陆地生态系统臭氧通量观测和气孔吸收估算研究进展

近地面大气中臭氧(O3)对植物生长发育和产量会产生不良影响。工业和交通排放的增加使得全球地面O3浓度逐年增加,不断升高的O3浓度已开始影响到我国的粮食产量。O3对植物的影响是由于其进入植物体内发生生化反应所引起的,所以需要建立一种考虑到植物生理生态状况的评估指标来评估O3对植物的影响。其中基于O3通量(特别是植物气孔吸收)的评价指标和方法,被认为比传统的基于O3浓度的评价指标和方法更符合O3对植物的影响机理。介绍了O3对生态系统影响评估方法和评价指标,重点评述了生态系统尺度O3通量观测和气孔吸收估算的主要方法以及在不同生态系统上的研究进展分析了我国关于O3对植物和生态系统影响的研究现状,并对未来的研究工作进行了展望。     

固氮类植物在陆地生态系统中的作用研究进展

固氮类植物是陆地生态系统中的一个重要功能群,它们广泛存在于陆地生态系统中,是陆地生态系统最重要的氮源,大量研究表明,固氮类植物在陆地生态系统中的生态功能表现出明显的复杂性和多样性,对于生态过程有很强的主导性和控制性.通过与固氮微生物形成不同的共生固氮类型,它们可以改善土壤结构和营养组成以及地表微生境,直接影响碳氮磷循环、种子萌发和植株生长、植被演替、凋落物构成及其分解4个关键生态过程,进而提高群落结构复杂性、生物多样性和初级生产力,促进植被恢复和减少水土流失.未来研究中,应该加强对陆地生态系统固氮过程的定量化分析,确定影响共生固氮的主导因子和生态机制从而为陆地系统的生态恢复提供依据.     

陆地生态系统磷素循环及其影响因素

 磷是生命系统的重要组成成分,其在生态系统内的迁移转化是生态系统结构和功能的决定性因素之一。近20年来,磷在陆地生态系统内的重要性受到越来越多的关注。该文总结了国内外磷循环研究的成果,从磷的来源、在土壤中的存在形态和固定特性、影响因素的复杂性等方面分析了磷素循环的特点;系统阐述了磷在陆地生态系统各库之间及其内部,主要是植被-土壤亚系统内的迁移转化规律及影响因素。陆地生态系统磷素循环主要是系统内部的生物化学循环,由植物自身的遗传特性和土壤的生物、理化性质共同控制,不同控制因素的相对重要性因生态系统类型、时间和空间尺度而异。文章简述了磷循环研究方法的发展及存在的局限性;另外,分析了干旱、半干旱地区磷循环研究的重要性和意义;干旱区生态系统的脆弱性及其植被、土壤特性决定了其磷素循环有其自身的特点及研究的必要性。最后指出了当前陆地生态系统磷循环研究的发展趋势。     

陆地生态系统碳源与碳汇及其影响机制研究进展

全球碳循环研究中发现,目前已知碳源与碳汇不能达到平衡。存在一个很大的碳失汇。大气、海洋和陆地生态系统是人工源CO2的3个可能的容纳汇,其中陆地生态系统最复杂、最具不确定性,因此陆地生态系统碳源与碳汇研究是全球碳循环研究的核心问题之一。大气成分监测、CO2通量测定、森林资源清查以及模型模拟等方面的研究都表明,CO2施肥效应、氮沉降增加、污染、全球气候变化以及土地利用变化,是影响陆地生态系统碳储量的主要生态机制,但不确定在过去的10～100年以及未来哪一种机制起最主要的作用。     

陆地生态系统植物功能群研究进展

从植物功能群角度探讨陆地生态系统功能与稳定性维持机理、植物对环境变化的适应与响应以及水分、养分利用效率等成为当前生态系统生态学研究的主要技术路线.植物功能群的提出和研究,为研究复杂的生态系统提供了一个良好的方法和途径.综述了陆地生态系统功能群方面的最新研究进展,介绍了植物功能群定义的发展历程,详细比较了植物功能群划分的依据及方法,对于植物功能群与群落稳定性之间的关系、植物功能群对群落生产力的影响以及植物功能群与环境因子的动态关系等进行了深入讨论.这些研究资料表明,植物功能群整合了功能及对环境响应相似的一类植物,但植物功能特征不是绝对的、单一的,所以对植物功能群就会有不同的理解,会有不同的定义及划分方法.许多研究者从不同的角度、尺度来对植物功能群进行研究,这些研究结果有不同的针对方向和目的,使人们可以从不同的角度更全面的理解复杂的陆地生态系统.学者们在研究生态系统时,或多或少地总要与植物功能群相联系,这大大拓宽了植物功能群的应用范围.所有前人的研究使植物功能群的概念、划分、方向、应用等诸方面越来越清晰.这要求应有一个规范、统一、明确的植物功能群研究方案,这样能使对植物功能群的研究更加深入,能整合全球所有植物功能群的相关研究.     

