森林生态系统土壤碳库对氮沉降的响应研究进展

大气氮沉降的不断加剧,改变了土壤理化性质,直接影响植物的生长与发育,间接影响了陆地生态系统碳库,进而可能改变全球气候变化进程。森林是陆地生态系统的主体,因此,弄清氮沉降如何影响森林生态系统碳库,对预测全球气候变化具有重要意义。笔者旨在详细分析氮沉降对森林生态系统土壤碳库输入和输出的影响,阐述氮沉降对森林生态系统凋落物分解、细根周转和土壤呼吸的影响研究进展和作用机制。截至目前,关于氮沉降对于陆地生态系统的影响研究报道较多,且国内外诸多学者也在森林生态系统土壤碳库对氮沉降的响应领域开展了较多试验研究,但多集中于碳输入和输出的总量分析,而对输入和输出各个组分的研究相对较少。笔者综述了国内外有关森林生态系统碳库输入和输出各组分对氮沉降响应的相关研究,为进一步揭示其响应机制和途径提供参考依据。     

氮沉降对北方森林土壤氮收支的影响研究进展

氮沉降增加是全球气候变化的重要情景之一,已经对全球氮素循环产生了严重的影响,可能会显著改变生态系统的健康和服务。北方森林,作为地球上仅次于热带森林的第二大生物群区,占全球森林面积的30%,其土壤分系统在调节森林生态系统氮循环和应对全球气候变化中起着重要作用。氮沉降对北方森林土壤氮收支的影响已被广泛关注,并成为全球变化科学领域的热点问题。同时,土壤氮收支作为土壤物质交换和能量转换的主要环节,对氮沉降的响应复杂而多变。因此,为深入了解大气氮沉降对北方森林土壤氮收支的影响,笔者综述了国内外近年来的相关研究成果,分别从土壤氮输入(生物固氮和凋落物分解)、氮固存(微生物固存和外生菌根固存)、氮输出(矿化作用、硝化作用、反硝化作用以及淋溶)以及土壤总氮库的变化趋势等方面分析了土壤氮收支对大气氮沉降的响应,可为科学评估氮沉降对北方森林土壤氮收支的影响提供参考数据。     

氮沉降对北方森林土壤微生物的影响研究进展

大气氮沉降导致土壤有效氮含量增加,将改变作为陆地生态系统重要组成部分的土壤微生物群落结构,尤其在高纬度氮限制地区,土壤微生物对这种变化更为敏感。北方森林地处高纬度地区,氮沉降将改变其土壤微生物的结构、功能和动态。为全面了解近年来氮沉降对北方森林土壤微生物的影响,笔者综述了氮沉降对北方森林土壤微生物量、群落结构和生物多样性、功能和酶活性等方面的影响。结果表明:(1)氮沉降减少了土壤微生物量;(2)氮沉降改变土壤中真菌与细菌,革兰氏阴性细菌(G-)与革兰氏阳性细菌(G+)之间的比值,而这种改变大多数是趋向于减小;(3)氮沉降加剧,将导致土壤微生物群落中贫营养微生物处于劣势地位,富营养微生物处于优势地位,间接地影响了微生物群落结构和生物多样性;(4)氮沉降抑制了微生物呼吸,但对于土壤酶的影响尚无统一规律;(5)氮沉降改变了微生物底物利用模式,导致土壤微生物对复杂有机物质的分解能力下降;(6)氮沉降导致固氮基因等功能基因相对丰度下降。     

北方森林细根对大气N沉降增加和温度升高的响应

为了在全球大气N沉降增加和温度升高的背景下,细根生产和细根生理生态的潜在变化将如何影响森林土壤中的养分供应和陆地C循环。本研究基于34篇国内外已发表的北方森林N沉降、温度升高及其交互作用的170组细根数据,通过meta分析的方法,研究了细根对升温、增N以及二者交互作用的响应。结果表明:（1）增N显著抑制了北方森林细根生物量,明显增加了细根C、N含量,而P则显著减少,细根的呼吸速率显著增加,细根形态变得细长;（2）增温显著增加了土壤C素的有效性,细根的生物量、组织密度、N吸收速率、组织N浓度和呼吸显著增加,但是细根的C和N含量、比根长、直径和呼吸速率却随着温度的增加明显减少;（3）在升温增N的交互作用下,除组织N浓度受到抑制以外,细根生物量、呼吸速率、C、N含量均显著增加。研究表明:升温增N显著影响了北方森林细根的生物量、周转率、养分含量和形态特征,可为改进和完善C收支模型提供参考依据和数据支持。     

