秦岭不同海拔森林土壤-植物-凋落物化学计量特征对土壤氮组分的影响

为探究不同海拔森林土壤氮组分对土壤-植物-凋落物化学计量特征的响应规律,选取太白山1300～2600 m海拔范围内4种典型森林——锐齿栎林(Quercus aliena var.acuteserrata)、辽东栎林(Quercus liaotungensis)、红桦林(Betula albo-sinensis)、牛皮桦林(Betula albo-sinensis var. septen-trionalis)为研究对象,测定土壤、叶片、凋落物、根的碳(C)、氮(N)、磷(P)及土壤铵态氮、硝态氮、微生物生物量氮,分析不同森林土壤、植物、凋落物的化学计量比值的变化特征及其对氮组分的影响。结果表明:1) 4种森林土壤C、N、P含量的变化范围分别为36.77～59.80、2.91～4.76、0.13～0.80 g·kg-1。C、N含量在不同森林间变化趋势基本一致,均表现为牛皮桦林>红桦林>辽东栎林>锐齿栎林; P含量的变化趋势表现为辽东栎林>牛皮桦林>红桦林>锐齿栎林; 2)锐齿栎林叶片N∶P<14,表明锐齿栎林生长较大程度受N限制;辽东栎林、红桦林、...     

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.     

降水变化和氮沉降影响森林叶根凋落物分解研究进展

全球环境变化通过改变凋落物质量和产量、土壤生物以及非生物因子调控森林凋落物分解,从而对森林生态系统物质和能量循环产生重要的影响。就森林凋落物分解对当前我国面临降水格局变化和大气氮沉降增加的响应进行了回顾和系统的分析,发现降水格局改变如降水减少可能降低凋落物质量从而减缓凋落物分解,而氮沉降增加通常提高凋落物质量从而促进凋落物分解（间接效应）;降水格局改变通过调节土壤含水量和溶解氧含量进而影响微生物参与的分解过程,或通过改变可溶性组分的淋溶量来影响凋落物分解的物理过程,而氮沉降增加主要通过提高外源氮素的有效性从而促进或抑制微生物参与的分解过程（直接效应）。现有研究大多是基于地上凋落物（例如叶凋落物）来理解和量化森林凋落物分解速率与环境因子之间的关系。但目前对降水格局变化及其与大气氮沉降增加的交互作用如何影响森林地上和地下凋落物分解,以及潜在的微生物学机制仍然缺乏统一和清晰的认识。从土壤性质、凋落物质量、微生物群落结构和功能3个方面构建了环境变化对森林地上和地下凋落物分解的概念框架,并进一步阐述未来研究的重点方向：（1）亟需查明地上和地下凋落物分解的驱动机制;（2）探明降水格局变化和氮添加单因子及两因子交互作用对凋落物分解和养分释放的影响及其生物化学调控机理;（3）阐明微生物群落结构和功能对降水格局变化和氮添加单因子及两因子交互的响应机制。以期为深入探讨全球环境变化对森林凋落物分解的影响,以及环境胁迫下森林土壤"碳库"维持机制的解释提供科学依据。     

模拟氮沉降下去除凋落物对太岳山油松林土壤呼吸的影响

凋落物是土壤呼吸的重要碳源,氮沉降将改变其输入数量和质量,进而影响土壤呼吸。为揭示氮沉降和去除凋落物对土壤呼吸的影响,以太岳山油松林为研究对象,对林地分别作2种凋落物处理:去除凋落物(LR)、对照(CK1),设计4个施氮水平:不施氮(CK2,0 kg N·hm-2·a-1),低氮(LN,50 kg N·hm-2·a-1),中氮(MN,100 kg N·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg N·hm-2·a-1),于2010—2012年生长季测定土壤呼吸速率的动态变化,并分析土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度、土壤微生物生物量C、N的关系。结果表明:随着观测年限的推移,模拟氮沉降对对照处理的土壤呼吸速率、去凋处理的土壤呼吸速率、凋落物层呼吸速率的促进作用逐渐减弱。去除凋落物使土壤呼吸速率降低了29.0%,施氮减小了去除凋落物后土壤呼吸速率的变化幅度。土壤呼吸速率与土壤温度均呈显著指数相关(P0.05),土壤温度解释了土壤呼吸速率变异的37.3%~62.2%,去除凋落物降低了模型决定系数R2;以土壤温度和土壤水分构建的复合关系方程拟合效果均好于单因子模型,土壤温度和水分共同解释了土壤呼吸季节变化的67.6%~85.6%,并且施氮降低了去凋处理的复合模型决定系数R2,而对对照处理没有显著影响。施氮提高了土壤微生物生物量C、N,并且土壤微生物生物量C、N与土壤呼吸速率呈显著正相关(P0.05)。说明氮沉降、凋落物是影响油松林土壤CO2通量的两个重要因子。     

