两种温带落叶阔叶林降雨再分配格局及其影响因子

林冠对降雨的再分配是森林生态系统的重要生态水文过程,影响着生态系统生物地球化学循环。于2012年5—10月连续测定帽儿山森林生态站的两种温带天然次生林型——蒙古栎林和杂木林的林外降雨、穿透雨及树干径流,旨在量化其降雨再分配过程及其影响因素。结果表明:蒙古栎林的平均穿透雨、树干径流、林冠截留分别占同期林外降雨的76%、7%和17%;杂木林分别占85%、5%和10%。根据模型估算,当降雨量分别超过1.0mm和0.7mm时蒙古栎和杂木林开始出现穿透雨;当降雨量超过3.0mm开始出现树干径流。当降雨量超过5.6mm,树干径流体积会随着树木胸径的增加而显著增加;而当降雨量低于5.6mm则出现相反趋势。穿透雨、树干径流及林冠截留的绝对量均随降雨量的增大而显著增加,但其占降雨量的比例却表现出不同的变化趋势。穿透雨量的空间变异随降雨量和降雨强度的增大显著减小。两种林型的降雨再分配格局因受降雨量、降雨强度等降雨特征和林冠结构的影响而产生差异。     

模拟氮沉降对温带典型森林土壤有效氮形态和含量的影响

通过室内模拟氮沉降试验,研究了氮沉降对温带典型森林土壤有效氮的影响.结果表明：试验期间,与对照相比,经过氮沉降处理的土壤铵态氮、硝态氮和有效氮均呈增长的趋势,增加的程度取决于森林类型、土层、氮处理类型和氮处理的持续时间.氮沉降对不同林型土壤有效氮形态和含量的影响不同,氮沉降对混交林的影响弱于阔叶林,强于针叶人工纯林;土壤A层对氮沉降的敏感程度大于土壤B层;铵态氮形态沉降对土壤铵态氮含量的影响比对土壤硝态氮含量的影响大,而硝态氮形态沉降对土壤硝态氮含量的影响比对土壤铵态氮含量的影响大,混合形态的氮沉降对二者均有促进作用,且增加幅度更高;氮沉降对土壤有效氮的影响存在累加效应.     

模拟氮沉降对温带典型森林土壤有效氮形态和含量的影响*

通过室内模拟氮沉降试验,研究了氮沉降对温带典型森林土壤有效氮的影响.结果表明:试验期间,与对照相比,经过氮沉降处理的土壤铵态氮、硝态氮和有效氮均呈增长的趋势,增加的程度取决于森林类型、土层、氮处理类型和氮处理的持续时间.氮沉降对不同林型土壤有效氮形态和含量的影响不同,氮沉降对混交林的影响弱于阔叶林,强于针叶人工纯林;土壤A层对氮沉降的敏感程度大于土壤B层;铵态氮形态沉降对土壤铵态氮含量的影响比对土壤硝态氮含量的影响大,而硝态氮形态沉降对土壤硝态氮含量的影响比对土壤铵态氮含量的影响大,混合形态的氮沉降对二者均有促进作用,且增加幅度更高;氮沉降对土壤有效氮的影响存在累加效应.     

氮沉降对三种林型土壤动物群落生物量的影响

从2003年5月～2004年8月,在华南鼎湖山地区针叶林、混交林和季风林内,采用模拟的方法,构建了对照、低氮[50kg/(hm2.a)]和中氮处理[100kg/(hm2.a)]组。在以后近16个月内,利用线框法收集地表凋落物层,在实验室内用Tullgren干漏斗法采集土壤动物标本,最后根据本地区长期土壤动物研究得出的不同类群动物生物量标准,对土壤动物类群生物量在氮沉降下的响应进行研究。结果表明,整体上氮处理对土壤动物类群生物量并未产生显著影响。然而通过氮处理与取样期和林分的交互作用,土壤动物类群生物量对氮沉降有一定的响应趋势。外界的氮输入明显促进了针叶林土壤动物类群生物量的增长,正效应明显;而季风林在较高氮处理下的负效应明显。经历一周年后,土壤动物类群生物量在各林分中的分布格局发生了显著变化,由实验处理前的季风林>混交林>针叶林,变为针叶林>季风林>混交林。低氮处理在一定程度上显示了对土壤动物类群生物量发展的利好作用,各林分动物类群生物量都有不同幅度的上升,平均季风林为44.33%,混交林9.19%,针叶林60.66%;而中氮处理使季风林和混交林分别下降32.55%和2.81%。提示氮沉降对土壤动物类群生物量的影响可能也存在阈值作用。     

