九龙江口红树林研究Ⅳ.秋茄群落的氮、磷的累积和循环

本文是福建九龙江口红树林生态系统研究的一个部分,主要讨论20年生秋茄群落的氮、磷含量及其生物循环。试验结果表明:秋茄群落现存量中,含有氮、磷总量分别为935.47和112.02公斤/公顷。其中地上部分别为582.26和70.47公斤/公顷;地下部分别为353.21和41.55公斤/公顷。该群落氮、磷元素生物循环中,年吸收量分别为213.31和21.75公斤/公顷;存留量分别为83.75和10.91公斤/公顷;归还量分别为129.52和10.84公斤/公顷。它们的氮含量均大于磷含量,周转期氮需7年比磷需10年为快。     

九龙江口红树林研究IV.秋茄群落的氮、磷的累积和循环

本文是福建九龙江口红树林生态系统研究的一个部分,主要讨论20年生秋茄群落的氮、磷含量及其生物循环。试验结果表明：秋茄群落现存量中,含有氮、磷总量分别为935.47和112.02公斤／公顷。其中地上部分别为582.26和70.47公斤／公顷,地下部分别为353.21和41.55公斤／公顷。该群落氮、磷元素生物循环中,年吸收量分别为213.31和21.75公斤／公顷;存留量分别为83.75和10.91公斤／公顷;归还量分别为129.52和10.84公斤／公顷。它们的氮含量均大于磷含量,周转期氮需7年比磷需10年为快。     

九龙江口红树林研究Ⅱ.秋茄群落的钾、钠累积和循环

本文是福建九龙江口红树林生态系统研究的一个部分,主要讨论20年生秋茄群落的钾、钠的含量及其生物循环。试验结果表明:秋茄群落现存量中,含有钾、钠总量分别为531.97和2100.36公斤/公顷;其中地上部分分别为296.49和742.91公斤/公顷;地下部分分别为235.48和1357.45公斤/公顷。该群落钾、钠生物循环中年吸收量分別为109.15和353.50公斤/公顷·年,归还量分别为59.37和160.18公斤/公顷·年。存留量为49.78和193.32公斤/公顷·年。它的钠含量比钾含量大,周转期钾需9年比钠需13年为快。     

福建九龙江口秋茄红树林的生物量和六元素的累积与循环

本文讨论了20年生人工秋茄群落的生物量和氮、磷、钾、钠、钙、镁6种元素的累积及生物循环。结果表明,秋茄现存量为162.63吨/公顷,其中地上部为93.37吨/公顷,地下部为69.26吨/公顷;地下部占总量的42.59%。该群落含有氮、磷、钾、钠、钙、镁元素,总量分别为935.47、112.02、531.97、2100.35、772.91和526.57公斤/公顷;其中6元素生物循环中,年吸收量分别为213.31、21.75、109.15、353.50、174.86和89.30公斤/公顷,年归还量分别为129.15、10.84、59.37、160.18、103.28和40.42公斤/公顷,年存留量分别为83.79、10.91、49.78、193.32、71.58和48.88公斤/公顷;群落中6元素的周转期分别为7、10、9、13、8和13年。元素的周转期较陆生森林为短,是红树林的一个特点。     

山西北部农村区域大气活性氮沉降特征

利用DELTA系统、被动采样器和雨量器在山西省北部生态脆弱区朔州的一个监测点通过一整年的监测试验,研究了该地区农村区域大气氮素干湿沉降的月际变化。结果表明:2011年该地区大气氮素湿沉降为12.43kgN hm~(-2)a~(-1),远低于华北平原大气氮素混合沉降的平均值28.0kg N hm~(-2)a~(-1),降水中铵态氮、硝态氮和有机氮平均分别为1.24 mg N/L、1.27 mg N/L、1.26mg N/L。大气氮素湿沉降的年内分布不均,60%的沉降集中在降水较丰沛的4-10月份。试验区干沉降以氧化态氮(HNO_3NO_2和pNO_3~-)的沉降为主,氧化态氮的干沉降量是还原态氮(NH_3和pNH_4~+)的1.37倍,大气氮素干沉降总量为35.43 kg N hm~(-2)a~(-1)。总体来看,作为典型的干旱区,该地区氮的干沉降是湿沉降的3倍,氮素干湿沉降总量达到47.86kg N hm~(-2)a~(-1)。此外,硝态氮和铵态氮在雨水中呈线性相关,而在PM_(10)颗粒物中乘幂正相关;雨水中总碳和总氮呈线性正相关,而PM_(10)颗粒物中二者呈二次多项式关系。鉴于朔州地区古城镇较高的氮沉降数量,应该对该地区输入农田的氮素环境养分引起足够重视。     