氮沉降对森林土壤磷循环的影响

磷是生物体必需的大量元素之一,也是许多生态系统的主要限制因子。近年来,大气氮沉降日益加剧,已对森林生态系统磷循环产生了不可忽视的影响。关于氮沉降对生态系统磷循环的影响已开展了一系列的研究,然而尚缺少对其整体的认识。因此,通过收集国内外已发表的相关文章,从以下五个方面综述氮沉降对森林生态系统土壤磷循环的影响及其机理:1)阐述了森林生态系统土壤磷循环的概念;2)介绍了氮沉降对森林土壤磷循环影响的研究方法,包括长期定位模拟氮沉降法、自然氮沉降梯度法和同位素示踪法等;3)概述了氮沉降对森林生态系统土壤磷循环的影响。目前的研究结论趋向于认为长期氮沉降使森林土壤磷循环速率加快。长期氮输入易于使土壤中可溶性磷向非活性磷酸盐库迁移而难以被利用。因此,为了满足需求,土壤磷酸酶活性将增加以加速有机磷的矿化,从而加速磷素在土壤-植物-微生物之间的周转。4)探讨了氮沉降影响森林土壤磷循环的机制。氮沉降可通过改变土壤有机质的性质、微生物群落组成、磷酸酶活性以及阳离子的流动性等途径影响森林土壤磷循环;5)指出了当前研究存在的问题及未来的研究方向。     

氮沉降和降雨变化对荒漠草原凋落物分解的影响

以荒漠草原凋落物为研究对象,通过设置自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R) 3种水分处理和0 (N0)、30(N30)、50 (N50)和100 kg hm~(-2) a~(-1)(N100)4种氮素(NH_4NO_3)水平处理,用分解袋法,研究内蒙古短花针茅荒漠草原短花针茅(Stipa breviflora)、冷蒿(Artemisia frigida)、无芒隐子草(Cleistogenes songorica)和木地肤(Kochia prostrata)凋落物分解过程,旨在阐明荒漠草原凋落物分解过程及其对氮沉降和降雨变化的响应特征,为荒漠草原生态系统物质循环过程响应气候变化研究提供基础数据。结果表明:1)经过270 d分解后,短花针茅、冷蒿、木地肤和无芒隐子草干物质残留率分别为69.95%—78.67%、68.89%—79.89%、64.68%—79.23%、66.89%—79.38%,分解速率为木地肤无芒隐子草冷蒿短花针茅。2)氮沉降和降雨对短花针茅和冷蒿凋落物分解速率产生显著影响(P0.05),其交互作用对这两种凋落物分解速率不显著(P0.05)。氮沉降和降雨以及交互作用均对无芒隐子草和木地肤凋落物分解速率产生显著影响(P0.05)。3)单一水分或氮素的添加均提高土壤微生物量碳氮含量,而水氮交互作用下更为显著。4)凋落物分解速率受生物及非生物因子的影响,相关分析表明:冷蒿、无芒隐子草、木地肤与土壤微生物量碳呈极显著正相关(P0.01);冷蒿、木地肤、短花针茅与土壤微生物量氮呈极显著正相关(P0.01);木地肤和短花针茅与土壤含水量呈极显著正相关(P0.01);冷蒿、木地肤、短花针茅与地上生物量呈极显著正相关(P0.01)。     

古尔班通古特沙漠土壤酶活性和微生物量氮对模拟氮沉降的响应

本文以新疆古尔班通古特沙漠为研究区,原位设定0 (N0)、0.5 (N0.5)、1.0 (N1)、3.0 (N3)、6.0 (N6)和24.0 (N24) g N m?2 a-1 6个模拟施氮浓度,研究氮沉降对土壤酶活性和微生物量N的影响。结果表明：不同浓度的氮增加未改变土壤酶活性和微生物量N原有的垂直分布格局,0 ~ 5 cm土层土壤多酚氧化酶和过氧化物酶活性分别比5 ~ 10 cm土层低11.5 ~ 29.1%和1.4 ~ 14.2%,而该土层的蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性和微生物量N则分别比5 ~ 10 cm土层高4.3 ~ 98.1%、45.3 ~ 119.0%、76.1 ~ 138.1%和77.5 ~ 162.3%。氮增加后,0 ~ 5 cm土层的土壤酶活性和微生物量N比5 ~ 10 cm土层受影响更大。低氮和中氮(N0.5～N3)增加对0 ~ 5 cm土层氧化酶活性影响较小,各处理间差异不显著;高氮(N6,N24)对该层氧化酶活性有明显抑制作用。与对照相比,N24处理下土壤多酚氧化物活性和过氧化物酶活性分别降低了22.4%和12.1%;5 ~ 10 cm土层氧化酶活性对氮增加响应不敏感,各施氮量之间差异不显著;两层土壤的蔗糖酶和碱性磷酸酶活性随氮的增加具有先增加再减少的趋势,而两层土壤的脲酶活性和土壤微生物量N随着施氮量增加分别降低和增加;随着土壤酶活性变化,土壤有效氮和微生物量N增加,有效磷先增加后减少。这些响应表明,氮增加可以改变该荒漠土壤系统的土壤酶活性和微生物量并影响土壤相关营养元素循环。     

