稻田与旱地土壤自养微生物同化碳在土壤中的矿化与转化特征

选择亚热带地区3种典型稻田和旱地土壤,应用碳同位素^14C-CO₂标记示踪技术结合室内模拟培养试验,研究自养微生物同化碳(“新碳”)在土壤碳库中的矿化和转化特征.结果表明: 在100 d的培养期内,“新碳”的矿化经历了先上升、10 d后缓慢下降、最后渐趋稳定的3个阶段.“新碳”的矿化比例为8.0%～26.9%,矿化速率为0.01～0.22 μg ¹⁴C·g^-1·d^-1,其中,稻田土壤为0.01～0.22 μg ¹⁴C·g^-1·d^-1,旱地土壤为0.01～0.08 μg ¹⁴C·g^-1·d^-1,而原有有机碳的矿化比例为1.6%～5.7%,矿化速率为1.3～25.66 μg C·g^-1·d^-1.土壤活性碳库\[可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)\]中,¹⁴C-DOC在培养初期(0～10 d)先上升,升高幅度达0.3 mg·kg^-1,10～30 d又迅速下降,下降幅度达0.42 mg·kg^-1,至30 d后缓慢下降.¹⁴C-MBC的波动与¹⁴C-DOC不同,在培养初期(0～10 d)先迅速下降,10～30 d又迅速上升,至40 d后缓慢下降并趋于稳定.水稻土¹⁴C-DOC/DOC的转化更新速率明显大于旱地,而旱地¹⁴C-MBC/MBC的转化更新速率大于水稻土.
     

中亚热带米槠天然林土壤甲烷吸收速率季节变化

以福建省建瓯市万木林自然保护区米槠天然林为对象,定位观测了土壤甲烷吸收速率(V_CH4)的季节变化.结果表明：米槠天然林土壤V_CH4的季节变化表现出夏秋季高于冬春季的趋势,最大值(95.13 μg·m^-2·h^-1)出现在初秋(9月),最小值(9.13 μg·mμg·m^-2·h^-1)出现在初春(3月).土壤全年均为甲烷汇.随土壤温度和含水量的增加, V_CH4分别呈增加和降低趋势,但V_CH4与土壤温度和土壤含水量的相关性均不显著.米槠天然林土壤甲烷年通量为3.93 kg·hm^-2·a^-1,高于全球天然林土壤甲烷年通量的平均水平(2.4 kg·hm^-2·a^-1)和亚洲地区热带天然林土壤甲烷年通量(2.07 kg·hm^-2·a^-1),低于亚洲地区温带天然林的土壤甲烷年通量(8.12 kg·hm^-2·a^-1).     

滴灌水氮耦合对欧美108杨林木生长和土壤氮素的影响

采用地表滴灌技术,田间设计9个水氮耦合处理,以不灌溉不施肥为对照(CK),9个耦合处理由3个灌溉水平(灌溉土壤水势起始阈值为-75、-50、-25 kPa)和3个施N水平(150、300、450 g·tree^-1·a^-1)组合,于2012和2013年2个生长季的滴灌水氮耦合措施后,研究耦合措施对欧美108杨林木胸径、树高和蓄积量的年增量及0～60 cm土层全氮含量的影响.结果表明: 水氮耦合措施可显著促进108杨林木生长并有效提高林地生产力,耦合措施第一年,9个耦合处理中高水高肥处理(土壤水势-25 kPa+施N量450 g·tree^-1·a^-1)使108杨蓄积年增量达到11.54 m³·hm^-2·a^-1,相比CK的8.01 m³·hm^-2·a^-1提高了44.1%,耦合措施第二年,中水高肥处理(土壤水势-50 kPa+施N量450 g·tree^-1·a^-1)使108杨蓄积年增量达到27.85 m³·hm^-2·a^-1,较CK的20.48 m³·hm^-2·a^-1提高36.0%.连续的水氮耦合措施显著提高了林地0～20 cm土层全N含量,耦合措施第一和第二年高水高肥处理各土层全N含量分别比CK高出12.3%～59.4%和71.1%～81.1%.108杨胸径和树高增量与土壤全N含量呈显著正相关,施N水平和水氮交互作用对林木生长和土壤全N含量具有显著的影响,而灌溉水平的影响不显著.综合表明,滴灌水氮耦合措施可通过改善林地土壤肥力,尤其是浅土层全氮含量来有效促进林木生长并提高林地生产力.     

