基于整合分析的氮添加对草地植被多样性、生物量及净初级生产力影响

【目的】揭示氮沉降对全球草地生态系统植被多样性、生物量及净初级生产力的综合效应,并探究不同气候条件下氮沉降对于草地影响程度。【方法】根据设计的标准收集整理国内外121篇文献,采用整合定量分析氮沉降对全球草地生态系统的综合效应。【结果】与未施加氮的天然草地相比,氮添加显著提高草地生产能力,其中草地总生物量(P0.05)、地上生物量(P0.001)、地下生物量(P0.01)及地上净生产力(P0.001)平均效应值分别为24.11%、33.55%、16.38%及29.73%;氮添加显著降低天然草地植被多样性,其中植被香农-威纳指数(P0.05)及丰富度指数(P0.01)平均效应值分别下降27.11%及14.65%;年降水会显著影响天然草地植被多样性指数、辛普森指数及覆盖度指数对氮沉降的响应,而不显著影响植物生物量和净生产力对氮沉降的响应,年均温不会显著影响草地植被多样性、生物量及净初级生产力对氮沉降的响应。【结论】大气氮沉降会提高天然草地生态系统的生物量及净生产力,但会造成植物丰富度降低,对草地生态系统物种多样性造成负面影响。     

亚热带不同演替阶段森林土壤可溶性有机氮与酶活性特征

森林演替中的土壤氮素转化是生态系统的关键过程,其相互关系的研究正受到愈来愈多的重视,探讨土壤可溶性有机氮(SON)和酶活性对维持森林生态系统氮循环及植被恢复、森林生态系统管理有重要的意义。在湖南省长沙县大山冲森林公园不同演替阶段三种林地(针叶林、落叶阔叶林和常绿阔叶林)的1 hm~2长期观测样地,采集表层土壤样品,测定SON和葡糖胺糖苷酶、葡萄糖苷酶和木糖苷酶酶活性,分析亚热带常绿阔叶林演替序列森林土壤SON和酶活性特征,探讨其特征及其与土壤理化性质的关系。结果表明:森林土壤SON表现为常绿阔叶林落叶阔叶林针叶林,且针叶林的铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)、微生物生物量氮(MBN)、总氮(TN)均低于常绿阔叶林和落叶阔叶林(P0.05);阔叶林土壤葡糖胺糖苷酶、葡萄糖苷酶和木糖苷酶明显高于针叶林,常绿阔叶林土壤与三种酶底物的亲和力最强,而落叶阔叶林土壤酶活性最高;冗余分析显示SON与三种酶活性均存在显著正相关关系,葡糖胺糖苷酶活性和亲和力与土壤TN、NH_4~+-N和MBN呈显著正相关。研究表明,亚热带不同演替阶段森林土壤SON和酶活性差异明显;SON随植被正向演替而增加,SON转化相关的酶活性亦随植被正向演替而增强。亚热带森林植被正向演替伴随着土壤氮素养分快速循环过程。     

全球变暖对森林生态系统的影响

全球变暖对森林生态系统产生了深远影响,影响着森林植被物候、物种组成、群落结构、生物多样性等,进而对人类的生存和社会经济发展带来了严重威胁。该研究从森林类型和物种分布、植被物候、森林结构组成和生物多样性、森林生产力、森林灾害5方面综述了全球变暖对森林生态系统的影响,并展望需要加强的研究重点。     

氮在凋落物-土壤界面连续体转移研究进展

凋落物-土壤界面连续体是森林生态系统的最重要部分,也是氮素生物地球化学循环最活跃的场所。土壤氮元素的生物地球化学循环广义上可分为转运和转化2个环节,真菌和细菌分别在这2个环节上扮演重要角色。降雨、氮沉降和温度等变化能够改变森林生态系统的氮生物地球化学循环过程,在全球变化加剧背景下,深入了解凋落物-土壤界面连续体内氮的转运和转化过程和机制尤为重要。本文综述了凋落物-土壤界面连续体的研究现状,通过应用N示踪、分子生物学测序和N-DNA-SIP分子探针技术,研究氮转运和转化的微生物群落及其过程的可行性,并提出今后森林生态系统凋落物-土壤界面连续体的氮循环模式,强调了真菌的转运和细菌的转化过程在氮固持中的贡献,有助于森林生态系统氮固持力和机制系统认知,为开展温带森林生态系统管理和氮排放控制提供了思路。      

