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。     

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。     

降水和氮沉降对草地生态系统碳循环影响研究进展北大核心CSCD

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。     

青藏高原高寒草甸群落特征对氮沉降和增水的响应

试验选择高寒草甸为研究对象,通过连续两年定位观测,采用模拟氮沉降与增水及其交互作用对高寒草地群落特征的影响,为高寒草地生产力功能提升提供科学依据。结果表明:模拟氮沉降和增水及其交互处理,当年均能够显著增加高寒草甸地上总生物量、禾本科植物、豆科植物生物量,但显著降低莎草科植物生物量;而在第2年,增水处理并未明显增加地上生物量,氮沉降与增水交互作用可以稳定地提高高寒草地生产力,各处理均能够明显提高禾本科和莎草科生物量、降低杂类草生物量。增水当年能够显著提高高寒草甸物种丰富度和生物多样性指数,但氮沉降和增水交互降低物种多样性指数;而在第2年,各处理物种数目和多样性指数均降低,且氮沉降与增水的交互作用影响效应达到极显著性检验水平。综合分析,氮沉降和增水及其交互作用在提升草地生产力、优良牧草生物量的同时,也可能造成高寒草甸物种丰富度和多样性指数降低,在草地的适应性管理方面需要引起足够的关注。     

气候变化对草地植物优势种的影响研究进展

草地是重要的生态系统类型,也是对气候变化最敏感的生态系统类型之一,气候变化深刻地影响草地生态系统。由于在群落中的高优势度,植物优势种对草地群落组成和结构、群落生物多样性及动态、生态系统生产力、生态过程和功能均有重要影响,是生态学研究中空间尺度推绎的关键。从优势种的定义入手,通过解析优势机制,阐述了植物优势种的研究意义;综述了气温升高、降水变化等气候变化驱动因素及其联合作用对草地植物优势种的影响;以羊草为例,总结了气候变化对中国北方草原植物优势种的影响;提出应加强不同研究方法的综合,加强自然和人为双重长期干扰对优势种的影响及其级联效应对生态系统功能和服务的影响方面的研究。     

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。     

内蒙古典型草原羊草生长季内的地上生物量动态对降水的时滞响应

在草地生态系统与气候变化关系的研究中,植物生长动态对气象因子的响应是该领域的研究热点之一。本文以内蒙古典型草原生态系统的降水和生长季内羊草（Leymus chinensis）地上生物量的动态变化数据为研究对象,采用灰色时滞关联分析模型探索降水对羊草地上生物量动态的最佳时滞效应量,并采用灰色时滞GM（1,2,τ）模型证实降水对羊草地上生物量时滞效应量的合理性。结果表明：降水对羊草生长的最佳时滞效应量随年份而变,以2015-2016年的数据为例,最佳时滞效应量分别是τ=4天和7天,且降水对羊草生长动态的影响表现出明显的累积效应和时滞效应。本研究结果将有助于探明降水对羊草地上生物量动态变化的影响机制,并为天然草地植物动态定量建模与预测提供数据依据。     

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。     

增温和氮添加对长江源区高寒沼泽草甸生态系统呼吸的影响

为探究高寒湿地生态系统对气候变化的响应,本研究对模拟增温（2.64℃）、氮添加（40 kg N·ha^-2·yr^-1）及其交互处理下的高寒沼泽草甸生态系统呼吸进行了2个生长季的监测。结果表明：增温显著提高了高寒沼泽草甸生态系统呼吸（约25%）,而氮添加对高寒沼泽草甸生态系统呼吸无显著影响;增温降低了高寒沼泽草甸生态系统呼吸对土壤温度变化的敏感性。在相对温暖的2015年生长季,增温和氮添加对生态系统呼吸起到协同促进作用。分析发现高寒沼泽草甸生态系统呼吸主要受表层土壤温度、植物生物量和土壤可溶性有机碳的影响;增温显著提高了植物地上和地下生物量,增强了自养呼吸,是增温提高生态系统呼吸的主要原因。本研究结果表明相比于大气氮沉降增加,高寒沼泽草甸生态系统呼吸对气候变暖的响应更加敏感。     

模拟降水变化对荒漠草原地上、地下生物量及其分配比例的影响

全球降水格局变化会对草地生态系统植物群落地上、地下生物量产生影响。为探求降水变化对草地群落生物量的影响，本研究在四子王旗荒漠草原设置了4种模拟降水梯度试验，分别为减少自然降水50%、自然降水处理、增加自然降水50%和增加自然降水100%。2018—2020年连续三年测算不同降水梯度处理下植物群落地上、地下生物量及其分配比例，发现2018年到2020年，植物群落地上、地下和总生物量均随降水梯度增加而增加；模拟降水变化对植物群落地上、地下以及总生物量因为样地被围封和降水量不同而产生年际差异。不同降水处理对0～10 cm和20～30 cm中的植物群落地下生物量影响差异显著，20～30 cm土层中，增水处理下的植物群落地下生物量则表现为三年间均为显著递增。减水处理的植物群落生物量向地下分配比例更高(P<0.05)。本试验为维持草地生产力应对未来气候变化提供了理论依据。     

