氮添加对苏北沿海杨树人工林土壤活性有机碳库的影响

大气氮沉降成为目前全球性的环境问题之一,氮的沉降可能显著影响森林土壤碳循环过程。从2012年5月起,对东台林场3种林龄(5、9、15年生)黑杨派无性系I-35杨(Populus deltoides CL‘35’)人工林进行野外模拟氮沉降试验,探讨氮沉降对不同林龄杨树人工林土壤活性有机碳的影响。经过1年施氮试验后,5和9年生杨树人工林的土壤微生物生物量碳随着氮沉降水平的增加呈现出先增加后减少的趋势;而15年生林分在不同氮处理下,土壤微生物生物量碳均有所增加;3种林龄在不同氮处理下土壤可溶性有机碳含量随着氮浓度的增加而增加。土壤微生物生物量碳与可溶性有机碳之间以及这二者与土壤全氮、微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮、硝态氮之间存在显著相关。试验表明,氮沉降可能增加土壤活性有机碳含量,从而影响杨树人工林土壤碳动态。     

模拟N沉降对太岳山油松人工林和天然林草本群落的影响

由于人类活动氮沉降呈逐年增加的趋势,进而增加了陆地生态系统氮的输入,从而影响陆地生态系统多样性、物种组成和功能。为揭示氮沉降增加对油松林草本群落的影响,于2009年7月在太岳山油松人工林和天然林,设计4个施氮水平:对照(CK,0 kg N hm-2a-1),低氮(LN,50 kg N hm-2a-1),中氮(MN,100 kg N hm-2a-1)和高氮(HN,150 kg N hm-2a-1),研究草本群落的生物多样性、生物量以及草本元素含量对模拟N沉降的响应。研究结果表明:模拟N沉降未能显著影响人工林草本群落的生物多样性(P0.05),而中氮、高氮显著降低了天然林草本群落的生物多样性(P0.05);从Jaccard指数和Sorensen指数分析得出人工林不同氮水平之间草本群落差异性较小,而天然林不同氮水平之间草本群落差异性较大。模拟N沉降没有显著改变人工林草本群落生物量(P0.05),而高氮明显促进天然林草本群落生物量的增加(P0.05)。与对照相比,模拟N沉降提高了人工林和天然林羊胡子苔草叶根中的全N含量(P0.05),而降低了全Mg的含量(P0.05),并且根部元素含量变化与土壤养分含量变化较为一致。施氮提高了N/K、N/Ca、N/Mg(P0.05)的比值。说明油松林下草本群落对氮沉降的响应因林分土壤N饱和程度以及林地利用历史的不同而产生差异,其中天然林响应最为敏感。     

报春巨苔的野外回归研究

中国科学家研究发现,大气氮沉降通过诱导土壤酸化效应,引起富氮森林生态系统的植物多样性显著减少。过去一般认为,大气氮沉降将降低氮限制生态系统的生物多样性而对富氮生态系统的影响甚微,人们认为在氮限制的生态系统中,氮的增加更有利于喜氮植物的生长,使其在竞争中处于优势;而在富氮的生态系统中,氮的增加对植物生长的影响不大。新研究不仅填补了国际上热带和亚热带区域氮沉降对森林植物多样性影响研究的空白,同时表明了氮沉降可能威胁“富氮”森林的植物多样性。     

氮添加和采脂对湿地松林土壤酶活性及酶化学计量比的影响

大气氮沉降和采脂会引起树木生长和代谢的变化,从而影响土壤养分循环和酶活性.土壤酶和酶化学计量可以揭示土壤碳、氮循环和微生物生长代谢过程的养分限制,但目前亚热带湿地松人工林土壤酶和酶化学计量对氮添加和采脂的响应还不清楚.以亚热带北缘的湿地松人工林为研究对象,设置采脂(resin tapping,RT)和未采脂(no re...     