水母旺发的诱因及对海洋环境的影响

水母旺发已成为一种新型海洋生态灾害,使海洋生态系统的结构和功能、海洋生态环境受到严重破坏.本文总结了水母旺发的可能诱因,重点探讨了水母旺发对海水生源要素、溶解氧、酸碱度以及生物群落的影响.结果表明: 水母旺发与其自身生理结构与生活史密切相关,其具有的身体结构简单、生长迅速、繁殖性强、世代间隔时间短及耐不良环境等特点,使其遇合适环境可迅速繁殖.水母旺发的主要直接诱因可能与海水温度变化有关,海水升温可导致水母食物增多,促进水母生殖,尤其对暖温性水母,更易引起水母聚集繁殖,形成旺发.富营养化、气候变化、过渡捕捞、生物入侵、栖息地改变也是水母旺发的重要影响因素.水母旺发可显著影响生源要素的形态和生物地球化学循环,水母排放NH₄⁺和PO₄^3-速率分别为59.1～91.5 μmol N·kg^-1·h^-1和1.1～1.8 μmol P·kg^-1·h^-1,可为浮游植物提供8%～10%和21.6%的N和P,释放溶解有机碳速率为1.0 μmol C·g^-1·d^-1.水母腐烂时总氮和总磷的释放速率可达4000 μmol N·kg^-1·d^-1和120 μmol P·kg^-1·d^-1,溶解有机碳的释放速率为30 μmol C·g^-1·d^-1;水母腐烂可影响水体的酸碱度与溶解氧含量,导致水体严重酸化与缺氧/无氧,pH降幅为1.3,平均耗氧量可达32.8 μmol·kg^-1·h^-1.水母旺发还可引起某些鱼类与浮游动物生物量的减少与重新分布,浮游微生物增加,间接导致浮游植物增加,引起海洋初级生产的异常.
     

21世纪上半叶内蒙古草地植被净初级生产力变化趋势

基于中国气象局国家气候中心新发布的中短期适应气候变化的新情景(RCP4.5)和极端情景(RCP8.5)下的气候预估数据,采用空间化后的CENTURY模型模拟探讨2011－2050年内蒙古草地植被净初级生产力(NPP)的时空变化特征.结果表明: 区域尺度上,未来气候变化情景下内蒙古草地NPP年下降速率分别为0.57 g C·m^-2·a^-1(RCP4.5)、0.89 g C·m^-2·a^-1(RCP8.5);相对于基准时段,RCP4.5情景下内蒙古草地NPP在2020s、2030s、2040s分别下降11.6%、12.0%、18.0%,而RCP8.5情景下降幅分别为23.8%、21.2%、30.1%.不同气候情景下内蒙古草地NPP时空变化特征差异较大,但即使在RCP4.5下未来40年绝大部分草地NPP也将呈现下降趋势,15.6%的草地减产超过20%.这表明未来气候变化情景下内蒙古草地降水略增的态势不足以补偿因温度升高对草地植被初级生产力所产生的负面作用,草地资源的可持续发展将面临更大挑战.     

长白山北坡不同土壤N2O和CH4排放的初步研究

用箱法技术原位测定了长白山北坡不同土壤(苔原土、生草森林土、棕色针叶林土和暗棕色森林土)6-8月间的N₂O和CH₄排放。结果表明,这些土壤既是N₂O的源,又同时是CH₄的汇。N₂O通量变化于6.17-12.33μg·m^-2·h^-3之间(平均9.37μg·m^-2·h^-1),CH₄通量为-85.63—7.58μg·m^-2·h^-1(平均-41.45μg·m^-3·h^-1),并观察到在N₂O排放和CH₄吸收之间有着相互消长关系。实验室培养实验表明,最大反硝化作用活性存在于土壤上层(0-6cm);不同土壤的反硝化作用活性明显不同。山地暗棕色森林土的CH₄吸收作用也主要发生在土壤的上层(0-12cm).     

