氮添加对杉木苗期磷转化和分解类真菌的影响

持续增加的氮沉降加剧了森林土壤氮磷养分失衡, 并且已成为当前生态学领域关注的热点。真菌作为土壤中主要的微生物, 在维持养分平衡, 促进植物生长过程中发挥着不可忽视的作用。该研究以杉木(Cunninghamia lanceolata)土壤为研究对象, 通过施加硝酸铵模拟大气氮沉降, 设置对照(CK, 0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(LN, 40 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(HN, 80 kg N·hm^-2·a^-1) 3个处理, 利用高通量测序并结合FUNGuild真菌功能预测, 研究亚热带地区杉木土壤真菌群落结构和功能对氮沉降的响应。结果表明: 氮添加降低了杉木幼苗的生物量和叶片磷含量。在杉木土壤中, 子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)是真菌群落在门水平上的优势类群, 三者的相对丰度约占整个真菌群落的76.71%-86.72%。短期氮添加对真菌门水平物种组成的影响不显著, 但LN处理较对照处理显著提高了球囊菌门(Glomeromycota)的相对丰度。在目水平上, 与对照相比, LN处理也显著提高被孢霉目(Mortierellales)的相对丰度, HN处理显著增加银耳目(Tremellales)的相对丰度, 但显著降低粪壳菌纲(Sordariales)的相对丰度。并且LN处理显著提高了土壤有效磷含量, 且与被孢霉目和球囊菌门的相对丰度呈显著正相关关系, 表明氮添加可能通过改变与磷转化相关的真菌类群来维持杉木生长的磷有效性。此外, LN处理显著降低了腐生营养型真菌的相对丰度, 但是显著增加了丛枝菌根真菌的相对丰度。总之, 土壤真菌功能类群可以通过改变不同功能类群相对丰度来参与土壤养分循环。     

氮添加促进丛枝菌根真菌和根系协作维持土壤磷有效性

磷是亚热带地区植物生长的主要限制营养元素, 而氮沉降量的增加会降低土壤磷的有效性。该研究以微生物和植物细根为重点探究土壤磷转化, 揭示氮沉降背景下低磷有效性土壤的磷供应及生产力维持。通过在福州长安山模拟氮沉降实验, 设置对照(0 kg·hm^-2·a^-1)、低氮(40 kg·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg·hm^-2·a^-1) 3个处理, 收集杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗的土壤和根系样本, 综合分析土壤磷组分和养分含量、土壤微生物特征和植物根系特征。结果显示, 与对照处理相比, 低氮处理显著增加土壤易分解态有机磷、中等易分解态无机磷和闭蓄态磷含量, 但是显著降低原生矿物态磷和中等易分解态有机磷含量; 而高氮处理对土壤磷组分无显著影响。冗余分析表明, 土壤酸性磷酸酶活性、丛枝菌根真菌的相对丰度、土壤微生物生物量磷含量和根系生物量是解释土壤磷组分变化的重要微生物和植物因子。方差分解分析发现植物根系特征-土壤微生物特征共同解释了土壤磷组分变化的57%, 并且通过相关分析发现丛枝菌根真菌的相对丰度和根系生物量呈显著正相关关系。综上所述, 低水平的氮输入促进土壤丛枝菌根真菌的定殖, 丛枝菌根真菌和杉木根系通过协作促进中等易分解态有机磷和原生矿物态磷向易分解态磷的转换, 维持了杉木幼苗的生长。     

不同施氮水平对冬小麦生长期土壤呼吸的影响

在目前全球氮沉降不断增加的背景下, 研究农田土壤呼吸对氮沉降的响应有助于理解未来生态系统碳循环对全球变暖的潜在影响。为探讨不同施氮浓度对华东地区冬小麦(Triticum aestivum)生长期土壤呼吸的影响, 该实验设计了对照组(不施加氮肥)和3种浓度施氮处理组(低浓度施氮15 g·m^-2·a^-1, 中等浓度施氮30 g·m^-2·a^-1, 高浓度施氮45 g·m^-2·a^-1)。使用便携式土壤CO₂通量观测仪LI-8100测定不同施氮浓度处理下冬小麦生长期(2013年12月至2014年5月)的土壤呼吸速率, 并探讨土壤呼吸与土壤温度、湿度等环境因素的关系。结果表明: 低、中、高3种浓度施氮处理的土壤呼吸速率平均值分别为5.29、6.17和6.75 μmol·m^-2 ·s^-1, 与对照组(土壤呼吸速率平均值为4.90 μmol·m^-2·s^-1)相比, 分别增加了7.8%、23.6%和37.8%; 地上生物量分别增加39.9%、104.4%和200.2%, 并与冬小麦生长季的总土壤呼吸正相关。5 cm深度土壤的温度与土壤呼吸速率呈指数关系(p < 0.05), 土壤呼吸季节变化的65%-75%由土壤温度引起, 其温度敏感性为2.09-2.32。结果表明, 添加氮肥促进了植物的生长, 增加了生物量, 从而增加了冬小麦农田的土壤呼吸速率。     