UV-B辐射增强和氮沉降对入侵植物乌桕生长的影响

外来植物入侵是全球性问题,严重威胁入侵地生态系统功能和稳定性。入侵植物与其在原产地生长特征的不同,使其在抵抗胁迫生境和利用资源方面具有较强的竞争能力,从而具有较高的入侵潜力。UV-B辐射增强和氮沉降加剧作为两种全球变化因子,可能与土壤微生物共同作用于植物入侵的整个过程。了解UV-B辐射增强和氮沉降加剧是如何直接或间接影响微生物介导的植物生长,有助于揭示全球变化背景下的植物入侵机理,为有效控制植物入侵并降低其对生态系统功能的危害提供理论依据。该试验采用四因素裂区设计,以入侵美国的中国乌桕(Triadica sebifera)为研究对象,通过模拟UV-B辐射增强和氮沉降加剧,在土壤微生物控制条件下,研究三者对不同种群乌桕生长的影响。结果显示:UV-B辐射增强、氮沉降加剧和土壤微生物可能共同作用于乌桕成功入侵的整个过程。UV-B辐射增强导致乌桕形态学和生物量分配发生变化,大部分的资源分配给叶片以抵抗外界UV-B辐射胁迫。氮沉降使得乌桕将更多资源分配至地上部分,特别是叶片,减少了对地下生物量的分配。原产地土壤微生物对乌桕生长具有显著正效应,同时,氮沉降增强了该效应而UV-B辐射增强对该效应没有影响。氮沉降没有减缓UV-B辐射对乌桕的胁迫作用。入侵地乌桕种群相比于原产地乌桕种群在株高、叶生物量和总生物量方面已经进化出了较为明显的优势,此外,入侵地乌桕种群相比于原产地乌桕种群减弱了在根冠比和根生物量方面对原产地土壤微生物的依赖性,但是增强了在叶面积比方面的依赖性。     

模拟氮沉降对鄂西南贫营养泥炭地两种藓类植物生长与分解的影响

以泥炭藓属(Sphagnum)植物为优势种的贫营养泥炭地是陆地生态系统重要的碳汇,其优势植物的生长与分解动态关系着贫营养泥炭地碳汇潜力,但有关氮沉降对贫营养泥炭地优势藓类植物生长与分解的影响还存在很大争议,并且氮沉降对亚热带贫营养泥炭地优势藓类植物生长与分解的研究鲜有报道。该研究以鄂西南贫营养泥炭地为研究对象,通过原位喷洒不同浓度的NH4Cl溶液,采用生物量收割法和分解袋法,探讨模拟氮沉降对泥炭藓(S.palustre)与金发藓(Polytrichumcommune)生长及分解的影响。研究结果表明:(1)氮沉降对两种藓类植物生长高度与生物量均有明显的影响,且两种藓类植物生长存在一定的氮沉降阈值,约为3g·m^–2·a^–1;(2)氮沉降对两种藓类植物生长影响程度不同,金发藓对氮沉降的响应灵敏度要大于泥炭藓;(3)高浓度氮沉降(6和12g·m^–2·a^–1)抑制了泥炭藓分解,低浓度氮沉降(3g·m^–2·a^–1)对泥炭藓分解的影响取决于分解时间,而所有浓度氮沉降均抑...     

模拟氮沉降对荆条灌木“肥岛”土壤养分的影响

氮沉降的增加,可能会对土壤养分造成更为显著的影响,目前关于大气氮沉降对植物"肥岛"效应中土壤养分的影响鲜有报道。于河南省太行山南麓地区,以NH_4NO_3为供施氮源,按土层深度采集土样,以模拟氮沉降方法(3个水平,无氮CK、低氮2g N m~(-2)a~(-1)处理、中氮12g N m~(-2)a~(-1)处理和高氮24g N m~(-2)a~(-1)处理),分析了氮沉降对太行山荆条灌木(Vitex negundo L.var.)"肥岛"土壤中有机质、全氮和速效磷含量的影响。结果表明:灌木"肥岛"中全氮和速效磷含量,总体表现出随氮沉降量增长而增加的趋势;氮沉降显著增加了土壤表层有机质、氮、磷的含量;高氮沉降与CK相比引起的各土层间养分差异更显著;随着氮沉降水平的增加,冠幅内外和土层间养分差异增大,土壤养分的增长率随之加大;氮沉降在一定程度内加剧了"肥岛"的富集效应,且氮沉降量越大,这种富集效应越显著。这些研究结果可为研究灌木"肥岛"对外源氮的响应机制及保育作用提供参考。     

