Effects of grazing intensity and grazing exclusion on litter decomposition in the temperate steppe of Nei Mongol,China

Aims Grazing intensity and grazing exclusion affect ecosystem carbon cycling by changing the plant community and soil micro-environment in grassland ecosystems. The aims of this study were: 1) to determine the effects of grazing intensity and grazing exclusion on litter decomposition in the temperate grasslands of Nei Mongol; 2) to compare the difference between above-ground and below-ground litter decomposition; 3) to identify the effects of precipitation on litter production and decomposition. Methods We measured litter production, quality, decomposition rates and soil nutrient contents during the growing season in 2011 and 2012 in four plots, i.e. light grazing, heavy grazing, light grazing exclusion and heavy grazing exclusion. Quadrate surveys and litter bags were used to measure litter production and decomposition rates. All data were analyzed with ANOVA and Pearson’s correlation procedures in SPSS. Important findings Litter production and decomposition rates differed greatly among four plots. During the two years of our study, above-ground litter production and decomposition in heavy-grazing plots were faster than those in light-grazing plots. In the dry year, below-ground litter production and decomposition in light-grazing plots were faster than those in heavy-grazing plots, which is opposite to the findings in the wet year. Short-term grazing exclusion could promote litter production, and the exclusion of light-grazing could increase litter decomposition and nutrient cycling. In contrast, heavy-grazing exclusion decreased litter decomposition. Thus, grazing exclusion is beneficial to the restoration of the light-grazing grasslands, and more human management measures are needed during the restoration of heavy-grazing grasslands. Precipitation increased litter production and decomposition, and below-ground litter was more vulnerable to the inter-annual change of precipitation than above-ground litter. Compared to the light-grazing grasslands, heavy-grazing grasslands had higher sensitivity to precipitation. The above-ground litter decomposition was strongly positively correlated with the litter N content (R² = 0.489, p < 0.01) and strongly negatively correlated with the soil total N content (R² = 0.450, p < 0.01), but it was not significantly correlated with C:N and lignin:N. Below-ground litter decomposition was negatively correlated with the litter C (R² = 0.263, p < 0.01), C:N (R² = 0.349, p < 0.01) and cellulose content (R² = 0.460, p < 0.01). Our results will provide a theoretical basis for ecosystem restoration and the research of carbon cycling.     

氮负荷增强对闽江河口芦苇残体分解及其养分释放的影响

选择闽江河口鳝鱼滩西北部的纯芦苇湿地为研究对象，基于野外氮负荷增强分解试验，探讨了氮负荷增强对芦苇残体分解及其养分释放的影响。试验设置了4个氮负荷水平，即NL0（无氮负荷处理，0 g N m^-2 a^-1）、NL1（低氮负荷处理，12.5 g N m^-2 a^-1）、NL2（中氮负荷处理，25.0 g N m^-2 a^-1）和NL3（高氮负荷处理，75.0 g N m^-2 a^-1）。结果表明，不同氮负荷处理下残体的分解速率整体表现为NL2（0.00284 d^-1）>NL1（0.00263 d^-1）>NL0（0.00257 d^-1）>NL3（0.00250 d^-1），低氮和中氮负荷总体促进了残体分解，而高氮负荷抑制了残体分解，原因主要与不同处理下残体分解过程中基质质量及pH的明显改变有关。不同氮负荷处理下，残体中的全碳（TC）含量在分解期间均呈不同波动变化特征；全氮（TN）和全磷（TP）含量均在分解初期（0-30 d）骤然降低，之后则呈不同波动变化，其中TN含量呈波动上升变化，而TP含量呈小幅波动变化。残留率是影响不同氮负荷处理下残体分解期间碳（C）、氮（N）和磷（P）净释放的共性因素，而氮负荷增强导致的残体基质质量（C/N、C/P、N/P）和主要环境因子（pH、电导率（EC））改变影响了其释放强度。研究发现，在氮负荷增强背景下残体养分的累积与释放发生了明显改变，闽江河口氮负荷水平的增加整体将抑制芦苇残体中C、N养分的释放，但其在分解中后期（90-240 d）可能对P养分释放具有较为明显的促进作用。     

基于集合经验模态分解去趋势的水分利用效率对气候变化响应的高程分异——以“21世纪海上丝绸之路”沿线省份为例

水分利用效率(WUE)是表征陆地碳-水循环耦合关系的重要指标，但其对气候变化响应的高程分异仍不清楚。通过集合经验模态分解(EEMD)去趋势和偏相关方法，以"21世纪海上丝绸之路"沿线省份为研究区，揭示WUE对气候变化的响应及其随高程的分异。研究结果表明：(1)研究区内WUE多年均值由中心向南北递减。不同植被类型的WUE多年均值由高到低依次为：常绿针叶林、混交林、常绿阔叶林、稀树灌木草地、耕地和城市建设用地。(2)51.11%的区域表现出均温与WUE的正相关；而81.46%地区表明温差的扩大会使得WUE增加；有近一半的研究区表明最高温的升高有利于提高WUE，而最低温的作用则相反；有67.99%的区域表明降水增多反而会导致WUE的减少。(3)在大多数土地覆盖类型，日温差和最低温主要与WUE呈正相关，而最高温和降水主要与WUE呈负相关。在常绿针叶林、耕地和城市建设用地，日均温与WUE呈负相关。在其他三种植被类型下则呈正相关。(4)在低海拔地区，均温与WUE呈负相关而在中高海拔地区则转变为正相关关系。而最高温则正好相反。降水与WUE的负相关关系系数随高度的增加而不断加强，而温差和最低温与WUE的正相关关系也随高度的增加而剧烈波动增强。     

