天山高寒草原植物叶片氮磷化学计量特征对氮沉降的响应

人类活动和气候变化导致的大气氮沉降急剧升高，将会影响高寒草原植物养分循环。为了研究氮沉降对高寒草原植物养分含量及生态化学计量学特征的影响。依托2009年在新疆天山巴音布鲁克高寒草原设置的长期氮沉降研究平台，于2017年7月和10月采集溚草（Koeleria cristata）、二裂委陵菜（Potentilla bifurca）和天山赖草（Leymus tianschanicus）3种植物的成熟叶和老叶，分析3种植物叶片N、P元素生态化学计量对不同施氮水平的响应规律。结果表明：① 3种植物养分浓度及其化学计量比在成熟叶和老叶之间存在较大差异，成熟叶和老叶的N、P含量分别为12.78 mg·g^-1、0.88 mg·g^-1和6.88 mg·g^-1、0.46 mg·g-1mg·g^-1。3种植物成熟叶和老叶的N元素含量均为：二裂委陵菜>天山赖草>溚草,P元素含量同N元素含量趋势一致；② 氮添加增加了成熟叶和老叶N浓度，分别达12%和48%；成熟叶与老叶P浓度对氮添加的响应规律不一致，成熟叶P浓度对氮添加的响应与物种有关，而老叶P浓度呈一致的下降趋势；氮添加对成熟叶和老叶N∶P的比值影响亦不同，其中相对于成熟叶，老叶的N∶P呈显著增加趋势。③ 植物叶片的N元素、P元素和N∶P比三者之间的相关分析表明:N元素和N∶P之间呈显著正相关关系(P<0.05),在生长旺盛期和枯黄期，溚草和天山赖草的N与P元素之间没有发现显著相关性(P>0.05)，而二裂委陵菜呈现一定的差异性，在生长旺盛期二裂委陵菜叶片N与P元素呈显著的正相关、枯黄期呈显著的负相关(P<0.05)。表明长期氮的添加显著影响了3种植物叶片的养分含量和生态化学计量，不同物种间存在一定差异，未来氮沉降升高将会影响天山山地草原的植物养分循环。     

氮添加对天山高寒草原土壤酶活性和酶化学计量特征的影响

为探究氮添加对高寒草原生态系统土壤酶活性的影响,于2018年在中国科学院巴音布鲁克草原生态系统研究站,选择4个氮添加水平(对照,N0,0 kg·hm^-2·a^-1;低氮,N1,10 kg·hm^-2·a^-1;中氮,N3,30 kg·hm^-2·a^-1;高氮,N9,90 kg·hm^-2·a^-1),开展土壤酶活性对氮添加响应的研究,分析土壤酶活性对氮添加的响应特点,土壤酶化学计量比以及土壤酶活性与土壤环境因子的关系。结果表明:与对照相比,氮添加在N3水平显著增加β-1,4葡萄糖苷酶(βG)、β-D-纤维二糖水解酶(CBH)和β-1,4木糖苷酶(βX)酶活性(P<0.05),N1和N3水平显著增加碱性磷酸酶(AKP)活性(P<0.05),N3水平显著降低多酚氧化酶(PPO)活性(P<0.05),氮添加对亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性影响不显著,N3水平下显著增加N-乙酰-β-D氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性(P<0.05)。相关分析表明,8种土壤酶活性均与土壤有机碳(SOC、NAG除外)和总磷(TP)显著相关,与土壤总氮(TN)不相关。研究区土壤酶活性C∶N∶P化学计量比为1∶1∶1.2,与全球生态系统的土壤酶活性C∶N∶P的比值1∶1∶1相偏离,表明该研究区土壤微生物生长受磷素限制。冗余分析(RDA)进一步揭示出土壤有机碳和土壤全磷含量是影响土壤酶活性的主要因子。     

