2010 − 2020年草地土壤氮循环研究现状与发展趋势

氮素是蛋白质、核酸、叶绿素等物质的主要组成成分,是限制生态系统功能的主要因子;氮循环作为土壤生态系统元素循环的核心之一,将草地生态系统与社会、环境联系起来,尤其是氮的投入对于草地生产力的高低至关重要。但是,土壤氮素的损失会降低环境质量、影响人类生活。因此,研究草地土壤氮循环对维持草地生态系统的结构和功能、促进人与自然和谐共生具有重要意义。本文基于Citespace软件,对Web of Science核心合集数据库2010 ? 2020年草地土壤氮循环方面文献进行计量分析。结果表明,国内外在氮循环方面的研究呈不断上升趋势,国内外研究需进一步加强合作以提高文章质量。此外,本文系统综述了生物因子(植物、微生物)、人类活动(放牧、火烧、开垦、刈割等)和非生物因子(大气氮沉降、增温与CO2浓度升高、降水)对草地土壤氮循环过程的影响。基于上述背景,对未来亟待研究的问题进行探讨和展望,提出要注重全球变化因子耦合作用下,对草地土壤氮循环区域尺度上的长期研究,完善氮循环模型,实现草地的可持续发展。     

2010−2020年草地土壤氮循环研究现状与发展趋势

氮素是蛋白质、核酸、叶绿素等物质的主要组成成分,是限制生态系统功能的主要因子;氮循环作为土壤生态系统元素循环的核心之一,将草地生态系统与社会、环境联系起来,尤其是氮的投入对于草地生产力的高低至关重要.但是,土壤氮素的损失会降低环境质量、影响人类生活.因此,研究草地土壤氮循环对维持草地生态系统的结构和功能、促进人与自然和谐共生具有重要意义.本文基于Citespace软件,对Web of Science核心合集数据库2010?2020年草地土壤氮循环方面文献进行计量分析.结果表明,国内外在氮循环方面的研究呈不断上升趋势,国内外研究需进一步加强合作以提高文章质量.此外,本文系统综述了生物因子(植物、微生物)、人类活动(放牧、火烧、开垦、刈割等)和非生物因子(大气氮沉降、增温与CO2浓度升高、降水)对草地土壤氮循环过程的影响.基于上述背景,对未来亟待研究的问题进行探讨和展望,提出要注重全球变化因子耦合作用下,对草地土壤氮循环区域尺度上的长期研究,完善氮循环模型,实现草地的可持续发展.     

氮素添加对土壤呼吸影响的研究进展

碳、氮循环是陆地生态系统化学循环和能量流动的两大重要过程,二者紧密相连;土壤呼吸是陆地碳循环的重要过程,也是陆地生态系统与大气之间进行交换的主要途径。由于施肥等人为因素导致了陆地生态系统氮素的增加。不同陆地生态系统对这一过程做出了不同的响应。综述了不同生态系统土壤呼吸对模拟氮沉降的响应方式和机理,分析了氮素添加对土壤呼吸影响的不确定性,并在此基础上对未来研究方向进行了探讨和展望。     

植物对有机氮源的利用及其在生态系统中的意义

氮是植物生长发育的必需营养元素,也是其主要的限制因子之一。陆地生态系统植物的氮需求量来源及植物对氮素的吸收利用均受控于其种类和生长环境。环境条件的改变,一方面可能改变了植物生长区原有的氮形态、浓度、赋存方式等,从而改变氮对植物的供给状况;另一方面可能引起植物生长区域土壤质量、水分利用状况、光照等的改变,产生耦合现象,从而直接影响植物的生理生态特性,使植物对氮素的吸收利用发生了改变,导致植物生长区的种群类型及物种多样性发生改变,并直接影响到生态系统的功能及演替。本文主要对生态系统中植物生长发育所需氮素的来源及植物对氮素吸收利用过程中的影响因素进行了综述和讨论,并结合国内外在该领域的研究现状对其研究前景进行了展望。     

微生物介导的氮循环过程研究进展北大核心CSCD

氮素是控制大多数陆地生态系统中植物生长和初级生产的关键限制性营养元素,氮循环是生态系统元素循环的核心之一,随着生物地球化学循环研究方法与分子生态学技术的广泛应用,极大的推进了对氮循环的研究,使得对氮循环的机制和过程有了重新的认识。本文从氮循环的4个关键环节(固氮作用、硝化作用、反硝化作用、厌氧氨氧化及硝酸盐异化还原成铵作用)入手,介绍了每个过程的研究进展,同时,展望了未来氮循环的研究方向,以期为氮循环关键过程的了解和氮素的管理与调控提供理论依据。     

