排水对若尔盖高原泥炭地土壤有机碳储量的影响

泥炭地作为陆地上生态系统一个重要碳汇,存储了全球土壤有机碳储量的25%—43%。泥炭地排水与其他土地利用导致了大量的土壤有机碳损失。然而,有关排水对中国泥炭地土壤有机碳储量的影响研究报道较少,因此,为了获得更多可靠的泥炭地碳储量信息,以便减少它们估算的不确定性。选取了我国若尔盖高原未排水泥炭地和排水泥炭地进行土壤剖面取样,定量评价排水对泥炭地土壤有机碳储量的影响。研究表明:(1)未排水泥炭地土壤有机碳储量平均值为(923.71±107.18)t C/hm~2,为中国陆地和全球陆地土壤有机碳储量的8.1和9.4倍;而排水泥炭地土壤有机碳储量平均值为(574.01±66.86)t C/hm~2,为中国和全球陆地的5.1和5.8倍。(2)泥炭地排水后,导致表层(0—30 cm)土壤有机碳储量增加(59.11±9.31)t C/hm~2,可能源于土壤容重增加。(3)然而,完全考虑泥炭剖面深度后,排水泥炭地土壤有机碳储量较对照样地减少了349.7 t C/hm~2,这可能是由于泥炭地排水后,水位降低,加速了泥炭氧化,降低了泥炭厚度。     

温度和水分变化对冻土区泥炭地土壤氮循环功能基因丰度的影响

以大兴安岭多年冻土区泥炭地为研究对象,通过室内模拟增温实验,研究温度升高对不同深度（0-150 cm）土壤氮循环功能基因丰度的影响。同时针对0-20 cm和20-40 cm土壤设置两个水分处理,分别为土壤原始含水量和淹水状态,研究水分变化对表层土壤氮循环功能基因丰度的影响。结果表明温度升高显著提高了活动层（0-60 cm）、过渡层（60-80 cm）、永冻层（80-100 cm）中nifH、nirK基因丰度,温度升高显著提高了活动层（0-40 cm）和过渡层（60-80 cm）中nirS基因丰度。温度升高显著提高了过渡层（60-80 cm）NH₄⁺-N和较深永冻层（140-150 cm）NO₃^--N的含量,但降低了过渡层（60-80 cm）NO₃^--N和较深永冻层（120-150 cm）NH₄⁺-N的含量,相关性分析表明,NH₄⁺-N含量与nifH和nirS基因丰度呈显著正相关,NO₃^--N含量与nirK基因丰度呈显著正相关,说明温度升高能够通过改变微生物丰度促进过渡层固氮作用和反硝化作用。在增温条件下,淹水处理使表层土壤nirS和nirK基因丰度及NH₄⁺-N含量降低,但提高了NO₃^--N含量,说明淹水造成了过度还原的条件使反硝化底物浓度降低,降低反硝化微生物活性进而抑制了土壤反硝化作用。该结果对于明确未来气候变化影响下冻土区泥炭地土壤氮循环过程具有重要意义。     

不同研究尺度下土壤有机质和全氮的空间变异特征

在北京郊区面积为1075km^2的中尺度（平谷区）以400m×400m网格采样,共采集1076个样点,同时在平谷区内面积为28．8km^2的小尺度（马昌营镇）以100m×100m网格采样,共采集171个样点,测定其耕层土壤有机质和全氮的含量。应用传统统计学和地统计学方法,对两个研究尺度下的数据进行了分析,结果表明：有机质和全氮的变异系数范围为0．31～0．40,均属中等变异强度,随着研究尺度的缩小,土壤全氮的变异系数减少。半方差函数分析结果表明,两个研究尺度下,有机质和全氮均在一定范围内存在空间相关关系,区级尺度有机质和全氮的空间相关距离较大,分别为88．2km和4．9km,镇级尺度有机质和全氮的变程较小,均为0．7km,它们的空间异质性均主要由结构性因素引起。采用Kriging最优内插法对未测点进行了估值,绘制了等值线图,两个研究尺度下的有机质和全氮含量受地形、土壤类型、土地利用方式、施肥等因素的影响,均表现出明显不同的分布规律。     

