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。     

光照和氮磷供应比对木荷生长及化学计量特征的影响

光照和养分限制是影响林下植物生长和更新的关键影响因素,以亚热带主要常绿树种木荷（Schima superba）实生幼苗为试验对象,研究了不同光照（全光照、遮阴即45%全光照）和N、P供应比例（5,15,45）对幼苗生长和化学计量特征的影响。结果表明：（1）遮阴不仅严重抑制了木荷各器官和单株生物量积累,更加剧了P限制。尽管N、P添加对木荷生长没有显著促进作用,但N、P供应比例为5时的性状组合更有利于木荷后期生长,但高N、P供应比例可能导致P限制。（2）遮阴下叶N、P含量显著增加,但叶C/N和C/P比显著降低;不同光照处理组中各器官及总N含量均随N、P供应比例增大而显著增加,而C/N比逐渐降低;P的分配格局发生改变,全光照组各器官P含量为茎 > 叶 > 根,遮阴组各器官P含量为根 > 茎 > 叶。（3）随N、P供应比例增加或光照强度降低,木荷均趋向降低根冠比和根质比、增加叶质比或茎质比。（4）木荷生物量与各器官N、P含量、叶质比呈极显著负相关,而与C/N和C/P比及根冠比、茎质比、根质比呈极显著正相关。光强和N、P比例变化均显著影响了木荷幼苗的养分利用特征,因而木荷作为伴生树种优化林分环境对其早期生长具有重要意义。     

氮磷添加对内蒙古温带典型草原土壤微生物群落结构的影响

选取内蒙古温带典型草原,进行连续6a氮磷添加试验,采用土壤特征微生物PLFA生物标记技术,研究6个氮添加水平N0(0 kg N hm-2a-1)、N1(56 kg N hm-2a-1)、N2(112 kg N hm-2a-1)、N3(224 kg N hm-2a-1)、N4(392 kg N hm-2a-1)、N5(560 kg N hm-2a-1)和6个磷添加水平P0(0 kg P hm-2a-1)、P1(15.5 kg P hm-2a-1)、P2(31 kg P hm-2a-1)、P3(62 kg P hm-2a-1)、P4(93 kg P hm-2a-1)、P5(124 kg P hm-2a-1)对土壤特征微生物PLFA生物标记数量和土壤微生物群落结构的影响。结果表明:(1)随氮添加量增加,土壤微生物总磷脂脂肪酸(PLFA)含量和土壤细菌PLFA生物标记数量、放线菌PLFA生物标记数量呈上升趋势,土壤G+/G-呈增加趋势;各氮添加水平对土壤真菌PLFA生物标记数量无显著差异,随氮添加量增加,土壤真菌/细菌比降低。(2)随磷添加量增加,土壤总磷脂脂肪酸(PLFA)含量、土壤细菌PLFA生物标记数量、放线菌PLFA生物标记数量、真菌PLFA生物标记数量及真菌/细菌比值呈先上升后下降趋势,均以P3水平(62 kg P hm-2a-1)处理最高,说明适宜的磷添加对内蒙古温带典型草原土壤微生物繁殖和菌落结构有显著影响。     

模拟氮沉降下去除凋落物对太岳山油松林土壤呼吸的影响

凋落物是土壤呼吸的重要碳源,氮沉降将改变其输入数量和质量,进而影响土壤呼吸。为揭示氮沉降和去除凋落物对土壤呼吸的影响,以太岳山油松林为研究对象,对林地分别作2种凋落物处理:去除凋落物(LR)、对照(CK1),设计4个施氮水平:不施氮(CK2,0 kg N·hm-2·a-1),低氮(LN,50 kg N·hm-2·a-1),中氮(MN,100 kg N·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg N·hm-2·a-1),于2010—2012年生长季测定土壤呼吸速率的动态变化,并分析土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度、土壤微生物生物量C、N的关系。结果表明:随着观测年限的推移,模拟氮沉降对对照处理的土壤呼吸速率、去凋处理的土壤呼吸速率、凋落物层呼吸速率的促进作用逐渐减弱。去除凋落物使土壤呼吸速率降低了29.0%,施氮减小了去除凋落物后土壤呼吸速率的变化幅度。土壤呼吸速率与土壤温度均呈显著指数相关(P0.05),土壤温度解释了土壤呼吸速率变异的37.3%~62.2%,去除凋落物降低了模型决定系数R2;以土壤温度和土壤水分构建的复合关系方程拟合效果均好于单因子模型,土壤温度和水分共同解释了土壤呼吸季节变化的67.6%~85.6%,并且施氮降低了去凋处理的复合模型决定系数R2,而对对照处理没有显著影响。施氮提高了土壤微生物生物量C、N,并且土壤微生物生物量C、N与土壤呼吸速率呈显著正相关(P0.05)。说明氮沉降、凋落物是影响油松林土壤CO2通量的两个重要因子。     