中国北方草地土壤呼吸的空间变异及成因

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键指标,决定了土壤源二氧化碳(CO₂)进入大气的通量,对预测全球气候变化背景下区域乃至全球碳循环变化具有重要意义.本文通过室内短期培养试验测定了中国北方草地样带土壤样品的呼吸速率,研究了北方草地土壤呼吸的区域尺度格局及其与主要调控因子的关系.结果表明：土壤呼吸速率自西向东随年均降水量(MAP)增加呈逐渐增加的趋势,变化范围为0.35～2.09 μg CO₂C·g^-1·h^-1.其中,MAP<100 mm时,土壤呼吸速率为0.35～0.73 μg CO₂C·g^-1·h^-1;100 mm 2C·g^-1·h^-1;MAP>300 mm时,土壤呼吸速率为0.83～2.10 μg CO₂ C·g^-1·h^-1.土壤呼吸速率与年均降水量、地上生物量、土壤有机碳氮含量呈显著正相关,而与年均温和pH值呈显著负相关.增强回归树分析显示,年均降水量、地上生物量、土壤有机碳含量和土壤有机氮含量分别解释了土壤呼吸总变异的25.5%、23.6%、18.3%和12.5%,而土壤pH和年均温仅解释了10.8%和9.2%.     

模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林细根特性和土壤呼吸的影响

细根在森林生态系统地下碳循环过程中具有核心地位.2007年11月-2009年11月,对华西雨屏区苦竹人工林进行了模拟氮沉降试验.氮沉降水平分别为对照(CK,0 g N·m^-2·a^-1)、低氮(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(15 g N·m^-2·a^-1)和高氮(30 g N·m^-2·a^-1)处理,研究氮沉降对苦竹人工林细根和土壤根际呼吸的影响.结果表明：不同处理氮沉降下,<1 mm和1～2 mm细根特性差异较大,与< 1 mm细根相比,1～2 mm细根的木质素、磷和镁含量更高,而纤维素、钙含量更低;氮沉降显著增加了<2 mm细根生物量,对照、低氮、中氮和高氮处理的细根生物量分别为(533±89)、(630±140)、(632±168)和(820±161) g·m^-2,氮、钾、镁元素含量也明显增加;苦竹林各处理年均土壤呼吸速率分别为(5.85±0.43)、(6.48±0.71)、(6.84±0.57)和(7.62±0.55) t C·hm^-2·a^-1,氮沉降对土壤呼吸有明显的促进作用;苦竹林的年均土壤呼吸速率与<2 mm细根生物量和细根N含量呈极显著线性相关.氮沉降使细根生物量和代谢强度增加,并通过增加微生物活性促进了根际土壤呼吸.     

黄土高原4种植被类型的细根生物量和年生产量

细根(≤2 mm)在陆地生态系统净初级生产力的分配中占有重要地位,在碳循环和水土保持方面具有重要意义. 本文采用土钻法和内生长法,以黄土高原刺槐人工林、落叶灌木、退耕草地和沙蒿群落4种主要植被类型为对象,研究0～40 cm土层细根生物量、垂直分布和细根年生产量. 结果表明： 细根生物量与纬度呈线性负相关. 4种植被类型0～40 cm土层细根生物量的大小顺序为落叶灌木(220 g·m^-2)>刺槐人工林(163 g·m^-2)≈退耕草地(162 g·m^-2)>沙蒿群落(79 g·m^-2). 退耕草地直径≤1 mm细根生物量占直径≤2 mm总细根生物量的74.1%,在4种植被类型中最高;4种植被类型细根生物量随着土层深度的增加而减少,最大值均出现在0～10 cm土层. 退耕草地0～10 cm土层细根生物量占0～40 cm土层总细根生物量的44.1%,显著高于其他3种植被类型;细根年生产量与纬度呈线性负相关. 4种植被类型0～40 cm土层细根年生产量大小顺序为退耕草地(315 g·m^-2·a^-1)>落叶灌木(249 g·m^-2·a^-1)>刺槐人工林(219 g·m^-2·a^-1)>沙蒿群落(115 g·m^-2·a^-1),其中退耕草地显著高于其他3种植被类型. 退耕草地0～10 cm土层细根生产量占0～40 cm土层总细根生产量的40.4%,在4种植被类型中最高. 退耕草地细根周转时间为0.51 a,低于其他3种植被类型.     

