热点地区之一,东部地区作为经济发达和人口密集区域,更是人为活性氮大气排放和沉降的高发区,但针对我国整个东部不同生态系统的氮沉降及其南北区域特征差异的报导较少.2011—2013年,选择在我国东部的12个监测点(南北各6个,均包括城市、农村和背景点3种类型)利用传统雨量器(型号SDM6A)进行连续3年的氮素湿沉降观测.结果表明:监测点降水中铵态氮、硝态氮和总无机氮沉降浓度波动范围分别为0.62~2.76、0.54~2.50和1.25~4.92 mg N·L~(-1),平均浓度分别为1.4、1.5和2.9 mg N·L~(-1),北方监测点的雨水中各活性氮浓度均高于南方监测点.12个监测点降水中铵态氮、硝态氮和总无机氮的湿沉降量的波动范围分别为7.0~18.3、6.9~18.9和14.9~32.6 kg N·hm~(-2)·a~(-1),平均值分别为11.5、12.2和23.7 kg N·hm~(-2)·a~(-1).北方不同类型监测点间存在显著差异,表现为:城市监测点(26.3±6.4 kg N·hm~(-2)·a~(-1))农村监测点(21.8±3.5 kg N·hm~(-2)·a~(-1))背景点(15.5±1.3 kg N·hm~(-2)·a~(-1));与之相反,南方各监测点氮素湿沉降无显著差异,城市、农村和背景点的湿沉降量分别为(26.8±2.7)、(25.5±2.9)和(20.5±2.4)kg N·hm~(-2)·a~(-1).除城市监测点外,南方的农村和背景点的氮素湿沉降量均高于北方相应类型的监测点.表明我国东部的南北各区域(包括背景地区)均面临较高水平的大气氮沉降,其引发的生态环境风险问题应加以重视.     

华北平原大气氮素沉降的时空变异

利用量雨器和湿沉降自动收集仪在华北平原9个监测点通过2a的试验,研究了农田生态系统中大气氮素沉降的时空变异。结果表明:华北平原大气氮素混合沉降的平均值为28.0 kg/(hm2.a),降水中铵态氮和硝态氮量平均分别为3.76 mg/L和1.85 mg/L。不同地区比较,北京大气氮素沉降为32.5 kg/(hm2.a),明显高于山东和河北两省的23.6 kg/(hm2.a)。北京各监测点的大气氮素沉降也存在明显空间变异,东北旺、房山的氮素沉降水平较高,延庆、顺义的氮素沉降水平较低。大气氮素沉降的年内分布不均,60%的沉降集中在降水较丰沛的6~9月份。氮素的输入与降雨量呈乘幂型正相关(r2=0.67),在农田生态系统中以铵态氮的沉降为主,铵态氮的沉降量是硝态氮的2.0倍;城市生态系统中以硝态氮的沉降为主,铵态氮的沉降量是硝态氮的0.79倍。在东北旺试验点近两年的监测结果表明,在等量降雨量条件下湿沉降输入的氮素(18~20.6 kg/hm2)明显低于混合沉降(26.3 kg/hm2),湿沉降的氮素输入仅占后者的73%,而混合沉降中的超量部分主要来自铵态氮,表明干沉降尤其是降尘带入的铵态氮也是华北平原大气氮素沉降的重要来源。     

天山中部巴音布鲁克高寒草原大气无机氮沉降

随着我国经济的不断发展,人为活动导致的大气氮沉降显著升高,并已影响到偏远地区的生态系统.为了系统评价天山中部巴音布鲁克高寒草原的大气氮沉降现状,2010年5月至2011年12月对研究区域的氮素干、湿沉降进行观测分析.结果表明:研究区气态HNO3、NH3和NO2的年沉降通量分别为1.47、0.68和0.13 kg N·hm-2,颗粒物中铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)的年通量分别为0.23、0.25 kg N·hm-2;降水中NH4+-N和NO3--N的年沉降通量分别为2.47和1.59 kg N·hm-2.巴音布鲁克高寒草原的大气氮沉降通量为6.82kg N·hm-2.其中,湿沉降为4.06 kg N·hm-2·a-1,干沉降为2.76 kg N·hm-2·a-1.研究区氮沉降具有明显的季节变化特征:干沉降主要集中在春、夏季,占干沉降总量的72.1%;湿沉降主要集中在夏、秋季,占湿沉降总量的78.3%.     