赖草草地叶片养分、碳组分和防御性化合物对氮添加的响应

本研究依托山西右玉黄土高原赖草(Leymus secalinus)草地2017年建立的氮(Nitrogen, N)添加梯度试验平台(0～32 g·m^-2·a^-1),探究N添加对优势植物赖草叶片养分[N、磷(Phosphorus, P)、钾(Potassium, K)]、非结构性碳水化合物、结构性碳水化合物和防御性化合物含量的影响。结果表明：N素输入显著提高叶片N,K含量和N∶K和N∶P比值,降低叶片P含量和P∶K比值;N素输入显著降低叶片非结构性碳水化合物和结构性碳水化合物含量;N素输入显著增加叶片总酚、单宁和黄酮类化合物含量;PCA分析表明低N(≤8 g·m^-2·a^-1)和高N(>8 g·m^-2·a^-1)输入下赖草叶片性状存在显著差异,土壤无机N含量、土壤有效N∶P和N∶K是其主要影响因子。以上结果表明N素输入改变了盐渍化草地赖草叶片养分-碳组分-防御性化合物的分配策略。     

氮添加对天山高寒草原土壤酶活性和酶化学计量特征的影响

为探究氮添加对高寒草原生态系统土壤酶活性的影响,于2018年在中国科学院巴音布鲁克草原生态系统研究站,选择4个氮添加水平（对照,N0,0 kg·hm^-2·a^-1;低氮,N1,10 kg·hm-2·a^-1;中氮,N3,30 kg·hm^-2·a^-1;高氮,N9,90 kg·hm^-2·a^-1）,开展土壤酶活性对氮添加响应的研究,分析土壤酶活性对氮添加的响应特点,土壤酶化学计量比以及土壤酶活性与土壤环境因子的关系。结果表明：与对照相比,氮添加在N3水平显著增加β-1,4葡萄糖苷酶（βG）、β-D-纤维二糖水解酶（CBH）和β-1,4木糖苷酶（βX）酶活性（P < 0.05）,N1和N3水平显著增加碱性磷酸酶（AKP）活性（P < 0.05）,N3水平显著降低多酚氧化酶（PPO）活性（P < 0.05）,氮添加对亮氨酸氨基肽酶（LAP）活性影响不显著,N3水平下显著增加N-乙酰-β-D氨基葡萄糖苷酶（NAG）活性（P < 0.05）。相关分析表明,8种土壤酶活性均与土壤有机碳（SOC、NAG除外）和总磷（TP）显著相关,与土壤总氮（TN）不相关。研究区土壤酶活性C∶N∶P化学计量比为1∶1∶1.2,与全球生态系统的土壤酶活性C∶N∶P的比值1∶1∶1相偏离,表明该研究区土壤微生物生长受磷素限制。冗余分析（RDA）进一步揭示出土壤有机碳和土壤全磷含量是影响土壤酶活性的主要因子。     

“双碳”目标下黄河下游耕地绿色利用效率、收敛性与影响因素

[目的] 分析黄河下游耕地绿色利用效率及其收敛性与影响因素,为黄河下游地区耕地生态保护与高质量发展提供参考。 [方法] 将耕地资源利用过程中产生的耕地面源污染和碳排放等非期望产出和总碳汇同时纳入评价指标体系,利用EBM模型、收敛模型、面板Tobit模型系统分析了2007—2020年黄河下游34个地市耕地绿色利用效率、收敛性与影响因素。[结果] ①黄河下游耕地绿色利用效率整体呈上升趋势,但2020年末仍未达到最优状态。黄河下游地区耕地绿色利用效率存在空间非均衡性,豫南及鲁北耕地绿色利用效率值较高,而郑州、威海等地市的效率值一直偏低。 ②从效率分解看,黄河下游地区耕地绿色利用效率提升的主要动力源于规模效率,阻力来自纯技术效率。 ③从收敛检验看,黄河下游耕地绿色利用效率均存在σ收敛和β收敛,河南省耕地绿色利用效率的地市间差距明显低于山东省,但山东省的收敛速度较之更快。 ④从影响因素看,农作物种植结构与政府财政支农对黄河下游地区耕地绿色利用效率起促进作用,而城乡收入差距、经济发展水平和耕地机械投入强度起抑制作用。[结论] 未来黄河下游不但要提高耕地绿色利用的综合管理水平,加强地市间交流合作,更要在推进耕地绿色利用发展的同时,重点关注各地区耕地绿色利用效率的收敛速度与发展差距之间的协调。     