模拟氮沉降对外来入侵植物互花米草生长及化感作用的影响

通过设置室内模拟实验, 从生长特性和化感作用的角度, 探讨了氮沉降对外来入侵植物互花米草入侵潜力的影响。结果表明, 低氮沉降和高氮沉降处理都明显促进了互花米草地上和地下部的生物量累积, 其中低高氮沉降分别使地上部生物量增加161.15%和120.20%, 使地下部生物量增加128.43%和71.06%。而氮沉降使叶面积和叶重也显著增加, 这将增强其对资源的捕获和利用能力。而不同氮沉降处理下互花米草的叶、根水浸液对莴苣种子萌发和幼根生长具有化感抑制作用, 当浸提液浓度相同时, 低氮沉降比其他氮处理有更强的综合化感效应。互花米草叶和根的综合化感效应分别在低氮沉降处理下浸提液浓度为0.02 g⋅mL–1 和0.04 g⋅mL–1 时最大。高氮沉降处理下互花米草各项指标并不完全优于低氮沉降处理, 这可能由于高氮沉降处理下其生长已不处于氮限制状态。全球氮沉降是一个漫长的过程,在目前的氮沉降条件下, 加强对互花米草的防治和管理迫在眉睫。     

入侵与本地植物对气候变暖和氮沉降交互效应的动态响应

入侵与本地植物对气候变暖和氮沉降交互效应的动态响应 在全球气候变暖背景下,对入侵物种扩张的预测往往并未考虑到同时出现的氮沉降变化。因此,气候变暖和氮沉降的复杂交互将如何改变入侵物种和本地物种的生长动态尚需进一步探索。在此,本研究假设氮沉降和温度的同时增加可能对入侵植物的生长促进效应大于本地植物。本研究在模拟气候变暖、氮沉降及其交互处理下,对入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)及其本地共存物种艾草(Artemisia argyi Levl. et Van)的生长响应进行温室对照试验。结果表明：由于氮沉降对物种生长的显著促进效应,温度升高和氮沉降的交互作用导致入侵物种和本地物种的生长适应性显著提高,即温氮交互可能使区域微生境更加有利于植物生长。然而,在生物量、高度和直径等生态适应特征方面,入侵物种加拿大一枝黄花的相对增加幅度显著低于本地物种艾草,这表明入侵物种加拿大一枝黄花相对于本地物种艾草的生长优势会在未来气候变暖与氮沉降持续增强的背景下逐渐减弱。因此,纳入氮沉降因素可能会缓解入侵物种加拿大一枝黄花在气候变暖条件下的入侵扩张。     

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.     

氮沉降对森林植物的影响

综述了氮沉降对森林植物的影响。氮沉降对森林植物的影响主要表现在以下6个方面：(1)在一定量范围内的氮沉降有利于植物的光合作用,但过量后则会引起植物的光合速率下降;(2)当植物生长受氮限制时,在一定程度上的氮沉降增加植物生产力,但当氮过量后,氮沉降则使植物的生产力下降;(3)过量的氮沉降导致植物体各种营养元素含量的比例失衡;(4)氮沉降会改变植物的形态结构,集中表现为根／冠比减小;(5)氮沉降会增加植物对天然胁迫如干旱、病虫害和风的敏感性,减少其抵御能力;(6)氮沉降会改变植物组成和降低森林植物的多样性。     

干旱半干旱区氮沉降生态效应研究进展

随着人类活动干扰的加剧以及全球气候变化,大气氮沉降的生态效应日益成为人们关注的焦点.氮沉降的增加能够带来生态系统结构和功能的改变,引起一系列生态效应.氮沉降对干旱半干旱地区生态系统的影响主要包括以下方面:(1)在干旱半干旱地区,氮沉降主要以脉冲形式进入氮循环进而影响其它生态过程;(2)氮沉降能够增加土壤氮矿化和土壤无机氮浓度,但氮循环还会受许多其它因素的影响;(3)氮沉降对土壤微生物代谢活动有很强的促进作用,但对其生物量的影响存在争议;(4)氮沉降能够影响植物生产力、根的生长,其效应主要受到水的调节作用;(5)氮沉降能够降低本地种的物种丰富度,有利于外来1年生物种的入侵.     

