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。     

降水、氮沉降及放牧对草地生态系统凋落物分解的影响研究进展

草地生态系统对我国建设生态文明、提供生态系统服务、保障食品安全和维护边疆稳定有举足轻重的作用。全球气候变化和过度的人为干扰打破了草地生态系统原有的平衡及稳定性,造成草地退化、沙化和盐渍化现象严重。草地生态系统结构、功能与过程的稳定是保证草地生态系统稳定的基础。凋落物分解过程是草地物质循环的重要环节,对维持草地生态系统稳定性具有重要作用。草地生态系统凋落物分解对降水格局变化、大气氮沉降增加及放牧干扰的响应已有较多的研究。对目前国内外相关研究进行了梳理和总结,发现降水、氮沉降和放牧对草地生态系统凋落物分解的影响,因地理位置和气候变化以及草地类型的异质性而不同,也有针对同一地区开展的研究呈现不同结果的现象。目前对这三种干扰因素中的两因素或三因素交互作用对草地生态系统凋落物分解过程的影响研究较少,而研究气候变化及人为干扰对草地生态系统凋落物的影响对正确理解草地生态系统结构与功能,以及可持续利用与保护草地生态系统具有重要的意义。     

放牧对草地生态系统结构与功能影响的研究进展

放牧是草地生态系统最主要的利用方式之一，不同的草地类型、放牧强度、放牧家畜种类、草地利用方式以及气候变化等因素均会影响草地生态系统结构与功能。深入揭示放牧活动及气候变化对草地生态系统的影响机制对其可持续发展具有重要意义。本文系统综述了放牧对草地生态系统结构与功能的影响机制，并对该领域几个重要研究方向进行了展望，未来相关研究需重点关注的问题包括：(1)提升放牧草地生态系统中的空间耦合分析；(2)注重草地生态系统多功能性研究；(3)完善全球变化背景下的放牧地多因素嵌套试验；(4)开展不同种类放牧家畜混牧试验；(5)规范草地生态试验方法。以期为草地生态系统的适应性管理和可持续发展提供理论参考依据。     

氮沉降影响草地生态系统土壤氮循环过程的研究进展

人类活动及化石燃料应用的加剧增加了大气中的氮沉降，对陆地生态系统氮素循环过程造成了显著影响，从而影响生态系统生产力及稳定性。草地作为陆地生态系统的重要组成部分，常因为人们的过度利用及保护意识不强，造成资源损失、养分失衡，严重限制了畜牧业的发展。探究氮沉降对草地生态系统氮循环的影响对提高草地生产力，合理开发与利用草地资源具有重要意义。通过追踪国内外已有的研究成果发现，大部分氮添加抑制了生物固氮过程，促进了土壤的硝化作用、反硝化作用和矿化作用，并抑制了固氮微生物活性，增加了硝化功能微生物氨氧化细菌（AOB）、反硝化微生物功能基因nirK、nirS、narG、nosZ的丰度。但是因为草地本底氮营养差异及施氮措施的不同导致少数研究中土壤氮循环对氮沉降的响应出现不同结果。通过总结已有研究发现：1）土壤本底营养及氮吸收阈值的不同造成氮沉降对氮循环的影响存在差异；2）微生物作为土壤氮素循环的重要参与者，对不同施氮时间、频率、数量等的响应存在差异；3）土壤中氮循环的各环节紧密耦联，相互影响，但现有的研究大多只针对某一环节开展，研究结果不具有全面性。因此，在未来的研究中，应针对不同营养水平的草地，加强氮控制条件下土壤氮循环微生物变化的研究，关注多环节的耦联关系，对于提高草地生态系统功能，并减轻氮素损失对环境造成的威胁意义重大。     

草地利用方式对呼伦贝尔草地微生物群落结构的影响

草地土壤微生物是维持生态系统养分循环功能的关键要素,也是指示草地生态系统变化的敏感指标.通过对呼伦贝尔草地围封、刈割、放牧和开垦4种利用方式下的土壤微生物群落组成及土壤理化性状的研究,了解草地利用方式对草地微生物群落的影响.结果表明:1)草地开垦为农田后土壤全碳(TC)、全氮(TN)含量分别降低了41.45％和45.0...     