三江源地区高寒湿地土壤微生物生物量碳氮磷及其化学计量特征

微生物生物量及其化学计量特征是土壤养分循环的重要参数, 对预测气候变化和提高模型准确性及理解陆地生态系统养分循环都起到重要作用。为了明晰高寒生态系统土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)浓度及其化学计量特征, 该研究通过在三江源区高寒湿地连续两年的野外调查和室内培养, 分析了50个样点的数据, 探究三江源高寒湿地MBC、MBN、MBP浓度及其化学计量特征, 明确了土壤理化特性和微生物群落特征对其影响。结果表明: (1)三江源高寒湿地MBC、MBN和MBP浓度分别为105.11、3.79和0.78 mmol·kg^-1, MBC:MBN、MBC:MBP、MBN:MBP和MBC:MBN:MBP分别为50.56、184.89、5.42和275:5:1。高寒湿地土壤的MBC浓度显著高于高寒草甸土壤, 而MBN和MBP浓度在高寒湿地和高寒草甸土壤之间没有显著差异; 高寒湿地土壤的MBC:MBN和MBC:MBP显著高于高寒草甸土壤, 而MBN:MBP在高寒湿地和高寒草甸土壤之间差异不显著。(2)土壤理化特性与MBC、MBN和MBP浓度具有显著相关性。土壤含水率与MBC:MBN和MBC:MBP存在显著负相关关系, 而土壤密度与MBC:MBN和MBC:MBP浓度存在显著正相关关系, 土壤全氮含量和MBC:MBP存在显著负相关关系, 而与MBC:MBN的相关关系不显著。土壤理化特性对MBN:MBP的影响不显著。(3)整体而言, 微生物群落结构与MBC、MBN和MBP浓度之间存在显著的相关性。微生物群落结构和MBC:MBN、MBC:MBP的关系是相似的, 总磷脂脂肪酸(PLFA)含量、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、细菌、放线菌、丛枝菌根真菌浓度和其他PLFA含量与MBC:MBN和MBC:MBP存在显著负相关关系, 而真菌:细菌与MBC:MBN和MBC:MBP之间存在显著正相关关系, 真菌浓度与MBC:MBN和MBC:MBP之间的相关关系不显著。除丛枝菌根真菌外, MBN:MBP与微生物群落结构均无显著相关关系。     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳和氮的影响

为理解模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)的影响,通过一年野外模拟氮(NH₄NO₃)沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮沉降(L, 5 g N·m^-2·a^-1)、中氮沉降(M, 15 g N·m^-2·a^-1)和高氮沉降(H, 30 g N·m^-2·a^-1),研究了氮沉降对天然常绿阔叶林土壤MBC和MBN的影响.结果表明: 氮沉降显著降低了0～10 cm土层MBC和MBN,且随氮沉降量的增加,下降幅度增大;L和M处理对10～20 cm土层MBC和MBN无显著影响,H处理显著降低了10～20 cm土层土壤MBC和MBN;氮沉降对MBC和MBN的影响随土壤深度的增加而减弱.MBC和MBN具有明显的季节变化,在0～10和10～20 cm土层均表现为秋季最高,夏季最低.0～10和10～20 cm土层土壤微生物生物量C/N分别介于10.58～11.19和9.62～12.20,表明在华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物群落中真菌占据优势.     