陕北典型农区大气干湿氮沉降季节变化

为了研究大气通过干湿沉降输入到农田土壤的氮通量,2007年6月至2008年5月在陕西榆林和洛川两地进行了为期一年的观测试验.结果表明:榆林和洛川地区大气总无机氮沉降通量分别为22.17和16.95 kg·hm~(-2)·a~(-1),湿沉降分别占95.1%和90.4%,干沉降分别占4.9%和9.6%,两个地区氮沉降均以湿沉降为主.总无机氮沉降中,NO_3~--N分别为12.22和9.24 kg·hm~(-2)·a~(-1),分别占总无机氮沉降量的55.1%和54.5%.由于污染水平、气象条件、下垫面特性等的差异,总无机氮沉降中,湿沉降量和NO_3~--N沉降量均是榆林地区大于洛川地区.     

鄂西北丹江口库区大气氮沉降

利用雨量器在鄂西北丹江口库区连续3a采集降雨样品,研究了大气氮沉降的变化动态。结果表明:2009—2011年月均总氮(TN)浓度为3.70—10.36 mg/L,与当月降雨量呈极显著线性负相关(R=-0.592**,n=32),季均TN浓度为冬季(8.21 mg/L)春季(3.94 mg/L)秋季(3.23 mg/L)夏季(2.70 mg/L),年均TN浓度为3.70 mg/L。大气氮素年均干湿总沉降量为26.53 kg/hm2,其中干沉降为7.80 kg/hm2,占总沉降量的29.4%;湿沉降为18.73 kg/hm2,占总沉降量的70.6%。干沉降中铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)、可溶性有机氮(DON)和颗粒态氮(PN)分别占TN的22.1%、16.8%、37.2%和23.9%,湿沉降中它们分别为TN的36.6%、34.4%、12.9%和16.1%。     

模拟大气氮沉降对温带森林土壤微生物群落结构的影响

本研究以温带森林土壤为研究对象,设置野外模拟氮沉降实验,分析不同施氮形态和施氮水平对微生物群落结构的影响。试验设置对照(Control,0 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、混合态低氮(NH_4NO_3,50 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、混合态高氮(NH_4NO_3,150 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、铵态氮低氮((NH_4)_2SO_4,50 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、铵态氮高氮((NH_4)_2SO_4,150 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、硝态氮低氮(NaNO_3,50 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、硝态氮高氮(NaNO_3,150 kg N·hm~(-2)·a~(-1))7种氮处理,持续施氮3年后,运用磷脂脂肪酸(PLFA)法对土壤微生物群落结构进行测定。结果表明:在不同水平的氮添加下,土壤微生物总量、细菌、土壤革兰阳性细菌(G+细菌)、土壤革兰阴性细菌(G-细菌)和真菌的PLFA含量均随施氮水平的增加而升高;在不同形态的氮添加下,混合态氮添加提高了微生物总量、细菌、真菌和放线菌的PLFA含量。主成分分析(PCA)表明,除铵态氮低氮添加样地外,其他氮添加处理样地中的土壤微生物结构都发生了改变。这些结果表明,模拟大气氮沉降初期,氮添加会增加温带森林土壤微生物生物量,达到一定水平后会改变土壤微生物群落结构。     