晋北农牧交错带草地土壤净氮矿化速率对氮磷添加的响应

外源养分输入提高生产力是否同时促进了氮转化过程，尤其在农牧交错带脆弱草地生态系统的研究鲜见报道。为探究土壤氮转化关键过程对外源养分添加的响应，本研究依托山西右玉黄土高原草地生态系统国家定位观测研究站2017年建立的全球变化联网试验养分平台，采用原位顶盖PVC埋管法，测定了土壤氮转化速率，以及相关生物和非生物指标。结果表明：氮添加显著提高了土壤无机氮含量、土壤氮转化速率；氮磷同时添加显著提高了地上生产力。综上，氮添加促进了晋北农牧交错带草地土壤氮转化速率，但是没有显著提高生产力；氮磷同时添加对氮转化速率没有显著影响，但是显著提高了草地生产力，因此推测，单独氮添加后，植物生长受磷限制，同时添加氮磷，虽然对净氮矿化速率没有显著影响，但是能显著提升生产力，因此未来晋北农牧交错带草地管理应该考虑氮磷双重限制。     

晋北农牧交错带草地生物量对短期放牧强度的响应

放牧是草地的主要利用方式之一，适度放牧可维持草地的生产和生态功能。为探究不同放牧强度如何影响北方农牧交错带草地生物量，本研究依托2016年在山西典型农牧交错带建立的草地放牧试验平台，采用收获法监测了不同放牧强度干扰下植物群落优势种赖草生物量(Leymus secalinus Tzvel. biomass,L.s.B)、地上生物量(Aboveground biomass, AGB)和地下生物量(Belowground biomass, BGB)指标。结果表明：放牧降低了该地区群落地上现存生物量和地下生物量(P<0.01),提高了群落的根冠比(P<0.05);放牧影响优势种赖草生物量在群落地上生物量中的占比，与不放牧相比，轻度放牧和重度放牧对赖草生物量的影响大，而中度放牧的影响小。因此，放牧降低了群落的地上、地下生物量，但中度放牧对优势种赖草生物量的影响小，符合中度干扰假说，为农牧交错带草地科学管理和可持续利用提供理论依据。     

氮添加降低盐渍化草地赖草非结构性碳水化合物含量

氮沉降全球化对草本植物不同器官非结构性碳水化合物(Non-structural carbohydrates, NSCs)的影响尚不清楚。本研究依托山西右玉黄土高原草地生态系统国家定位观测研究站2017年建立的不同水平氮添加试验平台，探究氮添加对赖草(Leymus secalinus)叶片和茎秆中的NSCs(可溶性糖、淀粉)含量及其比例的影响。结果表明：茎秆中可溶性糖、淀粉和NSCs含量显著高于叶片；氮添加降低了叶片和茎秆可溶性糖、淀粉、NSCs含量和可溶性糖∶淀粉比值，茎秆可溶性糖、淀粉和NSCs含量对氮素添加的响应更敏感；土壤无机氮含量、土壤pH值和土壤速效N∶P比值与叶片和茎秆中的可溶性糖、淀粉、NSCs含量和可溶性糖∶淀粉比值显著相关，而土壤有效P含量与这些指标无显著相关性。本研究结果表明植物不同器官NSCs含量和计量格局对氮添加呈现非线性饱和响应，但响应大小在植物器官间存在较大差异。