稻田生态系统氮素吸收功能及其经济价值

稻田生态系统中水稻植株吸收土壤中氮素并转化为秸秆中的氮素以及籽粒中的蛋白质和氨基酸的过程是稻田氮素转化的主要过程。在2003年上海市郊五四农场田间试验数据的基础上,研究了稻田生态系统氮素吸收功能及其形成过程,然后运用替代价格法估算了稻田氮素吸收经济价值,同时还对不同地区、施氮水平和作物的氮素吸收物理量和价值量进行了对比。结果表明,稻田植株地上部分氮素累积吸收量在拔节期至抽穗期之间增长最快,抽穗期至成熟期增加减缓,而在收获前有所下降。稻田植株氮素吸收经济价值随生育期不断提高,到成熟期显著增加。施加氮肥对水稻氮素吸收物理量及其价值量都具有促进作用。就不同作物而言,水稻氮素吸收转化量及其经济价值高于小麦和油菜。几乎所有作物籽粒氮素吸收量及其经济价值都高于秸秆。     

大尺度陆地生态系统动态变化与空间变异的过程模型及模拟系统

当代生态系统科学研究更加关注区域生态环境及生态系统状态变化的监测、评估、预测、预警及生态环境可持续管理.在深入理解陆地生态系统的要素、过程、功能、格局及其相互作用机理基础上,发展生态系统定量化描述方法和数值模拟技术,集成构建大陆尺度的多过程耦合-多技术集成-多目标应用的陆地生态系统数值模拟器已成为生态系统与全球变化...     

陆地生态系统碳密度格局研究概述

 准确了解陆地生态系统中碳密度的时空格局及其影响因子和作用机制,对于估算和预测不同类型生态系统中的植被和土壤的碳存储能力、判定碳汇、制定缓解全球变化的合理政策措施,具有重要意义。该文综述了现有研究中发现的世界陆地生态系统碳密度空间分布的地带性规律及中国陆地生态系统碳密度格局的独特特点。在全球尺度上,植被碳密度分布与植物生物量格局基本一致,除北方森林外其余大部分随纬度升高而减小;土壤碳密度则随纬度升高而增大。陆地生态系统中北方森林和热带森林的总体碳密度最高,不同的是,前者的碳主要集中在土壤中,而后者则集中在植被中。但在区域尺度上,由于气候、地形及人类活动影响,这种规律性可能会发生变化甚至不起作用。水热条件、土壤养分、生物多样性、气候和大气CO2浓度的变化以及土地利用与覆盖变化等是碳密度空间格局形成和发生变化的驱动因子。在某一特定区域,它们通过直接或间接提高植被净初级生产力,抑制呼吸和分解作用来增加陆地生态系统碳密度。综合分析特定时空条件下各因子对碳存储量的影响是解释碳密度分布现状,预测碳密度格局变化的关键,但目前的研究对各项驱动因子的作用机制、影响强度及多个因子间的相互作用仍不是很清楚,需要加强该方面的研究力度。碳密度研究中的数据获取、机理分析和过程模拟等方面仍存在很大的不确定性,因此有必要建立规范统一的碳密度测量估算系统和更为精准有效的估算模型,进行多尺度、多精度水平的综合研究。     

城市污泥应用于陆地生态系统研究进展

随着城市化进程加快和人口剧增,城市污泥已成为世界许多城市面临的主要环境问题之一,且不合理的管理可引发严重的环境污染.城市污泥含有大量、微量元素和有机质,可能对土壤及其生产力有利,特别对退化土壤能进行有机修复,并改善土壤理化特性,譬如土壤结构和营养含量.目前,污泥作为一种有机肥料已成为普遍措施.但来自工业及生活污水的污泥常含有重金属、病原物及有毒有机物等,潜在的毒性可能对生态系统构成危险,因此必须经过污泥预处理才可安全施用.评述了近年来国内外污泥应用于陆地生态系统4个方面的主要研究进展:(1)污泥处理与处置方法;(2)污泥应用于农田、草地及森林生态系统;(3)污泥对土壤生态系统的影响,包括污泥对土壤理化性质、土壤酶及微生物的影响;(4)污泥应用的环境效应.提出未来我国污泥处置及利用需要重视的研究领域和方向.     

