氮添加对贝加尔针茅草原土壤细菌群落结构的影响

为揭示不同氮添加量对贝加尔针茅草原土壤细菌群落结构的影响,依托长期定位试验,采集8个氮添加水平(0、15、30、50、100、150、200、300 kg N·hm^-2·yr^-1)下0~10 cm土层土壤,利用高通量测序技术,分析不同氮添加水平下土壤细菌群落结构特征及其与土壤化学性质的关系。结果表明:随着氮添加水平增加,细菌Alpha多样性指数呈现先增加后降低的趋势,7个氮添加处理的Alpha多样性指数与对照相比无显著差异。在群落中占主导的细菌门类有酸杆菌门(19.01%~38.31%)、变形菌门(6.64%~17.11%)、放线菌门(5.07%~16.06%)、疣微菌门(3.57%~7.40%)、绿弯菌门(3.38%~8.42%)和芽单胞菌门(0.87%~1.81%)。随着氮添加水平的增加,占主导的细菌门类相对丰度表现出不同的变化趋势。氮添加改变了土壤细菌群落结构,且高氮添加对土壤细菌群落结构影响高于低氮添加。相关性分析表明,土壤pH、硝态氮、铵态氮和全磷含量是影响细菌群落结构的主要因素,其中土壤pH对细菌群落结构的影响最大。     

氮添加对贝加尔针茅草原植物和土壤化学计量特征的影响

以贝加尔针茅草原为研究对象,设置N₀(0 kg N·hm^-2)、N₃₀(30 kg N·hm^-2)、N₅₀(50 kg N·hm^-2)、N₁₀₀(100 kg N·hm^-2)、N₁₅₀(150 kg N·hm^-2)5个氮添加水平,研究不同氮添加水平对6种植物叶C、N、P计量特征和土壤C、N、P计量特征的影响,分析植物计量特征与土壤计量特征的相关性,为深入理解N沉降增加对草原群落结构的影响提供基础数据。结果表明,自然条件下,6种植物叶C、N、P含量和计量特征存在显著的差异,表现为扁蓿豆叶C、N、P含量和叶N∶P最高,贝加尔针茅叶N、P含量最低,线叶菊叶C含量最低。氮添加提高了除扁蓿豆以外其他5种植物叶N含量,叶C∶P和叶N∶P,降低了叶P含量和叶C∶N,而叶C含量无一致变化趋势。氮添加提高了土壤有机碳含量、土壤N∶P,对土壤全氮含量和土壤C∶N无显著性影响。羊草、羽茅、线叶菊和草地麻花头叶N含量与土壤有机碳、土壤N∶P呈显著正相关,贝加尔针茅、羊草、羽茅和草地麻花头叶N∶P与土壤有机碳、土壤C∶P呈显著正相关。综合分析表明,土壤有机碳、土壤N∶P和土壤C∶P是影响6种植物叶C、N、P含量和计量特征的主要影响因素,但不同植物对氮添加的响应不同,意味着长期氮添加可能会改变贝加尔针茅草原生态系统的结构。     

贝加尔针茅草原土壤微生物功能多样性对氮素和水分添加的响应

应用Biolog技术研究了连续2年氮素与水分添加处理对贝加尔针茅草原土壤微生物功能多样性的影响。结果表明,水分添加能够减少氮肥对微生物的抑制作用,增强微生物的代谢活性和微生物对碳源的利用能力,水分添加与N₁₅水平氮处理的交互作用显著提高了土壤微生物对碳源的利用能力和功能多样性。与对照相比,高氮处理(N₁₀₀、N₁₅₀、N₂₀₀和N₃₀₀)下微生物群落丰富度指数和均匀度指数降低,而优势度指数升高。氮素与水分添加处理不仅改变了微生物的功能多样性,也使微生物对碳源的利用模式发生转变。主成分分析表明,低氮肥与高氮肥处理下土壤微生物对碳源利用模式上存在较大差异,氮肥是主要影响因子。糖类、氨基酸类和代谢中间产物及次生代谢物是土壤微生物利用的主要碳源。土壤总有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮含量与微生物群落功能多样性密切相关。     

氮素和水分添加对贝加尔针茅草原植物功能群地上生物量的影响

在内蒙古贝加尔针茅草原,分别设置对照、1.5g/m2、3.0g/m2、5.0g/m2、10.0g/m2、15.0g/m2、20.0g/m2和30.0g/m2(不包括大气沉降的氮量)8个氮素(NH4NO3)添加梯度和模拟夏季增加降水100mm的水分添加交互试验,研究氮素和水分添加对草原群落植物功能群地上生物量的影响。结果表明:在植物生活型功能群中,氮素和水分的添加显著增加了禾草类植物功能群的地上生物量,减少了豆科类植物功能群的地上生物量;在植物生态类型功能群中,氮素和水分的添加显著增加了中旱生植物功能群的地上生物量,减少了旱生植物和旱中生植物功能群的地上生物量。植物功能群地上生物量除受水分、养分添加水平的影响外,还受功能群自身特性、组成以及植物群落功能群间的相互作用制约。     

