冻融作用对陆地生态系统氮循环关键过程的影响效应及其机制

冻融作用是中、高纬度及高海拔地区土壤普遍存在的一种自然现象,是非生长季陆地生态系统氮循环的重要影响因素.冻融作用主要通过改变土壤的理化性质及生物学性状来影响氮素在土壤中的迁移与转化.目前,冻融作用对陆地生态系统氮循环各个过程影响的研究结果不尽一致,理论机制尚不明晰,研究方法也需进一步地探索与创新,因此有必要对现有成果进行梳理和分析,以更好地把握冻融作用下的氮循环过程.本文结合国内外已有研究成果,论述了冻融作用对陆地生态系统氮循环关键过程（氮矿化、固持、硝化与反硝化过程、氮淋溶及气态损失）的影响效应及其主要机制,对目前研究中存在的不足进行了剖析,并对未来研究中迫切需要关注的重点研究方向进行了探讨与展望.     

干湿交替下草地生态系统土壤呼吸变化的微生物响应机制研究进展

草地是陆地生态系统中最重要、分布最广的生态系统类型之一,对全球碳循环和气候调节有着重要的作用和效应.我国拥有极为丰富的草地资源,是巨大的陆地碳储存库,也是全球碳循环重要组成部分.干湿交替是土壤中普遍发生的自然现象,这种现象的发生可能会加速土壤的碳矿化过程、激增土壤呼吸以及影响微生物的活性和群落结构等.在全球变化日趋显著的背景下,降雨量、降雨强度以及降雨频率的变化将会加速土壤干湿交替进程,进而带来微生物活性、群落结构以及土壤呼吸的变化,并对全球碳循环过程产生重要影响.本文综述了近十年来国内外的相关文献,对干湿交替条件下,土壤释放CO₂消耗碳源、土壤呼吸随时间的动态变化趋势以及土壤呼吸与微生物量、微生物活性和微生物群落结构之间的关系进行了分析和总结,以期为更好地理解干湿交替过程中草地生态系统土壤呼吸的微生物学响应机制,更准确地预测和评估未来的全球陆地生态系统的碳收支与气候变化提供一定的理论基础.     

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。     

外源碳输入对陆地生态系统碳循环关键过程的影响及其微生物学驱动机制

外源碳输入对土壤碳源可利用性的改变不仅直接影响着微生物参与陆地生态系统的碳循环过程,而且也制约着微生物对其它营养元素的需求。在大气氮沉降持续增加的全球变化背景下,部分地区已出现生态系统氮养分条件的显著变化甚至土壤中活性氮素的过量积累,进而带来微生物对碳源需求的增加。通过人为调控碳源的可利用性,改善微生物的碳限制状况,将对科学的增加陆地生态系统固碳能力具有极为重大的意义。综述了国内外有关外源碳输入对土壤碳排放、凋落物分解以及土壤碳库影响及其主要的微生物作用机制的相关研究结果,以期能够为未来氮沉降持续增加情景下,如何科学有效地提高生态系统的碳汇潜力提供一定的参考。     

降水和氮沉降增加对草地土壤微生物与酶活性的影响研究进展

降雨格局改变和区域氮沉降增加是近年来全球变化研究中的热点问题,而草地生态系统分布十分广泛,且大多位于生态脆弱带,易受到全球变化的干扰而失衡。土壤微生物及土壤酶活性是自然生态系统中土壤质量变化的敏感性指标,微生物与酶活性的变化可用来监测水、氮变化大背景下草地生态系统结构和功能的改变。基于此,综述了降雨格局改变和氮沉降增加及其双因子交互作用对草地土壤系统中微生物数量、微生物生物量、微生物多样性与酶活性变化影响的相关研究进展,为更好地预测评估并最终调控和保持草地生态系统稳定性提供科学依据,同时分析阐述了当前工作中存在的一些问题与不足,并对未来研究所面临的关键科学问题进行了探讨和展望。     

中国湿地温室气体清单编制研究进展

湿地是重要的土地利用类型之一，在陆地生态系统碳循环中起重要作用。在缔约国向《联合国气候变化框架公约》提交的温室气体国家清单报告中，湿地作为"农业、林业及其他土地利用（AFOLU）"的一部分，因其不确定性较高而备受关注。自2006年以来，IPCC先后发布了《2006 IPCC国家温室气体清单指南》、《2013 IPCC 2006国家温室气体清单指南的增补：湿地》和《IPCC 2006年国家温室气体清单指南2019精细化》，为缔约国提供了清单编制的参考方法学。然而，IPCC指南中对湿地的定义和分类与中国现行的土地利用类型和并不统一，其提供的缺省参数对中国的研究亦未充分整合。因此，亟需在IPCC框架下开发适合中国的湿地温室气体清单方法学及参数库，以降低清单编制的不确定性。综述了IPCC湿地清单编制的方法学与中国湿地清单的研究进展，主要包括（1）比较了IPCC三部指南中的湿地清单的方法学，梳理了后两部对《2006 IPCC国家温室气体清单指南》在湿地类型、评估方法和缺省参数的更新内容；（2）比较了中国湿地清单编制与其他湿地温室气体研究结果的差异并探讨原因；（3）梳理了IPCC三部清单指南中湿地温室气体排放/清除因子数据库对来自中国的研究数据收录情况；（4）归纳了湿地的温室气体清单高层级方法学在中国的应用。在上述内容的归纳总结的基础上，基于现阶段我国在湿地温室气体清单编制方面存在活动水平数据难以获取、若干领域的排放因子缺失和评估方法不完善等问题，提出未来从提高活动水平数据透明度、加强人类活动影响评估、发展高层级方法学等方面改进。本文有助于提升我国编制湿地温室气体清单的能力，从而降低AFOLU领域对实现"碳中和"贡献的不确定性。     

草地生态系统植被变化的自然与人为因素定量区分方法

定量区分导致草地生态系统植被变化的自然和人为因素,是生态系统科学管理和保育的关键。因此,综述当前应用较为广泛的定量区分方法,包括主成分分析法、层次分析法、残差趋势法和模型差值法等,比较不同方法的计算原理、优势及误差来源,进而结合典型区域或典型生态系统,对不同方法进行对比和分析。总体而言,每种方法各有其优势和缺点,当前采用同一方法在不同区域或生态系统类型应用的研究较多,但针对方法本身改进或优化的研究较少。此外,针对同一区域开展的不同区分方法间的结果也存在差异。定量区分的结果除受方法本身算法的局限外,也受数据源的时空连续性及分辨率的影响。未来定量区分方法将强调：(1)在指标的选取上,要兼顾全面、多角度、不冗余等原则;(2)进行多源数据与多时空尺度融合,在更高时空分辨率定量区分自然与人为因素,从单一因子的贡献率区分到更多综合性指标的贡献率区分;(3)对定量区分方法本身的改进,这是当前的重点与难点。以期为生态系统适应性管理与关键生态功能的针对性保育提供科学依据和政策导向。