蒙古栎叶片及其土壤碳、氮同位素自然丰度对大气CO2浓度升高的响应

大气CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程产生重要影响,研究其变化有助于更好地预测陆地生态系统的固碳潜力.氮同位素自然丰度作为生态系统氮素循环过程的综合指标能够有效地指示CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程的影响.本研究采用开顶箱CO₂ 熏蒸法研究连续10年的大气CO₂ 浓度升高对我国东北地区蒙古栎及其土壤和微生物生物量碳、氮同位素自然丰度的影响.结果表明: 大气CO₂浓度升高改变了土壤氮循环过程,增加了土壤微生物和植物叶片δ¹⁵N;促进了富¹³C土壤有机碳分解,中和了贫¹³C植物光合碳输入的效果,导致土壤可溶性有机碳和微生物碳δ¹³C在CO₂升高条件下没有发生显著变化.这些结果表明,CO₂浓度升高很可能促进了土壤有机质矿化过程,并加剧了系统氮限制的状态.     

蒙古栎叶片及其土壤碳、氮同位素自然丰度对大气CO2浓度升高的响应

大气CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程产生重要影响,研究其变化有助于更好地预测陆地生态系统的固碳潜力.氮同位素自然丰度作为生态系统氮素循环过程的综合指标能够有效地指示CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程的影响.本研究采用开顶箱CO₂ 熏蒸法研究连续10年的大气CO₂ 浓度升高对我国东北地区蒙古栎及其土壤和微生物生物量碳、氮同位素自然丰度的影响.结果表明: 大气CO₂浓度升高改变了土壤氮循环过程,增加了土壤微生物和植物叶片δ¹⁵N;促进了富¹³C土壤有机碳分解,中和了贫¹³C植物光合碳输入的效果,导致土壤可溶性有机碳和微生物碳δ¹³C在CO₂升高条件下没有发生显著变化.这些结果表明,CO₂浓度升高很可能促进了土壤有机质矿化过程,并加剧了系统氮限制的状态.     

短期施氮肥降低杉木幼林土壤的根系和微生物呼吸

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要过程。在人工林生态系统中, 施肥不仅能提高人工林的生产力和固碳能力, 而且还会对土壤呼吸产生影响。为阐明施氮肥对人工林土壤总呼吸、根系和微生物呼吸的影响, 在中亚热带地区的湖南会同, 以5年生杉木(Cunninghamia lanceolata)幼林为研究对象, 施氮肥1年后, 利用LI-8100对土壤呼吸进行为期12个月的野外原位定点观测。结果发现: 施氮肥使土壤总呼吸、根系呼吸和微生物呼吸分别降低了22.7%、19.6%和23.5%; 土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)为1.81-2.04, 施肥使土壤微生物呼吸的Q₁₀值从对照的2.04降低为1.84, 但土壤总呼吸的Q₁₀值没有发生显著变化; 施肥没有改变土壤呼吸的季节变化, 在双因素模型中, 土壤温度和含水量可以解释土壤呼吸季节变化的69.9%-79.7%。研究表明施氮肥能降低中亚热带地区杉木人工林土壤有机碳分解对温度升高的响应, 在全球变暖背景下有利于增加土壤有机碳储量。     

林下植被剔除对杉木林土壤呼吸和微生物群落结构的影响

以湖南会同地区26年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象, 探讨剔除林下植被对土壤呼吸和微生物群落结构的影响。2012年6月将林下植被剔除后, 2012年7月-2014年7月每月测定一次土壤呼吸速率、5 cm土壤温度和含水量, 并分别于2013年7月和2014年7月测定了土壤微生物群落结构和土壤养分数据。研究结果表明: 杉木人工林土壤呼吸具有明显的季节变化规律, 且与5 cm深处的土壤温度呈极显著的正相关关系。林下植被剔除两年内土壤呼吸平均下降了32.8%, 2012年7月-2013年6月下降了42.9%, 2013年7月-2014年7月下降了22.2%。根据土壤呼吸与温度拟合的指数方程所计算出的土壤呼吸的温度敏感性Q₁₀值在对照区为2.10, 林下植被剔除区为1.87, 说明在杉木人工林系统中林下植被剔除2年降低了土壤呼吸的温度敏感性。此外, 林下植被剔除也改变了土壤微生物群落结构。林下植被剔除1年后, 土壤细菌的浓度没有发生改变, 但真菌的浓度降低, 导致真菌与细菌的浓度比值下降。此外, 革兰氏阳性细菌(G⁺)的浓度及其与革兰氏阴性菌(G^-)的比值升高。林下植被剔除2年后, G⁺浓度和G⁺与G^-的浓度比值降低。该研究表明林下植被剔除可以降低土壤呼吸, 从而减少土壤向大气中释放碳; 同时可改变土壤微生物群落结构, 而且其效应受作用时间的影响。     