有机碳质量对黄河三角洲芦苇凋落物分解及其温度敏感性的影响

凋落物分解速率及其温度敏感性Q_(10)能够影响凋落物对土壤的碳归还及其对全球变暖的响应。然而,凋落物有机碳质量对凋落物分解及其温度敏感性的影响研究仍不充分。以黄河三角洲芦苇(Phragmites australi)为例,通过凋落物袋法、室内模拟实验及固态~(13)C核磁共振技术,研究有机碳质量对凋落物分解及其温度敏感性的影响,探讨预测凋落物分解及其温度敏感性的指标。结果表明:(1)随着凋落物分解,易分解碳组分(烷氧碳、双烷氧碳)相对含量逐渐降低,而难分解碳组分(芳香碳)相对含量显著增加,疏水碳/亲水碳、芳香碳/烷氧碳比值逐渐增大,凋落物有机碳更加稳定,凋落物呼吸速率及失重率呈下降趋势。(2)凋落物失重主要受烷基碳、烷氧碳相对含量及C/N的影响,凋落物CO_2累积释放量主要受烷氧碳及双烷氧碳相对含量的影响。羰基碳相对含量可以用来解释Q_(10)的变异。因此,相对于生态化学计量比,烷基碳、烷氧碳、双烷氧碳、羰基碳相对含量是预测凋落物分解及其温度敏感性的敏感性指标。     

生物炭-牛粪堆肥中产β-葡聚糖苷酶微生物群落应答碳代谢抑制效应

【背景】在高浓度葡萄糖引起的碳代谢抑制效应下,产β-葡聚糖苷酶(β-glucosidase)功能微生物群落为适应碳代谢压力的变化,会差异化表达糖耐受和非糖耐受的功能基因。在堆肥中添加生物炭可以改变微生物生存的环境,进而影响微生物群落的组成与功能。【目的】分析在不同碳代谢压力下添加生物炭对产β-葡聚糖苷酶功能微生物群落的结构组成与功能的影响。【方法】在生物炭牛粪-稻草堆肥中添加葡萄糖、纤维二糖及β-葡聚糖苷酶抑制剂,构建不同的碳代谢压力。以细菌来源GH1家族的β-葡聚糖苷酶基因为分子标记基因构建基因克隆文库。同时测定羧甲基纤维素酶酶活和β-葡聚糖苷酶酶活。【结果】放线菌、变形菌和拟杆菌是功能微生物群落中的优势菌群。其中,CL处理组变形菌数量有所下降,在添加了抑制剂的处理组中,拟杆菌的数量明显上升。高浓度葡萄糖显著抑制了羧甲基纤维素酶酶活,但对β-葡聚糖苷酶酶活影响不大,其中低浓度纤维二糖的处理可以显著诱导β-葡聚糖苷酶活性。GHCH处理组中β-葡聚糖苷酶表现出高浓度葡萄糖激活特性。【结论】添加生物炭未明显影响参与纤维素降解的功能微生物群落对碳代谢抑制效应的应答。与自然堆肥相比,在添加了生...     

纤维素分解菌在农业应用中的研究进展

我国每年产生各种农作物秸秆约80亿t,传统处理方式主要是丢弃和焚烧,,极大的浪费了生物质能资源,同时对环境也造成了极大的污染。通过微生物作用腐熟秸秆后进行还田是当今世界上普遍关注的研究热点,如何加速还田秸秆的腐解是目前研究的难点。纤维素分解菌具有快速腐解纤维素的能力,可显著提高纤维素的腐解率。本文针对纤纤维素分解菌功能、作用及其在农业领域的应用成果进行详尽的阐述和分析。     

