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.     

不同林龄柑橘园碳氮磷分配及生态化学计量特征研究

选取了邻近的3种林龄(10、20和30年)的柑橘(Citrus reticulata Blanco.)凋落物和土壤作为研究对象,研究其碳氮磷化学生态计量特征,了解三峡库区柑橘园生态系统的碳氮磷分布格局及其生态化学计量特征。结果表明,碳氮磷含量均表现为凋落物土壤。林龄对凋落物碳氮含量、凋落物C/N、土壤C/N和土壤C/P均无显著影响,但是对凋落物磷、土壤碳氮磷、凋落物C/P和N/P以及土壤N/P影响显著。随着柑橘林龄的增大,土壤碳氮磷含量和土壤N/P逐渐提高,而凋落物磷随着柑橘林龄的增大呈现出先提高,20年达到最大值,其后又降低的趋势,凋落物C/P和N/P呈现降低的趋势。     

桂西北喀斯特地区植被不同演替阶段生态化学计量特征（英文）

【目的】探讨桂西北喀斯特地区植被不同演替阶段生态化学计量特征,为进一步了解植被演替过程中的养分循环和喀斯特生态系统的稳定性提供参考。【方法】通过野外样地设置、取样及室内试验,采用方差分析和相关性分析等经典统计方法对桂西北喀斯特地区四个演替阶段(草丛、灌丛、次生林和原生林)植物、凋落物和土壤的碳(C)、氮(N)和磷(P)含量、化学计量比及其相关性进行分析。【结果】植物C、N和P含量随植被正向演替呈增长趋势,凋落物的养分含量均低于植物。植物N和P再吸收率表现为原生林灌丛次生林草丛。次生林中0~10 cm土壤以C和N含量最高,但灌丛以P含量最高。养分化学计量比C∶N、C∶P和N∶P在各层次中表现出一定的规律:凋落物植被土壤。在草丛中,植物C∶N、C∶P和凋落物C∶N最高,植物和凋落物的N∶P最低;凋落物C∶P、N∶P和植物N∶P分别出现在原生林和次生林;土壤C∶P、N∶P沿植被正向演替而增加。植物、凋落物和土壤中C、N和P含量及其化学计量比间存在显著相关(P0.05)。【结论】土壤养分对植物养分含量影响不明显,但在植物生长过程中发挥重要作用;植物叶片N∶P受土壤N和P含量的影响;植物生长在演替阶段早期易受土壤养分限制。     

马尾松叶片-凋落物-土壤的碳氮磷化学计量特征

以赣南马尾松天然林为研究对象,采用空间代替时间的方法,通过典型样地调查和样品测定,分析不同林龄马尾松林叶片、凋落物和土壤的C、N、P含量及化学计量特征。结果表明:(1)各龄组的C、N、P含量均表现为土壤<凋落物<叶片,且三者之间均呈现显著性差异(P<0.05),叶片C、N、P含量均在近熟林达最大值;土壤C含量为成熟林最大,而N、P含量则近熟林最大;凋落物的C含量则成熟林最小,N、P含量为近熟林最小。(2)不同龄组之间,C含量在叶片、凋落物、土壤中均有显著差异(P<0.05),N、P含量及C∶N、N∶P在土壤中有显著差异(P<0.05),C∶N和C∶P在凋落物中有显著差异(P<0.05)。(3) C、N、P含量及其化学计量比在叶片、凋落物、土壤各自的相关性优于两两之间,而两两间的相关性主要体现在叶片P与凋落物N、叶片P与土壤P、叶片N∶P与凋落物N∶P。土壤有机质的矿化作用偏慢,林木的生长、凋落物分解均受到N元素的限制,P元素的有效性偏低;叶片、凋落物、土壤的主要化学计量指标之间具有明显的耦合性,P元素相比C、N元素在叶片、凋落物、土壤三者之间的相关性更为明显。     

喀斯特高原峡谷石漠化生态系统土壤C、N、P生态化学计量学特征

【目的】为了揭示喀斯特高原峡谷石漠化生态系统土壤C、N、P含量生态化学计量学特征,科学支撑石漠化治理。【方法】选取西南喀斯特典型石漠化生态系统贵州贞丰--关岭花江石漠化生态系统为研究对象,开展土壤C、N、P生态化学计量特征研究。【结论】(1)石漠化生态系统土壤(0~15 cm)的C、N、P含量均值分别为(44.85±11.22)、(3.22±0.82)、(1.17±0.35)g/kg;C∶N、C∶P、N∶P比值分别为(3.17±1.35)、(43.09±16.49)、(14.01±3.62)。(2)无石漠化环境的土壤C、N含量显著高于石漠化环境土壤,但P含量无显著差异。(3)土壤C、N、P含量及比值等生态化学计量学特征受到地形、地貌、土壤母质以及成土的因素影响较大,受到植被、凋落物影响较小。研究结果为进一步阐明喀斯特石漠化生态系统C、N、P等元素生态化学计量学特征提供了工作基础,同时为科学治理石漠化提供了重要参考。     