西南喀斯特生态系统氮素循环特征及其固碳效应

评估生态系统氮状况对预测全球变化背景下生态系统的固碳潜力及生态演替的方向与进程均具有重要的意义。近年我们开展了比较系统的研究以回答二个关键科学问题,即氮是否限制喀斯特区植被恢复,以及喀斯特森林氮状况与邻近的非喀斯特森林相比有何差异?基于多尺度演替序列研究,发现退耕后喀斯特土壤总氮快速累积。氮的累积相应促进土壤有机碳快速累积,且有机碳累积的相对速率高于总氮累积的相对速率。恢复初期(草丛阶段)植被受氮限制,而在次生林阶段则表现出明显的氮饱和特征。基于土壤初级氮转化速率和胞外酶活性化学计量特征的证据表明氮饱和是喀斯特森林的独有特征,而邻近的非喀斯特森林普遍受氮限制。我们的研究意味着:1)西南喀斯特山区退耕后的生态恢复仅在早期受氮限制,而中后期则不受氮限制;2)充足的氮供应可保障生态恢复工程的固碳效应;3)喀斯特森林氮循环具有其独特性,在全球变化背景下,其响应与适应性也可能异于其他区域/类型森林。     

CO2浓度升高对森林碳平衡及碳氮耦合的影响

森林碳平衡及碳氮耦合对大气CO2浓度升高的响应存在着诸多不确定性,现有研究主要集中在温带地区,并体现在光合作用、生产力及分配、枯落物分解以及土壤碳库等各个方面,研究结果表明:CO2浓度升高(1)短期内增强了森林的光合能力,长期条件下由于氮供应与叶氮含量的下降,就会产生光合下调与适应现象;(2)提高了森林净初级生产力(NPP)并影响其在各组分之间的分配,但却没有促进土壤氮矿化作用,土壤氮有效性降低,限制了森林NPP的持续上升;(3)增加了森林枯落物的数量,刺激了微生物的氮吸收与同化以及植物对有效氮的利用,从而影响分解过程;(4)增强了森林土壤的碳汇功能,但同样会受到氮有效性的直接限制与支持氮固定的其它养分的间接限制。由于热带、亚热带地区的环境因素与温带地区存在较大差异,未来应加强这些区域的相关研究,进一步揭示森林生态系统对CO2浓度升高的响应机制。     

中国北方森林和草地生态系统碳氮耦合循环与碳源汇效应研究

全球变化自20世纪80年代以来作为一个科学问题开始出现,现今已超越科学领域,成为影响当今世界发展的重大政治、经济和外交问题。在科技部的 “十三五”期间“全球变化及应对”重点研发计划专项支持下,来自中国科学院沈阳应用生态研究所、西北农林科技大学、中国科学院植物研究所等6个单位31位科学家于2016年7月开始承担“中国北方森林和草地生态系统碳氮耦合循环与碳源汇效应研究”项目。该项目旨在:1)凸显中国北方植物群落演替在温室气体吸收和排放平衡,特别是在我国未来碳汇中的作用;2)绘制森林和草地碳源汇转变的敏感区、脆弱区;3)建立和发展稳定同位素技术研究碳氮循环的多时间序列历史变化及其对全球氮沉降、大气CO2浓度上升和气候变化的响应;4)揭示氮沉降、升温、火干扰和植被演替驱动的碳氮耦合循环生物学机制及其碳源汇响应。通过该项目5年的实施,预期能增加我国北方森林和草地生态系统碳氮耦合循环生物学机制的认识,增强对北方森林和草地生态系统对全球变化响应的预测能力和减少预测的不确定性。      

氮沉降对森林生态系统影响的研究进展

森林在生态系统中有大自然氧吧和维持生态平衡的意义,通过查阅国内外有关于氮沉降的文献,从氮沉降对森林植物、动物和微生物的影响等方面和角度综述氮沉降对森林生态系统的影响,介绍了相应的响应机制,并对今后的进一步研究工作提出展望.氮沉降的研究还存在一些问题,如目前国际上对氮沉降研究方法还没有形成一套比较完备的标准体系,世界各地氮沉降量测定的研究方法和仪器设备都不相同,导致研究结果会出现差异,所以对真实生态情况很难进行统一的定论和科学的比较分析.相比国外研究而言,国内研究虽然形成了比较规范的监测网,但研究的技术手段缺乏确凿性和一致性,并且研究对象不全面,树种选择局限,对阔叶树种研究较少.     

