青藏高原氮沉降研究现状及草地生态系统响应研究进展

为了解青藏高原氮沉降的时空差异特征及对高原生态系统的影响,对青藏高原不同区域大气活性氮沉降定量研究的相关结果进行总结分析,对大气活性氮沉降对草地生态系统的影响并与青藏高原现阶段相关研究进行综述与比较。研究表明:青藏高原氮沉降通量定量研究较少,且局限于短期监测或仅定量雨水活性氮含量,长期性的定点原位监测、大气活性氮的组成特征、城乡差异及变化趋势均未见报道;同时,大气氮沉降对青藏高原草地生态系统植物多样性的影响,植物化学计量特征变化趋势及物候相应等均报道较少,仅局限于现象的解释,并未对变化机理进行阐述。氮沉降作为全球变化的主要驱动因子,青藏高原氮沉降通量及其对生态环境的影响有待进一步加强。     

大气氮沉降的研究进展*

 大气氮沉降的增加作为全球变化的重要内容,反映了人类活动加剧导致的大气活性氮污染,已经并将继续对全球生态系统产生重大影响。本文简要介绍了大气氮素干湿沉降的研究方法,回顾了国内外大气氮沉降形态、数量等方面的研究进展及大气氮沉降对水体、森林、农田生态系统的影响,并探讨了该领域目前存在的问题及未来的研究重点和方向。     

大气氮沉降监测方法及中国不同地理分区氮沉降研究进展

随着我国经济快速发展,近年来大气活性氮排放量呈持续增长的趋势,研究表明,我国多地大气活性氮沉降量已经超过临界值。活性氮来源于化石燃料燃烧、畜牧家禽排放以及农业氮肥挥发、交通废气的排放等。沉降到生态系统的氮一部分可作为营养源提供给农作物,而过量的氮沉降会对生态系统及空气环境产生诸多消极作用。我国对地区大气活性氮监测的研究越来越多,主要是对农田、城市、水体及森林生态系统氮沉降情况的监测。重点阐述活性氮干湿沉降的研究方法及我国不同地理分区大气活性氮干湿沉降的时空特征。     

大气湿沉降氮对白溪水库水环境的影响

大气氮沉降是山区大型饮用水库最重要的污染源之一,准确识别大气氮沉降来源、类型、数量及空间分布规律是保障饮用水安全的前提条件。采用样浮标法对白溪水库水环境进行监测并获取有关数据,分析结果揭示了大气湿沉降氮的化学特征、时空分布及通量变化,破解饮用水源经过长期治理后,仍存在氮素超标和水体富营养化之谜,为水资源保护和污染治理提供决策参考。     

氮沉降对湿地生态系统的影响研究

大气氮沉降的急剧增加是近年来全球变化研究的焦点,湿地生态系统的碳储量远高于其他生态系统,是全球变化的敏感区域.主要介绍了湿地生态系统及其氮沉降的现状,综述了国内外的相关研究结果,阐明了氮沉降对湿地生态系统植物和土壤微生物的具体影响,并对未来研究所面临的问题进行了展望,可为更好地预测及评估氮沉降背景下湿地生态系统的稳定性提供参考.     

短期氮素添加和模拟放牧对青藏高原高寒草甸生态系统呼吸的影响

氮沉降和放牧是影响草地碳循环过程的重要环境因子,但很少有研究探讨这些因子交互作用对生态系统呼吸的影响。在西藏高原高寒草甸地区开展了外源氮素添加与刈割模拟放牧实验,测定了其对植物生物量分配、土壤微生物碳氮和生态系统呼吸的影响。结果表明:氮素添加显著促进生态系统呼吸,而模拟放牧对其无显著影响,且降低了氮素添加的刺激作用。氮素添加通过提高微生物氮含量和土壤微生物代谢活性,促进植物地上生产,从而增加生态系统的碳排放;而模拟放牧降低了微生物碳含量,且降低了氮素添加的作用,促进根系的补偿性生长,降低了氮素添加对生态系统碳排放的刺激作用。这表明,放牧压力的存在会抑制氮沉降对高寒草甸生态系统碳排放的促进作用,同时外源氮输入也会缓解放牧压力对高寒草甸生态系统生产的负面影响。     

大气氮沉降对流域总贡献量估算方法研究

估算整个流域集水区内大气氮沉降对流域水体氮素的贡献量,对研究大气氮沉降对水体的影响有着十分重要的意义。因此,将流域集水区分成4个片区(水域部分、农田区域、建设用地、植被区域)进行计算。对4个区域内大气氮沉降被吸收、转换方式进行不同方式的计算,其中水域部分可直接吸收大气氮沉降,在农田及植被区域,大气氮沉降经过吸收后排出农田、植被系统,在城市建设用地中除去城市绿地吸收部分外,大气氮沉降可进入流域水体。通过划分不同片区,可较为准确地估算出最终进入流域水体的大气氮沉降量,为研究流域氮输入情况提供重要理论依据。     