区县域尺度土壤全氮的空间分布格局分析

以赤峰市敖汉旗为研究对象,以实测数据为基础,采用地统计学与典范对应分析相结合的方法研究县域尺度土壤全氮的空间分布格局及其影响因素。结果表明:0—100 cm深度土壤全氮含量在0.43—0.68 g/kg范围变化,土壤全氮平均含量随着土壤深度的增加而降低,其水平分布均呈现为南高北低的分布特征,低值区集中呈片状分布在研究区的东北部,高值区呈岛状分散于研究区的南部区域。各层土壤全氮均属于中等强度的空间相关性,随着土壤深度的增加,随机因素对全氮空间变异的影响作用逐渐减弱,其空间最大自相关距离也随着土壤深度的增加而逐渐减小。各环境因素对土壤全氮含量的影响程度由高到低表现为海拔>NDVI>粘粒含量>土壤容重>坡度,土壤粘粒和NDVI与表层土壤的相关性更高,海拔对60 cm以下土壤全氮的影响更加显著。     

黄花甸子流域土壤全氮含量空间分布及其影响因素

以内蒙古赤峰市敖汉旗黄花甸子流域为研究对象,运用地统计学方法分析流域内土壤全氮含量的空间分布特征及地形因子和土地利用方式对其的影响.结果表明:流域内各土层土壤全氮含量均呈岛状分布,其高值区均集中分布在流域西北部,呈现出明显肥岛状;低值区主要在流域南部连片分布.全氮主要富集在表层土壤中,且随着土壤深度的增加而降低.土壤全氮含量随着海拔的增加均呈现出先增高后降低的趋势;随坡度的增加而显著降低;不同坡向上表现为阴坡＞半阴坡＞半阳坡＞阳坡.不同土地利用方式下土壤全氮平均含量由高到低表现为农地＞林地＞草地.     

若尔盖高寒泥炭地修复技术进展与展望

泥炭地是重要的沼泽湿地类型,提供固碳、水文调节、生物多样性维护等多种生态系统服务功能。受侵蚀、火灾等自然灾害以及排水、开垦、过牧和基础建设等强烈的人为干扰,全球泥炭地面积缩减、功能不断退化,成为气候变化背景下的碳源。位于青藏高原东北部的若尔盖高原拥有全球面积最大的高原泥炭地,在全球气候变化和区域生态安全中具有特殊地位。近年来若尔盖高原也出现湿地减少、功能衰退等生态问题,由于其区位特殊,修复技术缺乏可以直接借鉴的经验,现有技术储备不能满足自然资源保护管理的要求。本文在综述若尔盖高原退化湿地生态修复技术基础上,参考国际上泥炭地修复经验,结合高寒湿地的特点,提出构建包括可修复性诊断、修复技术集成、生态监测和修复效果评价等内容的退化高原泥炭地修复技术体系,并对体系构建的科技需求进行了探讨,旨在为我国退化高原泥炭地生态修复提供参考。     

北方泥炭地氮素有效性的变化及其对碳汇功能的影响

北方泥炭地是典型的氮限制性生态系统,对全球气候变化及人类活动响应敏感。气候变暖导致内源有效氮增加以及人类活动引起的大量外源氮输入,改变了北方泥炭地氮素有效性,对泥炭地碳氮循环过程及碳汇功能产生了深远影响。本文综述了北方泥炭地碳积累速率和碳汇功能的影响因素,分析了氮沉降、冻融、火烧等因素对北方泥炭地氮素有效性的影响,分别从碳固定和碳排放过程阐述了植物及土壤微生物对氮素有效性变化的响应,并对全球变化影响下泥炭生态系统碳汇功能相关研究进行了展望,以期助力“双碳”目标的实施。     

