氮沉降对森林土壤磷循环的影响

磷是生物体必需的大量元素之一,也是许多生态系统的主要限制因子。近年来,大气氮沉降日益加剧,已对森林生态系统磷循环产生了不可忽视的影响。关于氮沉降对生态系统磷循环的影响已开展了一系列的研究,然而尚缺少对其整体的认识。因此,通过收集国内外已发表的相关文章,从以下五个方面综述氮沉降对森林生态系统土壤磷循环的影响及其机理:1)阐述了森林生态系统土壤磷循环的概念;2)介绍了氮沉降对森林土壤磷循环影响的研究方法,包括长期定位模拟氮沉降法、自然氮沉降梯度法和同位素示踪法等;3)概述了氮沉降对森林生态系统土壤磷循环的影响。目前的研究结论趋向于认为长期氮沉降使森林土壤磷循环速率加快。长期氮输入易于使土壤中可溶性磷向非活性磷酸盐库迁移而难以被利用。因此,为了满足需求,土壤磷酸酶活性将增加以加速有机磷的矿化,从而加速磷素在土壤-植物-微生物之间的周转。4)探讨了氮沉降影响森林土壤磷循环的机制。氮沉降可通过改变土壤有机质的性质、微生物群落组成、磷酸酶活性以及阳离子的流动性等途径影响森林土壤磷循环;5)指出了当前研究存在的问题及未来的研究方向。     

全球森林土壤N2O排放通量的影响因子

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。本文通过对已有文献资料的调研和整理,分析了1984—2009年间全球38个森林土壤N2O排放通量的野外原位观测结果的分布特征,评估了森林土壤N2O年排放累积通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,全球森林土壤N2O排放通量的平均值为0.47kgN·hm-2·a-1,而且土壤N2O释放通量随着纬度增加逐渐降低。作为一个复杂的生态过程,土壤N2O累积释放量同样受到年均温、年降水量以及土壤属性的显著影响。其中全球森林土壤N2O释放温度敏感性系数(Q10值)约为1.5。另外,森林土壤N2O排放通量也随着氮沉降量的增加而显著增大,大气氮沉降量可解释土壤N2O排放通量在不同区域之间53%的差异;土壤pH、年均温和大气氮沉降量可以解释区域森林土壤N2O排放通量变化的55%。     

森林土壤氮素的转化与循环

森林土壤氮素转化与循环在森林生态系统功能中占有极其重要的意义。本文综述了森林土壤氮素转化与循环的研究历程和现状 ;介绍了凋落物的归还、施肥、大气沉降、自生固氮、氨化、硝化、反硝化、植物吸收、NH3 的挥发、NO3 -淋溶等土壤氮素输入、转化和输出的途径和过程 ;最后从研究目标、研究方法、研究对象和研究内容 4个方面归纳了森林土壤氮素转化与循环的发展趋势。     

森林生态系统碳循环对全球氮沉降的响应

森林土壤和植被储存着全球陆地生态系统大约46%的碳,在全球碳平衡中起着非常重要的作用。过去几十年来,森林生态系统的碳循环和碳吸存受到了全球氮沉降的深刻影响,因为氮沉降改变了陆地生态系统的生产力和生物量积累。以欧洲和北美温带森林区域开展的研究为基础,综述了氮沉降对植物光合作用、土壤呼吸、土壤DOM及林木生长的影响特征和机理,探讨了森林生态系统碳动态对氮沉降响应的不确定性因素。热带森林C、N循环与大部分温带森林不同,人为输入的氮对热带生态系统过程的影响也可能不同,因此指出了在热带地区开展碳氮循环耦合研究的必要性和紧迫性。     

森林土壤氮素转换及其对氮沉降的响应

近几十年人类活动向大气中排放的含氮化合物激增 ,并引起大气氮沉降也成比例增加。目前 ,氮沉降的增加使一些森林生态系统结构和功能发生改变 ,甚至衰退。近 2 0 a欧洲和北美有关氮沉降及其对森林生态系统的影响方面的研究较多 ,而我国少有涉及。森林土壤氮素转换是森林生态系统氮素循环的一个重要的组成部分 ,而矿化、硝化和反硝化作用是其核心过程 ,氮沉降作为驱动因子势必改变森林土壤氮素转换速度、方向和通量。根据国外近 2 0 a有关研究 ,首先介绍了森林土壤氮素转换过程和强度 ,论述森林土壤氮素在生态系统氮素循环中的作用 ,然后在此基础上 ,介绍了氮沉降对森林土壤氮素循环的研究途径 ,探讨了氮沉降对森林土壤氮素矿化、硝化和反硝化作用的影响及其机理     

