天山林区土壤总氮矿化过程对季节性冻融的响应

森林土壤总氮矿化对冻融过程的响应机制尚不明确,氮矿化速率和转化情况尚缺乏定量刻画。通过土壤原位法与室内培养分析相结合,利用~(15)N同位素稀释技术,研究冻融期间天山林区乔木林地、灌丛、草地3种群落类型土壤总氮矿化及转化累积量的动态,分析土壤总氮矿化速率与土壤温度、含水率及微生物量氮(MBN)的相互关系。结果表明:(1)冻融过程及群落类型对总氮矿化速率和MBN含量有极显著的影响(P0.01),秋、春季冻融期的总氮矿化速率相比冻结期更高;(2)季节性冻融期间,乔木林地土壤总氨化累积量在3种群落类型中最高(163.9 kg N hm~(-2) a~(-1)),秋、春冻融期占整个时期的比值约为66%;而总硝化累积量在3种群落类型中相差较小,秋、春冻融期占比均约为77.4%;(3)土壤温度和含水率显著影响总氮矿化速率、净氮矿化速率和MBN速率,随土壤温度增加,总氨化速率(林地和灌丛)显著升高(P0.05);随土壤含水率增加,净氨化速率(灌丛)和净硝化速率(灌丛)显著降低(P0.05)。通过揭示天山林区土壤总氮矿化速率(总氨化速率和总硝化速率)及转化累积量对冻融过程的响应情况,本研究为天山森林土壤中氮的生物地球化学过程提供了有价值的基础数据。     

冬季升温对高山生态系统碳氮循环过程的影响

全球温度升高是目前面临的重要环境问题,但存在明显的季节差异性,即冬季升温幅度显著高于夏季的季节非对称性趋势,这在高纬度和高海拔地区更加显著。冬季升温会直接影响积雪覆盖与冰冻层厚度,并引起冻融交替循环的增加,而冬季植物处于休眠状态,这会直接影响土壤中有效氮的吸收与损失,引起土壤有效氮可利用性的变化。然而,关于冬季增温对后续生长季节植物活动、土壤碳氮循环过程的影响等方面的研究仍存在诸多不确定。综述了冬季升温对积雪覆盖与冻融交替循环改变对高山生态系统物质循环的影响,以及冬季升温对土壤碳氮循环、微生物与酶活性的影响,并由此引起的植物物候期、群落结构、生产与养分循环与凋落物分解等生理、生态过程方面的研究进展。在未来的研究中,应针对不同生态系统特点选择合适的冬季增温方式,加强非极地苔原地区关于冬季升温的研究,注重关注冬季升温对植物-土壤微生物之间反馈作用的影响,重点关注冬季升温对生态系统的延滞效应。     

基于BIOLOG技术分析氮沉降和降水对土壤微生物功能多样性的影响

土壤微生物是有机物分解和养分循环的主要介质,因此在维持土壤的功能多样性和持续性方面发挥着关键作用。气候变化驱动因素会影响土壤微生物的生理活动,引起其群落结构和功能多样性的改变,并对生物地球化学循环和气候―生态系统反馈产生连锁效应,其中氮沉降和降水是全球气候变化的研究热点。土壤氮(N)的有效性有可能通过改变微生物的群落组成以调节微生物对降水变化的响应,但目前关于N沉降和降水及其交互作用对土壤微生物群落功能多样性的影响机制仍不清楚。为了准确预测未来气候条件下生态系统的功能状况,需要更好地了解土壤微生物对环境变化的响应。基于BIOLOG技术综述了氮沉降和降水变化及其交互作用对土壤微生物功能多样性影响的相关研究进展,可以为进一步研究全球气候变化背景下地下生态学的发展提供参考。另外,分析阐述了当前工作中存在的一些主要瓶颈,并对未来的研究热点进行了探讨和展望。     

全球降水格局变化下土壤氮循环研究进展

自然和人为因素导致全球降水格局发生改变,降水变化势必影响土壤氮循环,从而影响陆地生态系统生产力和多样性,然而不同降水变化类型对土壤氮循环的影响仍然缺乏足够的认识。因此,本文综合分析了全球和我国降水格局变化特征,简要介绍了6种降水格局变化下土壤氮循环的研究方法（长期降水固定观测、野外降水控制实验、自然降水梯度、室内培养、模型和遥感）,系统综述了3种降水变化类型（降水波动、干旱、干湿交替）,以及降水与温度、氮沉降等交互作用对土壤氮循环影响的研究进展与存在的问题,并展望了未来研究方向,为评估和预测未来降水变化对陆地生态系统功能的影响提供理论依据。     