油松 辽东栎混交林地表凋落物与氮添加对土壤微生物生物量碳、氮及其活性的影响

2010年9月-2011年10月,在山西省灵空山油松和辽东栎混交林样地采取随机区组设计,研究了地表凋落物和氮添加处理对土壤微生物生物量碳、氮和微生物活性的影响.凋落物处理包括: 剔除凋落物(N)、叶凋落物加倍(L)、枝果凋落物加倍(B)和混合凋落物加倍(LB);氮添加量分别为0(N₀)、5 g·m^-2·a^-1(N₁)和10 g·m^-2·a^-1(N₂).结果表明: 剔除地表凋落物且无氮添加时,油松和辽东栎混交林地的土壤有机碳(SOC)含量显著降低,其他试验处理间对SOC的影响无显著差异.土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)及其活性(MR)的变化范围依次为: 262.42～873.16 mg·kg^-1、73.55～173.85 mg·kg^-1和2.38～3.68mg·kg^-1·d^-1.MBC、MBN和MR两两间呈极显著正相关.氮添加对MBC、MBN和MR均无显著影响;凋落物处理对MR影响显著,表现为混合凋落物加倍处理的MR最高,叶凋落物加倍处理次之,剔除凋落物处理最低,而对MBC和MBN无显著影响.凋落物和氮添加处理在整个试验过程中未表现出交互作用.短期的氮添加处理和森林地表凋落物变化对土壤微生物过程的影响有限.     

早春和夏季氮磷添加对内蒙古典型草原退化群落碳交换的影响

过度放牧导致的养分“入不敷出”是我国天然草地大面积退化的主要原因之一, 而草地退化又显著影响了草原生态系统的固碳功能。能否通过补充土壤养分来恢复退化草地的固碳功能, 迄今相关研究较少。净生态系统碳交换(NEE)、生态系统呼吸(ER)和生态系统总初级生产力(GEP)是表征生态系统碳循环的重要指标。氮(N)和磷(P)是中国典型草原的主要限制性养分元素, 而草地退化进一步加剧了养分的限制。在退化草地上添加氮磷对碳循环的上述过程(NEE、ER和GEP)有何影响, 以及两种养分之间是否存在互作, 目前尚不清楚。为此, 该研究以内蒙古典型草原的退化草地为研究对象, 选择早春融雪期(4月)和夏季生长期(7月)两个时间节点, 设置不施肥(CK)、N添加(10.5 g·m^-2·a^-1, NH₄NO₃)、P添加(7 g·m^-2·a^-1, KH₂PO₄)和N、P共同添加((10.5 g N + 7 g P)·m^-2·a^-1) 4个养分处理, 探究早春和夏季氮磷添加对内蒙古典型草原退化群落碳交换的影响及其互作机制。结果表明: 1)在早春和夏季两个时期, 单独添加N或P对生态系统碳交换过程的影响均未达到显著水平, 而氮磷共同添加可显著提高NEE和GEP。2)早春(4月份)氮磷共同添加对NEE、ER和GEP的互作机制表现为正协同效应, 而夏季(7月份)氮磷共同添加对NEE、ER和GEP的互作机制表现为加性效应。为了恢复退化的典型草原的固碳功能, 氮磷共同添加比单一元素添加效果好, 且早春添加优于夏季添加。该研究对指导退化草地的恢复具有参考价值。     

氮素添加对内蒙古草甸草原生态系统CO2交换的影响

氮沉降增加将影响草原生态系统固碳, 但如何影响草原生态系统CO₂交换目前为止还没有定论。同时, 不同类型和剂量氮素对生态系统CO₂交换影响的差异也不明确。选取内蒙古额尔古纳草甸草原, 开展了不同类型氮肥和不同剂量氮素添加条件下生态系统CO₂交换的野外测定。实验设置尿素和缓释尿素2种类型氮肥各5个剂量水平(0、5.0、10.0、20.0和50.0 g N·m^-2·a^-1)。结果显示, 生长季初期及中期降雨量低时, 氮素添加抑制生态系统CO₂交换; 而生长季末期降雨量较高时促进生态系统CO₂交换。随着氮素添加水平的提高, NEE和GEP均显著增加, 当氮素添加量达到10 g N·m^-2·a^-1时, NEE和GEP的响应趋于饱和。2种氮肥(尿素和缓释尿素)仅在施氮量为5 g N·m^-2·a^-1时, 缓释尿素对生态系统CO₂交换的促进作用显著大于尿素, 在其它添加剂量时差异不显著。研究结果表明: 氮素是该草甸草原生态系统的重要限制因子, 但氮沉降增加对生态系统CO₂交换的影响强烈地受降雨量与降雨季节分配的限制, 不同氮肥(尿素和缓释尿素)对生态系统CO₂交换作用存在差异。     

