增温和隔离降雨对亚热带森林土壤N2O通量的影响

设置对照(CT)、增温5 ℃(W)、隔离50%降雨(P)和增温5 ℃+隔离50%降雨(WP)4种处理,以相关功能基因作为标志物,研究增温和隔离降雨影响亚热带森林生态系统土壤N₂O通量变化的途径.结果表明: 隔离降雨显著降低了土壤铵态氮浓度;增温显著降低了土壤N₂O通量和土壤反硝化势.增温处理(W)和降雨处理(P)的土壤微生物生物量氮(MBN)均显著低于对照(CT),AOA amoA基因丰度与MBN和铵态氮含量之间呈显著负相关,但与土壤硝化势和土壤N₂O通量没有显著相关性.路径分析显示,反硝化势直接显著影响土壤N₂O通量,而微生物生物量磷(MBP)和增温则通过直接影响反硝化势来间接影响土壤N₂O通量.温度可能是影响亚热带森林土壤N₂O通量的主要驱动因素,全球变暖可能会减少亚热带森林土壤的N₂O排放.     

基于BP神经网络模型的全球森林土壤异养硝化过程N2O排放通量估算

N₂O作为重要的温室气体之一,对地球和人类都有很大的影响。为了深入探究对有机氮异养硝化作用及其产生N₂O过程的影响机制,完善全球N₂O通量估算模型,本研究采用Pearson相关性分析与广义可加模型(GAM)对全球135个样点有机氮异养硝化速率及其产生N₂O速率的影响因子进行分析,然后将主要影响因子作为BP神经网络的输入层来模拟全球森林土壤有机氮异养硝化速率及其产生N₂O速率的空间分布。结果显示,土壤pH和土壤C/N是影响有机氮异养硝化速率的主要因素,土壤C/N、土壤孔隙含水量(WFPS)以及土壤温度是影响有机氮异养硝化产生N₂O速率的主要因素。全球森林土壤异养硝化速率平均为0.4241(0.0014～0.689)μg N·g^-1·d^-1,异养硝化产生N₂O速率平均为0.2936(0.21～1.103)μg N₂O·kg^-1·d^-1     

蚂蚁筑巢对热带次生林土壤N2O排放季节动态的影响

采用静态箱-气相色谱法，对西双版纳热带次生林崖豆藤群落中的蚁巢土壤N₂O排放通量的季节动态进行定位研究，分析蚂蚁筑巢引起土壤碳氮库及温湿度等土壤性质变化对N₂O排放的影响特征。结果表明：蚂蚁筑巢显著影响热带森林土壤N₂O排放，蚁巢土壤N₂O排放通量(0.67 mg·m^-2·h^-1)显著高于非蚁巢土壤(0.48 mg·m^-2·h^-1),较非蚁巢土壤增加了40.2%;蚁巢与非蚁巢土壤N₂O排放通量具有显著的季节变化，6月分别为0.90和0.83 mg·m^-2·h^-1,显著高于3月(分别为0.38和0.19 mg·m^-2·h^-1);蚂蚁筑巢显著增加了土壤含水率、温度、有机碳、全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮和微生物生物量碳，相较于非蚁巢增加了7.1%～74.1%,蚁巢土壤pH相较于非蚁巢土壤降低了9.9%。结构方程...     

土壤含水量与N2O产生途径研究

土壤含水量变化对N₂O产生和排放影响的研究表明,不同含水量情况下,N₂O排放也不相同。特别是用乙炔抑制技术证明了在播种前后,气候干燥而土壤含水量较低的情况下,N₂O产生主要来自于硝化过程;降雨后,土壤含水量较高时,N₂O主要是通过反硝化过程产生;而在农田中等含水量情况下,土壤微生物的硝化和反硝化作用产生的N₂O大约各占一半。指出旱作农田N₂O产生途径主要取决于土壤水分的控制和调节。     