易分解有机碳输入量对武夷山不同林型土壤激发效应的影响

土壤有机碳库是陆地生态系统中最大的碳储量库,其微小的变化也能使大气中CO₂浓度发生巨大的改变,植物来源碳的输入能通过激发效应促进或抑制土壤有机碳（SOC）的分解,对SOC的动态平衡产生影响。以武夷山三个林型（阔叶林、马尾松林、针阔混交林）土壤为研究对象,通过向土壤中添加不同量的¹³C标记葡萄糖（0、100、200、400 mg C/kg）研究易分解有机碳输入量对不同林型土壤激发效应的影响,并在此基础上探讨易分解有机碳输入量对土壤激发效应影响的作用机理。结果表明,葡萄糖输入对土壤激发效应的影响与葡萄糖输入量和林型有关。葡萄糖的输入均抑制了三个林型SOC的分解（即,呈现负的激发效应）。阔叶林土壤和针阔混交林土壤激效应强度随着葡萄糖输入量的增加而增加,而马尾松林土壤的激发效应强度对葡萄糖输入量的响应并不明显。然而在马尾松林土壤中由葡萄糖所引起的激发效应强度显著高于其他两种林型土壤。研究结果表明,易分解有机碳的输入可以抑制SOC的矿化,形成负激发效应,阔叶林土壤的激发效应强度与土壤可利用氮、葡萄糖添加量与微生物碳量比值有关,而针阔混交林与马尾松林土壤的激发效应强度分别与土壤中的放线菌和真菌有关。     

荒漠土壤微生物量碳、氮变化对降水的响应

以腾格里沙漠东南缘的典型荒漠植被为研究对象,通过遮雨棚和滴灌系统设置5个降水梯度,即极端干旱处理、中度干旱处理、对照、增水处理I和增水处理II,研究了荒漠土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)和微生物碳氮比(MBC/MBN)对季节、降水和土壤深度的响应规律,以期为极端降水事件影响干旱荒漠区土壤微生物量碳、氮及其循环规律的深入研究提供科学依据。结果表明:(1)MBC、MBN和MBC/MBN对降水处理的响应存在差异,三者的变化范围为:230.14-272.87 mg/kg,13.82-17.58 mg/kg,19.78-36.06。其中,降水处理对MBC、MBN的影响显著,对MBC/MBN的影响不显著,在极端干旱处理下,MBC、MBN均显著高于其他降水处理;(2)两年间的MBC、MBN和MBC/MBN差异显著,2017年较2016年MBC、MNB显著减少,MBC/MBN显著增加;(3)MBC、MBN和MBC/MBN变化均表现季节性差异,变化范围分别为:153.31-337.09 mg/kg,7.89-22.29 mg/kg,14.82-46.04,其中MBC、MBN为春季最高、秋季最低,MBC/MBN为夏季最低、冬季最高;(4)MBC、MBN和MBC/MBN在土壤0-20 cm的变化范围为:232.57-265.15 mg/kg,14.00-17.93 mg/kg,24.37-32.07,其中土壤表层(0-5 cm)MBC、MBN显著高于中层土壤(5-10 cm)和下层土壤(10-20 cm),而不同土壤深度的MBC/MBN差异不显著。因此,在极端降水事件频发的全球气候背景下,极端干旱将影响荒漠生态系统MBC、MBN水平,进而对碳、氮平衡和循环过程产生影响,对这一问题的确切回答尚需长期系统监测研究。     

炼锌废渣-修复植物-凋落物体系的生态化学计量学研究

为揭示金属冶炼废渣堆场生态修复多年后,废渣-植物-凋落物系统中养分循环和系统维持机制。该研究以实现生态修复6 a的黔西北铅锌冶炼废渣堆场上土荆芥(Dysphania ambrosioides)、芦竹(Arundo donax)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、构树(Broussonetia papyrifera)和柳杉(Cryptomeria fortunei)五种优势修复植物为对象,分析它们的主要营养器官(细根、粗根、茎/干、枝、叶片)、地表凋落物、植被下方表层废渣(0～10 cm)中碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及化学计量特征,探讨它们之间的相互关系。结果表明:不同植物、不同营养器官间C、N、P的含量具有显著差异(P<0.05),C平均含量在两种草本植物中为茎>叶片>根>凋落物,在三种乔木中为干>枝>细根>粗根>叶片>凋落物; N和P的分布在草本植物中分别为叶片>凋落物>根>茎和叶片>根>凋落物>茎,在三种乔木中均为叶片>细根>凋落物>粗根>枝>干。五种植物中,柳杉各营养器官及凋落物中C含量均高于其他植物,N、P含量呈相反的规律; 刺槐中N含量最高。C:N和C:P在五种植物营养器官与凋落物中的变化规律跟N、P的分布相反,说明C:N和C:P分别主要受N和P含量影响。相关性分析指出,草本植物的N:P受N和P共同影响,三种乔木的N:P主要由N的分布决定,同时受到枝和叶片中P含量影响。五种植物中,仅豆科类刺槐的叶片N:P大于16,在系统中生长受P限制,其他植物生长均受N限制,说明刺槐更能适应贫瘠的废渣环境,建议在修复贫瘠的废渣堆场时优先选择豆科类植物作为先锋植物,改善基质养分条件。植被下方表层废渣中C、N、P含量基本都低于植物各营养器官及凋落物,不同修复植物下方对应的表层废渣中C、N、P含量间具有显著差异(P<0.05),草本植物修复下的废渣中C、N、P含量低于乔木修复下的含量。废渣-植物-凋落物体系中N、P、N:P之间的相关性分析显示,植物细根和凋落物中N、P含量与废渣中N、P含量及化学计量比关系更密切。     