不同氮添加量和添加方式对南亚热带4个主要树种幼苗生长的影响

为阐明南亚热带4个主要树种——海南红豆(Ormosia pinnata)、马占相思(Acacia mangium)、木荷(Schima superba)和马尾松(Pinus massoniana)幼苗生长对不同氮添加量和添加方式的响应差异, 进行了幼苗模拟氮添加实验。实验设置3个氮添加水平(对照: 背景大气氮沉降量5.6 g N·m^-2·a^-1, 中氮: 15.6 g N·m^-2·a^-1, 高氮: 20.6 g N·m^-2·a^-1), 每个水平分两种添加方式(幼苗冠层施氮和土壤表层施氮), 共6个处理: (1)土壤对照(S-CK); (2)土壤中氮(S-MN); (3)土壤高氮(S-HN); (4)冠层对照(C-CK); (5)冠层中氮(C-MN); (6)冠层高氮(C-HN), 每个处理设置6个重复。研究结果表明: 不同氮添加量下, 土壤施氮和冠层施氮对植物幼苗生长的影响不同, 氮添加量、氮添加方式和物种3个因子之间存在显著的交互效应。与对照相比, S-MN增加了马占相思和木荷幼苗的生物量, 降低了马尾松的株高和生物量, 而C-MN仅增加了马占相思的生物量, 对其他3个树种没有影响; S-HN增加了马占相思的生物量, 显著降低了马尾松的基径、株高和生物量(p < 0.01), C-HN增加了马占相思、木荷和马尾松的基径、株高和生物量(p < 0.01)。不同氮添加量和氮添加方式对幼苗生长的影响因物种而异, 所有氮处理下海南红豆和马占相思的生长均明显快于木荷和马尾松; 木荷和马尾松幼苗的生长在两种氮添加方式间差异显著, 冠层施氮比土壤施氮对其幼苗生长的促进作用更大。由此可见: 在氮沉降背景下, 阔叶豆科植物(海南红豆、马占相思)比阔叶非豆科植物(木荷)生长快; 阔叶树种(海南红豆、马占相思和木荷)比针叶树种(马尾松)生长快。在长期氮沉降环境下, 不同物种生长的差异响应有可能导致亚热带森林物种组成发生变化。     

氮磷添加对草甸草原土壤氮磷转化功能基因丰度的影响

氮添加是提高退化草地生产力的主要养分管理措施,而过量的氮输入会导致土壤酸化、增加硝酸盐淋溶损失和温室气体排放。旨在明确草原割草利用下土壤氮、磷转化功能基因丰度对氮磷添加的响应规律,为定向调控打草场土壤氮、磷转化过程,提高养分利用效率,减少温室气体N₂O排放提供科学依据。2018—2020年在呼伦贝尔草甸草原打草场设置了5个施氮水平(0、1.55、4.65、13.95、27.9 g N m^-2 a^-1)和3个磷水平(0、5.24、10.48 g P m^-2 a^-1),裂区试验设计,在植物不同生长时期测定土壤氨氧化(amoA-AOA和amoA-AOB)、反硝化(narG、nirK、nirS和nosZ)和磷转化(phoD)基因丰度。结果表明,土壤氮转化基因丰度受到氮、磷添加的调控,而氮、磷添加对土壤磷转化功能基因丰度无显著影响(P>0.05)。氮添加可提高amoA-AOB基因丰度,增加氨氧化细菌调控土壤总硝化速率的相对重要性,因此能增加硝酸盐淋溶损失潜势。高氮处理下添加磷可降低...     

呼伦贝尔草原辉河湿地不同淹水状态的土壤碳氮磷特征比较

碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量比是生态系统过程及其功能的重要特征。为了比较不同淹水状态下草原区河岸湿地土壤生态化学计量特征差异,探讨用土壤生态化学计量特征来表征草原河岸湿地的退化状态,以呼伦贝尔草原辉河河岸湿地为研究对象,分别选择完全退化和未退化河岸湿地,从中选取常年淹水区域(W)、年际干湿交替区域(WD)以及河岸带边缘多年未曾淹没的干燥区域(D)为观测样地,对比研究退化与未退化草原河岸湿地土壤C、N、P化学计量比在不同淹水状态下的表征。结果表明:(1)随着淹水状态的改变,不论是退化河岸湿地还是未退化河岸湿地,不同淹水状态下的土壤C/N、C/P、N/P均差异显著(P0.05);(2)退化河岸湿地的C/N、C/P和N/P的平均值分别为9.05、273.08和28.25,与未退化河岸湿地相比(7.85、95.48、11.41)值显著升高;(3)相关性分析结果显示,土壤总磷与有机碳、全氮显著正相关,与C/N、C/P、N/P负相关,这可能是限制退化河岸湿地土壤养分元素循环的主要因素。研究结果表明:呼伦贝尔草原辉河河岸湿地不同淹水状态的土壤碳、氮、磷特征差异明显(P0.05),尤其是土壤C/P和N/P。与未退化河岸湿地相比,退化河岸湿地的C/N、C/P、N/P均明显高于未退化河岸湿地(P0.05),因此可以将土壤碳、氮、磷化学计量比特征作为草原区河岸湿地退化的评价指标。     