短期氮沉降改变毛竹林凋落物和土壤有机质化学组成

为了探究短期氮沉降对凋落物和土壤有机质化学组成的影响,以亚热带毛竹林为对象,于2020年7月—2022年1月设置氮沉降增加(施氮量50 kg N·hm^-2·a^-1)处理,利用热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)技术,对毛竹林毛竹叶/根凋落物和土壤的有机质化学组分进行了分析。结果表明：与对照相比,短期氮沉降处理土壤有机质中酚类的相对含量显著增加了50.9%,而脂肪酸的相对含量显著减少了26.3%;叶凋落物中烷烯烃和木质素的相对含量显著增加了51.9%和33.5%,酚类和多糖的相对含量显著减少了52.2%和56.3%;根凋落物中多杂环芳香烃的相对含量显著减少了16.6%。土壤有机质中脂肪酸的相对含量与叶凋落物中多糖的相对含量呈显著正相关;土壤有机质中酚类的相对含量与叶凋落物中木质素的相对含量呈显著正相关,与多糖的相对含量呈显著负相关。短期氮沉降对毛竹林毛竹叶/根凋落物和土壤的总有机碳、总氮和碳氮比均无显著影响,但是会显著改变三者的有机质化学组成;另外,短期氮沉降下土壤有机质化学组成的变化受叶凋落物有机质化学组成的影响。     

氮沉降与降雨变化下中小型土壤动物对凋落物分解的影响

土壤动物是凋落物分解、养分转化过程的重要调节者,全球变化驱动的氮沉降与降雨变化通过改变其分解环境和土壤动物群落结构,进而影响凋落物分解进程.为了探究中小型土壤动物对凋落物分解的贡献受氮沉降和降雨变化的影响,本研究利用不同网孔(2 mm和0.01 mm)的凋落物分解网袋法,以建群种短花针茅为研究对象进行野外分解试验.试验...     

杉木人工林凋落物分解对氮沉降的响应

凋落物分解是陆地生态系统养分循环的关键过程,是全球碳（C）收支的一个重要主要组成部分,正受到全球大气氮（N）沉降的深刻影响。探讨大气氮沉降条件下森林凋落物的分解,有利于揭示森林生态系统C平衡和养分循环对全球变化的响应。选择福建沙县官庄林场1992年栽种的杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林为研究对象,自2004年开始野外模拟氮沉降试验,至今12年。氮沉降处理分4个水平,N0、N1、N2和N3分别为0、60、120、240 kg N hm^-2 a^-1。2015年12月开展分解袋试验,对经过氮沉降处理12年的凋落物（叶、枝、果）进行模拟原位分解,每3个月收回一次分解袋样品,为期2年,同时测定凋落物干物质残留量及其C、N和磷（P）含量。结果表明,经2年分解后,氮沉降条件下凋落物叶、枝和果的干物质残留率平均值分别为27.68%、47.02%和43.18%,说明分解速率大小依次为叶 > 果 > 枝。凋落物叶、枝和果的分解系数平均为0.588、0.389和0.455,周转期（分解95%年限）分别为4-5年、6-8年和5-7年。低-中氮处理（N1和N2）均促进凋落物叶、枝和果的分解,以N1的效果更明显,而N3起到抑制作用。N1处理的凋落物叶、枝和果的周转期分别为：4.50年、6.09年和5.85年,N2处理的分别为4.95年、8.16年和6.19年。模拟氮沉降在一定程度上增加了凋落物叶、枝和果分解过程中的N和P含量,但降低了C含量。凋落物叶、枝和果分解过程中C元素呈现释放-富集-释放模式,N和P元素呈现释放与富集交替,除枝的N元素外,其他均表现为释放量大于富集量。     

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2.38～3.68mg·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.     

