森林土壤氮贮量及氮素输入过程研究进展

森林土壤是氮最重要的贮藏库,且发挥着重要的氮源、汇和库的功能,而其氮素贮存和输入过程也显著影响着森林生态系统的结构和功能.自工业革命以来,人类活动已经显著改变了全球的氮素输入,造成了森林衰退及一系列严重的环境问题,所以森林土壤氮贮量及氮输入过程的研究已成为当前研究的热点.文中综述了森林土壤氮贮量和生物固氮、大气氮沉降、凋落物归还、施肥等氮素输入途径的研究现状,并对研究中存在的不确定性和争论焦点问题进行了提纯、分析.最后,归纳出该领域研究的不足和今后的发展趋势.     

森林土壤碳氮过程研究现状和展望

土壤是碳和氮的重要贮存库，土壤碳氮转化是陆地上最为重要的生态系统过程之一。森林土壤中碳、氮过程是森林生态系统中物质循环与能量交换的关键。森林凋落物的分解、森林土壤碳氮的矿化是森林土壤最主要的碳氮过程。在微生物作用下，土壤与大气交换含碳氮物质，则是土壤碳氮过程的直接反应，也是影响尹土壤碳氮过程和土壤碳氮库动态的主要方面。然而。从大尺度上探讨森林植被恢复过程中土壤碳氮过程的分异机理，研究典型植物群落土壤碳氮过程特征及探索森林土壤碳氮过程与植被的互动机制及关键植物种君l对土壤碳氮过程的影响，研究土壤碳氮过程有关的土壤微生物和土壤酶及其与全球变化的关系等内容还未见报道，认为这些内容将是未来的研究重点。同时，随着科学技术的发展，各种新的技术如3S技术和电子午专感器技术等将会很快应用于森林土壤碳氮过程的研究。     

火干扰对森林土壤氮矿化的影响研究

火一直是我国北方森林生态系统的重要干扰因子之一,在全球气候变化的背景下,其干扰作用将进一步增强。土壤氮素矿化研究对森林生态系统氮素平衡和生态环境问题均具有重要意义。本文综述了火干扰对森林土壤氮的影响。从总结现阶段土壤有机氮矿化的研究成果入手,阐述了影响土壤氮素矿化的因素,提出土壤氮素矿化的深入研究应当弄清影响因子相互作用的机理。本研究将为火烧后对森林土壤氮库提供数据支持。     

森林土壤酶活性对氮沉降的响应

近年来,大气氮沉降日益增加,已对森林生态系统产生了不可忽视的影响,而土壤酶活性反映了土壤肥力及土壤环境质量,因而可以用来评价氮沉降对森林土壤造成的影响。关于氮沉降对森林生态系统酶活性的影响已开展了一系列的研究,然而尚缺少系统总结。文中从森林土壤酶种类和林分类型角度总结了氮沉降对土壤酶活性的影响,并从氮沉降水平、氮种类形态、氮沉降与环境的交互作用等方面探讨了土壤酶活性对氮沉降的响应机制,提出未来研究热点是氮沉降对不同类型的森林土壤酶影响、不同森林类型土壤酶的氮沉降临界值、氮沉降对土壤酶活性影响的长期定位研究以及氮沉降与CO₂浓度、温度、降雨、磷添加的交互作用对土壤酶活性影响,以期为未来森林土壤管理提供参考。     

樟树—马尾松混交林不同林龄土壤有机碳氮贮量及分布特征

对湖南省天际岭国家森林植物园立地条件基本一致的3个林龄阶段樟树(10、24、45年)-马尾松(10、24、45年)混交林土壤有机碳、氮含量、贮量及土层分布进行研究。结果表明:不同林龄,同一林龄的不同土层土壤有机碳、氮含量和贮量均存在显著性差异(P0.05)。樟树-马尾松不同林龄各土层有机碳含量的变化分别为10年生3.73~18.04 g/kg,24年生6.84~21.12 g/kg,45年生5.36~21.46 g/kg。土壤氮含量的变化范围分别为10年生1.08~1.56 g/kg,24年生0.94~1.47 g/kg,45年生1.34~2.12 g/kg。樟树-马尾松混交林3个林龄阶段林地有机碳和氮含量均随土层深度增加而逐渐下降。樟树-马尾松混交林3个林龄阶段森林土壤有机碳贮量差异性显著(P=0.001),氮贮量差异性不显著(P=0.157)。3个林龄阶段林地土壤有机碳含量与氮含量存在极显著相关性(P0.01),除林龄为45年外,10年生和24年生混交林土壤有机碳含量与碳氮比相关性均不显著。10年时,樟树-马尾松混交林土壤氮与碳氮比之间呈现极显著相关(P0.01),24年和45年时樟树-马尾松混交林土壤氮与碳氮比之间的相关性不显著。     