微生物介导的氮循环过程研究进展

氮素是控制大多数陆地生态系统中植物生长和初级生产的关键限制性营养元素,氮循环是生态系统元素循环的核心之一,随着生物地球化学循环研究方法与分子生态学技术的广泛应用,极大的推进了对氮循环的研究,使得对氮循环的机制和过程有了重新的认识。本文从氮循环的4个关键环节（固氮作用、硝化作用、反硝化作用、厌氧氨氧化及硝酸盐异化还原成铵作用）入手,介绍了每个过程的研究进展,同时,展望了未来氮循环的研究方向,以期为氮循环关键过程的了解和氮素的管理与调控提供理论依据。     

冻融与氮输入对草地土壤氮转化和氧化亚氮排放的影响

冻融通过改变土壤理化和生物学特性成为影响土壤氮转化及N₂O排放的重要因素。冻融期外源氮输入将进一步改变土壤氮素有效性，从而可能对土壤氮转化过程及N₂O排放产生更为复杂的影响。但关于土壤冻融与氮输入耦合作用对草地土壤氮转化和N₂O排放的影响效应和作用机制尚不清楚。本文系统论述了冻融作用、外源氮输入以及两者耦合作用的特性及其影响下的草地土壤氮转化和N₂O排放特征，指出土壤冻融格局与氮转化过程关系密切，春季冻融期是N₂O排放的关键期，对全年N₂O排放具有重要贡献。冻融频次增加、冻结强度增大以及冻结持续时间延长有利于土壤氮矿化速率加快。氮输入通过增加土壤氮素供应，增强微生物活性进而促进氮的矿化、硝化及N₂O排放。冻融与外源氮的耦合效应具有复杂性，气候条件、冻融格局、以及外源氮含量和类型等的不同易导致草地土壤氮转化和N₂O排放通量的差异性响应。研究结论有助于加深关于土壤冻融与氮输入对草地生态系统氮素生物地球化学循环影响效应...     

菊科植物改变土壤氮素的可利用性

生物入侵破坏入侵地生态系统的群落结构和稳定性、阻碍农林牧渔业生产、危害人类健康。我国已成为外来生物入侵最严重的国家之一，现有402种入侵植物。菊科、豆科、禾本科构成我国外来入侵植物的主体，其中菊科入侵植物约有107种，广泛分布于我国各省(区)。菊科入侵植物因其独特的生物学特性(如生长发育快、成熟早、种子产量高且易于传播等)而具有高度的入侵性。本文综合分析了国内外38篇共211个关于菊科入侵植物对土壤氮素含量影响的案例。结果发现，菊科植物入侵后，85%以上的案例中土壤总氮、铵态氮、硝态氮等氮素含量显著(P <0.05)增加，其中紫茎泽兰(Ageratina adenophora)对土壤氮素含量的影响最大。菊科植物入侵可通过释放化感物质、分解凋落物和改变土壤氮循环微生物种类和数量来改变土壤氮素含量，从而对本地生态系统的氮养分资源造成极大影响。土壤氮是限制植物生长的最主要因素，通过研究菊科入侵植物对土壤氮素含量的影响能帮助理解土壤氮在入侵过程中的重要作用，促进完善外来植物的入侵机制。     

植物根系氨吸收过程的研究进展

氮对植物的生长发育有着重要的作用,氮素也是植物根系从土壤中吸收最多的元素之一。因此,了解根系吸收氮素的机理和过程对检测生态系统的结构与功能有着重要的意义。土壤中的氮大体上可分为无机态和有机态两大类,植物能够吸收的有机态氮主要是氨基酸,而植物能够吸收利用的无机态氮主要是NO3-和NH4+。本研究较全面地总结了植物根系对氮的吸收和调控的机理,并在此基础上对该方面的研究进行了展望。     

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。     

植物根系分解及其对生物和非生物因素的响应机理研究进展

植物根系在生态系统物质循环和能量流动过程中具有重要意义,其分解是固定于植物体内的物质返回土壤和大气环境的重要过程,受生物和非生物等多重因子影响。其中:生物因素方面,根系化学特征是影响根分解的主要因素,根系寿命、直径、菌根及物种差异等生物因素主要是通过改变根系化学性质产生作用,根系分泌物、土壤微生物等主要通过改变分解者的数量和活性影响根系分解。非生物因素方面,水热因子是影响根分解的关键。另外,在全球变化背景下,大气氮沉降、CO₂浓度增加等因素也对植物根系分解产生影响。本文从植物根系分解过程和影响根分解的因素两方面,综述了植物根系分解过程中物质释放规律,总结和归纳了主要生物和非生物因素对植物根系分解的影响机理,并对根系分解的研究进行展望。     