氮沉降对森林土壤主要温室气体通量的影响

大气氮沉降已经并将继续对森林土壤主要温室气体(CO2、CH4和N2O)通量产生影响.综述了国内外氮沉降对森林土壤主要温室气体通量影响及其机理的研究现状.由于森林类型、土壤N状况、氮沉降量及沉降类型等不同,氮沉降对森林土壤主要温室气体通量的影响主要表现为抑制、促进和不显著3种效果.在N限制的森林中,氮沉降对土壤主要温室气体通量无显著影响,或促进土壤CO2排放;在"N饱和"的森林中,氮沉降可减少土壤CO2排放,抑制对大气CH4的吸收,增加N2O排放.分析了产生以上影响效果的作用机理,介绍了氮沉降对森林土壤主要温室气体通量影响的研究方法,探讨了该领域存在的问题及未来研究的方向.     

氮沉降对森林生态系统土壤碳库的影响

森林土壤碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,对维持全球碳平衡具有重要意义。不断加剧的全球氮沉降有可能改变森林生态系统中碳元素的地球化学循环过程,从而引起森林土壤碳储量的变化。本文从森林土壤碳收支的角度,将氮沉降对森林生态系统土壤碳库影响的复杂过程划分为凋落物分解、细根周转、土壤呼吸和土壤可溶性有机碳淋失4个相对独立的过程。综合国内外研究现状,对其进行了简要评述,指出了目前研究的不足,并探讨了这一研究领域的发展方向。     

森林土壤碳氮循环过程的新视角:丛枝与外生菌根树种的作用

几乎所有树木的根系都能与丛枝菌根(AM)真菌或外生菌根(EM)真菌形成共生关系,从而调节森林生态系统土壤碳(C)、氮(N)循环等功能过程。深入理解不同菌根类型森林土壤C、N循环的差异及其影响机制是重要的生态研究命题。该文明晰了AM与EM森林土壤C、N循环的差异;基于森林土壤C、N输入、稳定和输出等3个过程剖析了AM和EM树种对土壤C、N循环的影响机制;比较了不同菌根类型森林土壤C、N循环过程对全球变化的响应;指出了该研究领域所面临的主要挑战:(1)全面比较研究不同菌根类型森林土壤C、N循环及其相关联的生态系统结构和功能特征,为提高森林生产力、发挥生态系统服务功能提供理论基础和数据;(2)深入认知不同菌根树种地上凋落物及地下菌根与自由微生物间相互作用对土壤C、N循环的影响,以阐明不同菌根类型森林土壤C、N循环的潜在机制;(3)改进研究方法,应用新技术手段,充分考虑时空尺度效应,以便能用小尺度的研究结果合理地解释和预测生态系统C、N循环;(4)加强不同菌根类型森林土壤C、N稳定性差异的研究,以准确评价森林结构和功能对全球变化的响应。     

亚高山森林生态系统过程研究进展

亚高山森林是以冷、云杉属为建群种或优势种的暗针叶林为主体的森林植被。亚高山森林在庇护邻近脆弱生态系统、保育生物多样性、涵养水源、碳吸存和指示全球气候变化等方面具有十分重要且不可替代的作用和地位,其多样化的植被和土壤组合为研究生态系统过程提供了天然的实验室。亚高山森林的群落演替与更新、生物多样性保育、水文生态过程、生物元素的生物地球化学循环以及亚高山森林生态过程对气候变化的响应等研究已取得了明显的进展。但有关全球变化条件下的亚高山森林土壤生物多样性和冬季生态学过程等研究明显不足。全球气候变化背景下的冬季生态学过程、极端灾害事件对亚高山森林生态系统过程的影响、亚高山森林生物多样性的保育机制、亚高山森林土壤生物多样性与生态系统过程的耦合机制等可能是未来研究的前沿科学问题。     

氮沉降对森林生态系统碳吸存的影响

工业化带来的大气氮沉降增加是影响森林生态系统碳吸存的重要因素。将森林碳库分为地上和地下两部分,从3个方面综述了国内外氮沉降对森林生态系统碳吸存影响的研究现状。(1)地上部分:氮限制的温带森林,氮沉降增加了地上部分碳吸存。氮丰富的热带森林,氮沉降对地上部分碳吸存没有影响。过量的氮输入会造成森林死亡率的上升,从而降低地上部分碳吸存。(2)地下部分:相比地上部分研究得少,表现为增加、降低和没有影响3种效果。(3)目前的结论趋向于认为氮沉降促进森林生态系统碳吸存,然而氮沉降所带来的森林生态系统碳吸存能力到底有多大依然无法确定,这也将成为未来氮碳循环研究的重点问题。分析了氮沉降影响森林生态系统碳吸存的机理,介绍了氮沉降对森林生态系统碳吸存影响的4种研究方法。探讨了该领域研究的不足及未来的研究方向。     