土壤氮素异质性分布和马先蒿寄生对长芒棒头草生长发育及根系分布的影响

无论在农田还是自然生态系统中,土壤养分异质性普遍存在。植物具有感知土壤养分异质性的能力,并通过调节根系生物量分配及空间分布以获取更多资源。了解寄生胁迫在不同养分条件下对寄主生长发育及根系空间分布的影响,对解析寄主应对寄生胁迫和养分胁迫的适应策略,进而指导寄生性杂草防控具有重要的指导意义。该文采用分根试验,通过对寄主分根,并控制根室两侧氮供应水平及寄生胁迫程度,考察了氮胁迫及两种寄主依赖程度不同的马先蒿的寄生对寄主长芒棒头草生长发育及根系空间分布的影响。结果表明:(1)土壤氮水平与马先蒿寄生均可显著影响长芒棒头草生物量及根冠比,并且两者之间存在显著交互作用,其中土壤氮水平为主要影响因子。(2)两种马先蒿对长芒棒头草的危害程度不同。在NPK和2NPK 处理时,三色马先蒿的寄生显著降低长芒棒头草生物量(茎叶:37.1%、51.5%; 根系:35.6%、63.6%); 在NPK处理时,大王马先蒿的寄生显著增加长芒棒头草生物量(茎叶:29.9%,根系:61.2%)。(3)长芒棒头草的根系生长和空间分布受氮营养的异质分布和寄生的影响,具有明显的感知养分空间分布及调节根系生长能力。     

氮代谢参与植物逆境抵抗的作用机理研究进展

近年来,植物所受到的诸如干旱、盐、高温、低氧、重金属胁迫和营养元素缺乏等环境胁迫越来越多,严重影响了植物的生长发育及作物的质量和产量。氮素是植物生长发育所需的必需营养元素,同时也是核酸、蛋白质和叶绿素的重要组成成分,其代谢过程与植物抵抗逆境的能力息息相关。氮代谢是指植物对氮素的吸收、同化和利用的全过程,是植物体内基础代谢途径之一。氮代谢主要从氮素吸收、同化及氨基酸代谢等方面参与植物的抗逆性,并通过调节离子吸收和转运、稳定细胞形态和蛋白质结构、维持激素平衡和细胞代谢水平、减少体内活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成以及促进叶绿素合成等生理机制来影响植物抵抗非生物胁迫的能力。因此,提高植物在逆境下的氮代谢水平是减轻外界胁迫对其损伤的一种潜在途径。该文从氮素同化的基本途径出发,分别阐述了氮代谢在干旱胁迫、盐胁迫和高温胁迫等多个方面的逆境抵抗过程中的作用机理,为氮代谢参与植物抗逆性研究提供了有利参考。     

氮沉降对不同入侵程度加拿大一枝黄花化感作用的影响

为探究全球氮沉降影响外来植物入侵扩张的作用机制,该文通过受控模拟试验,以入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)为对象,研究了三种氮水平(N0、N5和N12)下五种不同入侵程度(种内及种间竞争)的加拿大一枝黄花凋落叶浸提液对本地植物莴苣(Lactuca sativa)种子萌发和幼苗生长化感作用的影响。结果表明:(1)N0、N5和N12处理下的不同入侵程度加拿大一枝黄花凋落叶浸提液均显著抑制莴苣的萌发和生长,其中N5土壤入侵初期(S1A3)处理浸提液的化感作用最显著,其发芽速度指数、发芽活力指数、根长、株高和叶长比对照分别降低了61%、79%、84%、68%和13%,此时凋落叶中的总酚和总黄酮含量最高,分别为0.48 mg·g^-1和1.50 mg·g^-1。(2)相同氮添加下,入侵程度对加拿大一枝黄花化感作用有显著影响,随着入侵程度的增加,加拿大一枝黄花化感作用显著减弱,入侵初期(S1A3)凋落叶化感作用显著高于入侵后期(S3A1)。(3)相同入侵程度下,氮添加对加拿大一枝黄花化感作用有显著影响,N5处理的加拿大一枝黄花化感作用比N0或N12处理显著增加。(4)氮添加与入侵程度有交互作用,两者共同作用显著影响了莴苣种子的综合化感作用。综上结果表明,氮沉降可能会增强入侵初期加拿大一枝黄花凋落叶对本地植物的化感抑制作用,进一步促进外来植物的成功入侵,为进一步研究加拿大一枝黄花的化感作用及生态防治提供了一定的理论参考。