雪被斑块对川西亚高山冷杉林土壤氮转化酶活性的影响

在2012和2013年冬季雪被形成的3个关键时期(雪被形成期、稳定期和消融期),测定川西亚高山岷江冷杉林3类雪被斑块(厚雪被斑块、中厚度雪被斑块和浅雪被斑块)土壤有机层和矿质土壤层的脲酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性特征.结果表明:整个冬季,厚雪被斑块土壤温度比中厚度雪被斑块和浅雪被斑块土壤温度分别增加46.2%和26.2%,浅雪被斑块的3种土壤氮转化酶活性是厚雪被斑块的0.8~3.9倍.在雪被形成期和消融期,浅雪被斑块显著增加了土壤有机层和矿质土壤层3种氮转化酶活性;而在雪被稳定期,中厚度雪被斑块或厚雪被斑块土壤具有较高的氮转化酶活性,但与浅雪被斑块的土壤氮转化酶活性差异均不显著;整个冬季,雪被对土壤氮转化酶活性的影响与采样时期、土壤层次和酶种类有关;3种土壤氮转化酶活性在整个冬季均具有明显动态变化;土壤有机层的氮转化酶活性显著高于矿质土壤层;脲酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性与温度、水分密切相关.短期内气候变暖情景下冬季雪被减少可能提高土壤氮转化酶活性,进而加速了亚高山森林冬季土壤氮转化过程.     

雪被斑块对川西亚高山两个森林群落冬季土壤氮转化的影响

为了解气候变暖情景下雪况变化对高寒森林冬季土壤氮转化的影响,测定了川西亚高山冷杉(Abies faxoniana)+红桦(Betula albo-sinensis)混交林(MF)和冷杉次生林(SF)三类雪被斑块(浅雪被、中厚度雪被和厚雪被)内冬季土壤氮矿化特征。结果表明:经过一个冬季(2011-2012),两个森林群落土壤净氮氨化量都为负值,净氮硝化量都为正值,且净氮硝化量显著高于净氮氨化量;冬季土壤氮氨化、硝化、矿化和固持量都是中度雪被厚度最高,但各雪被斑块之间都未达到显著水平。各雪被斑块下,冷杉次生林土壤氮矿化参数都显著高于针阔混交林,但雪被斑块和林型交互作用对冬季土壤氮矿化无显著影响。这表明,该区冬季土壤氮矿化以硝化过程为主,硝化和氨化过程可能受不同微生物群落调控;短时期内,未来气候变化所导致的雪被减少对该区森林冬季土壤氮转化影响可能不明显。     

雪被去除对川西高山冷杉林冬季土壤水解酶活性的影响

为了解气候变暖情景下雪被减少对土壤水解酶活性的影响,采用人工遮雪的方法,研究了雪被去除对川西高山原始冷杉林(Abies faxoniana)冬季有机层和矿质层土壤转化酶、脲酶和磷酸酶活性的影响。结果表明,雪被去除显著降低了雪被形成初期至雪被融化后土壤脲酶和中性磷酸酶的活性。受土壤温度和冻融交替的影响,土壤转化酶、酸性和碱性磷酸酶活性在雪被形成初期和雪被融化后期有所提高,但不同土层的土壤酶对雪被去除的响应存在差异。雪被处理、土壤层次和采样时间及其交互作用显著影响了土壤酶的活性。此外,川西高山冷杉林有机层土壤转化酶与土壤温度和冻融循环次数呈极显著相关关系,土壤脲酶和酸性磷酸酶与土壤温度关系密切,中性磷酸酶受土壤冻融循环影响较大,而碱性磷酸酶与土壤温度和冻融循环的关系不明显。这些结果表明,未来气候变暖所引起的雪被减少及冻融变化将改变土壤酶活性特征,进而影响到与C、N和P相关的土壤生物化学过程。     

雪被去除对川西高山冷杉林冬季土壤微生物生物量碳氮和可培养微生物数量的影响

为了解气候变暖情景下雪被减少对冬季土壤微生物特征的影响,采用人工遮雪的方法,研究了雪被去除对原始冷杉林土壤微生物生物量和可培养微生物数量的影响.结果表明:雪被去除显著影响土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)以及可培养细菌和真菌数量,但土壤微生物在雪被覆盖不同阶段具有不同的响应特征.在雪被去除处理下,土壤有机层MBC和MBN在雪被形成初期和雪被融化前期显著降低,而在雪被覆盖期和雪被融化后期显著增加;在雪被形成初期至雪被覆盖期,可培养细菌数量都显著降低,但可培养真菌数量都显著增加.雪被融化后,雪被去除显著降低土壤有机层MBC和可培养真菌数量,显著增加可培养细菌数量,对MBN无显著影响.矿质土壤层MBC、MBN和可培养微生物数量在雪被去除下的变化趋势与土壤有机层基本一致,但波动较小.雪被去除还改变了川西高山冷杉林冬季土壤微生物类群比,提高了土壤可培养真菌数量的冬季优势.     