光强和氮源及其浓度对缺刻缘绿藻生长、油脂和花生四烯酸积累的影响

对缺刻缘绿藻（Parietochloris incisa（Reisigl） S.Watanabe）在不同光强和氮源及其浓度条件下的生长状况及油脂和花生四烯酸（AA）的积累规律进行了研究。结果显示,缺刻缘绿藻在3种氮源条件下均能较好地生长。在高氮浓度条件下,增大光强能显著提高缺刻缘绿藻的生物量并促进油脂和AA的积累。缺刻缘绿藻在300 μmol·m^-2·s^-1光强、8.8 mmol·L^-1NaNO₃条件下生物量达到最大（4.17 g·L^-1）。油脂含量在100 μmol·m^-2·s^-1光强、1.0 mmol·L^-1氮浓度下达到最高,分别为41.17%（NaNO₃）、42.04%（NH₄HCO₃）和39.96%（CO（NH₂）₂）。AA绝对含量在300 μmol·m^-2·s^-1光强、2.9 mmol·L^-1 NaNO₃条件下达到最高,占细胞干重的16.44%。油脂和AA产率,在300 μmol·m^-2·s^-1光强、以NaNO₃为氮源的条件下达到最大,分别为134.6 mg·L^-1·d^-1（1.0 mmol·L^-1）和35.85 mg·L^-1·d^-1（2.9 mmol·L^-1）。综合考虑成本等因素,选择NH₄HCO₃（5.9 mmol·L^-1）和CO（NH₂）₂（2.9 mmol·L^-1）为氮源、在300 μmol·m^-2·s^-1高光强下培养缺刻缘绿藻进行AA的生产为最优方案。     

模拟氮沉降对华西雨屏区撑绿杂交竹林土壤呼吸的影响

2008年1月至2009年2月,对华西雨屏区撑绿杂交竹（Bambusa pervariabilis × Dendrocala mopsi）人工林进行模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(15 g N·m^-2·a^-1)和高氮(30 g N·m^-2·a^-1),采用红外CO₂分析法测定土壤呼吸速率.结果表明： 杂交竹林土壤呼吸呈明显的季节变化,7月最高,1月最低.对照样方土壤呼吸年累积量为(389±34) g C·m^-2·a^-1.土壤呼吸速率与10 cm土壤温度和气温呈极显著正指数关系,与微生物生物量碳、氮呈极显著正线性关系.模拟氮沉降显著促进了土壤呼吸,低氮、中氮处理与对照之间差异达显著水平,但高氮处理与对照之间差异不显著.自然状态下,杂交竹林土壤表层微生物生物量碳和氮分别为0.460和0.020 mg·g^-1,而所有氮处理中土壤微生物生物量碳和氮均显著增加.杂交竹林土壤表层(0～20 cm)细根密度为388 g·m^-2,模拟氮沉降对杂交竹林细根密度的影响不显著.基于土壤10 cm深度温度和空气温度计算的杂交竹林土壤呼吸Q₁₀值分别为2.66和1.87,短期模拟氮沉降并未显著影响土壤呼吸温度敏感性.杂交竹林土壤呼吸变异主要受温度和微生物生物量的控制,模拟氮沉降可能通过增加土壤微生物生物量促进了该系统土壤CO₂排放.     