中国东部地区无机氮湿沉降: 南-北不同类型监测点的比较

中国被认为是全球氮沉降热点地区之一,东部地区作为经济发达和人口密集区域,更是人为活性氮大气排放和沉降的高发区,但针对我国整个东部不同生态系统的氮沉降及其南北区域特征差异的报导较少.2011—2013年,选择在我国东部的12个监测点(南北各6个,均包括城市、农村和背景点3种类型)利用传统雨量器(型号SDM6A)进行连续3年的氮素湿沉降观测.结果表明: 监测点降水中铵态氮、硝态氮和总无机氮沉降浓度波动范围分别为0.62～2.76、0.54～2.50和1.25～4.92 mg N·L^-1,平均浓度分别为1.4、1.5和2.9 mg N·L^-1,北方监测点的雨水中各活性氮浓度均高于南方监测点.12个监测点降水中铵态氮、硝态氮和总无机氮的湿沉降量的波动范围分别为7.0～18.3、6.9～18.9和14.9～32.6 kg N·hm^-2·a^-1,平均值分别为11.5、12.2和23.7 kg N·hm^-2·a^-1.北方不同类型监测点间存在显著差异,表现为:城市监测点(26.3±6.4 kg N·hm^-2·a^-1)>农村监测点(21.8±3.5 kg N·hm^-2·a^-1)>背景点(15.5±1.3 kg N·hm^-2·a^-1);与之相反,南方各监测点氮素湿沉降无显著差异,城市、农村和背景点的湿沉降量分别为(26.8±2.7)、(25.5±2.9)和(20.5±2.4) kg N·hm^-2·a^-1.除城市监测点外,南方的农村和背景点的氮素湿沉降量均高于北方相应类型的监测点.表明我国东部的南北各区域(包括背景地区)均面临较高水平的大气氮沉降,其引发的生态环境风险问题应加以重视.     

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。     

氮磷添加对中亚热带常绿阔叶林土壤有效氮和pH值的影响

为了确定施肥类型和施肥时间对中亚热带常绿阔叶林土壤有效氮和p H值的影响,通过在浙江天童木荷林(Schima superba)设置4种施肥处理(对照:不添加;氮添加:100kg N·hm~(-2)·a~(-1);磷添加:15 kg P·hm~(-2)·a~(-1)和氮磷添加100 kg N·hm~(-2)·a~(-1)+15 kg P·hm~(-2)·a~(-1)),测定了氮磷添加后森林土壤有效氮和p H值的变化。结果表明:1)氮添加显著促进了土壤铵态氮和硝态氮含量的增加,增加幅度随着施氮时间的延长而增加;磷添加对土壤铵态氮含量无显著影响,但能显著降低土壤硝态氮含量;氮磷添加显著增加土壤硝态氮含量,随着施氮时间的延长,氮磷添加显著增加土壤铵态氮。2)随着施氮时间的延长,氮添加和氮磷添加均能显著降低土壤p H值;磷添加对土壤p H值无显著影响。3)相对硝态氮含量的增加而言,相同程度的土壤铵态氮含量的增加后土壤p H值降低的幅度更大。     

基于石生藓类氮含量的贵阳地区大气氮沉降

对贵阳市区到农村地区的石生藓类氮含量进行了系统分析,并根据藓类氮含量(y,%)和大气氮沉降(x, kg hm~(-2) a~(-1))的平均定量关系(y=0.052x+0.7325)计算了各采样点的大气氮沉降值.贵阳地区大气氮沉降的变化范围为0.91～44.69kg hm~(-2) a~(-1),市区大气氮沉降最高平均(29.21±6.17)kg hm~(-2) a~(-1),主要来自城市废水NH3释放;最低平均(11.95±3.95)kg hm~(-2) a~(-1),出现在城市和农村的结合地带,主要原因在于来自市区的氮污染物减少、且大量分布了环城林带、农业活动相对较低;20km以外的农村地区大气氮沉降略微升高(平均(14.31±5.11)kg hm~(-2) a~(-1)),主要反映了农业施肥导致NH3释放的增加.结果表明,石生藓类氮含量是一种经济可靠的大气氮沉降监测工具,能够较准确地量化大气氮沉降的水平,并为深入研究大气氮沉降的生态环境效应提供基础资料.     

