降水和氮沉降对草地生态系统碳循环影响研究进展

随着全球变化的不断加剧,陆地生态系统碳循环备受关注,近年来预测未来降水格局变化和氮沉降增加对草地生态系统碳循环影响的研究不断深入。本文综述了全球背景下降水格局变化和氮沉降增加对草地生态系统碳循环的影响及其内在机理。降水量、强度、时间分布和频度以及氮沉降量、频度和形态的变化,通过改变土壤含水量、土壤温度、土壤养分及微生物活性影响生态系统的物种组成和结构,最终影响生态系统水平的碳循环。降水格局变化和氮沉降增加对生态系统水平碳循环是否存在交互作用没有统一的结论,因此在将来的研究中应采用多因子的实验,才能够更好的研究未来全球变化下生态系统碳循环的响应机理。     

模拟降水和氮沉降增加对草地生物量影响的研究进展

研究降水和氮沉降增加对草地生态系统生物量的作用机制及其适应特征,有助于深刻理解气候变化对草地生态系统生产力和各项服务功能的影响,对草地生态系统的可持续发展具有重要意义。本文综述了模拟降水和氮沉降增加对草地植物生物量的改变及其可能的机制分析,探讨了植物对环境的适应特征,并在此基础上提出了未来气候变化条件下草地生态系统所面临的挑战和当前研究中主要存在的问题。     

降水和氮沉降对草地生态系统碳循环影响研究进展北大核心CSCD

随着全球变化的不断加剧,陆地生态系统碳循环备受关注,近年来预测未来降水格局变化和氮沉降增加对草地生态系统碳循环影响的研究不断深入。本文综述了全球背景下降水格局变化和氮沉降增加对草地生态系统碳循环的影响及其内在机理。降水量、强度、时间分布和频度以及氮沉降量、频度和形态的变化,通过改变土壤含水量、土壤温度、土壤养分及微生物活性影响生态系统的物种组成和结构,最终影响生态系统水平的碳循环。降水格局变化和氮沉降增加对生态系统水平碳循环是否存在交互作用没有统一的结论,因此在将来的研究中应采用多因子的实验,才能够更好的研究未来全球变化下生态系统碳循环的响应机理。     

模拟氮沉降对两种草地植物氮同化物积累的影响

为了揭示大气氮沉降对栽培草地植物氮同化物积累的影响,本试验以无芒雀麦（Bromus inermis）和白三叶（Trifolium repens）为对象,通过人工增氮试验（浓度设置为0、6、12和24 g N·m-2·a-1）来研究豆科和禾本科牧草的氮同化物积累的变化规律。结果表明,在不同氮浓度处理下,叶绿素、叶全氮、可溶性蛋白、精氨酸和脯氨酸等氮同化物含量变化极显著（P<0.01）,在氮沉降浓度为12 g N·m-2·a-1范围内随氮沉降浓度增加而呈增加趋势（除脯氨酸含量）,但是两种牧草氮同化物的积累量差异较大,氮沉降对禾本科牧草的氮同化物积累的影响高于豆科牧草。精氨酸含量与氮沉降浓度间存在极显著正相关（R2均达到0.99）,因此,精氨酸可作为草本植物对氮沉降增加的敏感指标。     

氮沉降对草地植物生殖策略的影响

大气氮沉降增加是全球变化的重要组成部分,对草地植物的生长与生殖产生重要影响.目前关于不同浓度、组分和时间氮沉降对植物生殖物候和生殖分配的影响已有研究.长期氮沉降能够增强植物种间竞争,特别是对光和土壤资源的竞争,从而影响植物的生长与生殖.在国内外关于氮沉降对草地植物生殖策略作用研究的基础上,对植物生殖对策的主要影响因素以...     

氮沉降影响草地生态系统土壤氮循环过程的研究进展

人类活动及化石燃料应用的加剧增加了大气中的氮沉降,对陆地生态系统氮素循环过程造成了显著影响,从而影响生态系统生产力及稳定性。草地作为陆地生态系统的重要组成部分,常因为人们的过度利用及保护意识不强,造成资源损失、养分失衡,严重限制了畜牧业的发展。探究氮沉降对草地生态系统氮循环的影响对提高草地生产力,合理开发与利用草地资源具有重要意义。通过追踪国内外已有的研究成果发现,大部分氮添加抑制了生物固氮过程,促进了土壤的硝化作用、反硝化作用和矿化作用,并抑制了固氮微生物活性,增加了硝化功能微生物氨氧化细菌（AOB）、反硝化微生物功能基因nirK、nirS、narG、nosZ的丰度。但是因为草地本底氮营养差异及施氮措施的不同导致少数研究中土壤氮循环对氮沉降的响应出现不同结果。通过总结已有研究发现：1）土壤本底营养及氮吸收阈值的不同造成氮沉降对氮循环的影响存在差异;2）微生物作为土壤氮素循环的重要参与者,对不同施氮时间、频率、数量等的响应存在差异;3）土壤中氮循环的各环节紧密耦联,相互影响,但现有的研究大多只针对某一环节开展,研究结果不具有全面性。因此,在未来的研究中,应针对不同营养水平的草地,加强氮控制条件下土壤氮循环微生物变化的研究,关注多环节的耦联关系,对于提高草地生态系统功能,并减轻氮素损失对环境造成的威胁意义重大。     