温度对川西亚高山3种森林土壤氮矿化的影响

川西亚高山森林群落土壤氮循环对全球气候变化非常敏感。采用室内培养法,研究川西3个森林群落(天然针叶林、云杉人工林和桦木次生林)土壤有机层和矿质土壤层无机氮含量在两个培养温度(20℃和10℃)下4周内动态变化。结果表明:培养4周后,在20℃培养条件下天然针叶林、云杉人工林和桦木次生林硝态氮含量比在10℃培养条件下分别高出104.32%、52.11%和25.57%;而铵态氮含量仅高出10.18%、24.06%和44.82%。有机层土壤氨化速率、硝化速率和净氮矿化速率大多表现为20℃显著高于10℃;相反,温度对矿质土壤层氮转化速率影响大多不显著。此外,天然林土壤净氨化速率、硝化速率和净氮矿化速率均高于桦木次生林和云杉人工林。实验期间,3个森林群落土壤净硝化速率20℃比10℃高79.03%—128.89%,而净氨化速率仅高37.81%—63.33%。综上所述,温度变化对川西亚高山森林土壤氮矿化具有显著影响,而温度效应因森林类型、土壤层次和氮形态而不同。与矿质土壤层相比,土壤有机层氮矿化对温度变化更为敏感。     

川西亚高山云杉林冬季土壤呼吸对雪被去除的短期响应

季节性雪被是高寒森林冬季土壤呼吸的重要调控因子,气候变化导致的季节性雪被减少可能对高寒森林冬季土壤呼吸产生显著影响。该研究采用人工去除雪被的方法,研究雪被去除对川西亚高山云杉(Picea asperata)人工林冬季土壤呼吸的影响。结果表明:与对照相比,雪被去除加大了土壤温度波动,使冬季土壤表层和5 cm平均温度分别降低了1.12和0.34℃,冻融循环次数分别增加了39和12次;冬季平均土壤呼吸速率和土壤碳排放通量分别为0.52μmol·m~(–2)·s~(–1)和88.44 g·m~(–2),雪被去除使冬季平均土壤呼吸速率和碳排放通量分别降低了21.02%和25.99%,雪被效应主要发生在雪被初期;冬季土壤呼吸与土壤温度存在显著的指数关系,雪被去除显著降低了冬季土壤呼吸温度敏感性。未来气候变化所引发的季节性雪被减少可能会降低川西亚高山森林冬季土壤碳排放,从而对亚高山森林土壤碳动态产生深远影响。     

黄土丘陵区植被恢复对土壤可溶性氮组分的影响

为探究黄土丘陵地区人工植被恢复对土壤氮素养分累积与有效性的影响,研究分析了植被恢复15年刺槐、柠条、刺槐侧柏混交、刺槐山桃混交以及荒草地土壤可溶性氮组分含量及其垂直分布特征。结果表明,与耕地相比,植被恢复显著提高了0—30 cm土壤可溶性氮组分含量,这也使0—30 cm土壤可溶性氮组分密度显著增加,可溶性有机氮密度增幅表现为柠条(262.2%)刺槐(232.8%)刺槐山桃混交、刺槐侧柏混交(34.5%)荒草地(-21.5%),硝态氮密度整体表现为柠条刺槐刺槐山桃混交荒草地刺槐侧柏混交,增幅为7.9%—182.8%,铵态氮密度以刺槐山桃混交增幅最大(110.3%),荒草地最小为2.6%。可溶性有机氮、硝态氮占全氮的比例以刺槐最高,分别提升了2.4倍和0.6倍,铵态氮占全氮的比例以刺槐山桃混交最高,提升了1.0倍。可溶性氮组分受微生物量碳氮的影响大于有机质和全氮,微生物量氮与可溶性氮组分的相关性优于微生物量碳,硝态氮对土壤有机质、全氮和微生物量碳氮的变化最为敏感。综上,植被恢复能够提高土壤可溶性氮组分含量、密度及其占全氮比例,增加土壤氮的有效性,以刺槐、柠条提升效果最好。     