模拟氮沉降对长江中下游滩地杨树林土壤呼吸各组分的影响

土壤呼吸是土壤碳库向大气输出碳的主要途径,也是大气CO2重要的源。活性氮的生成和沉降速率的增加影响了生态系统的碳循环,研究氮沉降量增加对土壤呼吸各组分的影响,对于了解土壤呼吸在气候变化中的作用有重要意义。以长江中下游滩地杨树人工林为对象,通过定位模拟氮沉降实验,研究了滩地杨树人工林生态系统土壤呼吸的变化特征和土壤呼吸各组分对几种氮沉降量浓度的响应。结果表明:土壤呼吸及其各组分均有明显的季节变化特征,由于试验地发生淹水现象而呈现双峰曲线特征;模拟氮沉降显著抑制了杨树人工林土壤呼吸作用。对照组、低氮水平处理组、中氮水平处理组和高氮水平处理组的土壤总呼吸速率的年均值分别为3.21、2.82、2.82、2.72μmol m-2s-1,相当于每年排放出的CO2的量分别为42.06、37.06、36.20、35.69 t/hm2;各组土壤微生物呼吸的年均值分别为2.12、2.05、1.96、1.99μmol m-2s-1,模拟氮沉降抑制了土壤微生物呼吸作用,但其影响不显著;各组根呼吸的年平均值分别为1.09、0.77、0.86、0.75μmol m-2s-1,模拟氮沉降对根系呼吸有显著的抑制作用。     

模拟氮沉降对华西雨屏区光皮桦林土壤酶活性的影响

在华西雨屏区光皮桦(Betula luminifera)人工林内设置不同氮沉降水平(0、5、15和30 g N·m-2·a-1)的模拟氮沉降试验,研究氮沉降对林地土壤酶活性的影响.结果表明:模拟氮沉降促进了光皮桦人工林土壤中水解酶(蔗糖酶、纤维素酶、酸性磷酸酶和脲酶)活性,抑制了氧化酶(多酚氧化酶和过氧化物酶)活性.土壤水解酶活性的增强预示着在活性氮增加的情况下,光皮桦和土壤微生物对碳、磷元素的需求增加.外源无机氮的增加显著降低了土壤多酚氧化酶和过氧化物酶的活性,可能导致凋落物分解受到抑制,促进凋落物在土壤中的积累,并通过抑制土壤有机质的分解增加土壤中碳的贮存量.     

模拟氮沉降对矢车菊属植物Centaurea stoebe种群生长和竞争能力的影响

土壤氮含量是陆生植物生长的主要限制因素,全球范围的氮沉降正增加土壤可利用性氮水平,入侵植物一般具有较快的生长速度和较强的竞争能力,因此理解氮添加对入侵植物种群生长和竞争能力的影响将有助于预测氮沉降背景下的植物入侵风险。实验设置氮添加和对照两种处理,通过矢车菊属植物Centaurea stoebe的3个种群分别与草地早熟禾(Poa pratensis)混合种植及4个种群单独种植,研究氮添加对C.stoebe种群生长和竞争能力的影响。结果显示,无竞争条件下,氮添加能促进C.stoebe种群生长,并提高其潜在的竞争能力。竞争条件下,氮添加能明显提高C.stoebe种群的竞争效应及其地下部分竞争资源的优势。氮沉降对其竞争能力影响未表现出显著的种群差异性。这些结果初步表明,模拟氮沉降能增强C.stoebe种群的竞争能力,从而提高其潜在的入侵危害性。     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤酶活性的影响

为研究土壤酶活性对氮沉降增加的响应,以山西太岳山油松人工林和天然林为研究对象,于2009年8月开始实施模拟氮沉实验,试验设置对照(CK,0 kg N hm-2a-1);低氮(LN,50 kg N hm-2a-1);中氮(MN,100 kg N hm-2a-1);高氮(HN,150 kg N hm-2a-1)4种氮处理,自2012年起每年5、7、9月在各处理样方采集表层0—20 cm土壤,测定土壤酶活性(过氧化物酶、多酚氧化酶、纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶)。研究结果表明:施氮处理下的脲酶与中性磷酸酶活性均有所提高,而低氮处理下天然林中的多酚氧化酶与人工林中的蔗糖酶显著低于对照,中氮、高氮处理下过氧化物酶、多酚氧化酶、天然林中的纤维素酶以及人工林中的蔗糖酶显著降低。总的来说,人工模拟氮沉降促进了土壤中脲酶和中性磷酸酶的活性,抑制了过氧化物酶和多酚氧化酶的活性,并降低了天然林土壤中的纤维素酶活性和人工林中的蔗糖酶活性,但对天然林中蔗糖酶和人工林中的纤维素酶无影响。主导木质素降解的多酚氧化酶活性与纤维素酶、蔗糖酶活性显著相关,纤维素酶与蔗糖酶活性的下降可能是由木质素降解受到抑制,土壤微生物可利用碳源减少所引起。另外,受到天然林土壤含氮量较高的影响,与人工林相比,天然林的多酚氧化酶活性对模拟氮沉降更敏感。由于被抑制的酶均与土壤有机质降解密切相关,氮沉降增加将减缓山西油松林土壤有机质的降解,有利于有机质在土壤中的积累。     