九龙江口红树林研究Ⅴ.秋茄群落的氯的累积和循环

本文是福建省九龙江口红树林研究的一部分,主要讨论20年生秋茄(Kandelia candel)群落氯元素的累积及其生物循环。试验结果表明,秋茄群落现存量中含有氯总量3864.13公斤/公顷:其中地上部为1287.75公斤/公顷,地下部为2576.38公斤/公顷。该群落氯元素生物循环中年吸收最为626.57公斤/公顷,归还量为271.31公斤/公顷,存留量为355.26公斤/公顷,周转期需14年。     

长白山森林生态系统大气氮素湿沉降通量和组成的季节变化特征

2009—2010年期间,利用雨量计收集法在长白山森林生态系统定位站开展定位观测,分析降水中氮素浓度,研究了该区域大气氮素湿沉降通量和组成的季节变化特征。结果表明,各形态氮素月均浓度之间差别较大,具有明显的季节性;其降水中浓度主要受降水量和降水频次的影响。全年氮素湿沉降中TN、TIN和TON的沉降量分别为27.64 kg N hm-2a-1、11.05 kg N hm-2a-1和16.59 kg N hm-2a-1,TON为沉降主体,占60.02%;其大气氮沉降量主要由降水量和降水中氮素浓度共同决定。该地区氮湿沉降量已处于我国中等水平,考虑到氮素的干湿沉降比例,本区域的年氮沉降量已接近或超过本区域的营养氮沉降临界负荷,存在一定的环境风险。该地区生长季(5—10月)的氮沉降量(16.59 kg N hm-2a-1)占全年氮沉降量的比例达到73.20%。生长季的氮沉降对于促进植物生长直接生态意义重大,而非生长季的氮沉降对于大量补充次年植物生长初期所需养分的间接生态意义明显。     

氮肥运筹对晚播冬小麦氮素和干物质积累与转运的影响

氮素平衡对干物质积累与分配的影响是农业生态系统研究的重要内容,在保障产量前提下减少氮肥施用量可减少环境污染与温室气体排放。以晚播冬小麦为研究对象,设置4个施氮量水平:0 kg/hm2(N0)、168.75 kg/hm2(N1)、225 kg/hm2(N2)、281.25 kg/hm2(N3),每个施氮量水平下设置2个追氮时期处理:拔节期(S1)、拔节期+开花期(S2),研究了氮肥运筹对晚播冬小麦氮素和干物质积累与转运及氮肥利用率的影响。结果表明:拔节期追施氮肥(S1)条件下,在225 kg/hm2(N2)基础上增施25%氮肥(N3)对开花期氮素积累总量和营养器官氮素转运量无显著影响;拔节期+开花期追施氮肥(S2)条件下,随施氮量增加,开花期氮素积累总量和花后营养器官氮素转运量升高;S2较S1显著提高成熟期籽粒及营养器官氮素积累量、花后籽粒氮素积累量及其对籽粒氮素积累的贡献率。同一施氮量条件下,S2较S1提高了成熟期的干物质积累量、开花至成熟阶段干物质积累强度和花后籽粒干物质积累量。同一追氮时期条件下,籽粒产量N2与N3无显著差异,氮肥偏生产力随施氮量增加而降低;同一施氮量条件下,S2较S1提高了晚播冬小麦的籽粒产量和氮肥吸收利用率。拔节期+开花期追施氮肥,总施氮量225kg/hm2为有利于实现晚播冬小麦高产和高效的最优氮肥运筹模式。     