水分对林地和草地土壤氮初级转化速率的影响

水分含量是与土壤氮转化相关微生物活性的重要影响因素。本研究以黑龙江省北安市的草地和林地土壤为对象,通过室内培养试验,利用¹⁵N同位素标记技术和FLUAZ数值优化模型研究60%和100%田间持水量(WHC)条件下土壤氮初级矿化速率、初级固定速率、初级硝化速率和初级反硝化速率,以探讨土壤氮初级转化速率对水分含量变化的响应,阐明不同水分条件下土壤中氮的产生、消耗、保存机制及其生态环境效应。结果表明: 土壤水分变化不影响草地和林地土壤氮初级矿化速率和铵态氮固定速率,水分含量由60% WHC增加至100% WHC后显著增加了林地土壤的初级硝化速率,但对草地土壤的初级硝化速率没有显著影响。60% WHC条件下草地和林地土壤的初级反硝化速率可以忽略不计,水分含量增加至100% WHC后土壤初级反硝化速率显著提高,且草地土壤的初级反硝化速率显著低于林地土壤。100% WHC条件下林地土壤初级硝化速率与铵态氮固定速率比值(gn/ia)和N₂O排放量均显著高于60% WHC;100% WHC条件下草地土壤的N₂O排放量显著高于60% WHC,但两个水分条件下的gn/ia值无显著差异。表明短期内水分含量的增加可能会增加草地和林地土壤氮转化的负面环境效应,且对林地土壤的影响尤为显著。     

Ungulate and topographic control of nitrogen: phosphorus stoichiometry in a temperate grassland; soils, plants and mineralization rates

Although the link between the nitrogen (N): phosphorus (P) stoichiometry of biota and availability has received considerable attention in aquatic systems, there has been relatively little effort to compare the elemental composition of biota and supply in terrestrial habitats. In this study, I explored the effects of a prominent topo-edaphic gradient, from dry hilltop to wet slope-base, and native ungulates on N and P of soils, plants, and rates of in situ net mineralization in grasslands of Yellowstone National Park. Nitrogen and P measurements were made May–September, 2000, in paired, grazed and 38–42 year fenced, ungrazed grassland at five topographically variable sites. Similar to findings from other grassland ecosystems, several site factors associated with organic activity, including soil moisture, C, and plant biomass, covaried with soil N concentration and/or net N mineralization. Soil P concentration and net P mineralization, however, were unrelated to those factors. Instead, net P mineralization was negatively related to soil pH, which is known to control the form of inorganic P and its availability, and soil P was uncorrelated with any soil or plant variable measured in the study. Because of being influenced by different soil properties, N and P net mineralization were unrelated among grasslands. Furthermore, supply and plant N:P ratios were uncorrelated in this grassland system. Based on critical N:P ratios reflecting nutritional limitation of plants, Yellowstone grassland vegetation ranged from being N limited to N-P co-limited. Grazers increased N-P co-limitation by enhancing plant N concentrations and the soil pH gradient across grassland sites regulated plant nutritional limitation by affecting plant-available P. These findings showed how ungulates and a landscape factor, i.e. soil pH, determined plant nutrient status among YNP grasslands differently by influencing plant N concentration versus plant P concentration, respectively.     