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。     

草地灌丛化土壤碳氮地球化学循环

灌丛化(shrub encroachment)是全球陆地生态系统重要的生态现象之一,是影响草地碳库的重要过程。灌丛化由全球气候变化、降雨、火烧和生物活动等多因素共同作用形成,对区域环境、气候、土壤性质和碳循环影响显著。目前灌丛化对生态系统的影响仍存在分歧,表现在不同气候和降雨梯度下灌丛化后土壤有机碳/氮储量、养分循环和土壤温室气体排放等差异。本文总结和归纳了灌丛化形成与控制因素、灌丛化对团聚体稳定性、酶活性和土壤碳、氮循环的影响。灌丛化改变了土壤团聚体稳定性和酶活性,进而影响土壤呼吸以及土壤生源物质的存储、分解和循环,这将显著影响区域乃至全球气候变化。因此分析提出,今后应进一步加强对灌丛化形成过程长期的定位观察研究,以便了解灌丛化的可控因素,并加强对灌丛化后土壤有机碳库、土壤团聚体稳定性变化对碳氮循环进程和全球气候变化的影响研究。     

放牧影响草地凋落物分解研究进展

放牧是草地生态系统的主要土地利用方式之一，能够通过改变土壤环境、土壤生物与非生物因素、凋落物质量与产量调控草地凋落物分解，进而影响草地生态系统养分循环和能量流动，但放牧如何影响草地凋落物分解过程及其微生物机制仍缺乏统一认识。本研究利用文献计量分析，回顾了放牧影响草地凋落物分解的历史发展并剖析了各阶段热点研究内容，从土壤环境（水分、温度、容重、光照、pH等）、微生物活动（群落结构、养分、主场效应）、凋落物质量（植物群落结构、植物多样性、凋落物质量）等多个方面阐释了放牧影响草地凋落物分解的研究进展与不足，并进一步总结放牧导致的草地凋落物分解变化对养分循环的影响。基于上述分析，提出未来重点研究方向：1）加强长期放牧强度控制试验联网建设；2）亟须查明放牧条件下不同径级根系凋落物分解机制；3）探明放牧对混合凋落物分解的影响机理；4）以植物-凋落物-土壤环境-微生物为整体，系统阐释放牧影响凋落物分解的关键过程及机制；5）综合考虑放牧与全球变化要素对凋落物分解过程的协同影响。以期为深入探讨全球变化对草地凋落物分解的影响，以及草地生态系统服务功能的维持机制与可持续发展提供科学依据。     

草地灌丛化成因及其对生态系统的影响研究进展

由于气候变化和人类活动的影响,草地生态系统正经历着剧烈变化,全球草地广泛发生了原生灌木或乔木的密度、盖度和生物量增加的现象。从草地灌丛化的特征及分布、形成机制和对草地生态系统的影响等三方面进行了阐述。放牧、气候变化等诸多因素驱动了草地灌丛化的发生,草地灌丛化过程不但改变了草地生态系统的生物多样性和外貌,而且改变了其结构和功能。灌丛营造了小气候环境,改变了种间关系,调节了土壤营养和物质循环。未来应结合遥感技术对灌丛化发生的面积进行估算,确定灌丛化驱动因素,并准确评价灌丛化草地的结构、功能和服务。     

气候变化对青藏高原高寒草地生态系统草丛-地境界面微生物的影响研究进展

由于自然因素或人类因素驱动,以CO₂浓度增加、气候变暖、大气氮沉降等为主要特征的生态效应对草地生态系统产生了复杂的影响。草丛-地境界面中草地植被和土壤环境对全球变化的响应十分敏感,土壤微生物与草地植被和土壤环境之间的关系密切,不同层面上微生物对全球变化的响应特征不同。气候变化的各个因素对土壤微生物有直接或间接的作用,且目前作用机制尚不明确。本文综述了全球变化因子,包括CO₂浓度、气温及氮沉降等因素对草地土壤微生物影响的相关研究进展,在此基础上分析评述了全球变化对草地生态系统微生物多样性的影响及微生物的响应机制,并对未来研究需关注的问题和方向进行了探讨和展望。     

气候变暖对草地生态系统碳循环的影响

人类活动导致的温室效应以及由此造成的气候变暖对草地生态系统的影响已引起人们普遍关注。草地生态系统碳循环作为陆地生态系统碳循环的重要组成,是未来陆地生物圈碳源/碳汇的关键环节之一,揭示这一作用对精确理解碳循环的过程和相关政策的制定具有重要的指导意义。本研究围绕气候变暖对草地生态系统初级生产力、土壤呼吸、凋落物输入与分解、土壤碳库的影响,探讨了草地生态系统碳循环对气候变暖响应的机制及其过程,简述了相关研究进展,提出了草地生态系统碳循环研究存在的问题和未来重点发展的方向,对草地生态系统碳循环的研究工作进行展望。     

降水和氮沉降对草地生态系统碳循环影响研究进展

随着全球变化的不断加剧,陆地生态系统碳循环备受关注,近年来预测未来降水格局变化和氮沉降增加对草地生态系统碳循环影响的研究不断深入。本文综述了全球背景下降水格局变化和氮沉降增加对草地生态系统碳循环的影响及其内在机理。降水量、强度、时间分布和频度以及氮沉降量、频度和形态的变化,通过改变土壤含水量、土壤温度、土壤养分及微生物活性影响生态系统的物种组成和结构,最终影响生态系统水平的碳循环。降水格局变化和氮沉降增加对生态系统水平碳循环是否存在交互作用没有统一的结论,因此在将来的研究中应采用多因子的实验,才能够更好的研究未来全球变化下生态系统碳循环的响应机理。     