天然草原植物根系凋落物分解研究进展

植物凋落物分解是草原生态系统养分循环的关键过程，是天然草原土壤碳(carbon, C)、氮(nitrogen, N)固持的重要来源。根系凋落物是植物凋落物的主要组成部分，其分解过程是有机质和养分输入土壤的主要途径之一。从根系凋落物自身特性、非生物因子(温度、降雨与土壤养分)、生物因子(土壤动物、土壤微生物与土壤酶活性)等三个方面，系统总结了草原植物根系凋落物分解过程及相关机理。在分析现有研究的基础上，探讨了根系凋落物分解的研究内容、试验方法进展和不足，并对未来草原植物根系凋落物分解研究方向进行了展望，以期为深入理解植物根系凋落物分解的地下过程提供参考。     

农田生态化学计量研究进展

生态化学计量学研究能量和多重化学元素(主要是C、N、P)之间的动态平衡,并分析这种平衡对生态系统的影响,现已成为全球研究热点之一。然而关于农田生态化学计量的研究相对较少。综述了在农田土壤生态化学计量、作物生态化学计量、土壤与作物生态化学计量的相关性3个方面的研究进展,以期为农田生态化学计量的相关研究提供参考。     

四川龙溪-虹口常绿阔叶林凋落物与土壤碳、氮、磷化学计量特征分析

以龙溪虹口海拔873～2 211 m的常绿阔叶林为研究对象,通过野外采集和室内分析,探讨了常绿阔叶林土壤与凋落物有机碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征对海拔、土层和森林类型的响应特征。结果表明:①随着海拔的上升,不同土层的土壤和凋落物有机碳、氮、磷含量均呈现出增加的趋势;土壤和凋落物有机碳、氮、磷含量与海拔呈极显著正相关关系。②土层厚度与土壤N/P和C/P显著负相关,海拔和森林类型与凋落物C/P显著负相关,森林类型仅与凋落物N/P显著负相关。③研究区内土壤和凋落物C/N高于中国森林系统土壤和凋落物C/N,表明凋落物分解速度较慢,矿化和腐殖化程度较低,土壤硝酸盐淋溶风险较低,养分贮藏能力较好。土壤氮、磷含量与凋落物C/N和C/P显著负相关,说明该地区凋落物分解受土壤氮、磷元素共同的限制。研究结果可为探讨森林土壤养分供应和限制因素以及研究区域内土壤质量评价和森林管护提供科学依据。     

黄土高原不同植被带油松人工林生态化学计量特征及其影响因素

为阐明油松人工林生态系统化学计量特征空间差异，分析其随气候因素变化的响应机制,以陕北黄土高原森林带、森林草原带和草原带油松人工林为研究对象，分析叶片、凋落物和土壤C、N、P化学计量特征及其与气候因子的关系。结果表明:1）油松叶片、凋落物C含量以草原带最高，但其土壤C含量最低，叶片与土壤N含量均表现为森林带>森林草原带>草原带，叶片P含量以森林带最高，但其土壤P含量最低。2）叶片C∶N和C∶P以森林带最低，油松人工林生产力水平随降水梯度的升高而增加；森林草原带叶片N∶P为15.57，植被生长受到N、P元素共同限制，而森林带和草原带叶片N∶P均<14，油松生长受到N限制；土壤C∶P表现为森林带>森林草原带>草原带，森林带P素释放潜力差。3）油松人工林叶片C含量随年均降水量增加而降低，N、P含量情况则相反；年平均降水、气温与土壤C、N含量间存在极显著正相关关系 （P<0.01），而与土壤P含量间表现为显著负相关（P<0.05），气候条件变化对油松人工林生长有着明显的影响。     