鼎湖山主要森林土壤N2O排放及其对模拟N沉降的响应

研究了鼎湖山生物圈保护区马尾松(Pinus massoniana)林、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)土壤N₂O排放特征及其对氮沉降增加的响应。在1999~2002年期间,3种森林土壤N₂O排放速率均表现明显的季节性变化特点,但这种季节性变化因年份和森林类型不同而异,总的来说,3种森林土壤N₂O排放速率呈现夏秋季较高而冬春季较低的变化。土壤N₂O排放速率在3年观测期间的平均值分别为(g·hm^-2·d^-1):14.2±3.1(季风林),5.8±0.9(混交林)和5.1±0.9(马尾松林)。土壤N₂O排放速率与土壤温度之间在季风林呈现显著的指数正相关关系,但在混交林和马尾松林中它们之间的关系则均不明显。经3个月的模拟氮沉降试验后,氮沉降增加对季风林和马尾松林土壤N₂O的排放均具有明显的促进作用,且这种促进作用随氮沉降水平的升高而增强,但对混交林土壤N₂O排放的影响则不明显。     

樟树人工林凋落物养分含量及归还量对氮沉降的响应

氮沉降的持续增加对陆地生态系统的健康发展构成严重威胁,森林是陆地生态系统中重要的组成部分,大量的氮沉降对其结构和功能造成严重影响。凋落物是森林生态系统养分循环的重要组成部分,它对土壤肥力、森林生态系统养分循环等方面具有重要作用。为了探讨亚热带常绿阔叶森林凋落物对氮沉降增加的响应,在湖南省森林植物园以樟树人工林为研究对象进行模拟氮沉降的实验,实验设置4种氮添加水平CK(0g N m~(-2)a~(-1),对照)、LN(5g N m~(-2)a~(-1)),MN(15g N m~(-2)a~(-1)),HN(30g N m~(-2)a~(-1)),研究氮沉降对樟树林年凋落物量、凋落物养分含量以及归还量的影响。结果表明:不同施氮水平下(CK、LN、MN、HN),樟树林凋落物的年凋落量分别为(4.53±0.32)t hm~(-2)a~(-1)、(3.95±0.28)t hm~(-2)a~(-1)、(3.56±0.41)t hm~(-2)a~(-1)、(4.46±0.48)t hm~(-2)a~(-1),施氮抑制了樟树林的凋落量,且低、中氮处理下差异显著(P0.05);施氮处理后凋落物的养分含量大小顺序为:CNCaKMg,凋落物的碳含量没有显著变化,但氮含量都有所增加,因此,施氮降低了樟树凋落物各组分的C/N比;凋落物中元素的年归还量大小顺序表现为:CNCaKMg,施氮处理对凋落物C、K、Ca、Mg归还量有抑制作用,但对凋落物N归还量表现为促进作用。     

四川人工林生态系统碳储量特征

利用森林资源清查资料和标准地实测数据估算了四川人工林生态系统的碳密度、碳储量及分配特征.结果表明:四川人工林生态系统平均碳密度为161.16 Mg C·hm^-2,各层碳密度从大到小排序为土壤层(141.64 Mg C·hm^-2)＞乔木层(17.95 Mg C·hm^-2)＞枯落物层(1.06 Mg C·hm^-2)＞灌草层(0.52 Mg C·hm^-2).四川人工林生态系统总碳储量为573.57 Tg C,其中乔木层、灌草层、枯落物层和土壤层分别为63.88、1.836、3.764和504.09 Tg C,分别占总碳量的11.14%、0.32%、0.66%和87.88%.不同人工林生态系统的碳储量和碳密度差异较大,分别介于1.21～99.44 Tg C和75.50～251.74 Mg C·hm^-2之间,其空间分配也表现为土壤层最大、灌草层最小.但四川省人工林生态系统乔木层碳密度较低,幼、中龄林分比重大,如果对现有人工林加以更好的管理,碳吸存潜力较大.从生态系统水平监测人工林生态系统的碳储量有助于提高森林碳吸存估算的精度.     