黄土丘陵区刺槐、辽东栎林地土壤碳、氮、磷生态化学计量特征

黄土高原中部的丘陵沟壑区位于半湿润、半干旱气候带,生态环境脆弱,水土流失严重,植被恢复是该地区水土保持与生态重建的重要措施。辽东栎天然次生林和刺槐人工林是该地区典型的森林植被类型。以黄土丘陵森林分布区边缘的两种主要森林类型为对象,通过采集林地不同深度土壤样品,对比分析两种林地土壤中碳、氮、磷含量的计量关系及垂直分布特征,旨在探明该区域土壤化学计量特征及主要影响因素。结果表明:(1)在两种林地类型中,土壤有机碳与全碳含量呈正相关关系,两种林地可用同一曲线进行拟合,说明特定土壤类型在同一区域其有机碳和无机碳相对含量基本稳定。(2)土壤有机碳与全氮比值在10左右,在不同土层深度无明显变化;而土壤全碳与全氮比值则随土壤深度的增加而增加,超过1 m以后呈现饱和曲线的变化趋势。(3)土壤氮磷比随土壤深度的增加呈幂次型降低。     

氮磷添加对亚热带常绿阔叶林土壤微生物群落特征的影响

为了探讨氮磷添加对土壤微生物特点的影响,选择安徽省池州仙寓山常绿阔叶老龄林,设定了4个水平的氮磷添加试验,即对照(CK,0 kg N/hm~2)、低氮(LN,50 kg N/hm~2)、高氮(HN,100 kg N/hm~2)、高氮+磷(HN+P,100 kg N/hm~2+50 kg P/hm~2)。利用氯仿熏蒸法和Biolog微平板技术,分析不同水平氮磷添加对不同土层(0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm)土壤微生物生物量C(MBC)、N(MBN)和微生物群落功能多样性的影响。结果表明:MBC、MBN随土层加深而降低,且差异性极显著,MBC与MBC/MBN比在氮磷添加后均表现出显著性差异;土壤微生物群落的代谢活性随土层加深而降低,HN与LN处理的土壤微生物活性最高;Mc Intosh、Shannon和Simpson多样性指数在不同土层和不同N、P添加水平上都存在差异,表层土壤微生物多样性指数差异性较为显著。土壤微生物对羧酸类、氨基酸类和碳水类碳源利用率最高;主成分分析显示不同土层的土壤微生物碳源利用上有明显的变化,表层土壤微生物碳源利用在不同N、P添加水平上有明显的空间变异性,其他土层分布较为集中,空间差异性主要表现在对碳水类与羧酸类碳源的利用上。土层与氮、磷添加剂量对土壤微生物生物量C、N及功能多样性都有显著影响,其中高氮处理对表层土壤微生物影响最大。     

凋落物中水溶性有机物和残渣对亚热带森林土壤氮素转化的影响

设置60%和90%WHC两种土壤水分条件,并添加凋落物过滤液、剩余残渣和丙氨酸,进行为期36 d的室内培养(25 ℃),研究了凋落物中水溶性有机物和残渣对土壤氮素转化的影响.结果表明: 在60%和90%WHC条件下,丙氨酸在土壤中迅速矿化,该处理的土壤铵态氮(NH₄⁺-N)含量分别比对照显著提高5.4%～44.7%和16.1%～41.3%,净氮矿化和氨化速率在培养前期也高于对照,而凋落物过滤液和残渣添加处理则降低了土壤NH₄⁺-N含量,且残渣的降幅大于过滤液.试验期间,土壤硝态氮(NO₃^--N)含量呈直线增长趋势,培养结束时60%WHC条件下NO₃^--N含量显著高于90%WHC.土壤水分含量增多不利于土壤有机质的矿化;90%WHC条件下可溶性有机碳(SOC)含量明显低于60%WHC,而土壤氧化亚氮(N₂O)排放量比60%WHC提高1.5～63.0倍,且在60%WHC条件下凋落物残渣添加处理显著促进了土壤N₂O的排放.凋落物在分解过程中的可溶性物质和剩余物对土壤氮的影响存在差异,且这种差异随分解而发生动态变化.     