模拟酸雨对南亚热带典型森林土壤N2O排放的影响

基于长期模拟酸雨森林样地,利用箱式法同步测定了不同酸雨强度处理下森林土壤N₂O排放通量,研究了模拟酸雨对我国南亚热带针阔叶混交林和季风常绿阔叶林两种代表性森林土壤N₂O排放的影响。结果表明: 连续5年(2014—2018年)观测周期内,两种林型土壤N₂O排放通量在各模拟酸雨处理下均表现出明显的季节变化特征,湿季排放通量高于干季,并且年际变化较大。受2017—2018年度降水减少的影响,此期间两种林型土壤N₂O排放通量普遍较低。两种林型土壤N₂O排放通量与土壤温度和土壤湿度呈显著正相关。季风常绿阔叶林对照样方土壤N₂O排放通量为12.6 μg N₂O m^-2·h^-1,与对照相比,pH 3.5和pH 3.0条件下土壤N₂O排放通量分别上升42.9%和61.1%,模拟酸雨显著增加了季风常绿阔叶林土壤N₂O排放通量;模拟酸雨同样有促进针阔叶混交林土壤N₂O排放的趋势,但各处理间差异不显著。在酸雨依旧严峻的形势下,我国南亚热带典型森林土壤N₂O排放通量将增加,且不同林型的增幅不同。     

Responses of soil N2O emissions to experimental warming regulated by soil moisture in an alpine steppe

土壤氧化亚氮(N₂O)排放是大气N₂O不可忽视的来源。然而, 目前学术界在气候变暖对土壤N₂O排放影响方面的认识仍存在较大争议, 且调控土壤N₂O排放的微生物机制尚不明确。为此, 该研究以青藏高原高寒草原生态系统为研究对象, 使用透明开顶箱(OTCs)模拟气候变暖, 并基于静态箱法测定了2014和2015年生长季(5-10月)的土壤N₂O通量, 同时利用定量PCR技术测定了表层(0-10 cm)土壤中氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的基因丰度。结果显示: 增温处理导致2014和2015年生长季表层(0-10 cm)土壤温度分别升高了1.7 ℃和1.6 ℃, 土壤体积含水量下降了2.5%和3.3%, 其他的土壤理化性质没有发生显著变化。土壤N₂O通量呈现年际差异, 2014和2015年生长季的平均值分别为3.23和1.47 μg·m ^-2·h ^-1, 然而, 增温处理并没有显著改变土壤N₂O通量。2014年生长季主导硝化作用的AOA和AOB的基因丰度分别为5.0 × 10 ⁷和4.7 × 10 ⁵拷贝·g ^-1, 2015年为15.2 × 10 ⁷和10.0 × 10 ⁵拷贝·g ^-1。尽管基因丰度存在显著的年际差异, 但在两年中与对照相比并未发生显著变化。在生长季尺度上, 增温导致的土壤N₂O变化量与其引起的土壤水分变化量之间显著正相关, 而与土壤温度的变化量之间没有显著相关关系。以上结果表明, 增温导致的土壤干旱会抑制土壤N₂O通量对增温的响应, 意味着未来评估气候变暖情景下土壤N₂O排放量时需考虑增温引发的土壤干旱等间接效应。     

冻融循环期间土壤氧化亚氮排放影响因素

全球气候变化可能会提高冻融循环时间、强度以及频率, 从而可能显著影响土壤氧化亚氮(N₂O)排放。N₂O是一种重要的温室气体, 但目前对冻融循环期间土壤N₂O排放规律以及影响因素的了解还有限。为此, 该研究采用整合分析方法, 从已发表文献中收集了30篇关于冻融循环对土壤N₂O通量和累积排放量影响的文献, 探究冻融循环在不同生态系统对N₂O排放的影响, 从试验设置、土壤基本理化性质以及冻融循环格局等角度全面综合地探究其排放影响因素。该研究得出, 冻融循环能显著增加N₂O通量、N₂O累积排放量和硝化作用速率, 全球平均增幅分别为72.34%、143.25%和124.63%; 冻融循环也可增加反硝化作用速率, 全球平均增幅为162.56%; 与之相反, 冻融循环显著减少微生物生物量氮含量, 全球平均减幅为6.39%。不同生态系统土壤水热条件和基本理化性质差异可显著影响冻融循环对N₂O排放的影响。当年平均气温超过5 ℃时, 冻融循环作用可显著提高N₂O通量104.13%, 显著高于年平均气温为0-5 ℃ (25.56%)和小于0 ℃ (55.29%)时; 土壤湿度大于70%时, N₂O通量增加109.17%, 显著高于土壤湿度为50%-70% (65.67%)和小于50% (20.37%)时的通量。土壤黏粒和养分含量越高的土壤区域, 冻融循环对N₂O排放的提高幅度越大。在有植物存在时, 冻融循环可显著提高土壤N₂O通量达91.21%, 高于无植物存在时的54.43%。土壤过筛和在冻融循环期间采集土壤都会增加冻融循环对N₂O排放的影响。另外, 融化时间长, 冻结强度大和冻融循环频率高均可显著提高土壤N₂O累积排放量对冻融循环的响应。当冻结温度低于-10 ℃时, 冻融循环对土壤N₂O排放通量的增幅可达100.73%, 显著高于在冻结温度为-10- -5 ℃ (47.74%)和高于-5 ℃ (70.25%)时。主要原因是冻结强度高可促进土壤微生物和土壤结构释放更多的养分, 从而提高N₂O的产生和排放。该研究结果有助于更好地理解土壤N₂O对冻融循环的响应及其影响因素, 为更准确地预测未来全球气候变化对N₂O排放影响提供科学数据支撑。     