东北地理所揭示CO_2浓度升高对大豆根际微生物群落结构的影响

正以CO_2浓度升高为主要特征的全球气候变化已经对农田生态系统产生重大影响,成为全球农业可持续发展的严峻挑战。CO_2浓度升高影响植物生理代谢过程,导致植物根系分泌物的总量和化学组成发生改变,进而可能影响土壤微生物群落结构和生态功能。由于土壤微生物驱动碳氮循环,参与土壤养分     

氮沉降对细根动态和形态特征的影响研究进展

旨在总结前人研究经验以及过去研究的不足,指出未来N沉降对于细根影响研究的发展方向。基于前人研究的成果,总结了N沉降是如何影响细根动态和形态特征,进而又如何影响生态系统C循环。详细分析了全球N沉降现状,表明N沉降呈逐年加重的趋势;分析了细根动态（细根周转和呼吸）和形态特征（根长、直径、生物量、化学组分）对N沉降的响应。既有研究提供了很多N沉降影响细根动态和形态特征的证据,这些证据对于未来开展细根综合研究具有重要借鉴意义。     

环境胁迫对土壤动物生态学影响研究进展

土壤动物是陆地生态系统重要的组成部分，它们参与土壤有机质分解、植物营养矿化及养分循环等作用。但是随着工农业的发展，土壤污染越来越严重，从而土壤动物也随之受到影响。因此，本文着重从以下四个方面综述了主要的环境胁迫对土壤动物生态学的影响：(1)农药污染：随着农药污染程度的加重，土壤动物类群、个体数量、多样性指数、均匀性指数、个体数密度等会逐渐降低，但是不同类型的农药对土壤动物的影响程度不同，杀虫剂农药比除草剂影响程度大，不同的土壤动物对农药污染的敏感程度也不同；(2)重金属污染：重金属污染对土壤动物的影响其结果与农药污染相似；(3)氮沉降：氮沉降对土壤动物的影响会随着环境条件的不同而发生变化；(4)大气CO2浓度升高：国外学者主要利用FACE(Free-Air CO2 Enrichment)开放式CO2系统对土壤动物进行研究，发现土壤动物对大气CO2浓度的升高，能够产生正向、中性和负向的响应。最后本文指出了中国在土壤动物生态学领域急需开展研究的几个方面。     

外源碳氮对植物生态化学计量特征的影响研究进展

为了了解全球二氧化碳（CO2）浓度升高和人为N沉降加重的环境条件对植物养分状况的影响,笔者分析了森林植物的碳（C）、氮（N）、磷（P）含量以及生态化学计量比对于外源C、N及其交互作用响应的国内外文献数据。分析结果表明：1）CO2浓度升高将提高植物对C的吸收,降低植物N含量,导致植物的C：N在大部分试验中表现为增加趋势,外源C、N对植物P含量的影响结果不一,从而使N：P在不同的试验中结果不同;2）短期人为N沉降会增加植物的C、N含量,降低P含量,植物的C：N有所降低,而N：P却呈升高趋势;3）在CO2和N沉降二者交互作用下,植物N、P含量及其化学计量比的变化可能会出现“中和反应”,在不同的试验可能会表现出升高、降低或不变的趋势。CO2浓度升高和大气N沉降加重呈现出越来越明显的趋势,对生态系统结构和功能的影响也逐渐成为国内外生态学家研究的热点。本研究可为深入探讨外源C、N增加条件下的生态系统养分循环和生态化学计量特征提供参考依据,以便更好的提出CO2浓度升高和N沉降加重的大气背景下植物生长的应对策略。     

气候变化背景下土壤微生物与植物物种多样性关联分析

气温升高和大气氮沉降是全球气候变化的两种重要情景,其变化将导致植物物种多样性和土壤微生物多样性的改变。对植物物种多样性而言,气候变暖和大气氮沉降增加对其影响表现为直接影响(通过改变植物物候期、影响植物分布及群落组成)和间接影响(通过影响植物生长的环境因子和土壤理化性质)。对土壤微生物多样性而言,气候变暖和大气氮沉降主要改变微生物的土壤环境、微生物种类和数量,直接或间接地影响其多样性。此外,在对全球变暖和氮沉降的响应方面,植物物种多样性和微生物多样性存在关联,即全球变暖和氮沉降通过改变植物物种多样性而影响土壤微生物多样性,微生物也将通过种间关系反作用于植物物种多样性。本文根据气候变化对栖息地环境的影响,选择温度和大气氮沉降这两种指标,探讨植物物种多样性和土壤微生物多样性对气候变化的响应,分析植物物种多样性和土壤微生物多样性之间的内在关联,旨在为植物和微生物多样性保护提供参考。     