水文管理措施对长白山区恢复泥炭地土壤酶活性的影响

以长白山区天然泥炭地、不同水文管理的恢复泥炭地(高水位、高-低水位循环和低水位)及退化泥炭地(弃耕地)为研究对象,分析水文管理措施对恢复泥炭地表层土壤(0～10 cm)酶活性的影响及其驱动因素。结果表明：泥炭地土壤β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶活性表现为天然泥炭地>恢复泥炭地>退化泥炭地;退化泥炭地土壤酸性磷酸酶活性显著低于天然泥炭地和恢复泥炭地;多酚氧化酶活性在天然泥炭地最低。在恢复泥炭地,随着恢复区管理水位的下降,土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶和酸性磷酸酶活性均逐渐降低,土壤多酚氧化酶活性表现为高-低水位循环恢复区最低。相关分析表明,土壤β-1,4-葡萄糖苷酶活性和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶活性均与土壤有机碳、含水量、水位和全氮含量呈显著正相关,与pH和全磷含量呈显著负相关;土壤酸性磷酸酶活性与水位呈显著正相关,与pH和全磷含量呈显著负相关;土壤多酚氧化酶活性与土壤有机碳、含水量和全氮含量呈显著负相关。RDA分析表明,环境因子共可解释研究区土壤酶活性变异的81.2%,水位和土壤有机碳是影响研究区土壤酶活性的主...     

江河源冻土区土壤碳氮空间分布特征及其影响因素

江河源区是我国高寒生态安全屏障的重要区域,冻土的长期存在使其形成低温冻结环境,弱化了土壤微生物活性,抑制了土壤有机质的矿化过程,因而其近地表浅层土壤碳氮含量高。然而,土壤碳氮含量对不同冻土分区和环境因素响应的空间分异规律尚不清楚。为此,针对江河源4个不同冻土区(季节冻土区、岛状多年冻土区、不连续多年冻土区、片状连续多年冻土区)共11个样点进行植被样方调查、土壤分层采样。在分析碳氮含量的基础上,探讨了年均地温(MAGT)、活动层厚度(ALT)、海拔(ASL)、土壤深度(SD)、植被特征及土壤pH对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、碳氮比(C/N)的影响。结果表明:(1)SOC、TN、C/N在片状连续多年冻土区最高,在季节冻土区最低,且与年均地温负相关,和海拔正相关;(2)江河源区SOC、TN、C/N随土壤深度的增加而降低,自表层至40cm深度整体下降幅度分别为58.45%、36.96%、17.01%;(3)SOC、TN、C/N与植被覆盖度(FVC)显著正相关(P≤0.05),与土壤pH值显著负相关(P≤0.01);(4)冗余分析表明,土壤pH、MAGT、ALT、SD、FVC是影响江河源区SOC、TN、C/N空间分布的关键因素。研究结果可为厘清气候趋暖条件下江河源区土壤碳氮空间分异规律及多年冻土热稳定性对土壤碳氮排放的影响提供科学基础,同时也有助于预测多年冻土区土壤碳氮空间变化。     

青藏高原泥炭地水位下降促进土壤碳积累的影响机制

酚类物质作为泥炭地重要的碳分解抑制剂,植被作为泥炭地关键的碳输入来源,它们在土壤碳(可溶性有机碳(DOC)等)周转过程中都发挥着重要作用。然而,目前关于植被群落结构、酚类物质以及DOC含量对水位波动的响应存在较大争议。因此,为明确泥炭地水位下降对植被群落结构、酚类物质以及DOC含量的影响并探明三者间的潜在联系,以若尔盖高原泥炭地作为研究对象,选取红原县日干乔地区3处不同地下水位泥炭地(水位由高到低依次为S1(-1.9 cm)、S2(-10 cm)、S3(-19 cm)样地),调查不同水位条件下植被群落结构特征,并探究酚类物质及土壤碳含量对水位波动的响应。结果表明:(1)从S1到S3样地水位下降促进土壤DOC显著增加(P<0.05),土壤总碳从S1到S2显著增加(P<0.05),而从S2到S3无显著差异;(2)泥炭地水位下降促使禾本科(发草Deschampsia cespitosa)、莎草科(木里薹草Carex muliensis、乌拉草Carex meyeriana)植物大量出现,植被群落高度显著增加(P<0.05)。植被群落地上生物量由153.67 g/m~2增加至...     