黔西北地区优势树种根区土壤养分特征

为优化黔西北地区喀斯特退化生态系统群落配置,以该区12个优势树种(亮叶桦、银白杨、云南松、华山松、白栎、毛栗、栓皮栎、川榛、马桑、火棘、金丝桃、杜鹃)为研究对象,运用主成分分析法(PCA)对各优势树种根区土壤pH值、供肥强度以及根区土壤和凋落物的C、N、P生态化学计量特征等指标进行评价,揭示其根区土壤养分特征。结果表明:优势树种根区土壤供N、供P及供K强度的均值分别为5.55%、0.36%和0.66%,总体水平较低;生态化学计量特征整体表现为凋落物>土壤。根区土壤大多呈酸性,对土壤供N、供K强度存在极显著的增强效应(P<0.01),对供P强度无显著效应;供N强度、供K强度显著影响土壤生态化学计量比,而供P强度的影响不显著。华山松凋落物C∶N(138.66)、C∶P(1 311.63)均显著高于其余优势树种,根区土壤供K强度最低;火棘根区土壤pH值、供N及供K强度显著高于其余优势树种,根区土壤与凋落物C∶N、C∶P均处于最低水平。根区土壤养分综合指数为:华山松>白栎>马桑>杜鹃>栗>云南松>银白杨>亮叶桦>栓皮栎>川榛>金丝桃>火棘。华山松较其它树种有很好的养分蓄存效应。     

西南喀斯特石漠化生态系统植物多样性、土壤生态化学计量特征及其相关性分析

[目的]研究喀斯特石漠化生态系统植物多样性和土壤养分生态化学计量特征及其相关性,探讨植物多样性和土壤养分生态化学计量特征对石漠化演变的响应,为石漠化地区的植被恢复和生态系统重建提供科学依据.[方法]选取贵州典型喀斯特石漠化区域的毕节鸭池、清镇红枫湖和安顺花江3个调查点,广泛设置样地,开展植物多样性调查,测定不同调查点、不同石漠化等级土壤的有机C、全N、全P和全K含量,并对4种土壤养分元素的生态化学计量特征与4种植物多样性指数进行相关性和回归分析.[结果]研究区植物4种多样性指数均较低,丰富度指数范围6.00~11.92,Shannon-Wiener指数范围1.61~3.12,均匀度指数范围0.59~1.70,优势度指数范围0.12~0.46.喀斯特石漠化生态系统土壤有机C、全N、全P和全K含量也较低,均值分别为42.71、2.49、0.73和2.04 g/kg,C:N、C:P、C:K、N:P、N:K和P:K均值分别为17.96、65.09、27.48、3.57、1.64和0.47.土壤生态化学计量特征在不同调查点、不同等级石漠化环境中均有明显差异,土壤K元素的变异系数远高于其他几种元素,变异系数大多超过50%.相关性分析结果表明,在不同调查点和石漠化等级中,4个植物多样性指数与土壤养分及其计量比间存在显著相关性(P<0.05,下同).回归分析结果表明,不同石漠化环境中与植物多样性呈显著相关的土壤计量比有所不同,其中潜在、中度石漠化环境土壤C:N与植物多样性各指标相关性较强,无、强度石漠化环境次之,轻度石漠化环境最弱;中度石漠化和轻度石漠化中土壤C:P与植物各多样性指标相关性较强,其余等级石漠化环境中较弱.[结论]喀斯特石漠化环境中的植物多样性指数均偏低,不同研究区土壤有机C、全N、全P、全K含量及其计量比大多存在明显差异.植物多样性指数与土壤化学计量比相关性显著,且在不同等级石漠化环境中,二者相关性的空间差异性明显.     

果园生态系统凋落物分解研究进展及生态特性综述

凋落物分解是生态系统物质循环的重要过程之一，是植物将C、N、P等养分元素返还土壤的主要途径。对于果园生态系统，具备农业和林业生态系统的双重特征，同时拥有一个“开环”结构的养分循环系统，因而凋落物分解具有独特的重要性和生态特征。从果园凋落物分解的主要研究内容、凋落物分解对果园生态系统的影响、果园生态系统中凋落物分解的生态特性三个方面综述了果园生态系统凋落物分解研究进展及生态特性。发现目前果园凋落物分解研究与实际生产问题结合性不强，缺乏对果园生态系统一些独特性生态问题的关注。因此，建议采用定量的方法，针对果园系统特性，将研究结果与生产相结合，指导果园管理，实现生态和经济双收益。     

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。      

岩溶区吊丝竹林生态系统生物量及生态化学计量学特征

以广西马山县岩溶区吊丝竹林为研究对象,分析吊丝竹林各组分的生物量,C、N、P、K含量及其化学计量学特征,揭示岩溶区竹林养分吸收及生态化学计量学的特殊性。结果表明,岩溶区吊丝竹各器官单株生物量大小表现为竹秆、竹枝、竹叶、竹蔸、侧根;吊丝竹各器官的C、N、P、K含量及化学计量比存在显著差异;土壤的C、N、P含量高于全国土壤的平均水平,但C∶N比低于全国平均值;凋落物的N、P含量均小于叶片,但C∶N、C∶P值均高于叶片;植物N∶P值是表示环境中养分制约的重要指标,吊丝竹N∶P值为9.36,表明氮素是吊丝竹植物生长的主要限制因素。     