酸沉降影响下春季庐山森林生态系统水溶态氮的分布及其动态

对1998 年春季庐山森林生态系统中降水、透冠水、茎流水、土壤渗漏水和沟水的水溶态氮(NH 4 -N、NO-3 -N、NO-2 -N) 进行了观测和分析研究。结果表明, 庐山酸雨pH值较1993年升高, 总氮亦有所增加; 系统中氮流通量加大, 输入量大于输出量。土壤尚能有效缓冲大气氮沉降; 氮的输出量中, 以灯台树(Cornusccontroversa)和山胡椒(L.glauca)为主的阔叶林系统多于以日本柳杉(Cryptom eria japonicum ) 为主的针叶林系统; 阔叶林较针叶林更有效地抵抗酸沉降。氮的分布及其动态表明阔叶林生态系统对酸沉降具有较强的缓冲能力。     

浙江省公益林生物多样性和立地对生物量的影响

  目的  探究浙江省公益林生物多样性和立地因子对生物量的影响,研究公益林群落结构的稳定性。  方法  依托浙江省3个县的公益林调查数据,探索10个土壤和地形因子(土壤吸湿水、土壤pH、土壤有机质、土壤速效氮、土壤速效磷、土壤速效钾、海拔、坡度、坡向和土壤厚度)以及生物多样性(物种丰富度和谱系多样性)对3种森林类型(针叶林、针阔混交林和阔叶林)生物量的影响。  结果  谱系多样性较物种丰富度能更好地区分森林类型,其中阔叶林和混交林有较高的生物多样性,针叶林则拥有高生物量。仅考虑单独因子的作用,谱系多样性(P=0.041)和物种丰富度(P＜0.001)在阔叶林中对生物量有显著的积极影响;而考虑环境因子的效应时,物种丰富度、谱系多样性、土壤速效氮、土壤厚度和土壤吸湿水对阔叶林中的生物量具有显著影响(P＜0.05),土壤厚度和土壤酸碱度对针叶林的生物量具有显著影响(P＜0.05)。谱系多样性在环境因子的共同作用下对生物量有消极影响。  结论  生物多样性和环境因素共同影响浙江公益林的生物量。在未来公益林的经营中,应对不同森林类型采取相应的措施,增加针阔混交林和针叶林的土壤肥力,改善阔叶林的物种结构,以期更好地维持和提升公益林的生态系统功能。图2表2参44     

大气氮沉降研究进展

随着经济的快速发展,人类活动排放至大气中的氮持续增长,大气氮沉降已成为气候变化、二氧化碳浓度升高、土地利用变化之外的影响陆地生态系统结构和功能的第四大因素。通过大气沉降到生态系统的氮一部分可作为营养源供植物生长,过量的氮则会产生消极作用。文章围绕大气氮沉降的氮素组成及其沉降通量,氮沉降的时空特征,氮沉降对土壤及植物的影响三方面进行了综述,总结了大气氮沉降的不同氮素形态及沉降通量,对比了氮干、湿沉降的时空特征,阐述了大气氮沉降对土壤生态系统及植物生长的影响。从现有的文章来看,我国对各地区大气氮沉降情况的监测越来越多,包括农田、城市、森林等,但关于大气氮沉降的影响研究多与水体、森林、草地等相关,对农田生态系统的影响,例如对土壤微环境、农作物生长及作物产量、农产品质量等的影响研究尚且较少。     

模拟氮沉降对农田大型土壤动物的影响

采用喷施氮肥模拟氮沉降的方法,分对照(CK,不施氮)、低氮(T50,50 kg.hm-2.a-1)、中氮(T100,100 kg.hm-2.a-1)、高氮(T150,150 kg.hm-2.a-1)4个梯度对温郁金农田生态系统进行氮沉降处理,5个月后调查其田间大型土壤动物分布情况。结果表明:①调查共获得大型土壤动物19类485只,优势类群2类、常见类群8类、稀有类群9类;类群数和个体数均以0<土壤深度h≤5 cm层最高。②氮沉降改变了土壤动物个体数的表聚特征,在高浓度氮处理下土壤动物表现出向深层趋避;氮沉降降低了大型土壤动物的个体数,0T100>T150。③氮沉降对土壤动物类群数的垂直分布无明显影响,但能够减少土壤动物的类群数,0T100>T150。④各处理下的大型土壤动物的Shannon-W e iner多样性指数H′、P ielou均匀性指数J和S inpson优势度指数C基本一致,表现为T100>T50>CK>T150,表明低氮处理对大型土壤动物多样性有促进作用,而在高氮处理时表现为抑制,存在阈值作用。⑤大型土壤动物多样性与杂草地上部分鲜质量显示出较好的正相关(r=0.74),而杂草地上部分鲜质量与农作物温郁金地上部分鲜质量显示较好的负相关(r=-0.79),土壤动物对氮沉降的响应受到杂草和农作物的影响,可能是一个更为复杂的过程。     