施氮和减水对中亚热带壳斗科三种幼树生物量及其分配的影响

土壤氮素和土壤含水量是森林生态系统中限制植物生长的重要因子。为探讨常绿阔叶树种对模拟氮沉降增加和降水减少的响应,以同质园中自然生长的壳斗科(Fagaceae)丝栗栲(Castanopsis fargesii)、大叶青冈(Cyclobalanopsis jensenniana)和麻栎(Quercus acutissima)五年生幼树为对象,比较了对照(CK)、施氮(+N,施氮60 kg hm~(-2) a~(-1))、减水(-W,减少自然降水的50%)以及施氮和减水(+N-W,施氮60 kg hm~(-2) a~(-1)和减少自然降水的50%)对总生物量、各器官生物量及其生物量分配的影响。研究表明:(1)施氮显著增加了三种幼树的总生物量及各器官生物量(P0.05)。(2)减水未引起三种幼树的总生物量及各器官生物量的显著下降(P0.05)。(3)除麻栎树叶生物量、树枝生物量外,施氮和减水交互作用对三种幼树总生物量及各器官生物量没有明显影响(P0.05)。(4)施氮显著提高了丝栗栲幼树的干重比、大叶青冈幼树的干重比和枝重比(P0.05),降低了大叶青冈的叶重比和根重比(P0.05)。(5)减水导致丝栗栲幼树和麻栎幼树的根重比、麻栎幼树的根冠比显著增加(P0.05),引起丝栗栲幼树的枝重比、麻栎幼树的叶重比、枝重比和干重比显著降低(P0.05)。(6)施氮和减水交互作用显著提高了丝栗栲幼树的根重比(P0.05),降低了麻栎幼树的干重比(P0.05)。     

陆生植物生物量分配对模拟氮沉降响应的Meta分析

分析了陆生植物地上、地下各组织中生物量分配对氮沉降的响应,为研究大气氮沉降背景下陆地生态系统的碳、氮循环过程及植物生物量分配、立木收获、定向培育等相关研究和实践提供参考依据。共收集整理了国内外63篇论文的原始数据资料进行Meta分析(Meta-analysis),用以定量评估氮沉降对植物生物量分配的影响,并通过亚组分析进一步探讨了不同生态系统类型、植物种类、氮肥形式、施氮水平和持续时间对生物量分配的影响。结果表明,总体来看施氮会显著促进植物地上部分生物量分配,植物叶生物量和茎生物量在施氮条件下均显著增加;然而地下生物量所受促进作用要低于地上部分,表现为植物细根生物量和粗根生物量在氮输入下并没有显著变化;植物根冠比在氮沉降下显著降低;叶重比、茎重比和根重比在氮沉降下没有显著变化。此外,亚组分析结果表明生态系统类型和植物类型会显著影响植物总生物量和根冠比对氮沉降的响应,草本植物在氮沉降下的生物量累积明显优于木本,这说明短期氮沉降可能会增加草本的覆盖面积;施肥形式对根冠比的影响存在明显差异,相比于尿素,硝酸铵对植物根冠比的作用更显著;不同施氮水平显著影响地上生物量分配,中氮水平(本研究为60—120 kg hm-2a-1)促进作用最大,高氮水平(本研究为≥120 kg hm-2a-1)促进作用明显减弱,这与总生物量的变化一致,表明过高的氮沉降量将抑制植物生长;氮沉降处理时间长短对植物地上生物量的影响也存在显著差异,当施氮时间高于3年,氮沉降对地上生物量的促进作用几乎消失。总之,短期氮沉降会使植物分配更多生物量给地上部分,且氮沉降对草本植物生物量的累积作用明显优于木本,这些发现可为未来大气氮沉降背景下植物地上、地下部分碳存储、植物群落结构、植被动态等相关研究提供科学依据。     