东北人工红松针叶林和天然次生阔叶混交林林下土壤氮初级转化速率特征

[目的]为了解森林土壤氮素转化特征及土壤氮供应能力，为森林生态系统合理经营管理提供科学依据。[方法]以东北寒温带人工红松针叶林和天然次生阔叶混交林表层土壤为研究对象开展室内培养试验，采用¹⁵N同位素成对标记技术和FLUAZ数值优化模型，研究不同深度的土壤氮初级转化速率特征。[结果]林地土壤的氮初级转化速率受林型、土壤深度及二者间交互作用的影响。人工红松针叶林土壤氮初级矿化速率和无机氮固定速率显著低于天然次生阔叶混交林土壤，而初级硝化速率显著高于天然次生阔叶混交林土壤，2个林型土壤的氮初级转化速率都随着土壤深度的增加显著降低。土壤氮初级矿化速率和固定速率与土壤pH、有机碳、水溶性有机碳与水溶性有机氮含量呈显著正相关，土壤初级硝化速率与土壤pH呈显著负相关。人工红松针叶林土壤初级硝化速率与铵态氮固定速率比值显著高于天然次生阔叶混交林土壤，而对硝态氮的固定速率显著低于天然次生阔叶混交林土壤。[结论]2种林型土壤氮素转化特征差异明显，人工红松针叶林土壤的硝态氮产生能力较强而无机氮固持能力较弱，容易发生硝态氮的淋溶风险，天然次生阔叶混交林土壤氮矿化-固定过程耦合较好且硝化作...     

森林生态系统对大气氮沉降的响应

氮是陆地生态系统中三大营养元素之一,在森林生态系统中被视作主要的限制生长因子。近年来,因工农业的迅猛发展而产生越来越多的含氮化合物,大大增加了氮向全球大气的排放。据研究发现,如果氮的输入已达饱和甚至超过生态系统所能承受的临界负荷,就会带来负面效应。本文主要从以下几方面综述了国内外学者关于大气氮沉降对森林生态系统的影响:1.与大气氮沉降相关的内容,包括1)氮饱和和2)确定氮沉降临界的指示树种;2.国内外的研究进展;3.大气氮对森林生态系统的影响,包括1)导致营养失调,2)对胁迫敏感性的增强,3)加速森林土壤酸化,4)氮淋溶的增加,5)物种多样性的减少和6)氮沉降的评价方法。     

增温和氮添加对中亚热带杉木人工林土壤氮矿化和N2O排放的影响

[目的]研究增温和氮沉降对中亚热带森林土壤氮矿化和氧化亚氮(N₂O)排放的影响,以期深入认识全球变化背景下中亚热带森林土壤氮循环过程。[方法]选取经过野外增温和氮添加处理的中亚热带杉木人工林土壤,将野外非增温处理和增温处理的土壤置于不同温度(20、25℃)培养箱中,同时对野外氮添加处理的土壤继续添加不同梯度的氮素(0.1、0.2 g·kg^-1,以干土计),进行为期28 d的室内培养,研究增温和氮添加对土壤氮矿化和N₂O排放的影响。[结果]与对照相比,增温和氮添加及二者交互处理增加了土壤铵态氮、硝态氮和矿质氮含量,且氮添加水平越高增加越明显,增温处理增加不显著。与对照相比,培养28 d后增温处理的土壤净铵化速率、净硝化速率和净氮矿化速率变化不显著,低氮、增温+低氮显著增加土壤净硝化速率,而高氮、增温+高氮显著降低土壤净氮矿化速率。与对照相比,增温和氮添加及二者交互处理总体降低土壤N₂O排放速率,土壤N₂O累积排放量也显著降低(P<0.05),其中,单独增温、低氮、高氮、增温...     

森林粗木质物残体贮量及功能研究综述

粗木质物残体(CWD)在森林生态系统能量流动、物质循环以及维护森林生态系统的完整性和稳定性方面发挥着重要作用, 科学有效地对其贮量进行定量化研究, 对进一步了解CWD在生物地球化学循环过程中和全球碳循环与碳平衡中的地位与作用具有重要意义。文中论述了CWD的贮量、CWD的分解、CWD在碳贮量与碳循环中的重要作用以及影响CWD贮量和分解的原因, 系统阐明了CWD在促进森林生产力、维持生物多样性以及促成森林更新等方面的功能, 展望了CWD贮量定量化研究以及结构与功能研究的发展方向。     