不同林龄杉木氮素的获取策略

为了探讨不同林龄杉木人工林氮素获取策略,选择了江西千烟洲森林生态研究站红壤区的3种林龄杉木人工林(5年生幼龄林、13年生中龄林和30年生成熟林)作为研究对象,利用稳定性同位素~(15)N示踪技术研究了它们的氮素吸收策略。结果表明,杉木对硝态氮的吸收受林龄影响,成熟林的吸收速率最高,为(5.72±0.24)μg N g~(-1)干重h~(-1),而中龄林和幼龄林的吸收速率相当,分别为(1.57±0.13)μg N g~(-1)干重h~(-1)和(2.36±0.22)μg N g~(-1)干重h~(-1)。幼龄林((34.33±1.20)μg N g~(-1)干重h~(-1))和成熟林((34.18±2.32)μg N g~(-1)干重h~(-1))对铵态氮的吸收速率相似,均显著高于中龄林((23.33±1.39)μg N g~(-1)干重h~(-1))。杉木对甘氨酸的吸收不受林龄的影响。3种年龄的杉木均对铵态氮表现出强的获取能力,其中成熟林杉木对硝态氮的获取能力明显弱于对铵态氮的获取,但却强于对甘氨酸的获取。这样的结果反映了林龄能影响杉木人工林对无机氮的吸收,但未影响对有机氮的吸收;杉木偏好吸收铵态氮,对硝态氮和甘氨酸的吸收很少。如果能把氮素形态考虑进对杉木人工林的施肥管理当中,那么可能会极大地改善杉木的生产力。     

华北平原典型农田氮素与水分循环

华北平原近几十年的粮食生产伴随着强烈的地下水开采和化肥投入.高强度的农业活动改变了农田生态系统原有的物质循环和能量过程,同时给地区水土资源乃至粮食安全带来潜在的风险.本文通过对近20年有关华北平原冬小麦-夏玉米典型农田氮素循环、水分循环研究的分析,并结合气象数据及田间试验观测结果,综合计算得到该一年两熟轮作农田生态系统氮水循环的主要通量.在氮素循环方面,华北平原小麦-玉米轮作体系农田每年经由化肥施入的氮素约为523 kg N·hm-2,有机肥施入74 kg N·hm-2,大气沉降23 kg N·hm-2,灌溉水带入12 kg N·hm-2,共632 kg N·hm-2;在主要的氮素输出项中,作物吸收289kg N·hm-2,土壤残留77 kg N·hm-2,淋失到根区外104 kg N·hm-2,氨挥发52 kg N·hm-2,硝化-反硝化过程损失10 kg N·hm-2,共计532 kg N·hm-2.由于各研究案例本身以及综合分析时纳入的不确定性,致使氮素收支并不平衡.在水分循环方面,年平均降水量557 mm,灌溉量340 mm,蒸散约762 mm,根区向下的入渗量约135 mm.鉴于氮水平衡过程的不确定性,应尽快开展多学科并举的大型农田氮水耦合试验研究,揭示氮素与水分在土壤-植物-大气系统的运移转化规律,以及两者相互影响制约的机制和特定生理化学过程的临界点/阈值的确定,以实现水土资源的可持续利用.     

气候因子通过土壤微生物生物量氮促进青藏高原高寒草地地上生态系统功能

近年来, 在人类活动和气候变化的影响下, 物种多样性丧失趋势不断加剧, 对生态系统功能带来严重后果。目前, 关于生态系统功能的研究, 忽略了土壤和微生物碳氮养分循环过程对地上生态系统功能(AEF)的重要驱动作用, 而土壤碳氮要素和微生物的任何变化都有可能改变地下群落对生态系统功能的维持作用。该研究旨在探究高寒草地AEF的主要控制因子, 以及其关键要素对AEF的作用机理。2015年7-8月, 对青藏高原地区115个样点进行了草地群落和土壤属性等要素样带调查; 综合植物地上生物量, 叶片碳、氮和磷含量等参数计算AEF值, 分析地下土壤有机碳含量、全氮含量、生物量等关键要素对AEF值的影响。结合取样点年降水量和年平均气温, 深入探讨影响AEF的主要控制因子和作用机理。结果表明降水对AEF有较大影响, 而气温影响相对较低。年降水量、土壤微生物生物量碳含量和干旱指数对AEF值的相对重要性贡献较高(重要值分别为21.1%、10.9%和10.1%), 控制青藏高原高寒草地AEF值的关键是土壤因子。在气候因子对土壤养分和微生物的作用下, 土壤微生物生物量氮含量在调控高寒草地AEF值方面发挥重要作用。     