大气N沉降的增加对森林营养和胁迫敏感性的影响

概述了大气N沉降的发展趋势 ,讨论了N沉降增加对森林营养和胁迫的影响。提出在一些地区 ,大气N沉降已超过了森林生态系统的N需求 ;N沉降的大量增加对植物生长的刺激作用和对菌根的危害 ,可造成植物体内其它养分缺乏 ,导致森林养分失调 ;植物体内的高N水平将增加森林对胁迫的敏感性。     

气象因素对成都平原夏季大气氮、磷连续性沉降的影响

【目的】探明气象要素对成都平原夏季大气氮、磷沉降的影响。【方法】于2016-07-01~2016-07-31、2017-06-06~2017-08-08在四川农业大学成都温江校区大气监测站采集干、湿连续性沉降样品,进行氮、磷干湿沉降各组分的通量变异特征监测及气象影响因素分析。【结果】成都平原夏季大气氮沉降以湿沉降为主(77.2%)、磷沉降以干沉降为主(55.8%)。氮、磷湿沉降通量与降雨量、日均温、降雨时长均呈正相关,与空气污染指数(air pollution index,AQI)和PM2.5呈负相关。随着降雨量的增加,大气氮湿沉降通量呈先增加后减小的趋势(P0.05);当降雨量为52.17 mm时,大气氮湿沉降达理论最大值。大气磷湿沉降则表现为与降雨量呈极显著直线正相关关系(P0.05)。NH_4~+-N干沉降通量与采样时长呈正相关,与相对湿度呈负相关,其他氮组分则相反。全氮及其组分的干沉降通量与降雨量呈负相关、与AQI、PM2.5呈正相关;而全磷表现出相反的规律。多元回归方程(R~2=0.343~0.972)能较好地描述研究区内夏季大气氮、磷沉降变异特征。【结论】成都平原的大气沉降具有明显的元素、形态、强度和变异特征,其影响因素亦不相同,在将来的大气沉降预防中应根据防治对象制定针对性的措施。     

基于氮排放数据的中国大陆大气氮素湿沉降量估算

大气氮素湿沉降与氮的排放紧密相关,通过对已知的氮素排放数据与收集的氮素湿沉降实测数据对应分析发现,不同地区氮素的排放与湿沉降之间存在稳定的比值关系.根据这些比值关系,估算了1980-2007年中国大陆氮素湿沉降量,并运用GIS技术进行了大气氮素湿沉降强度和时空分布.结果表明,我国大陆区域氮素湿沉降呈明显的增长趋势,沉降总量由1980年的4.96 Tg增长到2007年的11.80 Tg,单位面积通量分别为516 kg N·km-2·a-1和1 128 kg N·km-2·a-1.氮素湿沉降的空间分布不均,东部、东南沿海地区和中部地区沉降量较高,广大西部地区较低.化学氮肥的施用、燃料的使用和禽畜养殖规模扩大是导致氮湿沉降量增加的主要原因.     

高氮负荷森林生态系统对大气氮沉降降低的响应研究进展

大气氮沉降对全球生物多样性和生态系统功能构成严重威胁。过去50多年,由于减排措施的实施,欧美国家率先出现大面积区域的氮沉降降低,中国从2010年开始趋于稳定,氮沉降的未来变化趋势可能因全球各地而异。本研究采用文献检索方法和综合分析方法,综述了国内外氮沉降恢复的方法,分析了森林生态系统土壤(酸化和溶液化学)、结构(植被-微生物多样性)与功能(生产力和碳吸存)对氮沉降降低的响应。随着氮沉降的降低,植被物种组成、土壤微生物群落和土壤过程可能恢复缓慢,而一些土壤参数(如pH、硝酸盐和铵浓度等)对氮输入减少的响应相对较快。当氮沉降降低时,可在某种程度上减轻土壤酸化,促进树木生长,但也可能因环境氮沉降速率依然很高并保持土壤酸化,林木的活力仍在恶化。植被多样性的恢复可能存在恢复障碍并在短期内难以维持富营养化的恢复,但促进了贫营养型物种的增加。森林生态系统恢复响应对减排政策存在延迟,且氮沉降增加存在遗留效应,致恢复相当缓慢,但恢复只是时间问题。因此,高氮负荷生态系统的恢复是一个长期缓慢的过程,进一步加强减排尤为重要。参94     

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。     

增温和施氮对荒漠草原生长季土壤甲烷通量的影响

本实验通过对荒漠草原生态系统模拟增温和施氮肥,利用静态箱法研究温度和氮素增加对内蒙古荒漠草原生长季土壤甲烷通量的影响.研究结果表明:a)增温明显提高了土壤的各层温度和湿度,施氮对土壤温度没有明显的影响;b)荒漠草原为大气甲烷的弱汇;c)增温使荒漠草原土壤甲烷的吸收明显提高,施氮和增温施氮的交互作用对土壤甲烷的吸收在短时间内没有显著影响.     