AM真菌在草地生态系统碳汇中的重要作用

草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳储量中占有重要的地位,而广泛存在于草地生态系统中的丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,简称AM)真菌在草地生态系统的碳汇中起着重要的作用。本文从AM真菌功能多样性出发,从以下几个方面阐述AM真菌在草地生态系统碳汇中的作用:1)AM真菌对草地生态系统净初级生产力(NPP)的影响。2)AM真菌对土壤碳库变化的影响。3)AM真菌对CO₂浓度升高和大气氮沉降增加的响应。4)草地放牧利用、管理措施等干扰影响AM真菌,从而对草地生态系统碳循环产生影响。综合分析了AM真菌在草地生态系统中的作用机制,旨在为准确全面地评估碳汇现状、测算固碳速率、预估碳储量和应对全球气候变化提供方法和参考依据。     

运用微根管技术研究草地植物细根的进展

微根管(minirhizotron, MR)技术自出现以来,因其方便、简洁、省时省力和能够原位观察的特点而在植物细根(直径<2 mm)研究中发挥重要作用。草地植物细根在土壤养分循环和草地可持续发展中起到关键作用。本研究综述了国内外学者运用微根管技术研究草地植物细根的进展,主要集中在草地植物根系产量、寿命及周转速率对气候变化、草地管理与利用以及土壤生物的响应等方面。多数研究认为CO₂浓度升高和气候变暖会增加植物细根根长、根数量或生物量,降低根系寿命;春季发生的细根寿命相对秋季发生的细根较短。刈割和人工施加氮肥对天然草地植物根系没有显著影响,但会成倍增加草地地上生物量,减少物种丰富度。植物细根寿命与直径呈正相关关系,周转速率与直径呈负相关关系。微根管技术在今后研究的重点可围绕4个方面:1)放牧、草地利用与管理以及土壤生物与草地植物细根的相互关系;2)根系寿命或周转速率对土壤碳库或养分库的影响;3)气候变化或人类活动引起草地植物根系发生变化的机制。通过综述,以期更好地利用微根管技术服务于草地根系研究,促进草地农业生态系统根系研究的发展。     

15N库稀释法和15N示踪法在草地生态系统氮转化过程研究中的应用——方法与进展

氮素(N)是陆地生态系统尤其是草地生态系统第一生产力的重要限制性养分之一.陆地生态系统N素的可利用性由土壤N素的转化速率决定,其中包括氨化和硝化2个重要过程.准确测定N素在各转化过程中的量,对于估算陆地生态系统N转化非常重要.稳定性同位素¹⁵N由于其安全、准确且不干扰自然生态系统等特点,近年来在生态系统N循环研究方面得到广泛应用,常用方法包括¹⁵N自然丰度法、¹⁵N还原法、¹⁵N库稀释法和¹⁵N示踪法.在查阅大量文献的基础上,搜集整理了¹⁵N库稀释法和¹⁵N示踪法的详细操作流程并综述了其在草地生态系统应用的最新进展,分别从不同草地管理方式(增施氮肥、放牧、火烧和刈割等)和全球气候变化(增温、增雨、大气氮沉降和CO₂浓度升高等)对草地生态系统N转化过程的影响进行论述.同位素¹⁵N在草地生态系统应用的方法同样适用于森林、农田以及其他陆地生态系统.     

草地生态系统温室气体排放机理及影响因素

草地生态系统是陆地生态系统的主体,已成为人类活动影响较为严重的陆地生态系统之一,其温室气体排放对全球气候变化具重要影响.本研究综述了草地生态系统中主要温室气体CO2、CH4和N2O的排放机理和主要影响因素的研究进展,指出草地生态系统温室气体排放的不确定性是环境、生物和管理因素共同作用的结果.应加强草地生态系统温室气体产...     

模拟增温对高寒草甸土壤性质的影响

全球变暖严重影响着草地生态系统碳氮循环,了解高寒草地生态系统碳氮循环对合理利用有限的草地资源有着极为重要的意义。为了探索全球气候变暖的背景下草地生态系统碳氮循环过程,本文采用开顶式增温小室（Open top champers,OTCs）连续四年模拟增温,对青藏高原高寒草地生态系统碳库（植物生物量碳库、土壤有机碳库和土壤微生物生物量碳库）动态变化及氮库（植物生物量氮库、土壤有机氮库和土壤微生物生物量氮库）动态变化进行研究。结果显示：模拟增温后,表层土壤年均温度增加了2.50℃,底层土壤年均温度增加了1.36℃。增温处理下植物-土壤-微生物生物量碳含量均高于对照,且土壤微生物生物量碳含量显著高于对照（P<0.05）。模拟增温处理下植物氮含量显著高于对照（P<0.05）。而土壤氮含量与微生物生物量氮含量均低于对照,差异不显著,说明高寒草甸碳氮对温度的响应较为明显。