降水量与氮添加对荒漠草原生态系统碳交换的影响

为深入了解降水格局改变和氮沉降增加对荒漠草原生态系统碳交换的影响机制,于2017年在宁夏荒漠草原设立了降水量变化（减少50%、减少30%、自然降水量、增加30%以及增加50%）和氮添加（0和5 g m^-2 a^-1）的野外试验,研究了2019年生长季（5-10月份）净生态系统碳交换（Net ecosystem carbon exchange,NEE）、生态系统呼吸（Ecosystem respiration,ER）和总生态系统生产力（Gross ecosystem productivity,GEP）的时间动态,分析了三者与植被组成以及土壤属性的关系。NEE、ER和GEP日动态和月动态均呈先增加后降低,NEE在整个生长季表现为净生态系统碳吸收。0和5 g m^-2 a^-1氮添加下,减少降水量显著降低了NEE、ER和GEP （P<0.05）,增加30%降水量显著提高了三者（P<0.05）。相同降水量条件下,氮添加不同程度地提高了NEE、ER和GEP,且其效应在增加50%降水量时较为明显。净生态系统碳吸收（-NEE）、ER和GEP与群落生物量、牛枝子（Lespedeza potaninii）以及草木樨状黄芪（Astragalus melilotoides）生物量正相关。三者亦随Patrick丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数的增加而增加。本文结果意味着,减少降水量降低了土壤水分和养分有效性、抑制了植物生长,从而降低了生态系统碳交换。适量增加降水量则可能通过提高土壤含水量、刺激土壤酶活性、调节土壤C ： N ： P平衡特征等途径,促进了植物生长和物种多样性,从而提高了生态系统碳汇功能;氮添加亦促进了生态系统碳交换,但其与降水的交互作用尚不明显,需通过长期观测进行深入探讨。     

Effects of Water and Nitrogen Addition on Ecosystem Carbon Exchange in a Meadow Steppe

A changing precipitation regime and increasing nitrogen deposition are likely to have profound impacts on arid and semiarid ecosystem C cycling, which is often constrained by the timing and availability of water and nitrogen. However, little is known about the effects of altered precipitation and nitrogen addition on grassland ecosystem C exchange. We conducted a 3-year field experiment to assess the responses of vegetation composition, ecosystem productivity, and ecosystem C exchange to manipulative water and nitrogen addition in a meadow steppe. Nitrogen addition significantly stimulated aboveground biomass and net ecosystem CO₂ exchange (NEE), which suggests that nitrogen availability is a primary limiting factor for ecosystem C cycling in the meadow steppe. Water addition had no significant impacts on either ecosystem C exchange or plant biomass, but ecosystem C fluxes showed a strong correlation with early growing season precipitation, rather than whole growing season precipitation, across the 3 experimental years. After we incorporated water addition into the calculation of precipitation regimes, we found that monthly average ecosystem C fluxes correlated more strongly with precipitation frequency than with precipitation amount. These results highlight the importance of precipitation distribution in regulating ecosystem C cycling. Overall, ecosystem C fluxes in the studied ecosystem are highly sensitive to nitrogen deposition, but less sensitive to increased precipitation.     