植物根系呼吸研究方法及影响因素研究进展

植物根系呼吸是土壤呼吸的主要组成部分,与陆地生态系统碳循环和气候变化密切相关。根呼吸的研究对生态系统碳收支及生物圈碳平衡有重要意义。植物根呼吸受环境及生物等多种因素影响,根呼吸速率及其对土壤总呼吸的贡献在不同生态系统有较大的差异性。根呼吸的测定主要通过离体根法、同位素法及PVC管气室法等直接方法和排根法、计算法等间接方法进行测定或估算。植物根呼吸主要受土壤温度、湿度、养分及根直径、根级、根生物量及菌根等因素影响。本文从根呼吸主要研究方法和影响根呼吸因素两方面对已有的研究进行简要的综述,旨在为植物根呼吸研究提供理论依据,并根据目前的研究现状,对相关内容进行展望。     

沙地植物根系特征及其与土壤有机碳和总氮的关系

以位于风沙活动剧烈的科尔沁沙地为研究区,通过对不同恢复阶段的流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和封育草地4种生境的植物特征和土壤总有机碳(SOC)和总氮(TN)含量进行调查,分析了沙地不同恢复阶段土壤碳氮特征与植物的关系。结果表明,1)植物地上和地下生物量的变化随沙地恢复过程呈现不同的特征,地上生物量随沙地恢复表现为先增加后减小的趋势,地下生物量则为指数增加的特征,封育草地植物的根冠比显著高于其他恢复阶段;2)与生物量类似,根系长度和根表面积均随沙地恢复逐渐增加,生境间差异极显著,而根体积虽存在生境间差异,但随沙地恢复梯度的规律性不明显;3)SOC和TN的含量与储量均随沙地恢复逐渐增加,0~10 cm层SOC和TN含量高于10~20 cm层,但随沙地恢复过程,10~20 cm层的增幅高于0~10 cm层;4)地上生物量和地下生物量均与SOC和TN储量呈显著的线性回归关系,地下生物量与SOC和TN储量的回归系数均高于地上生物量;5)根系长度和根表面积与土壤碳氮的回归系数均高于生物量和体积。本研究表明,在风沙活动剧烈的沙地生境,植物根系与土壤碳氮的关系较地上部分更为紧密,根系活动可能是影响土壤碳氮积累的重要因素之一。     

放牧对草原土壤呼吸的影响

草地生态系统土壤呼吸受土壤温度、土壤湿度、土壤有机物与C/N等非生物因素,叶面积指数、植物光合作用、植被凋落物、根系生物量与土壤微生物等生物因素和人类活动的综合影响.其中放牧是人类活动中对土壤呼吸影响的主要方式之一.放牧通过对草地土壤的物理结构与化学成分的影响.进而影响土壤呼吸.本研究具体阐述这些因素变化对土壤呼吸产生...     

高山植物种子萌发、幼苗存活和定居对气候变化的响应

高山植物的自然更新,是高寒山区植物群落多样性的维持以及群落生产力高低的重要前提条件。弄清其在未来气候变化下的响应特征,可为准确评估高山生态系统响应气候变化的演变方向和格局提供数据支撑,并为探索内在的演变机制提供理论依据。本文从高山植物种子萌发、幼苗存活与定居的3个关键更新环节展开,综述了生物因素(植物自身因素、植物间相互作用、动物干扰、昆虫授粉等)和非生物因素(温度、水分、土壤性质等)对这3个关键环节影响的研究结果。在种子萌发阶段,极端干旱和高山积雪提前融化改变植物–传粉昆虫相互关系和营养结构网络。升温和降水增加促进植物种子萌发,升温能打破种子休眠改变种子生理状况,而增加土壤水分能为种子萌发提供充足的水分供应。而温度过高和水分过多却对种子萌发产生阻碍作用,归因于温度高于萌发阈值造成高温胁迫,土壤水分过多产生病原体。幼苗存活和定居阶段,植食动物干扰和植物种间竞争对幼苗的存活和定居有利有弊,适当的动物干扰增加幼苗生长空间,资源贫乏山地的植物种间竞争促使幼苗相互协调共生,促进存活和定居。动物对幼苗的高强度取食和干扰及资源富足的区域植物种间竞争造成植物资源获取受阻,都抑制幼苗存活和定居。迄今为止,有关升温对高山植物幼苗存活的影响还存在争议(促进或者没有影响),但升温和增加降水可以促进幼苗生长的结论比较一致,这可能是更温暖湿润的土壤可以为幼苗的生长提供良好的环境条件,有利于养分吸收利用。本文阐明了高山植物早期更新3个阶段的生物与非生物因素对其的影响,也指出了忽略生物和非生物因子的多重效应等方面的研究不足,同时提出了需要继续深入探索的科学问题,以期为气候变化对高山生态系统的影响研究提供文献借鉴。     