氮沉降和CO2浓度增加对土壤磷素含量的影响

为了研究不同N沉降水平下,大气CO2浓度升高对三江平原小叶章群落土壤全磷、速效磷含量的影响。利用开顶气室(open-top chamber,OTC),设置当前大气CO2浓度(370 μmol/mol)、中等CO2浓度(550 μmol/mol)和高CO2浓度(700 μmol/mol)3个CO2浓度水平和不施氮[N1,0 g N/(m2?年)]、常氮[N2,4 g N/(m2?年)]、高氮[N3,8 g N/(m2?年)]3个施氮水平。结果表明：CO2浓度升高结合氮沉降连续运行2个生长季后,相同处理下,土壤全磷、速效磷的含量没有显著变化。各处理仅对0~10 cm土层土壤磷素含量影响明显,对下面2层土壤磷素含量无显著影响。在相同氮沉降水平下,0~10 cm土层土壤全磷、速效磷的含量随着大气CO2浓度的增加呈现出先增大后减小的变化趋势。氮的加入对土壤的全磷的含量没有显著影响、却减小了0~10 cm土层土壤速效磷的含量。土壤全磷的含量与土层深度密切相关,随着土层深度的增加而降低。     

氮沉降对植物生长的影响研究进展

为了探索全球氮沉降加剧背景下植物生长所受的影响,笔者归纳了森林植物不同生长指标对氮沉降响应的国内外文献数据。在既有研究成果的基础上,详细总结了氮沉降对植物地上部形态(株高、基径)、光合生理(光合色素含量、净光合速率)、可溶性糖含量、地上及地下生物量分配比例、根系形态结构(根长、根直径和根系生物量)以及叶片中氮:磷等指标的影响,并对上述变化做了合理的分析。笔者指出氮沉降加剧在一定程度上对植物的各生长指标都有明显的促进作用,但当氮沉降很严重时,植物的生长就会受到限制。笔者发现目前关于氮沉降对植物生长影响的试验中,很多都是短期模拟试验,而且大多数试验都是有关现象的研究而非原理的探索。笔者认为在今后的研究中应该将模拟时间进一步延长,并对造成响应变化的机理进行探索,以期更好的为进一步研究氮沉降增加对森林植物生长状况的影响提供参考依据。     

不同生态系统凋落物分解对氮沉降的响应综述

文章旨在综合不同生态系统类型凋落物对于氮沉降的响应,完善凋落物分解与氮沉降的相互作用机理。氮是构成蛋白质的主要成分,对动物体内氮平衡起重要作用,同时对植物茎叶的生长和果实的发育也有重要影响,是与产量最密切的营养元素。但近几十年来,由于工业、农业、畜牧业等产生越来越多的含氮化合物排向大气,研究表明大气氮沉降增加将对生态系统中的动植物及微生物产生直接或间接的影响,而氮沉降将通过影响微生物的生理生化过程改变凋落物的分解速率,进而影响生态系统的物质循环和能量流动过程。20世纪70年代以来,氮沉降的研究已有诸多报道,国内外很多学者也对氮沉降对凋落物影响的研究进行过评述,但大多基于对某一个陆地生态系统类型或者凋落物降解过程、产量分布、影响因素等进行评价,而氮沉降对不同类型的生态系统凋落物分解的影响还鲜有报道。笔者归纳了氮沉降对不同类型陆地生态系统（森林、草原、荒漠、城市和农田）凋落物分解的影响,为进一步研究不同类型凋落物分解过程对氮沉降的响应提供参考。     

去根处理对枫香和马尾松群落土壤氮矿化的影响

为了研究植物根系对森林土壤氮矿化的作用,通过挖壕法去除根系后的树脂芯原位培养方法,研究了枫香和马尾松群落土壤铵态氮和硝态氮以及土壤氮素矿化速率的季节动态情况。结果表明：去根处理后2个群落的净硝态氮、净铵态氮含量及氮矿化率均比对照高,氮净矿化率季节变化中以夏季最高,冬季最低。就不同林型而言,枫香群落的土壤氮矿化速率高于马尾松群落。方差分析表明,去根处理对土壤净硝态氮、净铵态氮含量及氮矿化率的影响不显著,但土壤温度与2个群落氮矿化率呈极显著正相关,湿度与氮矿化率呈负相关,这说明高温和相对干燥利于氮矿化。