亚热带次级森林演替过程中模拟氮磷沉降对土壤微生物生物量及土壤养分的影响

氮（N）沉降深刻影响着森林生态系统的生物多样性、生产力和稳定性。亚热带地区森林土壤磷（P）的有效性较低,N沉降将更突显P的限制作用。N、P输入对亚热带次级森林土壤的影响是否依赖于森林演替阶段知之甚少。选取两种不同演替年龄阶段（年轻林：<40 a;老年林：>85 a）的亚热带常绿阔叶林,设置模拟N和/或P沉降（10 g m^-2 a^-1）4个处理（Ctrl、N、P、NP）,连续处理4.5年后采集表层、次表层和下底层（0-15、15-30、30-60 cm）土壤样品,综合分析了土壤微生物生物量碳（MBC）氮（MBN）和多种土壤养分含量。结果表明,MBC、MBN及土壤养分含量均随土壤深度增加而降低。N添加对两种演替阶段森林土壤中MBC和MBN均无显著影响。施P相关处理（P和NP）对年轻林表层土壤MBC和MBN无显著影响,但显著增加了老年林表层土壤MBC和MBN（P<0.05）,表明老年林可能比年轻林更易受P限制。N添加显著增加了两种演替森林表层土壤可溶性有机氮（DON）、氨态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^--N）的含量（P<0.05）;P相关处理（P和NP）显著增加两种演替阶段表层和次表层土壤速效磷（AP）以及表层土壤全磷（TP）的含量（P<0.05）。土壤MBC和MBN与土壤中各养分指标（可溶性有机碳DOC、DON、NH₄⁺-N、NO₃^--N、AP、全碳TC、全氮TN和TP）呈显著正相关关系,土壤TC、TN和DOC是影响土壤微生物生物量的主要因子。研究可为评估和揭示未来全球环境变化背景下不同演替林龄亚热带森林的土肥潜力及土壤质量的演变提供一定的科学理论依据。     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程微生物生物量的影响

为进一步深化氮沉降对凋落物分解影响的研究,2016年3月—2017年3月,在华西雨屏区天然常绿阔叶林内,用凋落叶分解袋法研究了模拟氮沉降对凋落叶分解过程中微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)的影响。实验设置了对照(0 g N m~(-2)a~(-1))、低氮(5 g N m~(-2)a~(-1))、中氮(15 g Nm~(-2)a~(-1))和高氮沉降(30 g N m~(-2)a~(-1)) 4个处理。结果表明:低氮和中氮处理显著增加了凋落叶分解过程中的MBC和MBN,以低氮处理增加幅度最高;低氮和中氮处理对凋落叶分解过程中的MBP影响不显著;高氮处理显著降低了分解过程中的MBC、MBN和MBP。随模拟氮沉降量的递增,凋落叶分解过程中微生物生物量碳氮比逐渐减少,微生物生物量碳磷比呈现先增加后下降的趋势。研究结果说明,氮沉降影响了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物分解过程中微生物生物量,进而改变了凋落物的分解过程。     

黄土区六种植物凋落物与不同形态氮素对土壤微生物量碳氮含量的影响

黄土高原丘陵沟壑区进行的以退耕还林还草为主的生态环境建设,使得进入土壤生态系统有机物的种类及数量发生变化,其对土壤微生物量碳、氮的影响是值得关注的问题。采用室内培养法研究了采自该区6种不同植物凋落物（碳氮比在15.1-50.7之间）及其与不同形态氮素（NH+4-N及NO-3-N）配合对土壤微生物量碳、氮及矿质态氮含量的影响。结果表明,加入不同凋落物均显著提高了土壤微生物量碳、氮含量,其中加入柠条、沙打旺等碳氮比低的凋落物在培养的一段时期内土壤微生物量碳、氮均高于碳氮比高的凋落物（刺槐、沙柳和长芒草）。在加入凋落物再施用NH+4或NO-3,也提高了土壤微生物量碳、氮含量,其中铵态氮处理土壤微生物量碳、氮含量的增加达显著水平,说明微生物更易利用铵态氮。加入C/N高的凋落物后土壤中的矿质氮发生固持,矿质态氮固持量与凋落物的C/N比呈显著的正相关关系。建议在黄土高原丘陵沟壑区植被恢复过程中,有必要考虑不同植物凋落物的碳、氮养分含量及转化特性,以协调土壤碳、氮转化过程。     

氮沉降对森林生态系统土壤碳库的影响

森林土壤碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,对维持全球碳平衡具有重要意义。不断加剧的全球氮沉降有可能改变森林生态系统中碳元素的地球化学循环过程,从而引起森林土壤碳储量的变化。本文从森林土壤碳收支的角度,将氮沉降对森林生态系统土壤碳库影响的复杂过程划分为凋落物分解、细根周转、土壤呼吸和土壤可溶性有机碳淋失4个相对独立的过程。综合国内外研究现状,对其进行了简要评述,指出了目前研究的不足,并探讨了这一研究领域的发展方向。