几种旱地农作物在农田N2O释放中的作用及环境因素的影响

用封闭箱法原位观测几种旱田N₂O的排放通量,并与裸地N₂O通量比较,评价植物在农田N₂O释放中的作用。田间观测与室内模拟实验结合,考察环境因子对N₂O通量的影响。结果表明1d内大豆田N₂O通量有两个释放高峰,而菠菜田和春小麦田只有1个释放高峰。种植大豆较大地提高了农田N₂O的排放通量。农田裸地为一较弱的N₂O释放源,且在1年的一定时期内表现为大气N₂O的汇。光照变化对植物N₂O通量影响很大,在较弱的光照条件下,植物释放N₂O的通量较高。     

黑竹冲河小裳蜉(Leptophlebia sp.)和蜉蝣(Ephemera sp.)周年生产量

大型底栖动物在河流生态系统中发挥着重要作用。2003年6月至2004年6月间对汉江流域2级河流--黑竹冲河大型底栖动物群落优势种类的生产力进行了为期一周年的调查研究。结果表明,主要优势种小裳蜉(Leptophlebia sp.)和蜉蝣(Ephemera sp.)的生活史均为一年两代,蜉蝣的两个代之间界限比较明显;小裳蜉成虫羽化主要发生在秋季和冬季,而蜉蝣成虫羽化主要发生在夏季和冬季。小裳蜉和蜉蝣种群的生物量和多度均出现两次峰值。采用体长频率法(size-frequencymethod)测算的周年生产量分别为:小裳蜉,38.0362g·m^-2·a^-1,P/B为11.4;蜉蝣,76.0318g·m^-2·a^-1,P/B为11.8。     

陕西省油松林生产力动态及对未来气候变化的响应

本研究利用LPJ-GUESS模型,分析了陕西省油松林在未来时期(2015-2100年)不同气候情景下净初级生产力(NPP)的变化趋势.结果表明: 在未来时期,研究区温度在RCP_2.6、RCP_4.5和RCP_8.5情景下将分别以0.12、0.23和0.54 ℃·10 a^-1的速率显著升高;降水在RCP_2.6和RCP_8.5情景下无显著变化,在RCP_4.5情景下将以14.36 mm·10 a^-1的速率显著增加.与历史时期(1961-1990年)相比,研究区油松林的NPP在未来时期将升高1.6%~29.6%;在RCP_8.5情景下21世纪末期(2071-2100年)油松林NPP将会升高45.4%;不同情景下油松林NPP表现为RCP_8.5＞RCP_4.5＞RCP_2.6.在未来时期,陕北地区油松林NPP在RCP_2.6和RCP_4.5情景下将分别以41.00和21.00 g C·m^-2·10 a^-1的速率下降,该区油松林有变为碳源的可能.     

生活污水慢渗对‘中林2001’杨树人工林生长的影响

采用不同污水水力负荷(每周0、3、6、9、12、15 cm),在‘中林2001’杨树人工林林地进行了污水慢渗试验.结果表明：不同负荷生活污水处理使‘中林2001’杨树人工林土壤平均有机质、全氮、全磷、全钾和Na⁺含量分别比对照(0 cm)增加1.940、0.115、0.029、1.454和0.030 g·kg^-1;在较低水力负荷(3～12 cm)时,杨树平均总生长量增加17.583 t·hm^-2·a^-1,各器官的平均氮、磷、Na⁺含量分别增加3.086、0.645和0.121 g·kg^-1,水力负荷在每周6～12 cm时, 杨树平均总生长量和各器官平均氮、磷、Na⁺含量达到最大值(36.252 t·hm^-2·a^-1、13.162 g·kg^-1、5.137 g·kg^-1、0.361 g·kg^-1),负荷继续升高则有所下降.杨树各器官钾含量随着水力负荷的增加而降低;污水处理使杨树的叶长增加,叶不对称性减少、使林木延迟落叶.当水力负荷＞每周12 cm时,土壤中较高的Na⁺和水分含量将危害杨树生长.适宜‘中林2001’杨树人工林生长的污水水力负荷在每周3～12 cm.