CO2浓度升高与氮沉降对南亚热带森林生态系统植物生物量积累及分配格局的影响

CO2浓度升高与氮沉降增加对陆地生态系统的耦合作用已成为全球变化的研究热点。应用大型开顶箱 (OTC) 人工控制手段研究了人工生态系统在1) 高CO2 (700±20μmol·mol-1) +高氮沉降 (100kg N·hm-2·a-1) (CN) ;2) 高CO2 (700±20μmol·mol-1) +背景氮沉降 (C+) ;3) 高氮沉降 (100kg N·hm-2·a-1) +背景CO2 (N+) ;4) 背景CO2+背景氮沉降处理 (CK) 4种处理条件下荷木 (Schima superba) 、红锥 (Castanopsis hystrix) 、海南红豆 (Ormosia pinnata) 、肖蒲桃 (Acmena acuminatissima) 、红鳞蒲桃 (Syzygium hancei) 等主要南亚热带森林植物的生物量积累模式及其分配格局。连续近3年的实验结果表明:不同处理条件下, 各参试植物生物量积累具有不同的响应特征, N+处理显著促进荷木、肖蒲桃及红鳞蒲桃生物量的积累;C+处理显著促进肖蒲桃、海南红豆生物量的积累;CN处理显著促进除红锥外其他物种生物量的积累, 并且具有两者单独处理的叠加效应。不同处理改变物种生物量的分配模式, N+处理降低植物的根冠比, 促进地上部分生物量的积累;C+处理增加红锥和红鳞蒲桃地下部分生物量的分配, 却促进荷木和海南红豆地上部分的积累;CN处理仅促进红磷蒲桃地下部分的积累。群落生物量的积累与分配格局取决于优势物种的生物量及其分配格局在群落中所 占的权重。     

中亚热带天然林土壤CH_4吸收速率对模拟N沉降的响应

陆地森林土壤是重要的大气甲烷(CH4)汇,大气氮(N)沉降增加对森林土壤CH4吸收速率影响突出。运用静态箱-气相色谱法对中亚热带天然林土壤CH4吸收速率对模拟N沉降的响应进行连续3a的观测;试验作3种N处理,分别为对照(CK,0 kg N·hm-2·a-1)、低氮(LN,50 kg N·hm-2·a-1)和高氮(HN,100 kg N·hm-2·a-1),每种处理重复3次,每个月采集气体1次,同时测定0—5 cm土壤温度和0—12 cm土壤含水量;分析不同N沉降水平土壤CH4吸收速率的差异、动态变化以及对土壤含水量和土壤温度响应,并探讨N沉降对土壤理化性质的影响。结果显示:天然林土壤(CK)平均CH4吸收速率为(-62.78±14.39)μg·m-2·h-1,LN和HN土壤平均CH4吸收速率分别下降了30.21%、7.24%,CK、LN和HN处理土壤CH4吸收速率季节变化趋势相似;观测期间土壤CH4吸收速率对LN响应达到显著水平(P0.05),对HN响应则不显著(P0.05);LN、HN处理前两年对土壤CH4吸收速率抑制作用均不显著(P0.05),但在第3年LN极显著降低了土壤CH4吸收速率(P0.01),HN处理对土壤CH4吸收速率的影响则在第3年表现为显著抑制作用(P0.05),表明土壤CH4吸收速率对N沉降的响应随着N沉降时间的持续呈抑制效应加剧的趋势。相关分析表明:CK与HN土壤CH4吸收速率与土壤温度和土壤含水量均有显著相关性(P0.05),但LN土壤CH4吸收速率仅与土壤含水量显著相关(P0.05),表明土壤含水量是控制各N沉降处理土壤CH4吸收速率动态的主要环境因子。此外,LN、HN处理下土壤pH均极显著降低(P0.01),但LN土壤pH极显著低于HN(P0.01);LN处理极显著提高了土壤C/N比(P0.01),HN处理则相反;LN和HN处理对土壤NH+4-N、NO-3-N、可溶性总N(TDN)、可溶性有机碳(DOC)、地面凋落物量、地下0—10 cm细根生物量影响均不显著(P0.05),表明一定时期内N沉降首先引起了土壤pH和土壤C/N比的显著变化。     