不同林龄樟树林土壤碳氮贮量及分布特征

对湖南省长沙市天际岭国家森林植物园和汨罗桃林林场立地条件基本一致的三个林龄的樟树林土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)含量、贮量及土层分布进行研究。结果表明:同一林龄的不同土层SOC、N含量和贮量均存在显著性差异(p<0.05),3个林龄樟树林SOC和TN含量均随土层深度增加而逐渐下降。同时,土壤碳含量及碳贮量林龄的增大而增大,而土壤氮含量及贮量随着林龄的增大而减少,这种变化主要表现在土壤表层(0~10 cm)。不同林龄樟树林各土层SOC含量的变化分别为10 a:4.62~17.00 g/kg,24 a:4.48~17.92g/kg,45 a:4.57~19.37 g/kg;土壤N含量的变化范围分别为10 a:0.99~1.56 g/kg,24 a:0.79~1.43 g/kg,45 a:0.78~1.22 g/kg。土壤SOC含量与N含量存在极显著相关性(p<0.01),土壤SOC含量与C/N相关性极显著(p<0.01)。但樟树林土壤N与C/N之间相关性除24 a呈显著相关以外(p<0.05),其它两个林龄阶段相关性均不显著(p>0.05)。土壤SOC贮量差异不显著(p=0.083),N贮量差异性不显著(p=0.348)。     

霞浦县阔叶混交林生态系统碳、氮储量格局

依据全国碳汇专项调查的理论和方法,对福建省霞浦县不同林龄阔叶混交林生态系统各组分的碳、氮含量及碳、氮储量格局进行调查分析,结果表明:灌木层各器官碳含量从大到小依次为枝干根叶,氮含量为叶干根枝;草本层碳、氮含量从大到小均为地上部分地下部分;土壤碳、氮含量均随土层深度增加而降低,随林龄的增大而上升;系统各组分C/N从大到小依次为枝根干枯落物叶土壤;12年生、19年生和28年生阔叶混交林生态系统的碳储量分别为164.066、231.751和290.985t!hm-2,氮储量分别为15.011、23.503和31.236t!hm-2,其中,土壤层碳储量所占比重分别为60.27%、46.50%和39.50%,氮储量所占比重分别为45.94%、33.09%和28.67%;乔木层、灌木层、枯落物层和土壤层碳、氮储量均随林龄的增大而增加。     

橡胶人工林生态系统氮素循环模型

根据海南儋州地区不同树龄PR107无性系橡胶人工林生态系统养分循环规律,应用系统动力学原理,构建了土壤、胶树和凋落物层3个分室之间的养分循环分室模型及其微分方程组,并测定了各分室中氮素(N)现存量、流通量和流通率。结果表明:1)土壤、胶树、凋落物层中氮素现存量的平均值分别为3069.61kg/(hm2.a),580.22 kg/(hm2.a),62.94 kg/(hm2.a),随着树龄的增加(4~24a),土壤中氮素现存量变化为先减少后增加,胶树、凋落物中氮素贮存量则呈逐年增加的趋势;2)土壤、胶树、凋落物分室之间氮素流通量变化规律为吸收量、归还量、分解量都随树龄增加而逐渐增大,而胶乳中氮素流失量在24a有所下降;3)氮素在土壤、胶树与凋落物层各分室之间的流通率大小各不相同,4~24a胶树的吸收系数为0.0640~0.1588,并随树龄增加呈指数递增的趋势,归还系数、分解系数、流失系数的平均值分别为0.1335,0.6621,0.0279。此外,本文所建分室模型可以实现对橡胶林生态系统养分动态的精确模拟和预测,并可望用于指导人工施肥。     

氮沉降对凋落物分解的影响研究进展

过去几十年的人类活动增加了陆地生态系统的氮输入量,对凋落物分解的影响有促进、抑制和没有影响3种情况。凋落物的基质质量影响凋落物的分解,其中木质素、纤维素、酚类物质、N浓度、P浓度、C/N比、C/P比、木质素/N比具有重要作用。人类活动引起的全球变化,如CO₂增加、温度上升和降水变化,影响了氮沉降的速率和凋落物分解。未来氮沉降对凋落物分解的研究热点包括加强氮沉降对热带与亚热带森林凋落物和阔叶树种凋落物分解影响的研究,氮沉降对凋落物分解影响研究的长期化,采用13C同位素研究凋落物分解,注重凋落物分解对氮沉降与大气CO₂浓度升高、气候变暖、降水变化、紫外线辐射增强、P沉降交互作用响应的研究。     

森林生态系统土壤碳库对氮沉降的响应

从土壤碳含量的输入和输出两方面综述了N沉降胁迫对土壤碳库的影响方式和过程,分析了目前N沉降对凋落物分解、细根生物量、土壤呼吸的影响的研究进展及其作用机制,但由于N沉降对土壤碳库的影响是一个复杂的综合作用过程,N沉降对森林土壤碳库的总效应尚需要更深入的研究.     