模拟氮沉降对东北地区兴安落叶松树干呼吸的影响

2011年的5月至2012年的12月,对兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林进行了模拟氮沉降实验,设置了4个氮沉降水平处理,分别为:对照(0 g N m-2a-1)、低氮(5 g N m-2a-1)、中氮(5 g N m-2a-1)和高氮(15 g N m-2a-1),每个处理设置3个重复样地。所施氮肥为NH4NO3,以溶液方式在生长季内每月喷施1次。采用红外气体分析法于2012年4月底—10月份,每隔15d左右测定1次树干呼吸,共测定12次。结果表明:各个氮处理下的树干呼吸速率基本与树干温度的变化一致,均呈单峰型季节变化模式,其中7月底最高、10月底最低。氮处理均提高了落叶松的树干呼吸速率,且随着氮输入水平的增加,平均树干呼吸速率呈现逐渐增强的趋势。生长季内,对照、低氮、中氮、和高氮处理条件下的树干表面释放的CO2通量分别为67.3、72.5、78.9 g C/m2和86.5 g C/m2。树干温度与树干呼吸速率存在显著的指数函数关系,而且温度敏感性(Q10)随着氮输入的逐渐升高亦随之增强,对照、低氮、中氮、和高氮处理下的Q10值分别为1.67、1.80、2.01和2.54。另外,伴随氮输入的逐渐增加,树干的氮含量也逐渐升高,树干氮含量与树干呼吸速率之间也具有一定的相关性,能够解释树干呼吸变化的38.3%。     

广州市3种典型绿化树冠层降水再分配对重金属元素沉降的影响

植物冠层降水再分配对化学物质迁移过程具有重要影响.以广州市3种典型绿化树王棕(Roystonea regia)、榕树(Ficus microcarpa)和大花紫薇(Lagerstroemia speciosa)为研究对象,通过实验观测、样品收集和分析测试,研究2018年10月—2019年9月3种绿化树冠层降水再分配过程...     

模拟氮沉降对南亚热带两种乔木幼苗生物量及其分配的影响

探讨了南亚热带季风常绿阔叶林两种优势树种荷木(Schima superba)和黄果厚壳桂(Cryptocarya concinna)幼苗的生物量及其分配对氮沉降增加的响应。实验分为对照(CK)、T₅、T₁₀、T₁₅和T₃₀ 5个处理,每个处理设置3次重复。所施氮肥为NH₄NO₃,以溶液方式喷施,5个处理浓度分别为0、0.12、0.24、0.36、0.72 mol N·L^-1。每月喷施2次,5个样方1年喷施的总氮量分别相当于氮沉降率0、5、10、15、30 g N·m^-2·a^-1。经过11个月的施氮处理,两种幼苗对氮沉降的响应存在差异,其中黄果厚壳桂幼苗的基径、株高、全株生物量和相对生长速率除最高处理T₃₀外,均高于对照,但荷木幼苗的基径、全株生物量和相对生长速率除T₁₀外,均小于对照。氮处理也对生物量的分配产生了明显的影响,两种幼苗的叶重比以T₃₀最低,表明高氮处理不利于幼苗叶片的生长;枝重比均以T₃₀最高,反映了高氮处理的幼苗生物量分配到枝干的比例最高;根重比和根冠比均以对照样方幼苗的最高,表明氮处理抑制根的生长,分配到根部分的生物量下降。总的来看,经过11个月的处理,除最高处理T₃₀外,氮处理仍对黄果厚壳桂幼苗的生长有促进作用,而对荷木幼苗的生长则趋向于一定程度的抑制效应,表明黄果厚壳桂幼苗更能耐受高氮条件。     