增温和增/减水及氮沉降对中国草地植物多样性影响的研究进展

植物是生态系统的第一营养级,植物多样性在生物多样性中占主要地位。回顾了国内外学者近年来关于我国草地生态系统的研究,综述了气候变化和氮沉降增加对草地植物多样性的影响。温度增加没有显著改变高寒草甸和温性草地的物种丰富度,但降低了高寒草原和荒漠草原的物种丰富度,但是增温的影响与增温方式、增温年限有关。增水增加了物种丰富度,减水则相反。氮添加显著降低草地植物物种丰富度。增温和水分耦合以及氮添加和水分耦合对物种多样性的作用是可加的,总效应可能取决于相对效应大小：降水增加减缓了温度增加对物种丰富度的降低效应,降水增加和氮添加耦合作用降低了物种丰富度。未来需要加强长期监测温度增加对草地植物多样性的影响、更加关注物种组成的动态变化、加强降水格局变化的模拟试验和多因子耦合试验对草地植物多样性的影响的研究。     

施氮量对沙地羊草叶片非结构碳氮的影响

在人工建植的沙地羊草草地设不同水平N肥(0、100、200、300、400kg/hm^2)处理,分别用N0、N1、N2、N3、N4表示,研究不同N肥水平对沙地羊草叶片非结构碳氮的影响。结果表明:施氮可增加羊草叶片可溶性糖含量;随氮肥施入水平的增加,沙地羊草上部叶片的淀粉含量呈降低的变化趋势,第2茬沙地羊草下部叶片的淀粉含量呈先增加后降低的趋势;施N可显著增加沙地羊草叶片的可溶性蛋白含量(P<0.05),亦可增加第1茬羊草叶片的游离氨基酸含量;沙地羊草叶片C/N均随施氮的增加呈先降低后增加的变化趋势,上部叶片在N1水平下的C/N最小,试验得出N1(100kg/hm^2)水平为该地区最佳施氮量。     

降水、氮沉降及放牧对草地生态系统凋落物分解的影响研究进展

草地生态系统对我国建设生态文明、提供生态系统服务、保障食品安全和维护边疆稳定有举足轻重的作用。全球气候变化和过度的人为干扰打破了草地生态系统原有的平衡及稳定性,造成草地退化、沙化和盐渍化现象严重。草地生态系统结构、功能与过程的稳定是保证草地生态系统稳定的基础。凋落物分解过程是草地物质循环的重要环节,对维持草地生态系统稳定性具有重要作用。草地生态系统凋落物分解对降水格局变化、大气氮沉降增加及放牧干扰的响应已有较多的研究。对目前国内外相关研究进行了梳理和总结,发现降水、氮沉降和放牧对草地生态系统凋落物分解的影响,因地理位置和气候变化以及草地类型的异质性而不同,也有针对同一地区开展的研究呈现不同结果的现象。目前对这三种干扰因素中的两因素或三因素交互作用对草地生态系统凋落物分解过程的影响研究较少,而研究气候变化及人为干扰对草地生态系统凋落物的影响对正确理解草地生态系统结构与功能,以及可持续利用与保护草地生态系统具有重要的意义。     