根际促生菌促生机理及其增强植物抗逆性研究进展

植物根际促生菌具有促进植物生长、提高作物产量及诱导植物产生系统抗性来抵御生物和非生物胁迫的作用。目前，随着绿色可持续现代农业的大力发展，微生物菌肥成为备受青睐的新型肥料。因此，有关根际促生菌的分离、鉴定、与植物的互作机制以及利用根际促生菌制备微生物肥料等方面的研究日益受到重视。本文系统综述了根际促生菌促进植物生长的机理（包括固氮、溶磷、解钾、溶铁、分泌植物激素、释放挥发性物质等）和增强植物抵御生物胁迫（包括病原菌、害虫等）及非生物胁迫（干旱、盐害、重金属等）方面的研究进展，并针对根际促生菌的未来研究方向进行了展望。     

青藏高原东缘沙化草甸植物氮磷的分配和耦合特征

植物氮、磷元素及其耦合关系对揭示植物群落变化乃至生态系统的功能与过程具有重要意义。本研究以青藏高原东部高寒草甸为研究对象,分析沙化胁迫下植物地上、地下部分的氮、磷含量与氮磷比的变化特征、分配差异及影响因素。结果表明:(1)植物地上部分的氮含量(平均值为15.3 mg·g^?1)和氮磷比(平均值为5.2)整体低于地下部分的氮含量(平均值为28.2 mg·g^?1)和氮磷比(平均值为12.5);随着沙化程度加剧,植物地上和地下部分的氮含量呈先升高后下降的趋势,而植物地上和地下部分的磷含量无明显变化趋势。(2)植物地上和地下部分普遍受到氮限制,氮、磷元素之间耦合关系在沙化胁迫下几乎没有协同性。(3)土壤含水量是影响植物地上和地下部分氮、磷含量的关键因素,植物地上和地下部分都会提高自身氮、磷含量以应对土壤水分降低的胁迫。在全球草地沙化的严峻形势下,本研究将为环境胁迫下植物的生存策略及其驱动机制提供理论参考。     

草地生态系统土壤呼吸及其影响因素研究进展

土壤呼吸在全球碳收支中占有重要的地位,笔者对草地生态系统土壤呼吸在陆地生态系统碳平衡中的作用、土壤呼吸的分类及其影响因素等方面进行了综述。结果表明,草地生态系统土壤呼吸在不同时间空间各组分所占比例不同,生物、非生物及人为活动等因素对草地土壤呼吸影响各异,主要从土壤温度、气候变暖、土壤湿度、降水、干旱化、土壤C/N等非生物因素,叶面积指数、植物光合作用、植被凋落物等生物因素以及人类干扰活动等方面具体阐述这些因素变化对土壤呼吸产生的影响,并对草地土壤呼吸的Q₁₀值及各影响因素间的交互作用进行归纳总结。提出草地生态系统土壤呼吸研究存在的问题和今后重点发展方向,并对未来草地生态系统土壤呼吸的研究工作做了进一步的展望。     

青藏高原草地生态系统碳循环研究进展

青藏高原属于气候变化的敏感区和生态脆弱带,对气候变化和人类活动扰动十分敏感,在未来全球碳循环调控中发挥着重要的作用。为增进对青藏高原高寒草地生态系统碳循环的理解,综述了近10年来气候变化、氮沉降和人类活动干扰下青藏高原温室气体排放、土壤碳库变化以及模型模拟应用等方面的最新研究进展。概括出高寒草地生态系统碳循环研究的草地类型主要包括高寒草原、高寒草甸、灌丛草甸草原、沼泽化草甸以及高寒湿地等。阐述了温室气体产生的机理、青藏高原高寒草地碳循环的源汇关系,指出温度升高、放牧、氮沉降是影响青藏高原温室气体排放、土壤碳库变化最重要的外界扰动,但是温室气体排放、土壤碳库对这3个因子之间协同作用的响应目前还不清楚。现有的高寒草地生态系统碳循环模型,主要以植被类型为基础,大多只考虑了水热因子,很少包含土壤因子和生物因子及其协同作用的影响。在此基础上,指出未来拟加强的研究重点: 1)冻融交替过程土壤温室气体排放研究; 2)非生长季土壤呼吸作用研究; 3)碳循环和植物物候耦合研究; 4)高寒草地生态系统碳循环模型的开发。