不同栽培方式对籼、粳稻根表铁膜和根铁、镉含量的影响

在Cd污染土壤中研究淹水、覆膜、覆草和湿润栽培对籼、梗稻不同生育时期根表铁膜Fe、Cd含量和根Cd含量的影响．结果表明,在分蘖期,梗稻根表铁膜Fe含量和根Cd含量在4种栽培方式中平均为6．37和25．49mg．kg^-1。分别比籼稻的4．52和16．37mg·kg^-1增加1．85和9．12mg·kg^-1．在孕穗期,粳稻根表铁膜Fe、Cd含量和根Cd含量在4种栽培方式中平均为1．60、16．35和54．68mg·kg^-1,分别比籼稻的1．06、9．56kg和43．31mg·kg^-1增加0．54、6．79和11．37mg·kg^-1．在灌浆期,梗稻根表铁膜Fe含量覆草和湿润栽培为0．89和1．00mg·kg^-1,分别比籼稻的0．63和0．30mg·kg^-1增加0．26和0．70mg·kg^-1;梗稻根表铁膜Cd和根Cd含量在4种栽培方式中平均为15．23和73．68mg·kg^-1,分别比籼稻的3．46和52．38mg·kg^-1增加11．77和21．30mg·kg^-1收获时。根表铁膜Fe含量淹水栽培的籼稻为1．21mg·g^-1,比梗稻的0．65mg·g^-1增加0．56mg·g^-1,覆草栽培的梗稻为0．94mg·g^-1,比籼稻0．55mg·g^-1增加0．39mg·g^-1;根表铁膜Cd含量湿润栽培的梗稻为7．96mg·kg^-1,比籼稻的5．09mg·kg^-1增加2．87mg·kg^-1;根Cd含量梗稻在4种栽培方式中平均为54．53mg·kg^-1,比籼稻的35．91mg·kg^-1增加18．62mg·kg^-1。     

不同氮沉降水平下两种林型的主要土壤酶活性

模拟研究了天然阔叶红松林和天然次生杨桦林不同氮沉降（0、25和50 kg N·hm^-2·a^-1)水平下土壤酶活性(纤维素酶、多酚氧化酶和蔗糖酶)的变化趋势.结果表明：氮沉降增加对土壤酶活性的作用与林分类型有关,短期施氮可以显著影响土壤酶的活性;高氮沉降降低了土壤多酚氧化酶活性,且随着多酚氧化酶活性的降低,两种林型土壤纤维素酶和蔗糖酶活性也有降低的趋势.     

模拟氮沉降和干旱对准噶尔盆地两种一年生荒漠植物生长和光合生理的影响

氮素和水分是荒漠生态系统的两个主要限制因子, 研究两者对荒漠植物的效应有助于深入了解荒漠生态系统对全球变化的响应。该文选择准噶尔盆地荒漠地区两种常见的一年生植物涩荠(Malcolmia africana)和钩刺雾冰藜(Bassia hyssopifolia), 设置0、0.18和0.72 g N·m ^-2·week ^-13个施氮浓度和湿润与干旱两个土壤水分处理, 研究模拟氮沉降增加和干旱对其生长和光合生理的影响。结果表明: (1)两种植物的根长、根重、叶片数、叶面积、总生物量和冠根比均随着施氮浓度的增加而增加, 干旱能够抑制氮对植物生长的促进作用, 但是, 氮的增加同时也能部分缓解干旱对植物生长的影响。与钩刺雾冰藜相比, 涩荠的根长、生物量和冠根比更易受氮增加和干旱的影响。(2)两种植物的最大净光合速率、叶绿素含量、可溶性蛋白含量随着氮浓度增加而增加, 但涩荠和钩刺雾冰藜对氮增加和干旱的生理响应也有所不同, 涩荠的响应更加敏感。两种植物对氮沉降和干旱胁迫响应的差异可能是其生活型等生物学特性差异所引起。通过对两种一年生植物的生长和光合生理分析表明, 在古尔班通古特沙漠, 春季丰富的降水和氮素增加将有利于涩荠和钩刺雾冰藜的生长和生产力的增加, 相对地下生长, 地上部分增加更显著。当干旱季节来临时, 氮的增加又能够在一定程度上降低干旱对这两种植物的负效应, 说明其对干旱具有一定的生态补偿作用。     