贝加尔针茅草原土壤酶活性及微生物量碳氮对养分添加的响应

通过草地养分添加控制试验,研究了贝加尔针茅(Stipa Baicalensis)草原在CK,K,P,N,PK,NK,NP,NPK不同养分添加方式下土壤酶活性、土壤微生物量碳氮的变化以及他们与土壤养分间的相互关系。结果表明:土壤蔗糖酶在含磷养分添加条件(NP,NPK,P,PK)下活性显著高于CK,脲酶活性在氮磷组合添加条件下(NP,NPK)下有显著提高,碱性磷酸酶活性在NP,NPK和NK处理下有显著的提高,过氧化氢酶在不同养分添加条件下活性与CK无显著差异;NP,NPK,N和PK处理下微生物量碳显著高于其他处理,NP处理下微生物量氮显著高于CK;过氧化氢酶、蔗糖酶活性与速效磷含量呈显著正相关,微生物量碳与脲酶和碱性磷酸酶活性呈显著正相关,与蔗糖酶活性呈极显著正相关,微生物量氮与速效磷、过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性呈显著正相关。综合分析表明,氮磷养分组合添加可以提高贝加尔针茅草原土壤酶活性和微生物量碳氮含量,有利于土壤肥力状况改良。     

氮、磷添加对贝加尔针茅草原凋落物分解的影响

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。养分是温性草原生产力主要限制因素之一。本文主要研究了养分添加对草原凋落物分解的影响,为草原生态系统养分管理和天然草地的恢复建设提供理论依据。试验以内蒙古贝加尔针茅草原为研究对象,使用网袋分解法,实验材料为贝加尔针茅(Sb)、羊草(Lc)以及冷蒿(Af)3种植物的根、茎、叶组织,设置4个处理:CK、N、P和NP(CK:不施任何肥料;N:硝酸铵;P:重过磷酸钙;NP:硝酸铵和重过磷酸钙)。结果表明,1) N、P、NP添加下,3种植物的残留率显著低于无养分添加,氮磷添加对凋落物分解有显著的促进作用。2)分解过程中,叶和根凋落物N元素前期释放,后期有轻微的富集现象,而茎凋落物呈现富集-释放-富集的模式。P元素和C元素基本呈现持续释放的模式。3)磷元素的残留率在N、P以及NP处理条件下均呈下降的趋势,与植物器官残留率的变化趋势相同。4)羊草各器官凋落物分解95%所用的时间为2.95~3.96年,贝加尔针茅为3.32~3.77年,冷蒿为2.64~4.89年。5)不同植物以及植物的不同器官凋落物分解速率对氮、磷添加的响应不同。     

氮添加对贝加尔针茅草原土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响

以贝加尔针茅草原为研究对象,施氮模拟氮沉降增加,设置N₀,N₅₀,N₁₀₀,N₂₀₀,N₃₀₀(0,50,100,200,300 kg N·hm^-2·年^-1)5个氮添加水平,研究不同氮添加水平变化对土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响。结果表明,与对照N₀相比,N₅₀、N₁₀₀、N₂₀₀和N₃₀₀处理显著提高了土壤易氧化有机碳和可溶性有机碳含量,显著降低了土壤微生物量碳含量。N₁₀₀处理显著提高了土壤易氧化有机碳和可溶性有机碳的组分比例,显著提高了土壤碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数。N₂₀₀和N₃₀₀处理显著降低了土壤易氧化有机碳组分比例,显著降低了土壤碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数。分析结果表明,土壤易氧化有机碳分配比例、可溶性有机碳分配比例、微生物量碳分配比例、碳库活度指数和碳库管理指数之间呈极显著相关性(P<0.01)。在未来氮沉降持续增加的情况下,贝加尔针茅草原土壤碳库质量可能会降低。     