黄土丘陵区不同土壤-微生物-植物系统生态化学计量特征对肥力梯度的响应

【目的】研究施肥对土壤-微生物-植物系统化学计量学特征的影响,探究土壤-微生物-植被系统的"内稳性",为黄土高原植被恢复提供科学依据。【方法】基于长期试验(2004年开始),在2种植被恢复系统(自然恢复系统和人工恢复系统)中,设置3种肥力水平(无肥,不施肥;低肥,施用45 000kg/hm2有机肥;高肥,施用105 000kg/hm2有机肥),2015年9月采集2种植被恢复系统中不同处理的土样以及灌木优势种叶片(自然恢复系统中为沙棘,人工恢复系统中为柠条),分析不同土壤肥力水平下2种土壤-微生物-植物系统碳、氮、磷化学计量比值特征及其相关关系。【结果】在2种植被恢复系统中,随着肥力水平的升高,土壤有机碳、微生物量碳、微生物量磷含量均明显提高;土壤、微生物量及植物叶片C/N总体增加,微生物及植物叶片N/P明显减小。相对于无肥处理,高肥处理下沙棘和柠条群落土壤C/N、C/P、N/P的变化幅度分别为40%,49%,7%和12%,27%,13%;微生物量C/N、C/P、N/P的变化幅度分别为80%,14%,50%和36%,9%,34%;叶片C/N、C/P、N/P的变化幅度分别为10%,23%,14%和40%,9%,31%。相对于自然植被恢复系统,在人工恢复系统中土壤养分与优势灌木叶片化学计量比的相关关系更强。【结论】在坡地侵蚀环境下施肥,可一定程度上提高了土壤肥力水平,改变土壤-微生物-植物系统生态化学计量特征,进而可能改变土壤-微生物-植物系统的物质循环,影响土壤质量演变和植被演替进程。在植被恢复过程中,人工植被恢复系统比自然植被恢复系统能更快建立土壤-叶片养分互馈关联。     

高寒森林植物叶片-枯落物-土壤养分含量及化学计量特征

以藏东南色季拉山典型森林植被为研究对象,探究高寒森林植物叶片-枯落物-土壤养分含量、回流率及化学计量特征。结果表明:同一森林类型有机碳、全氮、全磷和全钾含量在不同土层中均表现为0～10 cm土层最高,20～30 cm土层最低;各部分中全氮、全磷和全钾含量表现为新叶老叶枯落物土壤,有机碳含量表现为老叶新叶枯落物土壤。土壤、枯落物、新叶和老叶的碳(C)、氮(N)和C、磷(P)与C、钾(K)的化学计量比均表现为针叶林阔叶林,可见针叶林更有利于C的累积,阔叶林则有利于N、P、K矿质营养元素的累积。本研究中,植物叶片N、P的化学计量比分布在2.87～5.27之间,显著低于全球平均水平(16.00),说明本研究区域为明显的N元素限制类型。N、P、K养分回流率均为正值,总体上均表现为阔叶林针叶林。本研究结果为科学阐明藏东南森林生态系统植物叶片-枯落物-土壤养分循环研究提供了数据支撑。     

不同品种桉树林生活叶-凋落物-土壤碳氮磷化学计量特征

【目的】了解雷州半岛不同品种桉树(Eucalyptus spp.)速生人工林生态系统的碳、氮、磷分配格局及化学计量特征,为其科学经营提供依据。【方法】选取雷州半岛赤桉(E.camaldulensis)、粗皮桉(E.pellida)、托里桉(E.torelliana)、尾叶桉(E.urophylla)人工林为研究对象,以湿加松(P.elliottii×P.oaribaea)人工林为对照,对各桉树人工林生活叶、凋落物及土壤(0~20cm)的碳、氮、磷含量及化学计量特征进行测定分析。【结果】各桉树林分有机碳和全氮含量均表现为生活叶凋落物土壤,且其有机碳和全氮含量均存在显著差异;不同桉树品种生活叶全氮含量显著高于湿加松,有机碳含量均显著低于湿加松;托里桉凋落物全氮含量高于或显著高于其他桉树品种,与湿加松无显著差异;湿加松土壤全磷含量显著高于各品种桉树土壤;不同品种桉树人工林凋落物C/N为39.43~63.35,表明研究区人工林凋落物分解速率较慢,氮元素成为限制凋落物分解的主要元素;8a生赤桉和10a生粗皮桉土壤C/N显著高于10a生托里桉、高于15a生尾叶桉和湿加松,说明10a生托里桉及15a生尾叶桉和湿加松表层土壤具有较快的矿化速率;相关性分析表明,生态系统内部碳、氮、磷元素已在植物、凋落物与土壤之间实现了运输和转换。【结论】雷州半岛不同品种桉树及湿加松人工林下凋落物分解速率较慢,氮元素是限制分解的主要元素;相比各桉树品种,湿加松具有较高的植物营养利用效率及固碳能力;不同桉树品种及湿加松生长限制性元素有所不同,建议在雷州半岛人工林种植过程中,及时补充多元素复合肥,充分发挥氮、磷、钾等元素的使用效果。     