中国西北典型冰川区大气氮素沉降量的估算——以天山乌鲁木齐河源1号冰川为例

高寒冰川区氮素沉降量的变化会对区域生态系统产生显著影响,定量评估冰川区的氮沉降状况可以为修正相关模型提供重要的原始数据。通过2004年1月至2006年12月在天山乌鲁木齐河源1号冰川连续采样,分析了中国西北典型冰川区大气氮素的沉降特征,并估算了该区域的年均氮素沉降量。研究结果表明,1号冰川湿沉降中的硝态氮 (NO₃^--N)、铵态氮 (NH₄⁺-N) 与总无机氮 (TIN) 存在着明显的季节变化特征:夏季沉降量最大,冬季最少,且与降水量表现出较好的对应关系。1号冰川氮素湿沉降的硝铵比 (NO₃^--N / NH₄⁺-N) 月平均值在0.3-1间波动。1号冰川TIN湿沉降量年平均值为1.51 kg/hm² (其中NH₄⁺-N沉降量占总量的69%,而NO₃^--N沉降量仅占31%),干湿沉降总量年均值为1.56 kg/hm²,总氮 (TN) 的干湿沉降总量年均值为3.85 kg/hm²。得到的冰川区氮素沉降量符合中国西部高寒区的一般水平,代表了该区域的本底值。     

增氮对青藏高原东缘高寒草甸土壤甲烷吸收的早期影响

研究大气氮沉降对青藏高原高寒草甸土壤CH4吸收的影响,对于揭示氮素调节土壤CH4吸收的机制和评价氮沉降增加背景下大气CH4收支平衡至关重要.通过构建多形态、低剂量的增氮控制试验,测定土壤CH4净交换通量和相关土壤理化性质,分析高寒草甸土壤CH4通量变化特征及其主要驱动因子.研究结果表明:自然状态下高寒草甸土壤是大气CH4汇,CH4平均吸收量为(35.40±1.92) μg· m-2· h-1.土壤CH4吸收主要受水分驱动,其次为土壤NH4+-N和NO3-N含量.NH4+-N抑制CH4吸收,NO3--N促进CH4吸收;不同剂量氮素输入对土壤CH4吸收影响也不尽相同,低氮处理促进土壤CH4吸收,而中氮和高氮处理抑制土壤CH4吸收.结果显示青藏高原高寒草甸土壤是重要的大气CH4汇,在未来大气氮沉降加倍的情景下CH4汇功能增强,但当氮沉降量增加两倍以上时CH4汇功能将会减弱.     

Spatial and temporal variation of atmospheric nitrogen deposition in the North China Plain

A monitoring network of nine sites was established to determine the spatial and temporal variation of atmospheric nitrogen (N) deposition in the North China Plain (NCP) over a two-year period. The annual bulk deposition of inorganic N in the North China Plain ranged from 18.4 to 38.5 kg/hm² and averaged 28.0 kg/hm². The concentration of NH₄ -N and NO₃^--N in rainwater averaged 3.76 and 1.85 mg/L, respectively, which were significantly higher than the values at background sites in China (normally less than 0.5 mg/L). Annual bulk deposition of inorganic N in the Beijing area (32.5 kg/hm²) was higher than that in Shandong and Hebei provinces (21.2 kg/hm² on an average). Also bulk N deposition was much greater in Dongbeiwang and Fangshan than in Yanqing and Shunyi counties. Significant spatial variation of bulk deposition was observed in the Beijing area because of variation of precipitation, and 60% of bulk deposition occurred from June to September. Bulk deposition of NH₄ -N was 2.0 times that of NO₃^--N deposition at the rural monitoring sites. However, the situation was reversed at the Beijing Academy of Agricultural-Forestry Sciences (BAAFS), the unique urban monitoring site. The results suggest that reduced N in precipitation is dominant in rural regions, but oxidized N is the major form in urban regions. The positive relationship between inorganic N deposition and precipitation can be fitted by a power equation (r²= 0.67), showing an increase of NH₄ -N and NO₃^--N inputs with increased precipitation. Wet deposition of N accounted for 73% of the bulk deposition, implying that dry deposition of N, particularly NH₄ -N from dust, is important in the North China Plain.     