氮素添加对贝加尔针茅草原凋落物分解的影响

对内蒙古贝加尔针茅草原群落开展氮素添加实验,设置6个氮素添加水平,氮素类型为硝酸铵(NH₄NO₃):对照(N₀),1.5 g N/m²(N₁₅)、3.0 g N/m²(N₃₀)、5.0 g N/m²(N₅₀)、10.0 g N/m²(N₁₀₀)和15.0 g N/m²(N₁₅₀)。利用凋落物网袋分解法,研究贝加尔针茅、羊草和冷蒿3种植物不同器官凋落物分解对氮素添加的响应。结果表明:1) 3种植物不同器官凋落物C残留率的季节变化与植物残留率的变化趋势相同,呈释放模式。2)贝加尔针茅各器官凋落物分解95%所需时间为3.79~5.75年。羊草各器官凋落物分解95%所需时间为3.12~6.34年。冷蒿各器官凋落物分解95%所需时间为2.69~6.82年。3)不同植物、不同器官凋落物分解速率对氮素添加响应不同,初始化学组成不是控制凋落物分解的主要影响因子。4)凋落物分解速率与土壤铵态氮、硝态氮和土壤含水量无显著相关性,冷蒿凋落物与土壤微生物量碳氮显著相关。5)本试验进行期间,氮素添加对各器官凋落物分解无一致影响,仅个别施氮水平对不同器官凋落物分解速率及养分释放有促进或抑制作用。在氮素添加背景下,凋落物分解受到时间、分解底物类型及氮素输入水平的共同影响。     

氮素添加对贝加尔针茅草原土壤团聚体碳、氮和磷生态化学计量学特征的影响

大气氮沉降增加作为全球气候变化的重要现象, 其对草原生态系统的影响成为生态学研究热点之一。掌握氮沉降对草原土壤团聚体碳(C)、氮(N)和磷(P)生态化学计量学特征的影响,可为全面分析和评估氮沉降对草原生态系统的影响提供基础资料。自2010年起,在内蒙古贝加尔针茅草原典型地段设置N₀ (0 kg N·hm^-2·yr^-1)、N₁₅ (15 kg N·hm^-2·yr^-1)、N₃₀ (30 kg N·hm^-2·yr^-1)、N₅₀ (50 kg N·hm^-2·yr^-1)、N₁₀₀ (100 kg N·hm^-2·yr^-1)、N₁₅₀ (150 kg N·hm^-2·yr^-1) 6个氮素添加处理模拟氮沉降野外控制试验。结果表明:氮素添加极显著提高了土壤团聚体的稳定性和>2 mm团聚体比例(P<0.01);各氮素添加处理中0.25~2 mm团聚体有机碳、全氮含量均显著高于其他粒径(P<0.05),全磷含量在各粒径团聚体中差异不显著;与对照相比,氮素添加显著提高了>0.25 mm土壤大团聚体有机碳和全氮含量(P<0.05),对全磷无显著影响;氮素添加导致>0.25 mm土壤大团聚体C/N降低,0.25~2 mm土壤团聚体 C/P、N/P升高(P<0.05)。综合分析,氮添加在一定程度上促进了土壤的固碳潜力,提高了土壤团聚体有机质的矿化速率,随着氮素添加水平的提高,土壤团聚体中P元素成为限制草原植物生长的主要限制因子。     

氮沉降对贝加尔针茅草原土壤真菌群落结构的影响

以贝加尔针茅草原为研究对象,采用高通量测序技术,研究连续6年模拟8个氮沉降水平（0,15,30,50,100,150,200,300 kg N·hm^-2·a^-1）对贝加尔针茅草原0~10 cm、10~20 cm土层土壤真菌群落结构的影响。结果表明,氮沉降显著影响真菌群落结构,0~10 cm土层与10~20 cm土层各氮沉降处理相对丰度在门、纲、属水平上均存在明显差异;且0~10 cm土层与10~20 cm土层土壤真菌群落对氮沉降的响应存在明显差异,存在明显的土层梯度效应。典范对应分析表明,土壤pH、有机碳、硝态氮和速效磷含量是影响贝加尔针茅草原土壤真菌群落结构变化重要因素。以上结果表明,氮沉降通过改变草原土壤的化学性质,影响了土壤真菌群落结构。     

贝加尔针茅光合特征与叶片功能特性对长期氮添加的响应

以贝加尔针茅草甸草原建群种贝加尔针茅为研究对象,通过一个连续6年氮添加野外控制试验,设置5个氮素处理:N₀(0 kg N/hm²)、N₃₀ (30 kg N/hm²)、N₅₀ (50 kg N/hm²)、N₁₀₀ (100 kg N/hm²)、N₁₅₀ (150 kg N/hm²),探讨氮沉降变化对贝加尔针茅种群光合特性与叶片功能特性变化规律及其影响因子。结果表明,氮素添加变化显著影响贝加尔针茅的净光合速率等光合特性,氮素添加处理净光合速率(net photosynthetic rate, P_n)、气孔导度(stomatal conductance, G_s)、蒸腾速率(transpiration rate, T_r)、光合氮利用效率(photosynthetic nitrogen use efficiency, PNUE)和光合能量利用效率(photosynthetic energy use efficiency, PEUE)均低于或显著低于无氮素添加处理。氮素添加处理叶片比叶面积(specific leaf area, SLA)、叶片N含量(leaf N content, N_mass)、建成成本(leaf construction cost, CC_mass)、叶片N∶P均高于或显著高于无氮素添加处理。相关分析表明,5个氮素处理的P_n与G_s、T_r、PNUE、PEUE、叶片P含量(leaf P content, P_mass)、土壤N∶P呈显著正相关,与叶片比叶面积(SLA)、N_mass、CC_mass、土壤含水量、土壤pH值呈极显著负相关;叶片N_mass与SLA、CC_mass、土壤N∶P呈显著正相关,与PNUE、PEUE、P_mass、土壤含水量、土壤pH值呈显著负相关。综合以上研究表明,长期氮添加会降低贝加尔针茅净光合速率、养分利用效率,提高叶片建成成本和叶片N∶P,土壤含水量和土壤pH值是引起这种改变发生的主要因子。     