Moso bamboo and Japanese cedar seedlings differently affected soil N2O emissions

毛竹和日本柳杉幼苗对土壤氧化亚氮排放的影响及微生物机制 毛竹(Phyllostachys edulis)向日本柳杉(Cryptomeria japonica)林的扩张现象越发普遍,其扩张对大 气重要温室气体氧化亚氮(N₂O)排放的影响也引起了更多的关注,而其微生物机制尚不明确。本研究通过添加微生物抑制剂链霉素和扑海因分别抑制细菌和真菌活性,连续观测土壤N₂O排放速率以及相关土壤养分和植物生物量。研究结果表明：(i)毛竹土壤N₂O的排放速率显著高于日本柳杉;与对照相比,细菌抑制剂、真菌抑制剂及其交互作用均对N₂O排放速率具有显著抑制效应,但三者之间无显著差异;(ii)毛竹生物量显著高于日本柳杉;(iii)日本柳杉土壤有机质、全氮和铵态氮显著高于毛竹土壤,日本柳杉土壤pH和全磷显著低于毛竹土壤。真菌抑制剂降低了土壤有机质含量,细菌抑制剂降低了土壤硝态氮含量。真菌抑制剂与物种在影响土壤pH、全磷和铵态氮方面具有显著交互作用。细菌抑制剂与物种在影响土壤全氮方面有显著交互作用。综上所述,毛竹和日本柳杉在生长过程中土壤N₂O排放速率不同,毛竹幼苗土壤N₂O排放及生物量均高于日本柳杉。细菌抑制剂和真菌抑制剂对N₂O的排放速率均具有一定抑制作用。因而,在全球气候变化背景下,应进一步深入了解森林生态系统物种组成和变化对N₂O排放的影响,以有效评估毛竹扩张等导致的生物多样性变化对全球N₂O排放的贡献。     

茶园及相邻林地土壤N2O排放的垂直分布特征

对茶园及相邻林地土壤N2O排放的垂直分布特征进行研究.结果表明: 在0～100 cm土层,茶园和林地土壤全氮（TN）、N₂O排放速率及积累量均随着土层增加而减少,且茶园均值大于林地.土壤pH、TN、水溶性有机氮(WSON)、微生物生物量氮(MBN)、NO₃^--N及NH₄⁺-N含量随着土层增加总体呈下降趋势,茶园各土层TN、WSON、MBN、NO₃^--N及NH₄⁺-N含量显著大于林地,而不同土层pH值均小于林地.茶园和林地土壤N₂O排放速率与TN、MBN及NH₄⁺-N含量呈显著正相关,而与pH相关性不显著.茶园土壤N₂O排放速率与NO₃^--N含量的相关性显著,与WSON的相关性不显著,而在林地土壤中呈相反趋势.0~100 cm土层内茶园 WSON/SON和N₂O N/MBN平均值大于林地,而MBN/SON平均值小于林地.这表明茶园土壤氮库有较高的代谢效率,N₂O排放速率较高,不利于土壤氮库的储量积累,也不利于维持土壤质量和持续利用的潜力.     