青藏高原东缘窄叶鲜卑花灌丛生长季土壤无机氮对增温和植物去除的响应

为了揭示气候变暖背景下高寒灌丛土壤氮转化过程, 该文研究了青藏高原东缘窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌丛生长季节土壤硝态氮和铵态氮含量对增温和去除植物的响应。结果表明: 窄叶鲜卑花灌丛土壤硝态氮和铵态氮含量具有明显的季节动态。整个生长季节, 土壤硝态氮含量呈先增加后降低的趋势, 而铵态氮含量均表现为一直增加的趋势。在生长季初期和中期, 各处理土壤硝态氮含量均显著高于铵态氮含量, 而在生长季末期土壤硝态氮含量均显著低于铵态氮含量, 说明该区域土壤氮转化过程在生长季初期和中期以硝化作用为主, 而在生长季末期以氨化作用为主。不同时期土壤硝态氮和铵态氮含量对增温和去除植物的响应不同: 增温对硝态氮的影响主要发生在生长季中期和末期, 且因植物处理的不同而有显著差异, 增温仅在生长季中期使不去除植物样方铵态氮含量显著升高。去除植物对土壤硝态氮的影响仅表现在对照样方(不增温), 去除植物显著提高了生长季初期和中期土壤硝态氮含量, 显著降低了生长季末期土壤硝态氮含量; 同时去除植物显著降低了增温样方生长季中期土壤铵态氮含量。灌丛植被在生长季初期和中期可能主要吸收土壤硝态氮, 其吸收过程不受土壤增温的影响。     

增温和CO2浓度加倍对川西亚高山针叶林土壤可溶性氮的影响

采用全自动微气候控制的"人工模拟气候实验系统"研究了增温和CO2浓度加倍对川西亚高山针叶林土壤硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)、游离氨基酸(FAA)、可溶性有机氮(DON)和可溶性总氮(TSN)的影响。结果表明:1在种植油松苗木组,增温处理显著降低了土壤NO_3~--N含量,不同处理0—15 cm土层NO_3~--N含量均显著小于15—30 cm层;而在未种树组,增温处理显著增加了土壤NO_3~--N含量,0—15 cm土层NO_3~--N含量显著高于15—30 cm层,这表明增温促进了油松苗对NO_3~--N的吸收。2在种植油松苗木组,增温(ET)、增CO_2(EC)及两者的共同作用(ETC)均显著增加了土壤NH_4~+-N、DON和TSN含量;在未种树组,ET显著增加了土壤NH_4~+-N、FAA、DON和TSN含量,EC和ETC对NH_4~+、FAA、DON和TSN含量具有微弱影响或没有显著影响。不同处理0—15cm层土壤NH_4~+-N、FAA、DON和TSN的含量显著大于15—30 cm层。3种植油松苗木组土壤NO_3~--N、NH_4~+-N、FAA、DON和TSN含量均显著低于未种树组,这是由植物对氮素的吸收消耗造成的。研究结果表明,EC、ETC主要通过植物根系作用促进了NH_4~+-N、DON和TSN含量增加,而ET处理通过影响土壤微生物和植物根系来促进NH_4~+-N、FAA、DON和TSN含量的增加。     

增温对湿润亚热带杉木幼林和成熟林土壤无机氮的影响

全球变暖可能加快或抑制森林土壤氮循环,进而影响森林生态系统生产力,而且这种影响随时间的持续而更加复杂。本研究以亚热带杉木幼林和成熟林土壤为对象,通过土壤电缆增温模拟未来气候变化情景,分析土壤无机氮含量对模拟增温的响应。结果表明:经过持续3年的增温试验(4℃),亚热带地区增温显著降低了杉木幼林和成熟林土壤总无机氮和铵态氮含量。其中杉木幼林土壤的降幅更大,其0～10、10～20、20～40、40～60 cm土层土壤铵态氮含量的降幅分别为32.1%、37.1%、20.8%、19.9%。增温导致2种林分土壤可溶性有机氮减少和N₂O排放加快,土壤矿化基质输入减少和气态氮损失增大是土壤中现存无机氮含量减少的原因。杉木幼林土壤矿化基质降幅和气态氮排放升高幅度均比成熟林土壤大,杉木幼林土壤对增温更为敏感。3年的增温造成杉木幼林和成熟林土壤无机氮含量下降,可能对杉木人工林生产力产生不利的影响。     