桫椤生态系统生物量与生产力

 活化石植物是最接近于化石物种的现存相似种, 并且具有一定的生态学保守性。利用活化石植物生态系统来估算陆地生态系统碳固存能力的进化趋势是一种有效的手段。该研究中利用标准地-标准木法调查了活化石物种树蕨桫椤(Alsophila spinulosa)生态系统的生物量和生产力。与现存的裸子植物为优势种的生态系统和被子植物为优势种的生态系统相比, 桫椤的生物量(36.151±8.159 Mg C•hm^–2)和生产力(2.535±0.174 Mg C•hm^–2•a^–1)都比较小。与植物化石调查方法相比, 活化石生态系统生物量和生产力数据在描述古生态系统碳固存能力进化趋势方面提供了一种有意义的手段, 并且有助于进一步的理解全球碳平衡演变的过程。     

绵阳官司河流域主要森林类型凋落物含量及动态变化

对绵阳官司河流域代表性森林——桤柏混交林、柏木纯林、松栎混交林和松柏混交林的凋落物量、组成特征和季节动态变化及其凋落物中N、P、K含量进行了定位观测和研究,结果表明：其年均凋落物量分别为4．229（3．732—4．828）、5．133（4．215—6．545）、5．701（5．133—6．642）t·hm^-2和5．351（4．762—5．854）t·hm^-2;叶、枝、花果、松皮和杂物的比例分别为72．1：8．9：11．9：0：7．1、75．4：9．0：9．0：0：6．5、79．7：11．0：6．3：0．5：2．4和60．4：9．5：16．0：7．5：6．5;灌木凋落量分别占总凋落量的16．4％、1．5％、9．5％和12．1％;凋落物的年变化规律为：桤柏混交林和柏木林主要集中在生长季,松柏混交林为双峰型,出现在生长季早期和休眠期,松栎混交林为单峰型,为12月份;凋落物中N、P、K元素含量以N素最高,其次是K素,P素最少,N、P、K总量分别为62．702、70．596、79．228kg·hm^-2a^-1和80．011kg·hm^-2·a^-1。     

模拟N沉降对太岳山油松人工林和天然林草本群落的影响

由于人类活动氮沉降呈逐年增加的趋势,进而增加了陆地生态系统氮的输入,从而影响陆地生态系统多样性、物种组成和功能。为揭示氮沉降增加对油松林草本群落的影响,于2009年7月在太岳山油松人工林和天然林,设计4个施氮水平:对照(CK,0 kg N hm-2a-1),低氮(LN,50 kg N hm-2a-1),中氮(MN,100 kg N hm-2a-1)和高氮(HN,150 kg N hm-2a-1),研究草本群落的生物多样性、生物量以及草本元素含量对模拟N沉降的响应。研究结果表明:模拟N沉降未能显著影响人工林草本群落的生物多样性(P0.05),而中氮、高氮显著降低了天然林草本群落的生物多样性(P0.05);从Jaccard指数和Sorensen指数分析得出人工林不同氮水平之间草本群落差异性较小,而天然林不同氮水平之间草本群落差异性较大。模拟N沉降没有显著改变人工林草本群落生物量(P0.05),而高氮明显促进天然林草本群落生物量的增加(P0.05)。与对照相比,模拟N沉降提高了人工林和天然林羊胡子苔草叶根中的全N含量(P0.05),而降低了全Mg的含量(P0.05),并且根部元素含量变化与土壤养分含量变化较为一致。施氮提高了N/K、N/Ca、N/Mg(P0.05)的比值。说明油松林下草本群落对氮沉降的响应因林分土壤N饱和程度以及林地利用历史的不同而产生差异,其中天然林响应最为敏感。     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程中基质质量的影响

为理解氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物分解过程的影响,采用立地控制实验和凋落物分解袋法,研究了低氮沉降(L,50 kg N hm~(-2)a~(-1))、中氮沉降(M,150 kg N hm~(-2)a~(-1))和高氮沉降(H,300 kg N hm~(-2)a~(-1))对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程中基质质量的影响。结果表明:N沉降抑制了凋落叶的分解,并随着N沉降量的增加,抑制作用增强。N沉降遏制了凋落叶的C、N释放和纤维素降解,促进了P释放。N沉降提高了凋落叶的C/P比,中氮和高氮处理提高了凋落叶C/N比。N沉降显著增加了凋落叶N、木质素和纤维素的含量,分解1年后,各N沉降处理的木质素/N和纤维素/N均显著高于对照。N沉降提高了质量残留率与C/N、木质素/N和纤维素/N的相关性,降低了与C/P的相关性。可见,模拟N沉降显著影响了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程中的基质质量,进而影响了凋落叶的分解过程。     