内蒙古典型草原羊草群落氮素去向的示踪研究

 在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的羊草样地,采用15N同位素示踪技术研究了羊草（Leymus chinensis）群落标记氮素的去向。结果表明：在我国典型草原羊草群落,植物对标记氮素的回收率为31.61%,氮素添加显著影响植物对标记氮素的回收,随着氮素添加量的增加,地上和地下植物器官对标记氮素的回收量均显著提高。标记氮素被凋落物的回收率为2.92%,地下凋落物的回收率显著高于地上凋落物。标记氮素的土壤存留率为36.16%,主要分布在地表0～40 cm的土层范围内;各土层存留的标记氮素量均随着氮素添加量的增加而显著提高。标记氮素的当季损失率为21.77%～43.38%。风险/收益比分析表明,在该试验条件下,添加5.25 g N•m-2与28 g N•m-2的处理风险大于收益,添加17.5 g N•m-2的处理风险最低,收益最高,在草原生态系统的管理中可供参考。     

Legacy of past exposure to hypoxia and warming regulates an ecosystem service provided by oysters

Climate change is having substantial impacts on organism fitness and ability to deliver critical ecosystem services, but these effects are often examined only in response to current environments. Past exposure to stress can also affect individuals via carryover effects, and whether these effects scale from individuals to influence ecosystem function and services is unknown. We explored within-generation carryover effects of two coastal climate change stressors—hypoxia and warming—on oyster (Crassostrea virginica) growth and nitrogen bioassimilation, an important ecosystem service. Oysters were exposed to a factorial combination of two temperature and two diel-cycling dissolved oxygen treatments at 3-months-old and again 1 year later. Carryover effects of hypoxia and warming influenced oyster growth and nitrogen storage in complex and context-dependent ways. When operating, carryover effects of single stressors generally reduced oyster nitrogen bioassimilation and relative investment in tissue versus shell growth, particularly in warm environments, while early life exposure to multiple stressors generally allowed oysters to perform as well as control oysters. When extrapolated to the reef scale, carryover effects decreased nitrogen stored by modeled oyster reefs in most conditions, with reductions as large as 41%, a substantial decline in a critical ecosystem service. In some scenarios, however, carryover effects increased nitrogen storage by modeled oyster reefs, again highlighting the complexity of these effects. Hence, even brief exposure to climate change stressors early in life may have persistent effects on an ecosystem service 1 year later. Our results show for the first time that within-generation carryover effects on individual phenotypes can impact processes at the ecosystem scale and may therefore be an overlooked factor determining ecosystem service delivery in response to anthropogenic change.     

Genetically based trait in a dominant tree affects ecosystem processes

Fundamental links between genes and ecosystem processes have remained elusive, although they have the potential to place ecosystem sciences within a genetic and evolutionary framework. Utilizing common gardens with cottonwood trees of known genotype, we found that the concentration of condensed tannins is genetically based and is the best predictor of ecosystem‐level processes. Condensed tannin inputs from foliage explained 55–65% of the variation in soil net nitrogen (N) mineralization under both field and laboratory conditions. Alternative associations with litter lignin, soil moisture or soil temperature were relatively poor predictors of litter decomposition and net N mineralization. In contrast to the paradigm that the effects of genes are too diffuse to be important at the ecosystem‐level, here we show that plant genes had strong, immediate effects on ecosystem function via a tight coupling of plant polyphenols to rates of nitrogen cycling.     

增温和氮素添加降低荒漠草原多年生植物氮素回收效率

植物营养器官在枯萎过程中将部分氮素转移到储藏组织之中,是植物适应生境的重要策略。以位于内蒙古荒漠草原的增温和添加氮素的交互试验为平台,对建群种短花针茅(Stipa breviflora)以及优势种无芒隐子草(Cleistogenes songorica)、银灰旋花(Convolvulus ammannii)、冷蒿(Artemisia frigida)和木地肤(Kochia prostrata)等5种多年生植物绿叶期和枯叶期氮浓度,以及氮素回收效率进行了研究。结果表明:增温处理下,植物绿叶期和枯叶期的平均氮素浓度提高了5.5%和11.3%,氮素回收效率显著降低了7.0%。氮素添加使绿叶期植物氮浓度显著提高了5.2%,使植物氮素回收效率降低2.9%。增温和氮素添加对植物枯叶期、绿叶期氮浓度和氮素回收效率有显著的交互作用。氮浓度和氮素回收效率对增温和氮素添加的响应在5个物种间都有显著差异,即这种响应具有物种特异性。研究表明独立的增温和氮素添加以及两者的交互作用都降低该荒漠草原生态系统中植物氮素回收效率,这些结果将为气候变化条件下荒漠生态系统氮素回收效率变化趋势的预测提供数据支持和实验证据。     