基于VAR模型的森林植被碳储量影响因素分析——以陕西省为例

森林作为陆地生态系统最大的碳库,对现在及未来的气候变化、碳平衡都具有重要影响。而对影响森林植被碳库的自然和非自然因素进行研究更是对增强森林的碳汇作用,继而改善生态环境状况意义重大。现有的森林动态模型虽然可以很好的模拟碳储量各影响因子之间的联系,但研究往往集中于小尺度从单一影响因素着手,且由于确定模型输入变量和参数的复杂性,使得这些模型在区域甚至更大尺度上的应用存在着一些困难。因此,运用VAR模型,以陕西省为例,构建森林植被碳储量与病虫害发生面积、木材产量、森林火灾面积、森林抚育面积、人工更新造林面积、降水和温度之间的动态关系,来验证该模型在省级尺度条件下的区域森林植被碳储量影响因素分析中的可行性。结果表明:各变量在5%的显著性水平下呈一阶单整序列并具有长期稳定的均衡关系,VAR模型也通过了平稳性检验满足运行的前提条件。通过脉冲响应和方差分解分析可知,森林病虫害、木材产量对陕西省森林植被碳储量呈现出很明显的负作用,并且贡献度很高,分别为5.61%和4.52%;森林抚育、人工更新造林对碳储量的影响存在一定的滞后期;火灾、温度和降水的冲击给碳储量带来的影响均不明显。模型较好的模拟了各影响因素对陕西省碳储量的影响,且具有一定的现实意义,因此,该模型可应用于省级尺度条件下的区域森林植被碳储量影响因素分析。     

高山林线交错带高山杜鹃的凋落物分解

凋落物分解是维持生态系统生产力、养分循环、土壤有机质形成的关键生态过程。高山林线交错带是陆地生态系统中对气候变化响应的敏感区域。季节变化和海拔梯度上的植被类型差异可能会影响该区域凋落物的分解,进而对高山生态系统的碳氮循环产生重要影响。采用凋落物分解袋的方法,研究了川西高山林线交错带优势种高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落叶在雪被期和生长季的分解特征。结果显示:(1)季节变化和植被类型对高山杜鹃凋落物的分解均具有显著影响(P0.05),凋落叶的质量损失主要发生在生长季且在高山林线最大,暗针叶林中雪被期的质量损失略高于生长季,但差异不显著;(2)林线交错带上高山杜鹃凋落叶分解缓慢,一年干物质失重率为9.62%,拟合分解系数k为0.145;(3)高山杜鹃凋落叶的质量变化主要体现在纤维素降解显著且集中在雪被期,木质素无明显降解,在高山林线上C/N、C/P、木质素/N变化幅度较小且C、N、P的释放表现得稳定而持续。结果表明,季节性雪被对林线交错带内高山杜鹃分解的影响不仅局限在雪被期内,雪被融化期间频繁的冻融作用和雪融水淋洗作用可能会促进高山杜鹃凋落物在生长季初期的分解。总的来看,在气候变暖的情景下,雪被的缩减、生长季的延长和高山杜鹃群落的扩张可能加速高山林线交错带高山杜鹃凋落物的分解。     

大尺度不透水面遥感估算方法比较——以京津唐为例

城市不透水面既是常用的城市化程度指标,也是衡量环境质量的重要指标。采用遥感技术准确提取城市不透水面并分析其空间扩张过程,对生态城市建设具有重要意义。基于Landsat 5 TM影像,采用NDVI二元法和线性光谱分解法,分别提取北京、天津和唐山3个城市不透水面信息,并将不透水面估算结果与近同期的ALOS影像提取结果对比验证。结果表明,线性光谱分解法获取的不透水面结果较好,RMSE为20.6%,能有效提取大范围的不透水面信息。     

基于中高分辨率遥感的植被覆盖度时相变换方法

植被覆盖度是衡量地表植被状况、指示生态环境变化的一个重要指标,也是许多学科的重要参数。传统的测量方法难以获取时间连续的面状数据,且耗时、耗力,很难大范围推广。遥感估算方法虽然可以弥补传统方法的不足,但由于云覆盖等天气条件的影响,获得同一时相覆盖整个研究区的遥感影像非常困难,时相的差异必然导致研究结果产生误差。针对植被覆盖度这一重要生态参数,结合低分辨率遥感数据的时间优势和中高分辨率遥感数据的空间优势,提出一种时相变换方法,将源于中高分辨率影像的植被覆盖度变换到研究需要的时相上。首先,利用像元二分模型计算MODIS尺度的时间序列植被覆盖度,并利用已经获得的SPOT影像计算其获取时相上的植被覆盖度;其次,利用土地利用图划分植被覆盖类型,并利用MODIS数据和土地利用数据之间的空间对应关系制作MODIS像元内各类植被覆盖的面积百分比数据;再次,利用面积百分比数据提取各类植被覆盖的纯像元,结合MODIS植被覆盖度时间序列,从而提取各类植被覆盖纯像元的植被覆盖度时间序列曲线;最后利用像元分解的方法提取MODIS像元内各类植被覆盖组分的植被覆盖度的变化规律,将其应用到该组分对应位置上SPOT像元的植被覆盖度上,从而将其变换到所需要的时相上。在密云水库上游进行试验,将覆盖研究区的10景SPOT5多光谱影像计算的植被覆盖度统一变换到7月上旬,结果显示:视觉效果上明显好转,且空间上连续一致;变换前后植被覆盖度的统计量对比结果也符合植被生长规律;利用外业样点数据与对应位置的植被覆盖度变换结果进行回归分析,结果发现各植被覆盖类型的R2均在0.8左右,表明变换结果与实测值非常接近,时相变换的效果较好,从而可以很好地促进相关研究精度的提高。