克氏针茅草原土壤生态化学计量特征对放牧强度的响应

生态化学计量学是研究生态系统中各元素间平衡的科学,对于探究土壤有机碳（C）、全氮（N）、全磷（P）元素循环以及土壤养分限制状况具有重要意义。为了解克氏针茅（Stipa kirschnii）草原土壤生态化学计量特征,以内蒙古克氏针茅草原区为研究对象,在不同放牧强度草场进行采样分析。结果表明：随着放牧强度的增加,C、P含量先降低后升高,N含量先升高后降低;土壤C/N先降低后升高、C/P逐渐升高、N/P先升高后降低。C/N随着放牧强度的增加与有机碳相关性逐渐增大、与全氮的相关性逐渐减小;轻牧区的C/P受有机碳作用有所增强;中牧区N/P受全氮作用增强。C/N主要限制因素是有机碳含量,C/P和N/P主要限制因素是全磷含量。不同放牧强度会影响土壤化学计量比与其他物质的关系,也会改变土壤化学计量比各制约因素的强度。     

草地生态系统中土壤氮素矿化影响因素的研究进展

氮素是各种植物生长和发育所需的大量营养元素之一,也是牧草从土壤吸收最多的矿质元素．土壤中的氮大部分以有机态形式存在,而植物可以直接吸收利用的是无机态氮．这些有机态氮在土壤动物和微生物的作用下。由难以被植物直接吸收利用的有机态转化为可被植物直接吸收利用的无机态的过程就是土壤氮的矿化．氮素矿化受多种因子的影响,这些因子可以归结为生物因子和非生物因子．生物因子包括：土壤动物、土壤微生物和植物种类．土壤动物可以促进土壤有机质的矿化;土壤微生物种类、结构及功能与氮的分解、矿化有密切的关系;不同的植物种类对土壤氮素的矿化作用是不相同的,一般来说。有豆科植物生长的土壤比其它种类土氮素矿化的作用大．非生物因素一般可以分为环境因子和人类活动干扰．环境因子中土壤温度和含水量对土壤氮素矿化的影响是国内外众多科学家研究的方向．尽管如此,在此方面的研究还没有取得一致意见,仍然需要进行这方面的研究,而在其他诸如：不同的土壤质地与土壤类型方面,研究报道的结论也很不一致,草地生态系统中人类活动对土壤氮素矿化的影响主要包括,不同强度的放牧,割草以及施肥、火烧强度等．非生物因子对氮素矿化的影响非常直接和明显,尤其是人类活动．本文综述了近年来影响草地生态系统土壤氮素矿化有关因素的一些进展．     

模拟氮沉降对土壤酶活性和微生物组成的影响

氮沉降改变了草地生态系统的氮(N)素循环过程,由此带来的生态学效应已成为当前研究的热点。以乌鲁木齐周边短期围封草地为研究对象,通过模拟氮沉降实验,分析了自由放牧地和围封草地土壤酶活性和微生物组成,结合土壤养分及化学计量特征,探讨了氮沉降对短期围封草地土壤微生物组成及酶活性的影响,为该地区放牧草地的保护、恢复及管理提供理论依据。结果表明:(1)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量随围封年限的增加总体呈升高趋势,表明围封有利于提高土壤养分含量。与中国草地平均值相比,该草地土壤碳氮比(C/N)相对较高,碳磷比(C/P)、氮磷比(N/P)相对较低,表明该草地土壤有机质分解良好,有利于土壤碳(C)、磷(P)的释放,而土壤N素较为缺乏。(2)就不同围封年限而言,围封3年草地5-20cm层土壤真菌数量高于其它样地;围封3年草地表层土壤蔗糖酶与过氧化氢酶活性最高;围封7年草地放线菌数量最多,说明围封能够促进土壤微生物生长及酶活性的提高。(3)氮素添加对土壤真菌具有抑制作用,N5(4.6gN m^-2 a^-1)、N10(9.8gN m^-2 a^-1)处理显著增加了各样地土壤细菌数量,氮素添加对围封7年草地0-10cm层土壤放线菌无显著影响,而氮沉降显著增加了其它样地5-20cm层土壤放线菌数量,其中N5、N10处理下促进作用最明显;氮素添加对该草地土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶均具有促进作用,N5、N10处理促进作用最明显。综合分析表明,氮沉降可直接或间接影响土壤微生物及酶活性,短期围封作为一种草地管理手段,对退化草地生态系统的修复具有一定作用,并可通过改善土壤理化性质、调节养分含量及其化学计量比来加速退化草地的恢复。     

The biogeochemistry of a north-temperate grassland with native ungulates: Nitrogen dynamics in Yellowstone National Park