典型沙源区水库大气氮干、湿沉降污染特征研究

为研究典型沙源区水库大气氮干、湿沉降污染特征及其对水域氮素污染的贡献,以京蒙沙源区大河口水库库区为研究区,于2014年沿水库岸边布设12个大气氮沉降监测站点,采集干、湿沉降样本,测定干、湿沉降TN质量浓度,计算全年各月大气TN干、湿沉降通量和年入库TN污染负荷量。结果表明,研究区大气干、湿沉降季节差异显着(P<0.05):全年各月TN干沉降通量变化范围为116.31~382.02 kg·km^-2,主要集中在春季4月和秋季10月,最大TN干沉降通量出现在春季风沙最为严重的4月,其值为382.02 kg·km^-2;湿沉降通量变化范围为0.73~195.53 kg·km^-2,主要集中在夏季(6-8月),最大TN湿沉降通量出现在降水量最大的8月,其值为195.53 kg·km^-2.大气氮沉降以干沉降为主,全年月平均TN干沉降通量是湿沉降通量的2.9倍,且TN湿沉降通量与降水量变化呈显着正相关(R²=0.961 3).同入库河流径流TN污染负荷对比,2014年大气TN沉降入库污染负荷量为7.15 t,占同年滦河和吐力根河两条河流入库TN污染负荷的19.91%.     

氮素添加对几种荒漠植物生理指标的影响

大气中的氮沉降对荒漠区生态系统的分布、功能及生物多样性具有重要影响,其中的蒙古扁桃(Prunus mongolia Maxim.)等植物为荒漠区域珍稀濒危的灌木,其生长和发育显著受到氮沉降的影响。研究依托内蒙古蒙草抗旱股份有限公司研发中心旱生植物培育基地,通过连续的氮素添加试验,明确氮素添加对几种荒漠植物生理指标的影响。结果表明:对荒漠区蒙古扁桃等植物添加氮素后,植物叶绿素相对含量(SPAD)、脯氨酸、游离氨基酸和可溶性蛋白含量均显著增加。其中蒙古扁桃、柄扁桃(Prunus pedunculata (Pall.) Maxim.)等蔷薇科李属植物与豆科植物沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus (Maxim.)Cheng f.)等植物相比,对氮肥添加更加敏感,氮素积累尤其集中在营养期向开花期转化的阶段(7月中至8月初)。研究认为,适当的氮素添加提高了荒漠区植物群落的光合能力和适应能力。     

作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高响应的研究进展

在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO₂浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO₂浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO₂和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO₂浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO₂浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO₂浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在：高温和高CO₂浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO₂浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO₂浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO₂浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO₂升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO₂浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。     

模拟氮沉降对鹤山3种人工林表土碳释放的影响

为研究大气N沉降对森林表层土壤碳释放的影响,通过室内模拟大气N沉降处理土壤样品,用碱吸收法测定土壤的碳释放量,并计算土壤碳释放速率,分析大气N沉降对鹤山丘陵综合试验站湿地松(Pinus eliotii)、荷木(Schima superba)和马占相思(Acacia mangium)3种人工林土壤碳释放的影响。结果表明,模拟氮沉降对湿地松林表土碳释放过程有非常强的抑制作用,且随着氮处理浓度的升高而加强。低水平的氮沉降对荷木和马占相思林土壤碳释放过程有一定的促进作用,随着沉降水平的升高表现为抑制作用。     

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.     

农田土壤氮素转化特征对冻融作用的响应

为了解非生长季农田土壤氮素转化特征,采用室内冻融模拟培养方法研究冻融频数对3种农田土壤(棕壤、褐土、草甸土)微生物量氮及可溶性氮组分含量的影响。结果表明,随着冻融频数增加,除微生物量氮含量呈现先增加后降低外,3种农田土壤可溶性无机氮、可溶性有机氮和可溶性全氮含量均显著增加,这与净氮矿化速率的变化趋势正好相反。不同类型农田土壤氮素转化过程对冻融频数的响应能力不同,其大小顺序为褐土棕壤、草甸土。说明高肥力土壤对冻融频数响应的缓冲性较强。可见,冻融频数能够促进农田土壤氮素转化,有利于土壤有效氮的累积,为春季作物生长提供足够的氮素,但同时也增加了土壤氮素流失风险。     

土壤氮素循环及其对土壤氮损失的影响

在土壤生态系统中,氮循环物质循环的基础并影响和控制其它物质或养分循环过程。循环过程中氮素的流失,不仅会使参与再循环的氮素数量逐渐减少,而且还会对环境产生潜在的影响,氮素流失已成为农田非点源污染的重要途径。文章拟通过分析土壤氮素转化、植物吸氮能力对土壤氮损失的重要作用,以期为西藏农牧业生产过程中合理利用氮肥,进一步降低土壤氮损失、减轻环境污染提供理论依据。