贝加尔针茅光合特征与叶片功能特性对长期氮添加的响应

以贝加尔针茅草甸草原建群种贝加尔针茅为研究对象,通过一个连续6年氮添加野外控制试验,设置5个氮素处理:N₀(0 kg N/hm²)、N₃₀ (30 kg N/hm²)、N₅₀ (50 kg N/hm²)、N₁₀₀ (100 kg N/hm²)、N₁₅₀ (150 kg N/hm²),探讨氮沉降变化对贝加尔针茅种群光合特性与叶片功能特性变化规律及其影响因子。结果表明,氮素添加变化显著影响贝加尔针茅的净光合速率等光合特性,氮素添加处理净光合速率(net photosynthetic rate, P_n)、气孔导度(stomatal conductance, G_s)、蒸腾速率(transpiration rate, T_r)、光合氮利用效率(photosynthetic nitrogen use efficiency, PNUE)和光合能量利用效率(photosynthetic energy use efficiency, PEUE)均低于或显著低于无氮素添加处理。氮素添加处理叶片比叶面积(specific leaf area, SLA)、叶片N含量(leaf N content, N_mass)、建成成本(leaf construction cost, CC_mass)、叶片N∶P均高于或显著高于无氮素添加处理。相关分析表明,5个氮素处理的P_n与G_s、T_r、PNUE、PEUE、叶片P含量(leaf P content, P_mass)、土壤N∶P呈显著正相关,与叶片比叶面积(SLA)、N_mass、CC_mass、土壤含水量、土壤pH值呈极显著负相关;叶片N_mass与SLA、CC_mass、土壤N∶P呈显著正相关,与PNUE、PEUE、P_mass、土壤含水量、土壤pH值呈显著负相关。综合以上研究表明,长期氮添加会降低贝加尔针茅净光合速率、养分利用效率,提高叶片建成成本和叶片N∶P,土壤含水量和土壤pH值是引起这种改变发生的主要因子。     

氮添加和刈割对内蒙古典型草原植被碳氮库的影响

外源氮输入和割草是影响草地植被碳、氮库的两个重要因素,外源氮能否补充因割草带走的养分使得植被和土壤碳、氮库保持平衡尚不明确。为了解刈割和氮输入对植被碳、氮库的影响,本研究在内蒙古典型草原设置刈割和5水平氮添加交互试验。结果表明：刈割显著降低了植物生物量和碳、氮库(P < 0.05),氮添加可促进刈割后的生长补偿;氮添加显著提高了植物生物量及碳、氮库(P < 0.05),同时改变了地上、地下部分生物量和碳、氮库的分配;不同水平的氮添加影响植被碳、氮库,当氮添加水平为10 g·m^-2·a^-1时,植被碳、氮库最高。以上结果表明,刈割与10 g· m^-2·a^-1氮输入相结合可支持内蒙古典型草原的可持续利用。     

贝加尔针茅草原土壤无机氮含量对氮素添加的响应

土壤无机氮是可以直接被植物根系吸收的氮素形态,也是表征土壤肥力的重要参数。基于内蒙古贝加尔针茅草原长期氮素添加(NH4NO3)试验平台,本研究选取4个氮素添加水平,分别是0(CK)、30(N30)、50(N50)和100 kg N·hm-2·a-1(N100),探究氮素添加对土壤无机氮的影响。于2015年生长季(6—10月)每月中旬分别采集0~10、10~20、20~30、30~40 cm四个土层深度的土壤样品,测定土壤铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)含量。结果表明:贝加尔针茅草原0~40 cm土壤中,CK、N30和N50处理的土壤铵态氮含量较土壤硝态氮含量高,N100处理中,二者几乎各占一半,生长季内无机氮含量的变化趋势与硝态氮一致;各处理土壤铵态氮、硝态氮和无机氮含量在土层间的关系均表现为:0~1010~2020~3030~40 cm,且都随氮素添加水平增加而增加。经方差分析表明,氮素添加、取样时间、土层深度及三者交互作用对土壤铵态氮、硝态氮和无机氮含量均有极显著影响;本试验中,在自然水热条件下,N100处理有明显的硝态氮累积,达"氮饱和点"。     

施氮水平对羊草叶片光合特性和叶绿素荧光特性的影响

为了探究科尔沁沙地生境下人工羊草(Leymus chiueusis)草地的适宜氮肥水平,分析追施氮肥对羊草叶片叶绿素含量、光合特性和叶绿素荧光特性的影响,本研究采用随机区组设计,于2018年4月20日在人工羊草草地追施0,50,100,150,200 kg·hm-2不同水平氮肥(纯N),5月20日测定羊草叶片叶绿素含量...     

模拟氮沉降对克氏针茅和碱韭种间竞争的影响

以克氏针茅和碱韭为研究对象,分析单播和混播种植方式下,氮沉降对两种植物地上生物量、地下生物量的影响,比较两种植物的竞争能力。结果表明:单播时,克氏针茅的株高随着施氮浓度的增加而上升且在施氮20 g/(m^2·yr)时显著高于其他处理(P<0.05),碱韭的株高在施氮20 g/(m^2·yr)时显著低于其他处理(P<0.05)。氮素对克氏针茅种群和碱韭种群都具有显著的调节效应,随着氮素梯度的增加,克氏针茅与碱韭的地上生物量、地下生物量、总生物量均有增加的趋势。克氏针茅对氮素添加的响应相比碱韭更明显,在单播时,克氏针茅在施氮10 g/(m^2·yr)时地上、地下及总生物量显著高于其他处理(P<0.05),混播时,克氏针茅在施氮20 g/(m^2·yr)时地上、地下及总生物量最大;在模拟氮沉降的过程中,克氏针茅与碱韭的种内竞争大于种间竞争,说明氮沉降对两者之间的竞争关系影响较小。     