氮沉降和土壤线虫对落叶松人工林土壤有机碳矿化的影响

大气氮沉降不仅含有无机态氮,还含有大量有机态氮,然而目前大部分研究主要关注无机态氮沉降对土壤有机碳(SOC)矿化的影响,对于有机态氮沉降的影响关注甚少。为更全面地了解大气氮沉降对SOC矿化的影响,我们在温带落叶松(Larix gmelinii)人工林长期氮沉降试验样地中采集了对照(CK)、无机氮(IN)、有机氮(ON)及无机氮有机氮混施(IN∶ON=7∶3;MN)4种不同氮沉降处理的表层土壤(0~10 cm),然后进行室内恒温(25℃)培养62 d,测定SOC矿化速率。同时,为了研究氮沉降背景下土壤线虫在SOC矿化中的作用,我们将每个氮沉降处理的土壤分为2组,分别添加或不添加线虫抑制剂。结果显示:与CK处理相比,IN、ON及MN处理均显著降低了SOC矿化速率,其SOC累积矿化量分别降低了15.7%、23.9%和34.3%,表明无机有机氮混施处理对SOC矿化的抑制作用大于无机氮沉降和有机氮沉降。因此,单一形态的氮沉降模拟研究可能低估了大气氮沉降对SOC矿化的抑制作用。另外,添加线虫抑制剂促进了SOC矿化,且添加线虫抑制剂在IN、ON和MN处理中对SOC累积矿化量影响的效应值较CK处理分别增加了0.08%、42.40%和29.0%,该结果表明,土壤线虫对SOC矿化的影响与氮沉降形态有关。相关性分析结果显示,SOC累积矿化量与土壤C∶N、有效磷含量及真菌∶细菌呈显著正相关,与土壤硝态氮含量和革兰氏阳性细菌∶革兰氏阴性细菌比呈显著负相关。因此,在全球变化背景下,氮沉降的增加有利于降低温带森林生态系统土壤碳释放。     

短期氮添加对东灵山三种森林土壤呼吸的影响

为了分析氮沉降对我国温带地区森林土壤碳循环的影响,以北京东灵山的阔叶林(辽东栎林)和针叶林(华北落叶松林和油松林)为研究对象,通过模拟氮沉降的方式(10g N·m-2·a-1,大约5倍于大气氮沉降速率),探讨了不同温带森林土壤呼吸对氮沉降的短期响应。结果表明:短期氮添加降低了阔叶林土壤呼吸速率,而提高了针叶林土壤呼吸速率,但其短期效应未达到显著性水平。不同森林类型间,土壤呼吸速率(P0.001)和生长季土壤呼吸释放总量(P0.001)均存在显著差异,整体表现为:辽东栎林油松林华北落叶松林,土壤温度是引起不同森林类型间土壤呼吸差异的主要因素。温度-水分双因素模型可以较好地模拟野外条件下3种森林类型土壤呼吸与温度和水分间的关系,解释率约为47%~87%。此外,氮添加可以改变土壤呼吸对温度和水分变化的响应:氮添加后在较高温度且较低水分情况下,土壤呼吸速率明显上升,此时土壤呼吸对温度变化更加敏感。实验结果揭示了氮沉降对我国温带地区不同森林类型土壤呼吸的影响,但其复杂的影响机制仍有待进一步研究。     

氮沉降对森林凋落物分解的影响

氮沉降增加作为全球变化的重要现象之一,已经并将继续对森林凋落物分解产生影响.综述了国内外氮沉降对森林凋落物分解影响及其机理的研究现状.氮沉降对凋落物分解的影响可分为直接影响和间接影响.氮沉降通过影响森林地被物组成和凋落物化学成分,间接影响凋落物分解.氮沉降对凋落物分解的直接影响表现为促进、无影响和抑制3种效果.分析了产生以上影响效果的作用机理,介绍了氮沉降对森林凋落物分解影响的研究方法,探讨了目前研究存在的问题,讨论了未来该方面研究的重点和方向.