UV-B辐射对杜英凋落叶化学组成及其分解的影响

采用模拟UV-B辐射增强方法研究了UV-B辐射对中国亚热带常见树种杜英(Elaeocarpus sylvestris)叶片化学组成及其凋落后分解和养分释放的影响。结果表明:增强的UV-B辐射显著增加了杜英凋落叶中的N含量,显著降低了凋落叶中的C、P、K、木质素含量和C∶N、木质素∶N;在分解过程中,对照和UV-B辐射增强处理凋落叶的分解差异不显著,在前10个月的分解过程中均发生了N的富集,且对照凋落叶的N富集程度显著强于UV-B辐射增强处理;2组处理下凋落叶均发生了P和K的释放,但处理间差异不显著。     

Short-term responses of winter soil respiration to snow removal in a Picea asperata forest of western Sichuan

Aims Seasonal snow cover is one of the most important factors that control winter soil respiration in the cold biomes. The warming-induced decreases in snowpack could affect winter soil respiration of subalpine forests. The aim of this study was to explore the effects of snow removal on winter soil respiration in a Picea asperata forest.Methods A snow removal experiment was conducted in a P. asperata forest stand in western Sichuan during the winter of 2015/2016. The snow removal treatment was implemented using wooden roof method. Soil temperatures, snow depth and soil respiration rate were simultaneously measured in plots of snow removal and controls during the experimental period.Important findings Compared to the control, snow removal increased the fluctuations of soil temperatures. The average daily temperature of the soil surface and that at 5 cm depth were 1.12 °C and 0.34 °C lower, respectively, and the numbers of freeze-thaw cycles of the soil surface and that at 5 cm depth were increased by 39 and 12, respectively, in plots of snow removal than in the controls. The average rate of winter soil respiration and CO₂ efflux were 0.52 μmol·m^-2·s^-1 and 88.44 g·m^-2, respectively. On average, snow removal reduced soil respiration rate by 21.02% and CO₂ efflux by 25.99%, respectively. More importantly, the snow effect mainly occurred in the early winter. The winter soil respiration rate had a significant exponential relationship with soil temperature. However, snow removal significantly reduced temperature sensitivity of the winter soil respiration. Our results suggest that seasonal snow reduction associated with climate change could inhibit winter soil respiration in the subalpine forests of western Sichuan, with significant implications for the carbon dynamics of the subalpine forests.     

Comparison of soil nitrogen mineralization and nitrification in a mixed grassland and forested ecosystem in central Taiwan

We used the buried bag incubation method to study temporal patterns of net N mineralization and net nitrification in soils at Ta-Ta-Chia forest in central Taiwan. The site included a grassland zone, (dominant vegetation consists of Yushania niitakayamensis and Miscanthus transmorrisonensis Hayata) and a forest zone (Tsuga chinensis var. formosana and Yushania niitakamensis). In the grassland, soil concentration NH₄ ⁺ in the organic horizon (0.1–0.2 m) ranged from 1.0 to 12.4 mg N kg^–1 soil and that of NO₃ ^– varied from 0.2 to 2.1 mg N kg^–1 soil. In the forest zone, NH₄ ⁺ concentration was between 2.8 and 25.0 mg N kg^–1 soil and NO₃ ^–varied from 0.2 to 1.3 mg N kg^–1 soil. There were lower soil NH₄ ⁺ concentrations during the summer than other seasons. Net N mineralization was higher during the summer while net nitrification rates did not show a distinct seasonal pattern. In the grassland, net N mineralization and net nitrification rates were between –0.1 and 0.24 and from –0.04 to 0.04 mg N kg^–1 soil day^–1, respectively. In the forest zone, net N mineralization rates were between –0.03 and 0.45 mg N kg^–1 soil day^–1 and net nitrification rates were between –0.01 and 0.03 mg N kg^–1 soil day^–1. These differences likely result from differing vegetation communities (C₃ versus C₄ plant type) and soil characteristics.     