设施菜田土壤碳氮磷生态化学计量学特征

为探明在设施栽培条件下菜田土壤碳氮磷的生态化学计量学特征及其影响的主导因子，在调查辽宁省设施菜田栽培现状的基础上，以辽宁省东部、中部和西部共12个设施蔬菜产区165个蔬菜大棚表层土壤为研究对象，测定分析了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及生态化学计量学比。结果表明，辽宁省设施土壤SOC、TN、TP含量平均值分别达到(26.56±7.97)、(2.67±0.79)、(3.32±0.69) g/kg,养分含量均处于相对丰富水平。辽宁省设施菜田土壤C/N、C/P、N/P频率分布相对集中，平均值分别为9.92±0.85、8.74±4.21、0.90±0.51,均低于我国农田土壤的平均水平。随着种植年限的增加，设施菜田土壤C/N变化幅度较小，N/P和C/P则略有降低。设施栽培条件下，菜田土壤C、N、P生态化学计量比频率分布较集中，存在一定的耦合关系，土壤C、N、P生态化学计量学特征受土壤中有机碳的矿化和磷素积累的影响相对较大。     

秦岭山地华山松和锐齿栎典型林分化学计量特征分析

为了解树种和林龄对乔木叶片、枯落物和土壤化学计量特征的影响,以及N、P养分的限制特征,以秦岭山地典型林分华山松和锐齿栎4个龄组的天然林为研究对象,分析了各林分乔木叶片、枯落物和土壤的C、N、P化学计量特征。结果表明:C、N、P含量在2种林分各龄组中表现为叶片枯落物土壤,华山松针叶中C含量高于锐齿栎叶片,而N含量、P含量均低于锐齿栎叶片;树种对植物叶片生态化学计量特征、枯落物的C、N含量及C∶N和N∶P、土壤P含量和N:P有极显著影响,对枯落物和土壤的C∶P有显著影响;林龄对植物叶片和枯落物的C含量有显著影响,对土壤的P含量、C∶P和N∶P有极显著影响;该地区N∶P为7.47~12.50,N成为限制研究区林分正常生长的主要元素。     

川西高山针叶林土壤酶活性对凋落物去除的响应

【目的】了解川西高山针叶林土壤酶活性与凋落物之间的相互作用关系,为该区域森林生态系统物质循环过程提供理论支持。【方法】以该地区典型的四川红杉-岷江冷杉针叶林为对象,通过凋落物去除控制实验,研究了凋落物去除的不同时期土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)分解相关土壤酶活性及其化学计量比的变化特征。【结果】凋落物去除仅在第一年显著降低了多酚氧化酶的活性,在采样第二年显著增加了纤维二糖水解酶和亮氨酸氨基肽酶的活性。采样时间对土壤C、P分解相关酶活性影响显著,而对N分解相关酶活性的影响不显著。在凋落物自然输入处理中,与采样第一年相比,采样第二年时酸性磷酸酶、纤维二糖水解酶和多酚氧化酶的活性显著降低,而β-葡萄糖苷酶和过氧化物酶活性则显著升高。同时,采样第二年的土壤酶化学计量比显著高于采样第一年。在凋落物去除处理中,采样第二年显著降低了酸性磷酸酶的活性,但纤维二糖水解酶活性显著提高。相关性分析显示,土壤含水量、全碳、全氮以及有效氮含量是影响土壤C、N分解酶产生差异的主要因素。【结论】在养分循环较慢的川西高山地区,短期凋落物去除对土壤酶活性的影响较为缓慢,微生物代谢呈现出一定的养分限制,并随着凋落物去除时间的增加微生物代谢呈现出由磷限制向氮限制转化的趋势。关于凋落物与土壤生态过程之间的相互作用还有待进一步长期研究。