干旱胁迫对3种灌木不同器官化学计量特征的影响

采用盆栽控水试验,研究了3个水分处理,即田间持水量(FC)的(75±5)%、(55±5)%和(35±5)%,对丁香、黄刺梅、连翘的叶、茎、极细根(0～1 mm)、细根(1～2 mm)和粗根(>2 mm)化学计量特征的影响。结果表明: 3种灌木相同器官间氮(N)和磷(P)含量以及C∶N、C∶P、N∶P均存在显著差异。随着干旱胁迫的加剧,3种灌木各器官C含量总体上无显著变化;叶片N含量呈增加趋势,茎N含量逐渐下降,极细根和细根N含量均呈先上升后下降的趋势;叶片、茎P 含量呈降低趋势,极细根和细根P含量呈先增加后下降的趋势。3种灌木在干旱胁迫下叶C∶N呈降低趋势,叶和茎C∶P、N∶P均呈增加趋势。干旱胁迫对极细根C∶N和叶C∶P、N∶P影响最大,而对粗根C∶N、N∶P以及极细根C∶P的影响最小。土壤C、N含量与灌木各器官中C、N、P含量无显著相关性,但土壤P含量与叶和根系C、N、P含量均显著相关。土壤中相对缺乏的P是影响灌木器官化学计量特征的最重要因素。干旱对不同灌木不同器官化学计量的影响不同,叶和极细根的化学计量较其他器官对干旱胁迫更加敏感。干旱可能主要通过影响灌木对土壤中养分P的吸收和在不同器官中的分配,进而影响灌木不同器官的化学计量特征,尤其是与P相关的化学计量特征。     

模拟氮沉降对典型阔叶红松林土壤有机碳和养分的影响

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(P0.05),而对全N含量影响不显著(P0.05)。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(P0.001)。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。     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程微生物生物量的影响

为进一步深化氮沉降对凋落物分解影响的研究,2016年3月—2017年3月,在华西雨屏区天然常绿阔叶林内,用凋落叶分解袋法研究了模拟氮沉降对凋落叶分解过程中微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)的影响。实验设置了对照(0 g N m~(-2)a~(-1))、低氮(5 g N m~(-2)a~(-1))、中氮(15 g Nm~(-2)a~(-1))和高氮沉降(30 g N m~(-2)a~(-1)) 4个处理。结果表明:低氮和中氮处理显著增加了凋落叶分解过程中的MBC和MBN,以低氮处理增加幅度最高;低氮和中氮处理对凋落叶分解过程中的MBP影响不显著;高氮处理显著降低了分解过程中的MBC、MBN和MBP。随模拟氮沉降量的递增,凋落叶分解过程中微生物生物量碳氮比逐渐减少,微生物生物量碳磷比呈现先增加后下降的趋势。研究结果说明,氮沉降影响了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物分解过程中微生物生物量,进而改变了凋落物的分解过程。     

Soil nitrous oxide emissions from a typical semiarid temperate steppe in inner Mongolia: effects of mineral nitrogen fertilizer levels and forms

Nitrous oxide (N₂O) emissions can be significantly affected by the amounts and forms of nitrogen (N) available in soils, but the effect is highly dependent on local climate and soil conditions in specific ecosystem. To improve our understanding of the response of N₂O emissions to different N sources of fertilizer in a typical semiarid temperate steppe in Inner Mongolia, a 2-year field experiment was conducted to investigate the effects of high, medium and low N fertilizer levels (HN: 200 kg N?ha^-1y^-1, MN: 100 kg N ha^-1y^-1, and LN: 50 kg N ha^-1y^-1) respectively and N fertilizer forms (CAN: calcium ammonium nitrate, AS: ammonium sulphate and NS: sodium nitrate) on N₂O emissions using static closed chamber method. Our data showed that peak N₂O fluxes induced by N treatments were concentrated in short periods (2 to 3 weeks) after fertilization in summer and in soil thawing periods in early spring; there were similarly low N₂O fluxes from all treatments in the remaining seasons of the year. The three N levels increased annual N₂O emissions significantly (P?<?0.05) in the order of MN > HN > LN compared with the CK (control) treatment in year 1; in year 2, the elevation of annual N₂O emissions was significant (P?<?0.05) by HN and MN treatments but was insignificant by LN treatments (P?>?0.05). The three N forms also had strong effects on N₂O emissions. Significantly (P?<?0.05) higher annual N₂O emissions were observed in the soils of CAN and AS fertilizer treatments than in the soils of NS fertilizer treatments in both measured years, but the difference between CAN and AS was not significant (P?>?0.05). Annual N₂O emission factors (EF) ranged from 0.060 to 0.298% for different N fertilizer treatments in the two observed years, with an overall EF value of 0.125%. The EF values were by far less than the mean default EF proposed by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).     