西北干旱区泡泡刺灌丛的降雨再分配特征及影响因素分析

定量分析植被冠层对降雨再分配过程的影响,是认识陆地生态系统水文循环的重要环节。然而,由于干旱区天然植被分布稀疏、形态结构特殊,其降雨再分配过程的测算较为困难,相关研究较少,特别是关于荒漠低矮灌丛的降雨再分配研究鲜有报道。本文以河西走廊中段临泽绿洲—荒漠过渡带的天然建群种泡泡刺灌丛(Nitraria sphaerocarpa)为研究对象,基于3年逐个单次降雨事件的观测数据分析了生长季泡泡刺灌丛的降雨再分配特征及主要影响因素,量化了泡泡刺灌丛覆盖下实际进入土壤的有效降雨量及其空间分布特征。结果表明:(1)生长季泡泡刺灌丛的平均穿透率、树干茎流率和冠层截留损失率分别为87.89%、1.61%和10.50%;(2)降雨量是影响泡泡刺灌丛降雨再分配特征的关键气象因素,其与穿透雨量、树干茎流量、冠层截留损失量之间具有显著的统计关系(P<0.001);(3)与干旱区其他稀疏植被相比,泡泡刺灌丛的穿透率和集流率较高,冠层截留损失率较低,与其特殊的植被形态特征有关,相关分析的结果表明,泡泡刺灌丛的穿透雨量与植被面积指数和株高呈显著的负相关关系(P<0.001),树干茎流量与树干倾角呈显著的正...     

Different types of nitrogen deposition show variable effects on the soil carbon cycle process of temperate forests

Nitrogen (N) deposition significantly affects the soil carbon (C) cycle process of forests. However, the influence of different types of N on it still remained unclear. In this work, ammonium nitrate was selected as an inorganic N (IN) source, while urea and glycine were chosen as organic N (ON) sources. Different ratios of IN to ON (1 : 4, 2 : 3, 3 : 2, 4 : 1, and 5 : 0) were mixed with equal total amounts and then used to fertilize temperate forest soils for 2 years. Results showed that IN deposition inhibited soil C cycle processes, such as soil respiration, soil organic C decomposition, and enzymatic activities, and induced the accumulation of recalcitrant organic C. By contrast, ON deposition promoted these processes. Addition of ON also resulted in accelerated transformation of recalcitrant compounds into labile compounds and increased CO₂ efflux. Meanwhile, greater ON deposition may convert C sequestration in forest soils into C source. These results indicated the importance of the IN to ON ratio in controlling the soil C cycle, which can consequently change the ecological effect of N deposition.     

模拟氮沉降对温带阔叶红松林地土壤氮素净矿化的影响

以长白山阔叶红松混交林为研究对象,于2006—2008年原位模拟不同形态氮((NH4)2SO4、NH4Cl和KNO3)沉降水平(22.5和45kgN·hm-2·a-1),利用树脂芯法技术(resin-core incubation technique)测定了表层(有机层0～7cm)和土层(0～15cm)土壤氮素净矿化、净氨化和净硝化通量的季节和年际变化规律。同时,结合前人报道的有关林地碳、氮过程及其环境变化影响的结果,力求有效预估森林生态系统中氮素年矿化通量对大气氮沉降量和水热条件等因子变化的响应。结果表明,长白山阔叶红松林地土壤氮素年净矿化通量为1.2～19.8kgN·hm-2·a-1,2008年不同深度的土壤氮素年净矿化通量均显著高于2006和2007年(P<0.05)。随着模拟氮沉降量增加,土壤氮素净矿化通量也随之增加,尤其外源NH4+-N输入对净矿化通量的促进作用更为明显(P<0.05),但随着施肥年限的延长,这种促进作用逐渐减弱。与林地0～15cm土壤相比,氮沉降增加对0～7cm有机层氮素净氨化和净矿化通量的促进作用更为明显,尤其NH4Cl处理的促进作用更大。结合前人报道的野外原位观测结果,土壤氮素年净矿化通量随氮素沉降量的增加而增大,氮沉降量对不同区域森林土壤氮素净矿化通量的贡献率约为52%;氮沉降量(x1)和pH值(x2)可以解释区域森林土壤氮素年净矿化通量(y)变化的70%(y=0.54x1-18.38x2-109.55,R2=0.70,P<0.0001)。前人研究结果仅提供区域年均温度,未考虑积温的影响,这可能是造成年净矿化通量与温度无关的原因。今后的研究工作应该加强区域森林土壤积温观测,进而更加准确地预估森林土壤氮素的年净矿化通量。     