华西雨屏区常绿阔叶林不同深度土壤氮矿化及酶活性对模拟氮沉降的响应

在森林土壤中，无机氮的垂直移动速率较快，因此大气氮沉降极有可能对下层森林土壤造成较大影响，且表层土壤往往与下层土壤的物理化学特性和所处环境差异较大，因此土壤剖面中不同深度的土壤对大气氮沉降的响应可能存在较大差异。以往研究表明，"华西雨屏"区的年均氮湿沉降量高达95 kg N hm^-2 a^-1，处于中国最高水平，该森林生态系统出现一定氮饱和特征。基于以上背景，研究华西雨屏区常绿阔叶林不同深度土壤氮矿化及相关酶活性对模拟氮沉降的响应，从2014年1月起进行野外定位模拟氮沉降试验，分别设置对照（CK，+0 g N hm^-2 a^-1）、低氮（LN，+5 g N hm^-2 a^-1）和高氮（HN，+15 g N hm^-2 a^-1）3个氮添加水平。在氮沉降进行5年后进行土壤采样，测定不同深度土壤（上层0-15 cm、中层15-30 cm、下层30-45 cm）全氮（TN）、硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）含量及氮矿化相关酶活性。结果表明：（1）该常绿阔叶次生林不同深度土壤TN有显著差异；（2）模拟氮沉降对该系统土壤氮矿化总体表现出极显著抑制作用，其中中层土壤抑制作用最为强烈，净氮矿化速率主要受硝化过程的影响；（3）氮矿化相关酶活性均随土壤深度的加深而降低，模拟氮沉降对土壤脲酶活性有极显著促进作用，对土壤硝酸还原酶活性有显著抑制作用。由于无机氮在土壤剖面中的高度可移动性，深层土壤氮循环和特征对氮沉降的响应需要更加密切的关注。     

Spatial and temporal variation of atmospheric nitrogen deposition in the North China Plain

A monitoring network of nine sites was established to determine the spatial and temporal variation of atmospheric nitrogen (N) deposition in the North China Plain (NCP) over a two-year period. The annual bulk deposition of inorganic N in the North China Plain ranged from 18.4 to 38.5 kg/hm² and averaged 28.0 kg/hm². The concentration of NH₄⁺-N and NO₃^?-N in rainwater averaged 3.76 and 1.85 mg/L, respectively, which were significantly higher than the values at background sites in China (normally less than 0.5 mg/L). Annual bulk deposition of inorganic N in the Beijing area (32.5 kg/hm²) was higher than that in Shandong and Hebei provinces (21.2 kg/hm² on an average). Also bulk N deposition was much greater in Dongbeiwang and Fangshan than in Yanqing and Shunyi counties. Significant spatial variation of bulk deposition was observed in the Beijing area because of variation of precipitation, and 60% of bulk deposition occurred from June to September. Bulk deposition of NH₄⁺-N was 2.0 times that of NO₃^?-N deposition at the rural monitoring sites. However, the situation was reversed at the Beijing Academy of Agricultural-Forestry Sciences (BAAFS), the unique urban monitoring site. The results suggest that reduced N in precipitation is dominant in rural regions, but oxidized N is the major form in urban regions. The positive relationship between inorganic N deposition and precipitation can be fitted by a power equation (r²= 0.67), showing an increase of NH₄⁺-N and NO₃^?-N inputs with increased precipitation. Wet deposition of N accounted for 73% of the bulk deposition, implying that dry deposition of N, particularly NH₄⁺-N from dust, is important in the North China Plain.     