模拟N沉降下三种林分土壤营养动态分析

通过模拟N沉降实验,设置对照(CK,0 g N m~(-2)a~(-1));低氮(LN,5 g N m~(-2)a~(-1));中氮(MN,10 g N m~(-2)a~(-1));高氮(HN,15 g N m~(-2)a~(-1))4种N处理,以NH_4NO_3为外源N来研究福建省三明格氏栲自然保护区内板栗人工林、观光木人工林及米槠天然林0—10 cm土层养分变化动态。结果表明:N沉降会使板栗人工林土壤显著酸化,P含量降低,在一些时间段内,中高水平的N沉降会显著降低有机C、全N和速效N含量,中或低水平N沉降会显著降低土壤全P和速效P含量,而从第6个月起只有LN处理会显著降低土壤K含量。N沉降总体上会不同程度地提高观光木人工林土壤p H值、有机C、全N和速效N含量,有时影响会达显著或极显著水平;比较而言,LN和HN处理更会造成土壤全P的富集,而MN处理对速效P的影响更显著;LN和HN处理也会显著增加K含量,且以LN处理的效果更稳定。总体上N沉降量越大米槠天然林土壤酸化越显著;N沉降会使其有机C和速效P量显著波动;实验期间,HN处理会显著降低土壤全N和速效N量,而LN与MN处理则会使速效N和K含量增加;在4种处理下全P含量会呈相同趋势波动,差异不显著。     

模拟氮沉降对天山云杉细根分解及其养分释放的影响

采用野外模拟试验,设计4种氮处理——对照(不施氮,CK)、低氮(施氮5kg·hm-2·a-1,LN)、中氮(施氮10kg·hm-2·a-1,MN)、高氮(施氮15kg·hm-2·a-1,HN),研究氮沉降对天山云杉细根分解及养分释放的影响。结果表明:(1)不同氮处理分解2年后天山云杉细根残留率依次为74.044%(HN)、71.967%(MN)、68.156%(CK)、61.933%(LN),且差异显著。(2)天山云杉的细根月分解速率在试验前期不同氮处理下规律不明显;而在试验后期呈现为对照中氮低氮高氮。(3)4种氮处理下天山云杉细根分解50%需要的时间依次为3.31年(LN)、3.67年(CK)、4.28年(MN)、4.64年(HN),分解95%需要的时间依次为14.39年(LN)、15.93年(CK)、18.58年(MN)和20.17年(HN)。(4)天山云杉细根C元素迁移模式总体表现为直接释放,N元氮为富集-释放模式,残留率呈现波动式下降趋势。(5)不同氮处理下天山云杉细根分解率与C元素浓度间均呈线性负相关关系;对照和低氮处理下,天山云杉细根分解率与N元素浓度间均为线性负相关关系,中氮和高氮处理下,细根分解率随N元素浓度的增加呈先增加后降低的趋势。     