Nutrient dynamics of large grassland ecosystems possessing abundant migratory grazers are poorly understood. We examined N cycling on the northern winter range of Yellowstone National Park, home for large herds of free-roaming elk (Cervus elaphus) and bison (Bison bison). Plant and soil N, net N mineralization, and the deposition of ungulate fecal-N were measured at five sites, a ridgetop, mid-slope bench, steep slope, valley-bottom bench, and riparian area, within a watershed from May, 1991 to April, 1992.Results indicated similarities between biogeochemical properties of Yellowstone grassland and other grassland ecosystems: (1) landscape position and soil water affected nutrient dynamics, (2) annual mineralization was positively related to soil N content, and (3) the proportion of soil N mineralized during the year was negatively related to soil C/N.Grazers were a particularly important component of the N budget of this grassland. Estimated rates of N flow from ungulates to the soil ranged from 8.1 to 45.6 kg/ha/yr at the sites (average = 27.0 kg/ha/yr), approximately 4.5 times the amount of N in senescent plants. Rates of nitrogen mineralization for Yellowstone northern range grassland were higher than those measured in other temperate grassland ecosystems, possibly due to grazers promoting N cycling in Yellowstone.     

干扰对典型草原生态系统土壤净呼吸特征的影响

由于土地利用格局的改变和人类干扰活动的加剧,草地生态系统CO2排放与固定的平衡、碳循环特征以及碳储量越来越受到人们的重视。尤其是定量区分土壤净呼吸与土壤总呼吸量之间的比例关系,以及定量描述草地生态系统碳循环过程等方面的研究尚不够完善。以河北沽源的典型草原为研究对象,测定了火烧、灌溉、施肥、刈割干扰下的天然草地土壤净呼吸变化动态及其与主要控制因素之间的关系。结果表明:不同处理土壤净呼吸均表现出明显的季节性变化规律,变化趋势基本一致。火烧、灌溉和刈割处理分别比对照的土壤净呼吸通量降低了28.93%、16.25%和36.82%。土壤温度、土壤湿度与土壤净呼吸通量呈指数相关(P0.01)。对地上生物量、地下生物量、土壤有机碳含量和土壤全氮含量与土壤净呼吸之间进行逐步回归分析表明,土壤有机碳含量(SC)和土壤全氮含量(SN)是土壤净呼吸通量的主要影响因素。     

Long‐term antagonistic effect of increased precipitation and nitrogen addition on soil respiration in a semiarid steppe

Changes in water and nitrogen (N) availability due to climate change and atmospheric N deposition could have significant effects on soil respiration, a major pathway of carbon (C) loss from terrestrial ecosystems. A manipulative experiment simulating increased precipitation and atmospheric N deposition has been conducted for 9 years (2005–2013) in a semiarid grassland in Mongolian Plateau, China. Increased precipitation and N addition interactively affect soil respiration through the 9 years. The interactions demonstrated that N addition weakened the precipitation‐induced stimulation of soil respiration, whereas increased precipitation exacerbated the negative impacts of N addition. The main effects of increased precipitation and N addition treatment on soil respiration were 15.8% stimulated and 14.2% suppressed, respectively. Moreover, a declining pattern and 2‐year oscillation were observed for soil respiration response to N addition under increased precipitation. The dependence of soil respiration upon gross primary productivity and soil moisture, but not soil temperature, suggests that resources C substrate supply and water availability are more important than temperature in regulating interannual variations of soil C release in semiarid grassland ecosystems. The findings indicate that atmospheric N deposition may have the potential to mitigate soil C loss induced by increased precipitation, and highlight that long‐term and multi‐factor global change studies are critical for predicting the general patterns of terrestrial C cycling in response to global change in the future.     

不同植被类型对土壤水蚀的影响

不同植被类型对土壤水蚀的影响因子是计算土壤水蚀速率以及选择适当土地利用方式的基本参数.本文以土壤侵蚀模型中的植被因子(C因子)为指标,研究不同植被类型对土壤水蚀的影响.根据6个水土保持试验项目33个小区共195个小区年的资料,计算了剌槐、柠条、沙棘、沙棘-杨树,沙棘-油松、沙打旺、红豆草、苜蓿和草木樨等9种林草植被因子值.林地植被因子介于0.004到0.164之间,以刺槐林的C值最低.草地植被因子介于0.071到0.377之间,以第一年的草木樨C值为最高.定量对比说明林草植被的水土保持效益明显优于农作物.本项研究结果可以用于定量比较不同植被类型覆盖下的土壤流失速率,对于北方农牧交错带退耕还林还草政策的实施具有参考价值.