基于降水和径流的长江源头氮素收支研究

在全球变暖的背景下,生态环境相对脆弱的江河源区的生态系统过程和生态安全是人们关注的重点,氮素作为生态系统功能和过程的重要限制性因子,其平衡和收支研究对于深入理解和分析全球变化背景下的生态系统过程具有十分重要的意义。作者利用降水,径流,输沙等数据,建立了长江上游源头地区简单的氮素收支过程,计算了长江上游源头区域的大气氮沉降总量,径流氮输出总量,泥沙氮输出总量,长江源头地区的氮收支总量,并得出以下结论:(1)长江源头地区氮素湿沉降主要集中在夏季,沉降量占到全年总湿沉降量的近70%,春季和秋季的沉降量基本相同;(2)长江源头地区氮湿沉降量为0.290—0.307gN/(m.2a),总沉降量为0.345—0.385gN/(m.2a)。在考虑径流损耗后,长江源头地区陆面实际获得的氮沉降总量为0.275—0.315gN/(m.2a);(3)输沙是流域氮损失的一个重要因素,泥沙携带的氮素有约10%溶解在径流中被径流携带。平均每年由于输沙造成的氮损失约为0.606gN/(m.2a);(4)整个长江源头地区平均每年由降水、径流和输沙作用产生的平均氮损失为-0.306N/(m.2a),说明整个长江上游源头流域是一个氮源。     

Feeding dynamics,nitrogen budgets,and ecosystem role of a desert stream omnivore,Agosia chrysogaster (Pisces: Cyprinidae)

Synopsis Feeding habits, diel periodicity and total daily ingestion, and nitrogen budgets of longfin dace (Agosia chrysogaster) were examined on two occasions when food quality, but not quantity, differed. Agosia chrysogaster was found to be an opportunistic omnivore, consuming primarily insects when the preferred taxon (baetid mayflies) was abundant in the environment, but consuming primarily algae when mayfly abundance was low. Ingestion provided a better measure of diel feeding periodicity than gut fullness; feeding was diurnal on both sample dates, but more markedly so when the primary food was algae. Mean nitrogen content of algal foods was low, and A. chrysogaster apparently compensated for this by increasing its daily ingestion rate when algae were the major food. A reduction in nitrogen content of food during digestion from 4–6% (of dry mass) to less than 1% (in feces) suggested a high assimilation efficiency for nitrogen (nitrogen assimilated/nitrogen consumed = 72–78%). Populations of this abundant and successful cyprinid in Sonoran Desert streams may play an important role in ecosystem nitrogen dynamics. Nitrogen stored in fish biomass comprised 3–6% of the total nitrogen stored in Sycamore Creek, and excretion of ammonia by the fish represented 5–10% of total nitrogen uptake by algae. Such rapid recycling of usable nitrogen to primary producers is significant in this nitrogen limited stream ecosystem.     

不同施肥措施下亚热带稻田土壤碳、氮演变特征及其耦合关系

在湖南省稻田生态系统长期定位监测点研究了不同施肥措施下稻田土壤碳、氮演变及其耦合特征.结果表明：1986—2003年,无肥处理（对照,CK）稻田土壤有机碳和全氮含量略呈下降趋势;化肥（NPK）处理有机碳和全氮含量基本保持稳定,而有机 无机肥配施处理有机碳和全氮含量均呈增加趋势.与对照相比,化肥处理的土壤有机碳和全氮含量分别提高13%和18%,低量有机肥（LOM）处理分别提高54%和45%,高量有机肥（HOM）处理分别提高89%和67%.统计分析表明,土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关（P<0.01）.稻田土壤C/N为8.5～12.9,多数分布在10左右.研究表明,有机-无机肥配合施用能在一定程度上促进稻田土壤碳、氮的固定与积累;稻田土壤碳、氮具有较好的耦合关系.