菌根真菌在陆地生态系统中的作用

对菌根真菌在陆地生态系统中与植物共生、固定土壤中的营养元素及水分、作为动物的食物以及影响植物群落的演替和区系组成以及调节生态系统中的资源配置、维持系统的物种多样性等方面的生态作用进行了讨论。     

陆地生态系统可溶性有机氮研究进展

可溶性有机氮(dissolved organic nitrogen DON)的流动是陆地生态系统氮循环的重要组成部分。本文就陆地生态系统DON的来源、组成、性质;森林生态系统DON的流动、季节动态以及DON在氮循环中的地位等方面作了概括和探讨。今后的陆地生态系统DON的研究应该集中在以下几个方面：确定陆地生态系统中DON的各分室DON的浓度、流量;DON的源与汇问题;量化不同生态系统中DON库的大小和组成;研究DON在氮的矿化、微生物的固持、以及植物吸收等氮循环过程中的地位;对比研究DON与DOC(dissolved organic carbon)的动态差别;探讨DON与植物营养和碳积累的关系等。     

植物对有机氮源的利用及其在自然生态系统中的意义

近来大量实验研究表明,许多植物能够在不经矿化的情况下直接吸收、利用环境介质中的生物有机氮,尤其氨基酸类。而且,有些植物利用氨基酸的效率可以与矿质氮源(NH4 、NO3)相当或更高。自然界植物赖以生存的土壤生境中同时存在多种有机氮和矿质氮养分,这是导致植物(至少部分植物)进化产生利用各种不同氮源能力的环境驱动力。土壤中的游离氨基酸尽管含量不高,但其周转快、通量大,理论上可远大于植物的氮需求。尽管植物在与土壤微生物的有机氮源竞争中处于根本性劣势,但土壤中氨基酸的巨大潜在通量和植物相对于微生物的生命周期仍可使植物在长期竞争中获取数量可观的氮。基于植物根对氨基酸的吸收能力、土壤中游离氨基酸库的大小和通量、植物与土壤微生物对氨基酸氮源的竞争以及有关的原位实验结果,近来许多研究者都认为植物有机氮营养在多种生态系统中是重要或潜在重要的。尤其是在一些极地、高山、亚高山、北方针叶林或泰加林生态系统中,由于低温等因素限制有机氮矿化,土壤氨基酸浓度常超过矿质氮(NH4 、NO3-)浓度,氨基酸可能代表着植物的一个主要氮源。认识到现实生态系统中植物对有机氮源利用的重要性意味着传统的矿质营养观念的更新,这将在很大程度上改变人们对某些重要生态过程的理解,并导致对若干生态学中心问题的再认识。研究以森林生态系统为例,阐述了我国开展该领域研究的科学意义和基本框架。     

Nitrogen addition promotes terrestrial plants to allocate more biomass to aboveground organs: A global meta-analysis

A significant increase in reactive nitrogen (N) added to terrestrial ecosystems through agricultural fertilization or atmospheric deposition is considered to be one of the most widespread drivers of global change. Modifying biomass allocation is one primary strategy for maximizing plant growth rate, survival, and adaptability to various biotic and abiotic stresses. However, there is much uncertainty as to whether and how plant biomass allocation strategies change in response to increased N inputs in terrestrial ecosystems. Here, we synthesized 3516 paired observations of plant biomass and their components related to N additions across terrestrial ecosystems worldwide. Our meta-analysis reveals that N addition (ranging from 1.08 to 113.81 g m⁻² year⁻¹) increased terrestrial plant biomass by 55.6% on average. N addition has increased plant stem mass fraction, shoot mass fraction, and leaf mass fraction by 13.8%, 12.9%, and 13.4%, respectively, but with an associated decrease in plant reproductive mass (including flower and fruit biomass) fraction by 3.4%. We further documented a reduction in plant root-shoot ratio and root mass fraction by 27% (21.8%–32.1%) and 14.7% (11.6%–17.8%), respectively, in response to N addition. Meta-regression results showed that N addition effects on plant biomass were positively correlated with mean annual temperature, soil available phosphorus, soil total potassium, specific leaf area, and leaf area per plant. Nevertheless, they were negatively correlated with soil total N, leaf carbon/N ratio, leaf carbon and N content per leaf area, as well as the amount and duration of N addition. In summary, our meta-analysis suggests that N addition may alter terrestrial plant biomass allocation strategies, leading to more biomass being allocated to aboveground organs than belowground organs and growth versus reproductive trade-offs. At the global scale, leaf functional traits may dictate how plant species change their biomass allocation pattern in response to N addition.     