林火干扰对土壤氮组分及微生物氮循环影响研究进展

林火干扰作为森林生态系统中能量传递和养分循环的重要因子,对于研究火烧迹地植被更新与快速恢复可提供一定的数据理论支撑,而林火干扰对土壤微生境及微生物氮循环的影响机制一直是广大学者研究的热点。文中从火烧强度、恢复时间、火烧木管理方式等3个方面总结国内外林火干扰对土壤氮组分及氮循环的影响研究进展,揭示了林火干扰和全球气候变化对土壤氮循环的短期及长期影响机制,探讨不同生物技术在林火干扰下土壤微生物氮循环基因丰度变化中的应用;提出未来林火干扰对森林生态系统土壤氮循环影响的研究展望:1）全面比较研究不同林火干扰模式对土壤氮组分、微生物氮循环的影响;2）研究评价不同林火干扰模式下土壤氮库的稳定性;3）加强高通量测序、定量PCR技术、宏基因组学、稳定同位素探测等技术在林火干扰与气候变化对森林生态系统影响研究中的应用。研究结果对火烧迹地植被更新、土壤氮库的重建与功能发挥具有重要意义。     

西藏自治区森林枯落物碳储量估算

利用典型样地采样,建立了枯落物碳密度与厚度关系方程,并结合森林资源连续清查的样地坡度与枯落物厚度因子,估算出西藏自治区森林枯落物碳储量.结果表明,西藏自治区丰富的森林植被生产了巨大的枯落物层碳库,有机碳分解和碳库消耗缓慢.研究该部分碳库状况,为估算和评价陆地生态系统碳储量并据此制定相应的对策提供了基础数据.     

Long-term nitrogen addition further increased carbon sequestration in a boreal forest

In recent decades, global warming and nitrogen (N) deposition have been increasing obviously, which have led to some strong responses in terrestrial ecosystems, especially the carbon (C) cycle. The boreal forest occupies an important position in the global C cycle with its huge C storage. However, the impact of global change such as N deposition on boreal forest ecosystem C cycle has been not very clear. In order to solve this problem, the field experiment of N addition in a boreal forest has been built in the Greater Khingan Mountains of Northeast China since 2011. Four N addition gradients (0, 25, 50, 75 kg N ha^?1 year^?1) were set up to study the response of above- and belowground C pool to N addition. The results showed that the total forest C sequestration of low-, medium- and high-N treatments was 104.4?±?5.9, 20.2?±?2.7 and 5.3?±?0.4 g C/g N, respectively. Aboveground trees were the largest C pool, followed by soil, roots and floor C pool. Low-N increased the input of C by promoting photosynthesis. Trees of Larix gmelini increased the investment in the belowground root system and increased the belowground C pool. High-N reduced the inter-annual litter biomass and decreased litter C:N that accelerated the decomposition of litter, resulting in a reduction in the floor C pool. Low-N increased total soil respiration, while medium- and high-N inhibited heterotrophic respiration and then increased soil C sequestration. The estimation of forest C pool provides valuable data for improving the C dynamic characteristics of boreal forest ecosystem and is of great significance for us to understand the impact of climate change on the global C cycle.

     

复合农林业系统碳贮量研究进展

CO2作为一种主要温室气体,其固存与排放对全球气候变化有重要影响。本文以复合农林业系统为研究对象,介绍了农林复合类型中林木、农作物、凋落物、土壤碳贮量的估算方法,并指出目前碳贮量研究方面的问题和发展方向,为碳循环研究提供部分基础研究数据和理论支持。     

米槠人工林土壤微生物群落组成对凋落物输入的响应

全球气候变化显著影响森林凋落物数量,进而会对土壤微生物群落造成影响。本研究以亚热带米槠人工林为研究对象,探究不同凋落物量输入处理(凋落物去除、凋落物加倍、对照)下,森林土壤微生物群落组成的变化。结果表明:与去除凋落物相比,凋落物加倍后0~10 cm土壤铵态氮(NH4^+-N)、硝态氮(NO3^--N)、全氮(TN)、有效磷(AP)含量分别显著增加了30.30%、49.66%、12.77%和13.90%。与对照相比,凋落物加倍与去除处理土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)含量分别显著增加和下降(P<0.05),但凋落物加倍与去除处理间无显著差异。凋落物加倍处理下土壤丛枝菌根真菌(AMF)、革兰氏阳性菌[G(+)]、革兰氏阴性菌[G(-)]、放线菌(ACT)、真菌(F)丰度和总磷脂脂肪酸(TPLFA)含量分别比去除凋落物处理的土壤高68.35%、63.35%、82.65%、69.02%、40.56%和65.85%,而土壤革兰氏阳性菌与阴性菌比值、真菌与细菌比值则分别降低11.64%和26.67%。冗余度分析表明,铵态氮是影响该人工林土壤微生物群落组成的最主要环境因子。可见凋落物输入量变化改变了土壤养分有效性,进而显著影响了土壤微生物群落组成,这对进一步深入探究全球气候变化对亚热带森林土壤养分循环的影响具有重要意义。