森林植被与土壤微生物关系研究进展

在森林陆地生态系统中,植被和土壤微生物作为其主要成员,在维持林内养分平衡、保持生物多样性、促进能量循环等方面扮演着重要的角色.同时,森林植被与土壤微生物之间存在着密切的互作关系.因此,研究二者的关系能够为森林的保护和评价森林生态系统健康状况提供依据.从森林植被多样性特征、土壤微生物多样性特征、植被与土壤微生物之间的相互关系等角度进行了综述,在总结前人研究结果的基础之上对未来的研究目标进行了展望.     

模拟氮沉降对油松林土壤有机碳和全氮的影响

本文通过长期原位模拟氮沉降试验,研究暖温带油松林土壤有机碳和全氮对外源氮添加的响应过程与机制。从2009至2011年,氮处理水平分别为对照(0 kg/(hm2·a),N0),低氮(50 kg/(hm2·a),N1),中氮(100 kg/(hm2·a),N2)和高氮(150 kg/(hm2·a),N3)。利用土钻法研究油松人工林和天然林不同土壤深度土壤有机碳和全氮对模拟氮沉降的响应。结果表明,氮沉降降低了人工林和天然林不同土层深度有机碳含量,有机碳含量下降幅度随氮沉降量的增加而增大,且表层土壤(0~20 cm)下降幅度大于深层土壤(20~40 cm,40~60 cm)。天然林表层土壤有机碳下降幅度大于人工林。氮沉降显著增加了人工林表层土壤全氮含量(P0.05),但对天然林表层土壤全氮含量无显著影响(P0.05)。      

氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制

氮沉降持续增加背景下土壤C∶N∶P化学计量比和pH环境等的改变及其可能的土壤微生物学机制已经成为陆地生态系统与全球变化研究的新生长点和科学研究前沿.以生态化学计量学和土壤微生物生态学为理论基础,综述了氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制的基本理论、最新进展、研究热点与难点,旨在促进全球变化背景下陆地生态系统地下生态学的研究.氮沉降持续增加会导致森林生态系统磷循环加速,导致磷限制.氮沉降不但改变森林土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比和降低土壤pH值,而且改变土壤微生物生物量碳氮磷、细菌、真菌和放线菌的组成以及影响碳氮磷分解的关键酶活性.氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响表现为促进、抑制和无影响,其影响的差异可能来源于微生物效应的不同.叶片在凋落前有显著的氮磷养分回收,但是根无明显的养分回收,造成土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比存在明显差异.基于DNA/RNA等分子生物学方法为土壤微生物生态学研究提供了强有力的手段,将促进氮沉降对森林土壤有机质和凋落物化学计量比改变的微生物学机制研究.     

森林植被恢复重建的理论基础

作者认为 :恢复生态学是研究如何修复由于人类活动引起的原生生态系统生物多样性和动态损害的一门学科 ,它是森林植被恢复重建的重要理论基础 .就森林植被而言 ,它主要研究退化森林生态系统的成因、特征、恢复可行性评价、恢复技术、恢复生态系统的生态学过程、恢复过程中的生物安全以及恢复理论 .其具体理论包括 :植被的发生与气候及气候的变迁耦合或生物的发生与环境耦合理论、植物多样性是生态系统稳定性的基础理论、生态演替理论和作为系统的生态系统的结构和功能相适应理论等 .从国内大量的生态恢复重建实践来看 ,森林植被的恢复重建研究需要解决以下一些问题 :注重探讨森林植被退化的进化与历史决定因素、注意研究恢复森林生态系统在恢复中的生态学过程、重视森林植被恢复重建中的生物安全问题以及大尺度的森林植被恢复重建问题     

氮沉降对草原凋落物分解的影响

大气氮沉降增加是全球变化的重要现象之一,草原生态系统对氮沉降增加的响应成为草地生态学的研究热点之一。凋落物分解是草原生态系统养分循环和能量流动的主要途径,氮沉降增加引起草原植物群落结构变化,导致凋落物质量、土壤肥力、土壤微生物和土壤动物的变化,最终影响凋落物的分解。本文综述了氮沉降对草原凋落物结构、化学组成和分解环境的影响等方面的国内外最新研究进展,讨论了需进一步加强研究的内容,以期为进一步拓展该领域研究的广度和深度、为全面分析和评估全球变化对草原生态系统的影响提供参考。     