藏东南色季拉山沟壑区土壤氮素空间分布特征

以西藏东南部色季拉山海拔3950—4350 m为研究区,采用30×50 m网格采样法,以地统计学半变异函数为工具,研究了色季拉山森林生态系统沟谷与坡面上土壤氮素空间变异特征及模型。结果表明:土壤全氮、硝态氮和铵态氮含量均表现为0—10 cm10—20 cm,两个层次上空间变异性表现为全氮和铵态氮0—10 cm10—20 cm,而硝态氮表现为10—20 cm0—10cm;不同海拔高度土壤氮含量表现为随着海拔高度的升高而增加,但这种海拔梯度效应并未达显著水平(P0.05);沟谷区土壤氮含量高于坡面,这可能与植被残体在沟谷区的堆积分解促进氮循环有关;土壤全氮、铵态氮和硝态氮均具有中等程度的空间依赖性,其中土壤全氮空间变异符合指数模型,块金值/基台值为50%;土壤铵态氮和硝态氮含量空间变异分布均符合高斯模型,块金值/基台值分别为70.91%和37.45%;该区域土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量空间依赖性表现为:硝态氮全氮铵态氮,即土壤硝态氮更易受到空间结构因素的影响,而铵态氮含量空间变化则主要受随机因素的影响。     

枣粮间作生态系统土壤氮空间分布特性

基于枣粮间作复合生态系统内部异质性,通过在不同位置采样测定,探讨了枣粮间作系统内土壤氮素空间分布特性.结果表明:(1)枣粮间作生态系统中,在小麦收获期和玉米收获期两个时期,土壤全氮和硝态氮含量均存在明显的垂直和水平两个方向空间变异性.而土壤铵态氮含量极低且没有明显的空间变异;(2)与全氮相比,枣粮间作系统中硝态氮空间变异性更强,且随着时间变化其空间分布特性有明显变化;(3)氮素施用量对土壤全氮和硝态氮空间变异有正向作用,而植株对氮的吸收利用可以降低土壤氮素分布空间差异程度.各因子对土壤全氮空间变异影响强弱顺序为氮吸收量＞氮素施用量＞土壤含水量;对土壤硝态氮空间变异影响强弱顺序为氮素施用量＞土壤全氮含量＞氮素吸收量＞土壤含水量.     

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。     

模拟增温对西藏高原高寒草甸土壤供氮潜力的影响

过去几十年青藏高原呈现显著的增温趋势,冬季增温幅度显著高于生长季的季节非对称特征。气候变暖会对生态系统氮素循环产生重要影响,但关于全年增温与冬季增温对高寒生态系统氮循环的不同影响仍缺乏研究。在青藏高原高寒草甸区开展模拟增温试验,研究季节非对称增温对高寒草甸生态系统氮循环的影响。该试验布设于2010年7月,设置3种处理(不增温、冬季增温与全年增温)。研究结果发现,开顶箱增温装置造成了小环境的暖干化:显著提高了地表空气温度和表层土壤温度,降低了表层土壤含水量。冬季增温会加剧土壤中氮素的流失,所以在经历了冬季增温后土壤氮含量显著降低;在生长季节,土壤氮素周转速率受土壤水分的调控,在降雨较少的季节,增温引起的土壤含水量降低会抑制土壤氮周转速率。对于土壤微生物量而言,高寒草甸土壤微生物量碳表现出明显的季节动态,在生长季旺盛期较低,在生长季末期和初冬季节反而较高,这说明为了降低对土壤养分的竞争,高寒草甸植物氮吸收与土壤微生物氮固持在时间上存在分离。研究结果表明,冬季增温导致的土壤养分含量变化会影响随后生长季植物群落的生产力、结构组成与碳氮循环等过程,对生态系统过程产生深远的影响。     

北京城市绿地表层土壤碳氮分布特征

在北京中心城区及周边郊区(覆盖六环路范围),采集不同类型绿地表层(0—20cm)土壤样品490份,测定了土壤有机碳、无机碳、全碳和全氮含量,探讨了城市土壤碳氮分布特征。结果表明:城市不同类型绿地土壤中碳含量差异明显,行道树土壤的有机碳、无机碳和全碳含量均显著高于其他类型绿地,而其它类型土壤有机碳含量差异不显著;居住绿地、道路绿地、单位绿地和公园绿地土壤无机碳含量显著高于生产绿地、防护绿地;城市土壤有机碳、无机碳和全碳含量与距离城市中心距离呈显著的负相关关系;与郊区土壤相比,城区绿地土壤有机碳、无机碳含量有富集的趋势,且无机碳增加更加明显;与郊区农业土壤相比,城市绿地土壤中有机碳有明显地增加趋势,说明北京的城市化在一定程度上有利于土壤碳库的累积。不同类型绿地土壤全氮含量差异不显著,城郊之间全氮含量也无显著差异,土壤全氮质量分数和碳氮比有逐渐减小的趋势,城市化对土壤氮的影响需要进一步研究。     