Modeling the effects of nitrogen deposition on carbon budget in two temperate forests

The NO_x input terrestrial ecosystems are increasing significantly induced by human activities, yet the understanding of the responses of carbon cycle to nitrogen deposition is still poor. The northern temperate forest ecosystems have seen the greatest changes in nitrogen inputs from atmosphere. It is necessary for us to understand how the carbon cycle would change under the nitrogen addition in temperate forests, as an important carbon sink. In this study, we present a biogeochemical process model, CEVSA2, and use this model to elucidate the key processes that may strongly influence the carbon budget response to anthropogenic nitrogen addition. The CEVSA2 model has included the effect of nitrogen on photosynthesis, carbon allocation, soil organic matter decomposition, etc. Our simulations show nitrogen addition stimulates the photosynthesis, net carbon sequestration, carbon accumulation in vegetation and soil, by contrary, the low level of nitrogen addition decreases the heterotrophical and total respiration. The long-term chronic nitrogen addition experiments show that the low and high level nitrogen addition would reduce the carbon sequestration and accumulation. The model failed to simulate the effect of nitrogen addition on plant mortality, the de-coupling of nitrogen and photosynthesis when nitrogen saturates. In addition, the responses of soil respiration to nitrogen deposition involve so many complex biochemical processes; however, we have little knowledge about them. Sequentially, there is large uncertainty of model simulation on the effect of nitrogen deposition on soil respiration. With increasing rates of anthropogenic nitrogen deposition, there is a strong need to understand links between nitrogen inputs and carbon cycle.     

氮沉降对长白山森林土壤团聚体内碳、氮含量的影响

氮沉降是影响陆地生态系统碳、氮循环的最重要因素之一.为了解土壤团聚体碳、氮组分对氮沉降的响应,本研究在长白山选取次生杨桦林(YHL)与原始阔叶红松林(HSL)两种林型进行为期6年的氮添加试验,采集土壤样品并分析氮沉降对不同粒径土壤团聚体中可溶性有机碳、氮(DOC和DON)、微生物生物量碳、氮(MBC和MBN)、颗粒有机碳、氮(POC和PON)的影响.结果表明: 除POC和PON外,两林分土壤团聚体碳、氮组分含量均随团聚体粒径的减小而增加;氮添加处理显著降低了HSL土壤团聚体中POC和PON含量,降幅分别达20.7%和22.6%,显著增加了DOC含量,增幅达11.6%;氮添加处理对YHL土壤团聚体的碳、氮组分均无显著影响,其中,对DOC和MBC的影响接近于显著(0.05＜P＜0.1).皮尔森相关分析结果表明,土壤团聚体中总碳或总氮与碳、氮活性组分之间有良好的相关性,其中,HSL土壤的POC与DOC之间呈极显著负相关(r=-0.503),DOC又与MBC呈显著正相关关系(r=0.462).氮添加处理降低阔叶红松林土壤团聚体中POC和PON含量、增加DOC含量的主要原因是其促进了微生物对POM的分解,进而导致DOC的释放.阔叶红松林土壤碳、氮库对氮沉降的响应比次生杨桦林更加敏感.     