贝加尔针茅草原土壤线虫与微生物群落特征及其相互作用

分析了在施氮环境下内蒙古贝加尔针茅草原土壤微生物和土壤线虫群落特征及相互作用。结果表明,不同的施氮水平显著影响土壤微生物真菌和细菌群落结构和数量,但对土壤微生物群落总量的影响并不显著;对土壤线虫食细菌类群（Bacterivores）、食真菌类群（Fungivores）和植物寄生性类群（Plant parasites）数量影响显著,同时影响土壤线虫的物种丰富度（SR）和群落结构的稳定性。土壤中的植物寄生性类群线虫与土壤中细菌群落、真菌群落和真菌/细菌之间呈显著正相关,土壤真菌群落与土壤线虫群落的丰富度（SR）、均匀度（J'）和结构指数（WI）也有明显的相关性。施氮对土壤真菌群落的影响大于对土壤细菌群落的影响,土壤中的真菌群落与土壤中植物寄生性类群线虫具有相互促进的作用,增加了植物受线虫感染的几率,同时施氮也改变了土壤线虫的群落结构。     

不同利用方式对贝加尔针茅草原土壤活性有机碳的影响

土壤活性有机碳能够准确反映土壤有效性,表征土壤质量变化,是探索可持续草地管理措施的关键指标之一。以内蒙古贝加尔针茅草原为研究对象,采用围封、放牧和刈割野外控制试验,探讨不同利用方式对土壤有机碳（SOC）和活性有机碳的影响,发现不同利用方式下土壤SOC含量表现为围封>刈割>放牧,其中围封区和刈割区土壤SOC含量显著大于放牧区,围封区与刈割区土壤SOC含量差异不显著,在土壤活性有机碳中土壤可溶性有机碳（DOC）含量表现为放牧>围封>刈割。土壤微生物量碳（MBC）和土壤易氧化有机碳（ROC）含量均表现为围封>刈割>放牧,围封区与刈割区土壤MBC和土壤ROC平均含量差异不显著,且均显著大于放牧区。土壤MBC、ROC和SOC之间呈极显著相关性（P<0.01）。土壤ROC和土壤MBC与土壤全氮和土壤全磷呈极显著相关性（P<0.01）。围封与刈割有利于土壤SOC、MBC、ROC的提升,放牧对土壤DOC有一定累积作用。围封和刈割增强了土壤SOC的稳定性,活性有机碳与土壤有机碳和土壤理化性质密切相关,能够敏感地反映土壤有机碳的变化。     

内蒙古荒漠草原土壤呼吸对模拟增温和氮素添加的响应

以内蒙古荒漠草原为研究对象,采用Li-8100土壤碳通量测量系统测定法,研究了控制性增温和氮素添加对荒漠草原土壤呼吸的影响.研究表明:红外辐射加热器在2年间显著提升了试验样地的土壤温度,0~30 cm土壤温度的增幅达0.4~1.0℃;但增温未能显著改变0~30 cm土壤湿度,也未能促进土壤呼吸;施氮、增温＋施氮的交互作用都未显著改变试验样地的土壤呼吸值.试验期间,土壤呼吸存在明显的季节变化,其变化幅度为0.15~3.66 μmol CO₂·m^-2·s^-1.土壤呼吸与降水量和10 cm土壤含水量存在较强的相关性,相关系数分别达0.67和0.70.内蒙古荒漠草原存在明显的水分胁迫,这使得土壤湿度取代土壤温度成为控制土壤碳通量的主要环境因子,而施加矿质氮肥对土壤呼吸的影响不显著.     

贝加尔针茅草原植物多样性与地上生物量及其关系对刈割的响应

本研究以呼伦贝尔贝加尔针茅割草地为研究对象,探讨刈割干扰对植物群落多样性和地上生物量及其关系的影响。结果表明：刈割时间对植物的优势度和均匀度指数有显著影响,留茬高度对植物多样性影响不显著。随着留茬高度的增加,地上生物量显著下降;刈割时间对群落地上生物量影响不明显。植物多样性和地上生物量呈显著正相关关系。