氮素添加对黄土高原典型草原土壤氮矿化的影响

为了解氮沉降对黄土高原典型草原土壤氮矿化的影响,通过人工氮肥添加模拟试验,采用埋置PVC 管的树脂芯方法原位测定了土壤氮素净氨化、净硝化和净矿化量的季节变化规律,探讨了氮素添加初期对氮矿化/固持贡献量和硝态氮淋溶损失量的影响。结果表明：黄土高原典型草原土壤氮矿化以硝化作用为主,夏季净硝化速率显著高于秋季。氮添加初期改变了半干旱草地氮矿化的季节模式,夏季表现为氮固持,秋季表现为氮矿化,并增加了氮矿化/固持的变异度,氮添加和季节因素对土壤氮矿化/固持有显著的交互作用。氮添加初期高氮添加未抑制氮的矿化过程。夏秋2季树脂硝态氮的含量随模拟氮沉降强度增加而显著增加,但硝态氮淋失量小,仅占施氮量的1.72%～4.74%。     

火烧和施氮对内蒙古半干旱草原土壤微生物群落碳源利用潜力的影响

火烧是草原生态系统中最常见的一种自然现象,而氮素通常被认为是干旱、半干旱地区的主要限制因子。在中国北方草原生态系统相对干旱、长期处于氮素限制条件下,对火干扰和氮沉降非常敏感。通过在内蒙古多伦县半干旱草原地区进行火烧和施氮的野外控制试验,采用BIOLOG微孔板技术探讨火烧与施氮对土壤微生物量及其碳源利用的影响。结果表明：火烧和施氮处理显著降低生长季初期土壤微生物量;但是施氮显著促进了土壤细菌类群对多聚物、糖类、酚类和胺类碳源的利用,及真菌类群对胺类碳源的利用;而且火烧与施氮处理在影响土壤细菌碳源利用上表现出明显的交互效应,火烧削弱了施氮对细菌碳源利用的促进作用。火烧与施氮对生长季初期土壤微生物的这些影响,可能通过影响有效养分的释放而影响后期植物生长,但由于火烧与施氮处理在影响土壤微生物过程中表现出来的复杂性,这种对植物后期生长的影响可能存在较大的不确定性。     

内蒙古典型草原羊草生长高度研究

通过对内蒙古典型草原羊草的试验研究,得出羊草的旬生长高度与旬平均气温、旬降水量和土壤含水量相关密切,5～8月牧草每旬的生长高度与前一旬生长高度相关系数达0.964,羊草的生长符合线性生长规律。由于羊草在生长后期受到自身生长节律的影响,符合Logistic生长曲线的特征。在研究中建立了多元线性回归模型和Logistic生长曲线模型,并建立了生长高度预测模型。经拟合检验效果较好,预测模型能在一定精度水平上准确地预测羊草的生长高度。     

施用氮肥对人工羊草草地产量及养分吸收的影响

为研究施氮对人工羊草草地产量及养分吸收的影响,以中科2号羊草(Leymus chinensis ‘Zhongke No.2’)为材料,设置5个氮肥处理水平,测定不同生育期羊草氮、磷、钾养分含量以及干草产量。结果表明:施用氮肥可以显著提高羊草产量,施用量以133.8 kg·hm^-2最为适宜,羊草产量为13134.7 kg·hm^-2,每千克纯氮增产55.5 kg;施用氮肥可以提高羊草氮、磷、钾吸收量。     

氮沉降对贝加尔针茅草原土壤真菌群落结构的影响

以贝加尔针茅草原为研究对象,采用高通量测序技术,研究连续6年模拟8个氮沉降水平（0,15,30,50,100,150,200,300 kg N·hm^-2·a^-1）对贝加尔针茅草原0~10 cm、10~20 cm土层土壤真菌群落结构的影响。结果表明,氮沉降显著影响真菌群落结构,0~10 cm土层与10~20 cm土层各氮沉降处理相对丰度在门、纲、属水平上均存在明显差异;且0~10 cm土层与10~20 cm土层土壤真菌群落对氮沉降的响应存在明显差异,存在明显的土层梯度效应。典范对应分析表明,土壤pH、有机碳、硝态氮和速效磷含量是影响贝加尔针茅草原土壤真菌群落结构变化重要因素。以上结果表明,氮沉降通过改变草原土壤的化学性质,影响了土壤真菌群落结构。