东北地区4种林分土壤呼吸及温、湿度敏感性对氮添加的短期响应

全球变化中氮沉降日益严重,已对森林生态系统的各个过程产生了重要影响。因此,通过研究氮添加对森林生态系统土壤碳输出的影响,对分析全球变化背景下土壤碳吸存具有重要意义。对黑龙江省帽儿山实验林场白桦(Betula platyphylla)次生林,以及水曲柳(Fraxinus mandschurica)、红松(Pinus koraiensis)、长白落叶松(Larix olgensis)人工林通过2年氮添加(对照(0 kg N hm~(-2) a~(-1)),低氮(50 kg N hm~(-2) a~(-1)),中氮(100 kg N hm~(-2) a~(-1))和高氮(150 kg N hm~(-2) a~(-1)))试验,测定根生物量密度、土壤微生物量碳浓度、土壤呼吸速率及温、湿度敏感性等指标,旨在探讨森林生态系统土壤呼吸对氮添加的短期响应。结果表明:(1)低氮处理对白桦和水曲柳林土壤呼吸速率影响不显著,但显著提高了红松和长白落叶松林土壤呼吸速率;水曲柳林分中高氮处理土壤呼吸速率显著降低于低氮和中氮处理,而其他林分高氮处理土壤呼吸速率仅显著低于低氮处理。(2)氮添加处理下,4种林分中林分土壤呼吸速率与根生物量密度呈极显著正相关,Pearson相关系数为0.81。(3)低氮处理下5 cm和10 cm处土壤呼吸温度敏感性系数Q_(10)值较CK处理分别提高了2.65%和3.12%,高氮处理较CK处理分别降低了6.29%和5.46%。但氮添加处理对土壤呼吸和土壤湿度间的相关性无影响。综上所述,阔叶林与针叶林土壤呼吸速率对氮添加的响应存在差异。根生物量密度是影响不同林分土壤呼吸对短期氮添加响应的主要因素,同时氮添加处理显著改变了土壤温度敏感性系数。     

Seasonal changes in the effects of elevated CO2 on rice at three levels of nitrogen supply: a free air CO2 enrichment (FACE) experiment

Over time, the stimulative effect of elevated CO₂ on the photosynthesis of rice crops is likely to be reduced with increasing duration of CO₂ exposure, but the resultant effects on crop productivity remain unclear. To investigate seasonal changes in the effect of elevated CO₂ on the growth of rice (Oryza sativa L.) crops, a free air CO₂ enrichment (FACE) experiment was conducted at Shizukuishi, Iwate, Japan in 1998–2000. The target CO₂ concentration of the FACE plots was 200 µmol mol^?1 above that of ambient. Three levels of nitrogen (N) were supplied: low (LN, 4 g N m^?2), medium [MN, 8 (1998) and 9 (1999, 2000) g N m^?2] and high N (HN, 12 and 15 g N m^?2). For MN and HN but not for LN, elevated CO₂ increased tiller number at panicle initiation (PI) but this positive response decreased with crop development. As a result, the response of green leaf area index (GLAI) to elevated CO₂ greatly varied with development, showing positive responses during vegetative stages and negative responses after PI. Elevated CO₂ decreased leaf N concentration over the season, except during early stage of development. For MN crops, total biomass increased with elevated CO₂, but the response declined linearly with development, with average increases of 32, 28, 21, 15 and 12% at tillering, PI, anthesis, mid‐ripening and grain maturity, respectively. This decline is likely to be due to decreases in the positive effects of elevated CO₂ on canopy photosynthesis because of reductions in both GLAI and leaf N. Up to PI, LN‐crops tended to have a lower response to elevated CO₂ than MN‐ and HN‐crops, though by final harvest the total biomass response was similar for all N levels. For MN‐ and HN‐crops, the positive response of grain yield (ca. 15%) to elevated CO₂ was slightly greater than the response of final total biomass while for LN‐crops it was less. We conclude that most of the seasonal changes in crop response to elevated CO₂ are directly or indirectly associated with N uptake.     