青海湖高寒草地土壤理化性质及微生物群落特征对模拟降水的响应

为探究高寒草地生态系统特征对降水变化的响应,本研究以青海湖鸟岛高寒草地生态系统为研究对象,通过设置减少50%降水（NJ）、增加50%降水（NZ）试验处理和对照（NCK）3组不同降水条件,探究土壤理化因子及微生物群落对不同降水梯度的响应特征。研究结果表明：NJ,NZ处理均增加了细菌群落的丰富度降低了其多样性;NJ处理增加真菌群落的丰富度降低了其多样性,NZ处理增加了真菌群落的多样性降低了其丰富度;NJ处理增加了细菌和真菌群落的相对丰度,NZ处理降低了真菌群落相对丰度增加了细菌群落相对丰度;NZ,NJ处理下土壤温湿度及生物量变化差异显著,土壤硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）及全碳含量变化显著;土壤环境因子对土壤微生物群落组成与多样性具有显著影响。综上,土壤理化性质及微生物群落对降水变化的响应明显,真菌对降水处理的响应比细菌更为敏感。     

Long-Term Increasing Productivity of High-Elevation Grassland Caused by Elevated Precipitation and Temperature

It is important to understand how climate change and increased atmospheric nitrogen (N) deposition over the past decades have affected the productivity of different grassland types. High-elevation grasslands are sensitive to human activities and climate change, however little is reported about the effect of temperature, precipitation, and N deposition on productivity. For monitoring long-term changes in productivity, four ungrazed sites were established in 1984 in a high-elevation grassland of the Tianshan mountains in central Asia and grassland productivity was measured over ≈2−3 decades. In addition, a site with four N addition treatments was established in 2009. We conducted an 8-yr experiment in which nitrogen was added in the high-elevation grassland. These results show an aboveground net primary production (ANPP) increase in both spring and the peak growing season at ungrazed sites with increasing temperature and precipitation in the past 30 yr. ANPP of grasses and total grasses and forbs were strengthened by increased N deposition, especially when heavy snowfall was accompanied by higher spring and growing season temperatures. ANPP of total grasses and forbs was significantly correlated with snowfall. High-elevation grasslands are clearly susceptible to climate change and N deposition.     

黄土高原草地和农田系统碳动态对降雨、温度和CO2浓度变化响应的模拟

全球气候变化通常是多种环境条件同时连续地发生变化,而多因子的控制实验并不能完全模拟环境的变化且其通常需要耗费很高的成本。应用模型可以加深理解全球气候变化对生态系统结构和功能的影响。应用陆地生态系统(TECO)模型模拟黄土高原草地和农田生态系统在CO₂浓度、温度和降水改变情况下生态系统碳动态,探讨黄土高原草地和农田生态系统碳动态对未来气候变化响应。研究结果表明,随着温度升高,草地和农田生态系统净初级生产力(NPP)和异养呼吸(Rh)都呈现先增加后减少的趋势,生态系统碳净交换(NEE)表现出先减少后增加趋势,除农田系统的Rh对温度响应的拐点在当前温度,其余对温度响应拐点在增温4 ℃,此时系统固碳能力最高。降水和CO₂浓度增加改变生态系统NPP,Rh和NEE对温度变化的响应。随着降水增加,生态系统对温度响应更敏感;草地生态系统NPP,Rh和NEE对温度变化响应拐点发生改变,而农田系统无变化。CO₂浓度升高使农田生态系统NPP,Rh和NEE在增加4 ℃情景下,对温度变化响应不敏感。增加降水和增温对草地和农田生态系统NPP、Rh和NEE交互作用相对强度最大,分别为51.0%和30.0%、51.3%和16.6%以及-46.1%和-28.9%;增雨和增加CO₂浓度对草地和农田生态系统NPP、Rh和NEE交互作用相对强度最小,分别为2.4%和7.5%、3.7%和3.4%以及8.1%和-9.0%。三因子交互作用对生态系统NPP,Rh和NEE没有明显促进作用。与农田相比,草地生态系统碳动态对气候变化交互作用响应更显著。     

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。     

大气氮沉降及其对草地生物多样性的影响

随着人类活动的加强,大气氮素沉降在逐渐增加, 已对海洋和陆地生态系统产生了明显的影响.为此总结了大气干湿沉降中氮的组成和数量变化等特点,并在此基础上,分析评述了大气氮沉降对草地生态系统中植物、动物和微生物群落发展的影响,提出了今后研究的方向.