冻融循环对川西亚高山森林土壤酶活性的影响

土壤酶活性的研究有助于认识植物-微生物-土壤有机质之间的相互关系,土壤酶的生产遵循"经济法则",冻融循环将会改变生产土壤酶的资源分配,最终影响土壤的有机质分解过程。亚高山森林土壤具有明显的季节性冻融循环,为深入研究亚高山森林冬季土壤生态过程,以川西亚高山针阔混交林、针叶林以及阔叶林土壤为研究对象,通过室内培养研究冻融循环对6种与碳(C)、氮(N)、磷(P)相关土壤酶活性的影响。结果表明,与N和P相关的土壤β-N-乙酰葡萄糖苷酶、磷酸酶活性受冻融循环影响显著,其中,β-N-乙酰葡萄糖苷酶活性在整个冻融处理过程中表现出先升高后降低并趋于平稳的趋势,磷酸酶活性在后期明显增加。与C相关的土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、过氧化物酶、多酚氧化酶在冻融循环过程中没有显著变化。林型对土壤酶活性产生了显著影响。其中,阔叶林的土壤纤维素酶活性显著低于针叶林;阔叶林的土壤过氧化物酶活性显著低于针阔混交林和针叶林;针叶林的土壤磷酸酶活性显著高于针阔混交林和阔叶林。冻融循环和林型的交互作用对土壤酶活性没有显著影响。结果表明,该地区土壤酶活性对冻融循环响应存在差异,气候变化引起的冻融循环将进一步影响川西亚高山森林土...     

Seasonal flooding,nitrogen mineralization and nitrogen utilization in a prairie marsh

Flooding can be an important control of nitrogen (N) biogeochemistry in wetland ecosystems. In North American prairie marshes, spring flooding is a dominant feature of the physical environment that increases emergent plant production and could influence N cycling. I investigated how spring flooding affects N availability and plant N utilization in whitetop (Scolochloa festucacea) marshes in Manitoba, Canada by comparing experimentally spring-flooded marsh inside an impoundment with adjacent nonflooded marsh. The spring-flooded marsh had net N mineralization rates up to 4 times greater than nonflooded marsh. Total growing season net N mineralization was 124 kg N ha^–1 in the spring-flooded marsh compared with 62 kg N ha^–1 in the nonflooded marsh. Summer water level drawdown in the spring-flooded marsh decreased net N mineralization rates. Net nitrification rates increased in the nonflooded marsh following a lowering of the water table during mid summer. Growing season net nitrification was 33 kg N ha^–1 in the nonflooded marsh but < 1 kg N ha^–1 in the spring-flooded marsh. Added NO₃ ^–1 induced nitrate reductase (NRA) activity in whitetop grown in pot culture. Field-collected plants showed higher NRA in the nonflooded marsh. Nitrate comprised 40% of total plant N uptake in the nonflooded marsh but <1% of total N uptake in the spring-flooded marsh. Higher plant N demand caused by higher whitetop production in the spring-flooded marsh approximately balanced greater net N mineralization. A close association between the presence of spring flooding and net N mineralization and net nitrification rates indicated that modifications to prairie marshes that change the pattern of spring inundation will lead to rapid and significant changes in marsh N cycling patterns.     

季节性冻融期间川西亚高山/高山森林土壤净氮矿化特征

气候变暖情景下季节性冻融格局的改变可能显著影响高寒森林土壤氮素矿化过程.本文采用原状土壤移位培养的方法,以海拔梯度形成的温度差异模拟气候变暖,研究了川西亚高山/高山森林在生长季节和季节性冻融期间土壤的净氮矿化量和净氮矿化速率.结果表明： 在川西亚高山/高山森林,土壤铵态氮和硝态氮含量均表现为从生长季节至冻结初期明显下降,完全冻结期明显增加,而在融化初期明显降低的变化过程.季节性冻融期土壤的净氮矿化量和净氮矿化速率显著低于生长季节,并且出现明显的氮素固持现象.与低海拔相比,中海拔森林土壤的氮素固持作用相对较大,高海拔相对较小,可能与不同海拔梯度土壤温度变化及引起的冻融循环密切相关.在生长季节,土壤净氮矿化量和矿化速率均随海拔的降低呈明显增加趋势,尤其在低海拔处土壤的氮素矿化作用最为强烈.在气候变暖背景下,温度的增加明显促进了生长季节土壤氮素矿化,并且通过提高冻融循环频次、缩短冻结时间来影响土壤氮素矿化速率.这一过程可能受到微环境的影响.