不同生境下氮沉降对土壤N2O通量影响的整合分析

基于在我国开展的66个野外氮沉降模拟试验的290组数据，采用整合分析方法，探究实验样地特征(气候因子、土壤性质)和施氮因素对施氮后土壤N₂O通量变化的影响。结果表明：样地的年均降水量、年均温、自然氮沉降量和土壤C/N与施氮后N₂O通量增幅呈显著正相关，土壤pH与施氮后N₂O通量增幅呈显著负相关。湿地生态系统土壤对施氮最敏感，森林生态系统次之，草原生态系统最小。所有的样地因子中，土壤pH和C/N对施氮后N₂O通量变化幅度的影响最大。施加硝态氮后土壤N₂O通量增幅最大，施加尿素与铵态氮后N₂O通量增幅相当，而施加硝酸铵后N₂O通量增幅最小。综上，在准确评估和预测土壤N₂O通量对氮沉降的响应时，应综合考虑样地特征及氮源种类的影响。     

Dicyandiamide and 3,4-dimethyl pyrazole phosphate decrease N2O emissions from grassland but dicyandiamide produces deleterious effects in clover

The application of nitrogen fertilisers leads to different ecological problems such as nitrate leaching and the release of nitrogenous gases. N₂O is a gas involved in global warming, therefore, agricultural soils can be regarded as a source of global warming. Soil N₂O production comes from both the nitrification and denitrification processes. From an ecological viewpoint, using nitrification inhibitors with ammonium based fertilisers may be a potential management strategy to lower the fluxes of N₂O, thus decreasing its undesirable effect. In this study, the nitrification inhibitors (NIs) dicyandiamide (DCD) and 3,4-dimethyl pyrazole phosphate (DMPP) have been evaluated as management tools to mitigate N₂O emissions from mineral fertilisation and slurry application in grassland systems (experiments 1 and 2), and to assess the phytotoxic effect of these inhibitors per se on clover (experiment 3). Both nitrification inhibitors acted in maintaining soil nitrogen (N) in ammonium form, decreasing cumulative N₂O emissions. DCD, but not DMPP, produced phytotoxic effects and yield reduction in white clover. A nutrient imbalance, which led to a senescence process visually observed as chlorosis and necrosis at the border of the leaves, was noted.     

茶园及相邻林地土壤N2O排放的垂直分布特征

对茶园及相邻林地土壤N2O排放的垂直分布特征进行研究.结果表明: 在0～100 cm土层,茶园和林地土壤全氮（TN）、N₂O排放速率及积累量均随着土层增加而减少,且茶园均值大于林地.土壤pH、TN、水溶性有机氮(WSON)、微生物生物量氮(MBN)、NO₃^--N及NH₄⁺-N含量随着土层增加总体呈下降趋势,茶园各土层TN、WSON、MBN、NO₃^--N及NH₄⁺-N含量显著大于林地,而不同土层pH值均小于林地.茶园和林地土壤N₂O排放速率与TN、MBN及NH₄⁺-N含量呈显著正相关,而与pH相关性不显著.茶园土壤N₂O排放速率与NO₃^--N含量的相关性显著,与WSON的相关性不显著,而在林地土壤中呈相反趋势.0~100 cm土层内茶园 WSON/SON和N₂O N/MBN平均值大于林地,而MBN/SON平均值小于林地.这表明茶园土壤氮库有较高的代谢效率,N₂O排放速率较高,不利于土壤氮库的储量积累,也不利于维持土壤质量和持续利用的潜力.     