模拟氮沉降对季风常绿阔叶林凋落物碳氮组分的影响

【目的】探究季风常绿阔叶林凋落物对氮沉降增加的响应规律。【方法】设置4个氮添加水平:对照、低氮、中氮和高氮,其年添加氮量分别为0、35、70和105 kg·hm~(–2),分干、湿季收集凋落物样品,并进行碳、氮组分含量分析。【结果】随氮添加量的上升,凋落物总有机碳(TOC)和水溶性有机碳(WSOC)含量显著增加,且WSOC/TOC质量比具有上升趋势。氮添加未显著改变酸不溶组分碳(AIFC)含量以及AIFC/TOC质量比,但与对照比较均具有下降趋势。不同的氮添加处理均未显著改变凋落物总氮(TN)、水溶性氮(WSN)和酸不溶组分氮(AIFN)含量,以及WSN和AIFN占TN的比例。短期氮添加对凋落物C/N质量比和AIFC/AIFN质量比无显著影响,但显著增加干季的WSOC/WSN质量比。【结论】氮沉降促进了季风常绿阔叶林凋落物中可溶性有机碳的积累,这可能有利于可溶性有机物转入土壤中,从而影响生态系统中的养分循环。     

氮水添加对半干旱地区草原土壤微生物群落结构的交互影响

微生物群落组成变化是研究和预测陆地生态系统对全球变化响应的重要工具.通过监测模拟气候变化的施氮增雨试验条件下土壤微生物群落的改变,预测我国北方半干旱草地生态系统在未来对全球变化的响应.为了更好地衡量微生物群落的响应,进行了连续3年的气候模拟试验,利用磷脂脂肪酸(PLFA)图谱分析法追踪微生物群落结构变化.结果显示,增雨对微生物群落中的革兰氏阳性菌(GP)、革兰氏阴性菌(GN)以及总细菌和总真菌的PLFA含量没有显著影响,但对真菌/细菌比(F/B)和革兰氏阴性菌/阳性菌之比(GN/GP)有显著影响,并显著降低了总PLFA含量.施氮显著降低了微生物群落中的革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌以及总细菌和总真菌的PLFA含量,并显著降低了微生物群落的总PLFA含量.施氮和增雨两个环境变化因子对总PLFA、GN/GP、以及真菌对细菌之比(F/B)有显著的交互影响.在半干旱草原地区,施氮和增雨对微生物群落结构存在交互影响.这预示着未来降雨量增加和氮沉降条件下,我国北方草地生态系统中,微生物群落结构变化将导致微生物群落生态功能改变,从而引发整个生态系统的响应.     

大兴安岭多年冻土区森林湿地土壤碳氮含量及酶活性研究

[目的]研究大兴安岭多年冻土区不同森林植被类型不同深度土壤碳、氮含量及相关酶活性的特征,为深入了解冻土区森林湿地的碳、氮动态及冻土区生态环境保护提供理论依据。[方法]以大兴安岭典型植被类型落叶松、樟子松及白桦为研究对象,分析不同植被不同土层碳、氮含量及相关酶活性特征。[结果]随着土壤深度的增加,不同植被类型土壤溶解性有机碳、土壤有机碳、土壤硝态氮、土壤铵态氮、土壤脲酶、土壤蔗糖酶均逐层降低。0~10 cm土层,土壤溶解性有机碳含量落叶松分别显著高于樟子松和白桦(P0.01);樟子松铵态氮、硝态氮含量分别显著高于落叶松、白桦(P0.05);脲酶活性落叶松最高,分别为樟子松和白桦的1.44倍、1.28倍(P0.05);蔗糖酶活性由低到高依次为落叶松、樟子松、白桦(P0.05)。10~20、20~30 cm土层与其规律相似。相关性分析表明,蔗糖酶对土壤有机碳、溶解性有机碳含量的影响最大,其相关系数分别为0.945、0.931(P0.01)。脲酶对铵态氮含量的影响较大,相关系数为0.790(P0.05)。[结论]大兴安岭多年冻土区不同森林湿地植被土壤碳、氮含量均有一定的规律性和差异性,表明植被类型是影响土壤碳、氮循环过程的重要因素。