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。     

黄河口新生湿地土壤磷赋存形态及其动态变化对外源氮输入的响应

选择黄河口新生湿地为研究对象,基于野外原位氮输入模拟试验,探讨了不同氮输入梯度下(NN:对照处理;LN:低氮处理;MN:中氮处理;HN:高氮处理)湿地土壤磷赋存形态的动态变化特征。结果表明,不同氮处理下土壤中闭蓄态磷(HCl-P_i和Residual-P)均是TP的主体(87.75%—90.04%),而活性磷(Resin-P、NaHCO_3-P_i和NaHCO_3-P_o)和中等活性磷(NaOH-P_i、NaOH-P_o、Sonic-P_i和Sonic-P_o)占TP的比例均较低,分别为4.81%—5.58%和5.14%—6.57%。相对于NN处理,MN和HN处理下的活性磷含量分别增加了9.16%和12.44%,而LN、MN和HN处理下的中等活性磷含量分别增加了2.25%,6.92%和24.24%,说明外源氮输入整体增加了土壤中的活性磷含量。与之相比,闭蓄态磷含量在LN、MN和HN处理下均呈降低趋势,其值相对于NN处理分别降低了3.08%、3.08%和5.22%。尽管不同氮处理下土壤养分条件、水盐及酸碱状况均是影响不同磷形态赋存的关键因素,但随着氮输入量的增加,影响磷赋存形态的养分类型发生了明显改变,即由NN和LN处理下主要受N和S影响逐步转变为MN和HN处理下主要受P影响。研究发现,外源氮输入不但可能影响不同磷形态之间的转化,而且亦可能通过改变植物生长节律以及土壤养分及酸碱状况来影响土壤中各形态磷的赋存。     

Effects of nutrient availability on water hyacinth standing crop and detritus deposition

Nutrient-enriched water hyacinths were stocked in outdoor tanks and cultured under both high nutrient (HN) and low nutrient (LN) regimes for 10 months. Seasonal changes in standing crop biomass and morphology of LN water hyacinths were similar to those of HN water hyacinths, despite a ten-fold between-treatment difference in N availability and a two-fold difference in average plant N concentrations (1.0 and 2.0% for LN and HN plants, respectively). Tissue N accumulated by the LN plants prior to stocking helped support standing crop development during the 10 month study. In both HN and LN treatments, the rate of detritus deposition, or the sloughing of dead plant tissues from the mat, was lower than the actual detritus production rate because of the retention of dead ‘aerial’ tissues (laminae and petioles) in the floating mat. The retention of laminae and petioles may serve as a nutrient conservation mechanism, since nutrients released from decomposing tissues in the mat-water environment may be assimilated by adjacent plants. The average rate of detritus deposition (both dry matter and N) by LN water hyacinths (1.2 g dry wt. m⁻² day⁻¹ and 0.017 g N m⁻² day⁻¹) was lower than that of HN plants (3.0 g dry wt. m⁻² day⁻¹ and 0.075 g N m⁻² day⁻¹) during the study. Low detrital N losses by the water hyacinth probably enhance the survival of this species in aquatic systems which receive nutrient inputs intermittently.     

氮添加对中亚热带杜鹃灌丛凋落物生产和叶分解的影响

凋落物的生产和分解是生态系统养分循环的重要过程,受到大气氮沉降的深刻影响。但目前相关研究主要集中于森林和草地生态系统,氮沉降对灌丛生态系统凋落物养分归还的影响规律尚不清楚。因此选择亚热带分布广泛的杜鹃灌丛为研究对象,进行了为期两年的模拟氮沉降试验。试验设置4个处理:对照(CK, 0 g m-2 a-1)、低氮(LN, 2 g m-2 a-1)、中氮(MN, 5 g m-2 a-1)和高氮(HN, 10 g m-2 a-1)。结果显示:CK、LN、MN和HN 4种处理下,群落年平均凋落物量分别为(1936.54±358.9)、(2541.89±112.5)、(2342.97±519.8)、(2087.22±391.8) kg/hm²,LN、MN和HN处理样地的凋落量分别比对照样地高出32.68%、21.16%和7.93%;凋落叶、花果、凋落枝和其他组分占总凋落量的比例分别为75.75%、15.09%、7.70%和1.45%,不同浓度氮处理下各组分的凋落量均高于对照样地;凋落物组分表现出明显的季节动态:凋落叶在10—11月份达到峰值,凋落枝在10月份达到峰值,花果凋落物则在5月份凋落量最高,不同氮处理下凋落物的季节动态基本一致;白檀凋落叶分解速率显著高于杜鹃,二者分解95%所需时间分别为5.08—11.11 a和7.69—17.65 a,施氮使白檀凋落叶分解周期比对照样地缩短18.18%—54.28%;凋落叶分解过程中,N元素表现为富集-释放模式,P元素表现为富集模式。研究表明,氮添加能够促进群落中白檀凋落叶分解及N、P元素的释放,说明施氮可以调节凋落叶养分释放模式,对灌丛生态系统的养分循环具有调控作用。