林龄对红松和落叶松人工林土壤温室气体通量的影响

探讨人工林发育过程中土壤温室气体排放及其机制,可为森林温室气体通量估算提供理论依据。采用室内培养方法研究了黑龙江省帽儿山地区不同林龄(15、30和50年生)红松(Pinus koraiensis)和落叶松(Larix gmelinii)人工林土壤温室气体排放/吸收速率及其调控因素。结果表明:30年生红松和落叶松人工林土壤CO₂排放速率(红松:(1724.18±98.57)μg C·kg^-1·h^-1;落叶松:(1306.37±142.27)μg C·kg^-1·h^-1)和CH₄吸收速率(红松:(5.12±0.68)μg C·kg^-1·h^-1;落叶松:(1.91±0.85)μg C·kg^-1·h^-1)显著高于15和50年生(P<0.05)。30年生红松人工林土壤N₂O排放速率显著高于15和50年生(P<0.05),而落叶松人工林土壤N₂O排放速率随林龄增加变化不显著。红松和落叶松人工林土壤N₂O排放速率最大值分别为(0.139±0.016)和(0.137±0.056)μg N·kg^-1·h^-1。红松人工林土壤CO₂排放速率均高于同龄落叶松人工林,15和30年生达到显著水平(P<0.05)。红松人工林土壤CH₄吸收速率均显著高于同龄落叶松人工林(P<0.05)。红松人工林土壤N₂O排放速率与同龄落叶松人工林土壤均无显著差异。混合线性模型分析显示,影响红松和落叶松人工林发育过程中土壤CO₂排放速率的主要因素是土壤全碳含量和微生物生物量氮,其中微生物生物量氮受树种和林龄的影响。CH₄吸收速率受到微生物生物量碳、溶解性有机碳和溶解性有机氮含量影响,其中微生物生物量碳受树种和林龄调控。N₂O排放速率受溶解性有机氮、铵态氮和硝态氮影响,其中溶解性有机氮受林龄影响。综上所述,树种和林龄差异造成的土壤理化性质和微生物生物量碳氮的异质性可在一定程度上解释土壤温室气体排放/吸收速率的差异。     

温带草甸草原土壤N2O产生过程研究

以大量的室内模拟培养实验,以内蒙古温带草甸草原土壤为研究对象,利用AIM乙炔抑制法,模拟野外条件对原样土壤样品进行N₂O产生过程进行研究。实验结果表明:内蒙古温带草甸草原土壤N₂O产生过程以硝化作用为主。其中异养硝化作用起主导作用,自养硝化潜势和反硝化潜势在草原植物不同生长季节变化不同,总体上异养硝化潜势>自养硝化潜势>反硝化潜势。由于自养硝化作用在不同季节的发生,使得草甸草原土壤N₂O的产生潜势也高、低起伏变化。从而揭示了内蒙古温带草原土壤以异养硝化作用过程为主产生N₂O和N₂O排放通量较低的微生物学机理。     

模拟氮沉降降低亚热带米槠天然林土壤氧化亚氮排放潜势

我国亚热带地区大气氮沉降量逐年上升,对森林土壤生物地球化学循环造成严重影响。本研究设置了对照(不添加氮)、低氮(40 kg·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg·hm^-2·a^-1)处理,分析了亚热带米槠天然林土壤反硝化功能基因丰度和N₂O排放潜势对氮沉降的响应。结果表明: 高氮处理显著降低土壤N₂O排放潜势。长期(8年)氮沉降对nirS、nirK、nosZ Ⅰ和nosZ Ⅱ基因丰度均无显著影响,但nosZ Ⅰ丰度均显著高于nosZ Ⅱ丰度,表明nosZ Ⅰ在酸性森林土壤中占主导。与对照相比,高氮处理显著降低(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值。(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值与土壤pH值呈显著正相关。长期高氮沉降可能通过降低土壤pH值使得土壤(nirK+nirS)/(nosZ Ⅰ+nosZ Ⅱ)值下降,从而降低森林土壤N₂O排放潜势。     

增温对土壤N2O和CH4排放的影响与微生物机制研究进展

全球变暖已引起人们的广泛关注,大气温室效应气体浓度增加是导致全球变暖的主要因素之一,土壤是温室效应气体的主要来源。反过来,全球变暖对土壤温室气体的排放具有反馈作用。温度升高不仅会影响植物、动物、微生物的生长及其相互作用,还会影响土壤的物质(尤其是氮、碳)循环过程,从而影响土壤温室效应气体的排放。本文主要总结了增温对土壤主要温室气体N₂O和CH₄排放的影响及其微生物机制。总体来看,增温能够促进这两种温室气体的排放,其排放主要与温度对氨氧化细菌(AOB)、反硝化功能基因、甲烷产生菌和甲烷氧化菌的丰度和组成的影响有关。土壤温室气体排放也受到植物的物种特性、养分吸收和群落组成,以及土壤营养元素含量、含水量、pH值等理化性质的影响。未来应更深入地从微生物角度探讨全球变暖对土壤温室气体排放的反馈作用机制,加强不同增温模式对土壤温室气体排放的影响研究,并关注增温与其他环境因子相互作用对土壤温室气体排放的影响等,以期为全球变暖对土壤温室气体排放反馈作用的预测提供理论依据。