植被恢复十年喀斯特坡地细根对土壤碳氮存留与可利用性的影响

土壤碳氮存留与可利用性对恢复生态系统的稳定性和可持续性产生重要影响,研究其细根控制过程对深入理解植被恢复的作用及其针对性应用具有重要意义。依托中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站10年植被恢复平台,通过分析8种植被恢复模式植物（细根生物量、δ¹³C、δ¹⁵N）、土壤（有机碳、总氮、δ¹³C、δ¹⁵N、团聚体、砂粒、交换性钙、可溶性有机碳和氮、铵态氮、无机氮、微生物生物量碳和氮）理化性质的变化和关系,阐明细根对土壤碳氮存留与可利用性的影响。研究结果表明：细根对土壤碳氮存留的影响可能主要基于对土壤团聚体结构的改善,加强了对土壤原有机碳、氮的保护和存留,而细根有机质输入的影响是较弱的;细根可能通过影响微生物调控土壤可利用性碳和氮;因高的细根生物量和固氮植物,封育林和刈割草地模式具有较高的土壤碳氮存留效应。综上所述,喀斯特植被恢复过程中细根对土壤碳氮存留与可利用性产生积极的影响。因此,石漠化生态工程治理可以考虑根系发达与固氮植物共同引种。     

长期人为干扰对桂西北喀斯特草地土壤微生物多样性及群落结构的影响

人为干扰是喀斯特草地正向演替的主要障碍因素, 从土壤微生物角度探讨草地对干扰的响应可为喀斯特生态恢复与科学利用提供依据。该研究依托中国科学院环江喀斯特生态系统观测站长期干扰监测样地, 通过高通量测序测定3个干扰模式(火烧、刈割、刈割除根)和1个对照(封育)处理的土壤细菌、真菌α多样性和群落结构, 并分析它们与环境因子(坡位、土壤理化性质)的关系, 揭示人为干扰对桂西北喀斯特草地土壤微生物的影响及机制。结果显示: 1)对于α多样性, 在中坡和下坡, 火烧均显著降低了真菌Chao1指数, 刈割均显著降低了细菌的香农指数和谱系多样性指数; 刈割除根在中、下坡分别显著降低了真菌Chao1指数和细菌香农指数。2)对于群落结构, 火烧、刈割和刈割除根在中、下坡均显著降低了酸杆菌门细菌相对丰度, 火烧在下坡使子囊菌门真菌相对丰度从74.49%显著降低至34.72%。3)冗余分析显示, 微生物生物量碳含量解释细菌和真菌α多样性变化的29.8%和26.8%以及细菌群落结构变化的31.7%; 细根生物量解释细菌α多样性和真菌群落结构变化的13.9%和10.3%。可见, 长期人为干扰对土壤微生物α多样性产生负面影响, 并显著改变微生物群落结构, 影响程度因干扰方式、微生物种类不同而异, 且受坡位调控。土壤微生物生物量碳含量和细根生物量的减少是人为干扰影响土壤微生物多样性和群落结构的重要因素。α多样性及子囊菌的减少将不利于土壤生态系统稳定性的维持, 酸杆菌的减少将不利于土壤有机质降解和铁循环。因此, 长期火烧、刈割等人为干扰将导致喀斯特草地生态系统功能发生退化。     

遮光对杉木幼苗树干表面CO2通量的影响

树干表面CO_2通量是森林生态系统碳收支的重要组成部分,对全球碳平衡产生重要影响。近年来,全球变化导致植物光合产物供应发生改变,这将影响树干表面CO_2通量。然而,关于光合产物供应如何影响树干表面CO_2通量的机理仍不清楚。以盆栽杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗为研究对象,采用遮光方法减少光合产物供应,通过自制呼吸气室,使用Li-8100测定树干表面CO_2通量,并结合树干可溶性糖、淀粉和非结构性碳及树干温度等数据分析遮光对树干表面CO_2通量的影响。结果表明:遮光后树干可溶性糖、淀粉和非结构性碳含量分别显著下降了55.0%、78.9%和64.3%。遮光处理阶段树干表面CO_2通量平均下降39.9%,且下降幅度随着遮光时间的延长而增加;此外,遮光降低了树干表面CO_2通量的温度敏感性。恢复光照后,树干表面CO_2通量、树干可溶性糖、淀粉和非结构性碳含量以及树干温度均恢复至对照水平。可见,光合产物供应变化对树干表面CO_2通量具有调控作用,而且能够通过调控树干表面CO_2通量对温度变化的响应对全球碳循环产生重要影响。