离子树脂法测定森林穿透雨氮素湿沉降通量——以千烟洲人工针叶林为例

穿透雨是大气氮素输入森林生态系统的重要途径之一,穿透雨中氮素含量的定量评估在森林生态系统氮素循环研究中的作用不可忽视。穿透雨中氮沉降通量的空间异质性很强,传统降水收集法工作量大,且容易带来测定误差。分析了国产离子树脂测定大气氮素湿沉降的可行性,并以千烟洲人工针叶林为例探讨离子树脂法测定森林穿透雨的适用性。结果表明,离子交换树脂法和传统降水收集法测定值之间的相关性显著,离子交换树脂法可以很好的反映大气氮沉降通量和季节变化特征,并且在采样周期较长时也能准确测定氮沉降组分,是适用于野外站点林内穿透雨氮沉降通量的观测方法。千烟洲人工针叶林穿透雨的氮沉降通量为9.19 kgN?hm-2?a-1,夏季的5—7月份和冬季的1—2月份出现氮沉降通量高峰。夏季穿透雨氮沉降以铵态氮为主,而冬季以硝态氮为主。千烟洲人工针叶林的氮沉降通量与附近地区针叶林穿透雨氮沉降通量近似,低于临近区域阔叶林穿透雨的氮沉降通量水平,但已可能接近森林生态系统氮输出出现强烈反应的氮沉降临界值。     

稻田氮肥的氨挥发损失与稻季大气氮的湿沉降

通过田间小区与大田试验,对稻季期间氮肥的氨挥发损失和大气氮湿沉降状况进行了收集和监测。结果表明,每次施肥后的1～3日内氨挥发损失达到最大值,氨挥发损失受当地气候条件(如光照、温度、湿度、风速、降雨量)、施肥时期以及田面水的NH4^+-N浓度等因素的影响,大气氮湿沉降与施肥量和降雨量有关,稻季内由湿沉降带入土壤或地表水中的氮为7．51kg·hm^-2。其中,NH4^+-N的比例为39．8％～73.2％,平均为55．5％;稻季中总氨挥发量与湿沉降的NH4^+-N平均浓度和总沉降量的相关系数分别达到0．988和0．996,呈显著相关性。     

青藏高原高寒草原根系动态对氮添加的响应及其调控因素

本研究于2015-2016年进行野外控制试验,分析了不同施氮(N)水平(0、1、2、4、8、16 g N·m-2·a-1)对青藏高原高寒草原根系生产、周转速率和现存量的影响及其调控因素.结果 表明:随着施N量的增加,根系生产量和现存量呈线性或指数下降的趋势.与对照相比,16 g N·m-2·a-1处理根系生产量和现存量...     

氮沉降对热带亚热带森林土壤氮循环微生物过程的影响研究进展

近年来,高速的城市化和工业化建设导致全球大气氮沉降量逐年递增,其中热带亚热带地区氮沉降量显著高于全球平均水平,而大部分热带亚热带森林土壤趋近氮饱和状态,氮沉降增加将持续向土壤输入外源活性氮,极易导致土壤氮过剩,进而破环整个森林生态系统氮循环的平衡。我国热带亚热带地区经济发展快速,氮沉降增加导致的土壤养分失衡和林地退化等生态问题日益凸显,森林土壤氮循环对大气氮沉降的响应及适应机制已引起了学术界的广泛关注。研究表明氮循环各环节均由特定的功能微生物驱动完成,明确氮沉降增加对热带亚热带森林土壤氮循环功能微生物及其介导的关键过程的影响,对评价未来氮沉降增加背景下全球森林土壤氮循环的响应及驱动机制有重要作用,可为促进我国热带亚热带地区森林修复、生态环境的改善与提升提供科学支撑。鉴于此,本文综述了热带亚热带森林土壤氮循环主要过程（如固氮、硝化、反硝化、厌氧氨氧化等）及其功能微生物群落丰度、活性、组成等对氮沉降增加的响应,同时分析了这些功能微生物的群落特征与主要环境因子（如NH₄⁺、NO₃^-、有机碳、pH、含水量等）的关联性。在此基础上探讨了氮沉降增加下功能微生物对热带亚热带森林土壤氮循环的调控作用,重点探讨了功能微生物如何通过改变丰度与群落组成而影响氮循环过程,并对目前研究中存在的主要问题与未来研究重点进行了简要剖析。