模拟氮沉降对典型阔叶红松林土壤有机碳和养分的影响简

为探讨氮沉降对典型阔叶红松（Pinus koraiensis）林的影响,从2008年6月~2010年8月进行了人工模拟氮沉降实验,实验分为对照、低N、中N、高N4个处理,每个处理3个重复。所施氮肥为CO(NH₂)₂,以溶液的形式喷施,4个处理浓度分别为0、30、60、120 kg·hm^-2·a^-1。在氮沉降进行1年后,采集各处理0～20、20～40和40～60 cm的土壤样品,测定其土壤有机C、全N、碱解N和速效P、速效K。结果表明：相同处理下,有机C和全N含量随土层的加深均逐渐减少。总体上低、中N处理显著增加了土壤有机C、碱解N和速效K含量,中、高N处理显著降低了土壤速效P含量（P<0.05）,而对全N含量影响不显著（P>0.05）。土壤有机C与土壤全N、碱解N、速效P、速效K之间存在极显著正相关关系（P<0.001）。有机C和土壤养分对氮沉降的响应说明氮沉降在短期内可能影响阔叶红松林土壤碳库积累和土壤肥力水平。     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤酶活性的影响

为研究土壤酶活性对氮沉降增加的响应,以山西太岳山油松人工林和天然林为研究对象,于2009年8月开始实施模拟氮沉实验,试验设置对照(CK,0 kg N hm-2a-1);低氮(LN,50 kg N hm-2a-1);中氮(MN,100 kg N hm-2a-1);高氮(HN,150 kg N hm-2a-1)4种氮处理,自2012年起每年5、7、9月在各处理样方采集表层0—20 cm土壤,测定土壤酶活性(过氧化物酶、多酚氧化酶、纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶)。研究结果表明:施氮处理下的脲酶与中性磷酸酶活性均有所提高,而低氮处理下天然林中的多酚氧化酶与人工林中的蔗糖酶显著低于对照,中氮、高氮处理下过氧化物酶、多酚氧化酶、天然林中的纤维素酶以及人工林中的蔗糖酶显著降低。总的来说,人工模拟氮沉降促进了土壤中脲酶和中性磷酸酶的活性,抑制了过氧化物酶和多酚氧化酶的活性,并降低了天然林土壤中的纤维素酶活性和人工林中的蔗糖酶活性,但对天然林中蔗糖酶和人工林中的纤维素酶无影响。主导木质素降解的多酚氧化酶活性与纤维素酶、蔗糖酶活性显著相关,纤维素酶与蔗糖酶活性的下降可能是由木质素降解受到抑制,土壤微生物可利用碳源减少所引起。另外,受到天然林土壤含氮量较高的影响,与人工林相比,天然林的多酚氧化酶活性对模拟氮沉降更敏感。由于被抑制的酶均与土壤有机质降解密切相关,氮沉降增加将减缓山西油松林土壤有机质的降解,有利于有机质在土壤中的积累。     

三种苔藓植物对模拟N沉降的生理响应

该文研究了华南地区常见的3种苔藓植物大灰藓(Hypnum plumaeforme)、刺边小金发藓拟刺亚种(Pogonatum cirratum subsp. fuscatum)和石地钱(Reboulia hemisphaerica)在模拟N沉降条件下碳氮代谢的响应特征, 探讨了N沉降对这3种苔藓植物生长的影响。结果表明: 3种植物对N沉降的响应存在差异。大灰藓在加氮浓度为0 ~ 60 kg N·hm^-2的范围内, 光合速率、淀粉、可溶性糖、总氮及可溶性蛋白的含量均随加氮浓度的升高而上升; 对照条件下NR(硝酸还原酶)可诱导活性很高, 表明其对氮的需求强烈; 膜K⁺渗漏在加氮浓度为20 kg N·hm^-2时高于对照, 但更高的加氮浓度下并未使其进一步上升。刺边小金发藓拟刺亚种在加氮浓度为0~40 kg N·hm^-2的范围内, 碳氮代谢的多数指标的变化趋势与大灰藓相似, 但当N沉降高于40 kg N·hm^-2时, 呈现相反的变化趋势; 在对照条件下具一定的NR可诱导活性, 但人工加氮使其可诱导活性急剧下降。石地钱的可溶性糖及可溶性蛋白含量在不同处理条件下变化不明显, 但光合速率和淀粉含量在加氮浓度为20和40 kg N·hm^-2时低于对照及加氮浓度为60 kg N·hm^-2时, 而植物总氮含量的变化趋势刚好相反; NR固有活性及可诱导活性在各种N处理条件下均极低, 显示其对NO₃^-利用率低。刺边小金发藓拟刺亚种和石地钱的膜K⁺渗漏仅在60 kg N·hm^-2处理时显著上升。