氮素类型和剂量对寒温带针叶林土壤N2O排放的影响

大气氮沉降输入会增加森林生态系统氮素有效性,进而改变土壤N_2O产生与排放,然而有关不同氮素离子(氧化态NO_3~--N与还原态NH_4~+-N)沉降对土壤N_2O排放的影响知之甚少。以大兴安岭寒温带针叶林为研究对象,构建了3种类型(NH_4Cl、KNO_3、NH_4NO_3)和4个施氮水平(0、10、20、40 kg N hm~(-2)a~(-1))的增氮控制试验,利用流动化学分析仪和静态箱-气相色谱法4次/月测定凋落物层和矿质层土壤无机氮含量、土壤-大气界面N_2O净交换通量以及相关环境因子,分析施氮类型和剂量对土壤氮素有效性、土壤N_2O通量的影响探讨氮素富集条件下土壤N_2O通量的环境驱动机制。结果表明:施氮类型和剂量均显著影响土壤无机氮含量,土壤NH_4~+-N的积累效应显著高于NO_3~--N。施氮一致增加寒温带针叶林土壤N_2O排放,NH_4NO_3促进效应最为明显,增幅为442%-677%,高于全球平均水平(134%)。土壤N_2O通量与土壤温度、凋落物层NH_4~+-N含量正相关,且随着施氮水平增加而增加。结果表明大气氮沉降短期内不会导致寒温带针叶林土壤NO_3~--N大量流失,但会显著促进土壤N_2O的排放。此外,外源性NH_4~+和NO_3~-输入对土壤N_2O排放的促进作用具有协同效应,在未来森林生态系统氮循环和氮平衡研究中应该区分对待。     

陕西省不同生态区大气氮素干湿沉降的时空变异

为研究陕西省不同生态区大气氮素干湿沉降的时空变化规律,于2009年11月至2010年10月对4个生态区5个监测点的干湿沉降输入量进行为期1a的观测。结果表明:监测期内,榆林、洛川、西安、杨凌和安康地区总N沉降量分别为4.7、11.9、25.8、31.9和19.2 kg/hm2,其中N湿沉降量分别为2.9、10.4、24.8、27.7和16.3 kg/hm2,占总沉降的62%—96%,N干沉降量分别为1.8、1.5、1.0、4.1和2.9 kg/hm2,占4%—38%,且湿沉降与降雨量之间呈正相关关系,干沉降与之相反;各地区NH+4-N沉降量分别为2.0、6.4、17.0、17.2和11.9 kg/hm2,占总沉降的44%—66%,NO-3-N沉降量分别为2.6、5.5、8.8、14.7和7.3 kg/hm2,占34%—56%,除榆林地区外,其他地区以NH+4-N沉降为主。     

胶州湾夏秋季大气湿沉降中的营养盐及其入海的生态效应

为揭示大气湿沉降对胶州湾营养盐的输送通量及其生态效应,分别于2015年6—8月(夏季)、9—11月(秋季)采集胶州湾降水样品,测定了降水中不同形态N、P、Si的浓度。结果表明,降水中不同形态营养盐的浓度变化较大,且均与降水量呈负相关关系,其中NH4-N和NO3-N的浓度较高,溶解有机氮(DON)占溶解态总氮(DTN)含量的25.9%,而NO_2-N,PO_4-P和SiO_3-Si的浓度均很低。溶解无机氮(DIN)、DON、PO_4-P以及SiO_3-Si的湿沉降通量分别为141.7、61.87、0.35 mmol m~(-2)a~(-1)和0.12 mmol m~(-2)a~(-1)。受降水量和营养物质来源制约,各项营养盐湿沉降通量时间变化显著。农业活动导致的无机氮排放构成了胶州湾湿沉降DIN的主要来源。大气湿沉降DIN、DON、PO_4-P和SiO_3-Si分别占胶州湾总输入负荷的9.04%、10.24%、0.57%和0.17%,湿沉降输入的PO_4-P在夏、秋季分别可以支持0.575 mgC m~2d~(-1)和1.42 mg C m~2d~(-1)的新生产力;雨水中DIN/P比值高达1 617,突发性强降雨带来的营养盐输入会加剧表层水体的P限制和Si限制,对胶州湾浮游植物群落结构和粒级结构产生重要影响。大气湿沉降是胶州湾生源要素生物地球化学过程的重要一环,对营养物质收支的贡献及可能引发的生态效应不容忽视。     