氮添加对中国陆地植被地上-地下生物量分配的影响

大气氮沉降水平持续升高导致的外源氮输入增加,强烈影响了陆地生态系统的碳循环。目前,已有大量报道证实了氮沉降升高对全球陆地植被固碳的积极影响。虽然之前大部分研究将这一结果归因于光合作用增强导致的地上生物量增加,但最近的研究发现长期氮添加对植物地下根系的影响也同样重要。归纳整理了181篇公开发表的我国野外模拟氮沉降试验结果,采用整合分析(Meta-analysis)方法,定量评估了氮添加对我国陆地植被地上-地下生物量分配的影响特征和不同生态系统类型及施氮方式之间的影响差异。通过分析地上-地下生物量分配对氮添加的响应差异来探究植被碳增益对长期大气氮沉降增加的潜在响应机制。结果表明,氮添加显著增强了我国陆地植被的光合作用及碳固存,且植物碳增益在不同生态系统类型及施氮制度间有所差异。植物叶片的氮含量显著增加,使得叶片碳氮比及凋落物碳氮比显著降低,但并未显著影响细根的碳氮比。氮添加总体上显著提高了植物的净光合速率,但降低了光合利用效率。地上生物量,凋落物产量和根生物量平均分别显著增加了38%,17%和18%,总体上植物地上部分对氮添加的响应程度比地下部分更高。然而,不同生态系统类型的地上-地下生物...     

荒漠木本植物种子萌发研究进展

总结了荒漠木本植物种子萌发研究方法、影响种子萌发的自身因素和外部生态因子.荒漠木本植物种子萌发研究方法大多局限于室内培养箱和气候室模拟发芽法.种子休眠是影响种子萌发的重要生理因素;荒漠木本植物种子大小、质量和色泽与种子成熟度及活力密切相关;种皮通透性差是种子萌发的重要障碍,一般通过磨砺、削切、预冷、化学试剂处理等降低或消除其影响;种子含水量与贮藏寿命和吸胀力密切相关.适宜温度是荒漠木本植物种子萌发的先决条件,变温促进萌发;水分是种子萌发的制约条件;光照并非是大多数荒漠木本植物种子萌发的必要条件;沙埋通过综合调控光、温和水而影响种子萌发;盐分胁迫显著抑制种子萌发.随着研究不断深入,应加强多因素影响及机理方面的研究.     

Impacts of elevated carbon dioxide concentration on terrestrial ecosystems: problems and prospective

理解生态系统对过去、现在和未来CO₂浓度变化的响应,对于在生态进化的时间尺度上认识和预测全球变化的后果至关重要。过去三十多年来CO₂浓度升高相关的科学问题主要集中在对植物生长和生产力的影响, 碳氮周转, 生态系统渐进式氮限制(PNL)形成, 与其他胁迫因子(O₃污染、氮沉降、升温、干旱)之间的交互作用等方面。尽管生态学家在数据累积、基础理论上取得了一定进展, 但是仍然存在较大不确定性和大量未知有待解决。该文探究了近30年来CO₂浓度升高对陆地生态系统影响研究的国际研究进展、重点领域及热点, 回顾了CO₂浓度升高对植物影响的模拟实验研究发展, 重点论述了CO₂浓度升高对粮食产量及品质、碳固定、水分利用效率、生态系统氮利用和土壤微生物响应等国际前沿动态研究中存在的主要问题与不足, 在此基础上展望了未来研究中值得关注的前沿研究方向。     

陆地生态系统碳通量面临的挑战与机遇——基于涡度协方差测定

区域和全球涡度协方差网络提供了基于陆地-大气生态系统间最大的综合性原位碳通量观测数据集。这些数据目前已成为自下而上核算陆地生态系统碳平衡的基础,但部分测量数据合理性问题引起通量界广泛关注。通过梳理近40年研究进展,总结了涡度协方差测量原理,系统地分析了仪器局限性和环境因素潜在影响,讨论了不同碳通量组分填补存在的争议、生态系统冬季休眠期的净碳吸现象违背生理学知识、夜间湍流发展不充分对生态系统呼吸的低估等,并由此产生数据偏移和测量滞后时间等。通过阐述涡度协方差测量原理和数据处理存在的缺陷与争议,提出了适当的改进措施以限制(或降低)数据测量产生的不确定性,旨在为后续监测精度提升和探究陆地生态系统碳循环及其对环境因子的响应提供理论支撑。