氮添加对巴音布鲁克高寒湿地土壤微生物量和酶活性的影响

随着全球氮沉降速率的快速增加,已对陆地生态系统微生物群落活性和代谢产生了深刻的影响。因此迫切需要了解全球气候变化敏感区土壤中微生物量和酶活性对氮添加的响应。为此,以中亚干旱区巴音布鲁克高寒湿地为研究对象,在保护良好的高寒湿地选择沼泽(S)、沼泽草甸(SM)和草甸(M)3种湿地类型布设野外原位氮添加试验(施氮浓度分别为0、8、16 kg N hm^-2 a^-1),探究短期氮添加对土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量碳/氮(MBC/MBN)、微生物商(QMB)、土壤蛋白酶、脲酶、碱性磷酸酶、H₂O₂酶和蔗糖酶活性的影响。结果表明:(1)高寒湿地不同湿地类型土壤微生物量和酶活性存在显著差异,其中SM土壤MBC、MBN、MBC\\N、QMB较S和M区高,对酶活性而言,SM和M区土壤蛋白酶和碱性磷酸酶活性较高,M区H₂O₂酶和脲酶活性较高。(2)氮添加显著增加了3种湿地类型中土壤MBC和MBN,其中MBC增加了7.00%-119.00%,MBN增加了8.03%-38.26%。氮添加仅显著增加了S和SM区土壤MBC/N和QMB (增加了24.68%-113.10%),但抑制了M区土壤MBC/N和QMB (抑制了8.93%-10.36%)。(3)氮添加显著增加了3种湿地类型土壤中脲酶、蛋白酶和H₂O₂酶活性,分别增加了7.25%-59.63%、4.71%-58.55%和34.70%-157.27%。但是氮添加对土壤碱性磷酸酶活性无显著影响。对蔗糖酶而言,N1处理增加了S区土壤蔗糖酶活性(增加了58.58%),而N2处理显著降低了22.72%。氮添加对SM和M区蔗糖酶活性无显著影响。(4)结构方程模型的结果显示,氮添加直接增加了土壤微生物量和酶活性。而随着湿地类型的变化(S-SM-M)直接和间接(通过pH)增加了酶活性;湿地类型的变化还通过影响pH、有机碳和有效养分间接增加了土壤微生物量。总之,氮添加和湿地类型可直接或间接的影响着土壤微生物量和酶活性。其中,土壤pH和有机碳是微生物量和酶活性变化的主要影响因素。本研究可为中亚干旱区高寒湿地应对未来气候变化的措施的制定提供技术参考。     

季节性雪被对高山生态系统土壤氮转化的影响

在高山生态系统中,季节性雪被对土壤氮含量及转化有着重大影响.降雪是氮沉降的一种重要形式,直接影响着土壤中的有效氮含量;降雪形成不同厚度和持续期的雪被后,造成环境因子(土壤温度和含水量)和生物因子(土壤微生物、高山植物和高山动物)的异质性,进而对土壤中氮素矿化和微生物固持过程产生复杂的影响.本文重点介绍了持续性雪被消融期冻融交替影响土壤氮素矿化和流失的机制,并针对高山地区未来季节性雪被可能发生的变化,综述了野外原位模拟实验的主要研究成果,最后提出了开展季节性雪被对土壤氮影响研究的一些建议.     

模拟增温对青藏高原东部高寒灌丛土壤氮转化的影响

本文研究了青藏高原东部窄叶鲜卑花高寒灌丛生长季前期、生长季后期和非生长季3个生育期的土壤氮转化速率对模拟增温的响应,分析全球气候变暖对高寒灌丛土壤氮循环过程的影响.结果 表明:模拟增温使高寒灌丛土壤温度显著升高1.2℃,土壤水分显著降低2.5％.高寒灌丛生长季土壤净氮矿化(氨化和硝化)速率显著高于非生长季,但土壤净氮固...