杉木人工林凋落物生态化学计量与土壤有效养分对长期模拟氮沉降的响应

凋落物分解的快慢和养分释放的速度决定了生态系统中土壤有效养分的供应。探讨全球变化条件下森林生态系统凋落物与土壤养分的变化规律,有利于深入认识凋落物-土壤相互作用的养分调控因素,从而揭示生态系统C、N、P循环。通过模拟氮沉降增加试验,分4个水平处理,分别为0、60、120、240 kg N hm~(-2)a~(-1)。模拟氮沉降13年后,分析了杉木人工林凋落物中不同组分(落叶、落枝、落果)生态化学计量与土壤有效养分(有效氮、碱解氮、速效磷、速效钾)的关系。结果表明:氮沉降(N1、N2和N3)显著提高了落叶和落枝的N含量,平均增幅分别为35.27%和32.21%;高水平氮沉降(N3)处理显著降低了落叶和落枝的C/N,平均降幅分别为25.95%和22.32%,但N3增加了落枝和落果N/P,平均增幅分别为38.4%和31.7%;氮沉降对凋落物各组分的C、P和C/P均影响不显著。氮沉降处理显著增加了土壤NO_3~--N和NH_4~+-N含量,均表现为N3N2N1N0,其中NO_3~--N含量更容易受氮沉降处理的影响,表现为更大的增幅。N2显著增加0—20 cm土层的碱解氮含量,N1显著降低0—20 cm土层的速效钾,但氮沉降对速效磷含量没有影响。凋落物生态化学计量与土壤有效养分之间的Pearson相关和冗余分析(RDA)表明,凋落物生态化学计量与土壤有效养分之间关系紧密,凋落物P含量(蒙特卡罗检验,P=0.018)和C/P比值(P=0.037)对土壤有效养分影响显著。凋落物中C/N比值、C/P比值与土壤有效养分呈显著负相关,其比值越高越不利于土壤有效养分的累积。     

降水和氮沉降增加对草地土壤酶活性的影响

为探究降水和氮沉降增加对草地生态系统土壤酶活性的影响,于2014年生长季在内蒙古温带典型羊草草原开展了野外原位控制实验。试验共设置降水(对照,W0,自然降水;W15,增加15%的年均降水量)、施氮(对照,CK,0 kg N hm~(-2)a~(-1);低氮,LN,25 kg N hm~(-2)a~(-1);中氮,MN,50 kg N hm~(-2)a~(-1);高氮,HN,100 kg N hm~(-2)a~(-1))及其交互作用等8个不同的处理水平来模拟降水和氮沉降增加的全球变化情景,分别定量探讨了不同水、氮添加条件下草地表层土壤中与氮循环相关的蛋白酶,脲酶,硝酸还原酶,亚硝酸还原酶活性的月动态变化及其与土壤理化性质之间的相关性。研究结果表明:在自然降水条件下,不同施氮水平蛋白酶、脲酶和硝酸还原酶活性无显著差异,亚硝酸还原酶活性相比于对照显著降低;在增加降水条件下,不同施氮水平对蛋白酶和硝酸还原酶活性未产生显著性影响,高氮水平显著降低脲酶和亚硝酸还原酶活性。不同施氮水平是否添加降水对亚硝酸还原酶活性无影响,而增添降水使低氮处理的蛋白酶活性和中、高氮处理水平的硝酸还原酶活性增加、高氮处理的脲酶活性降低。降水在影响蛋白酶和硝酸还原酶活性方面具有主效应,氮沉降在影响亚硝酸还原酶活性方面具有主效应,而降水和施氮处理未表现出明显地交互作用。土壤亚硝酸还原酶活性与土壤碳氮比和NH~+_4-N含量极显著正相关,与NO-3-N含量显著正相关。