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。     

模拟降水变化和氮添加对红砂幼苗生物量分配的影响

【目的】研究植物生长和生物量分配对不同水氮供应的响应特征,对揭示不同水氮添加之间的耦合关系和寻求最优的水肥供应模式具有重要的意义。【方法】本研究以红砂幼苗为试验对象,测定了不同降水量(降水量减少30%、正常降水量、降水量增加30%)和氮添加[(无氮添加(纯N0g/(m²·a),低氮添加(纯N4.6g/(m²·a),中氮添加(纯N9.2g/(m²·a),高氮添加(纯N13.8g/(m²·a)]条件下红砂幼苗生长及各器官干物质量。【结果】降水减少30%时,在中、低氮添加下,红砂幼苗株高、地上地下生物量和叶重比、叶根重比、源汇重比均会随施氮量增加而增加,而在高氮添加下上述指标均受到抑制;在高氮添加下,红砂幼苗叶重比、叶根重比和源汇重比均随水分增加而增加,但根冠比呈现相反趋势。【结论】红砂幼苗对水氮耦合效应表现出较强的可塑性,且能够通过不同的水肥供应调整株高和基径的生长以及生物量分配。     

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。     

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。     

模拟氮沉降及降水作用下红砂和珍珠猪毛菜幼苗生物量的分配模式

水分和氮素是植物生物量积累的重要资源,也是调节植物在荒漠逆境条件下生物量分配的主要因素。本研究以两种荒漠优势植物红砂(Reaumuria soongarica)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)苗木为试验材料,研究了降水[–30% (低水)、0 (中水)、+30% (高水)]与氮素[0 (N0,无氮)、...     

模拟氮沉降对两种草地植物氮同化物积累的影响

为了揭示大气氮沉降对栽培草地植物氮同化物积累的影响,本试验以无芒雀麦（Bromus inermis）和白三叶（Trifolium repens）为对象,通过人工增氮试验（浓度设置为0、6、12和24 g N·m-2·a-1）来研究豆科和禾本科牧草的氮同化物积累的变化规律。结果表明,在不同氮浓度处理下,叶绿素、叶全氮、可溶性蛋白、精氨酸和脯氨酸等氮同化物含量变化极显著（P<0.01）,在氮沉降浓度为12 g N·m-2·a-1范围内随氮沉降浓度增加而呈增加趋势（除脯氨酸含量）,但是两种牧草氮同化物的积累量差异较大,氮沉降对禾本科牧草的氮同化物积累的影响高于豆科牧草。精氨酸含量与氮沉降浓度间存在极显著正相关（R2均达到0.99）,因此,精氨酸可作为草本植物对氮沉降增加的敏感指标。     

模拟氮沉降及降水作用下红砂和珍珠猪毛菜幼苗生物量的分配模式

水分和氮素是植物生物量积累的重要资源,也是调节植物在荒漠逆境条件下生物量分配的主要因素.本研究以两种荒漠优势植物红砂(Reaumuria soongarica)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)苗木为试验材料,研究了降水[–30％(低水)、0?(中水)、+30％?(高水)]与氮素[0?(N0,无氮)、4?g·(m2·a)?1?(N1,中氮)、8?g·(m2·a)?1?(N2,高氮)]交互作用对其不同生长方式(红砂单生、珍珠猪毛菜单生、红砂和珍珠猪毛菜混生)下的生物量分配及相关生长关系的影响.结果表明:1)红砂和珍珠猪毛菜幼苗受水分和氮素影响显著(P??茎?>?叶.混生红砂的根、茎、叶生物量分别在无氮和低水、无氮和中水、低氮和高水条件时有所增加,其分配关系为叶?≥?茎?>?根.单生和混生珍珠猪毛菜均在低氮和高水时器官生物量增加,两者生物量分配关系一致,均表现为叶?>?茎?>?根.2)混生方式下的红砂和珍珠猪毛菜叶根重比、叶重比、源汇重比均高于单生方式,而根冠比则较单生分别平均减少了52.63％和37.45％,说明两种植物在混生过程中均能将更多的生物量分配到地上部分.未来在降水格局和氮沉降变化条件下,红砂和珍珠猪毛菜的混生状态将可能比其单生状态更有利于适应全球气候的变化.     

模拟氮沉降及降水作用下红砂和珍珠猪毛菜幼苗生物量的分配模式

水分和氮素是植物生物量积累的重要资源,也是调节植物在荒漠逆境条件下生物量分配的主要因素。本研究以两种荒漠优势植物红砂(Reaumuria soongarica)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)苗木为试验材料,研究了降水[–30% (低水)、0 (中水)、+30% (高水)]与氮素[0 (N0,无氮)、4 g·(m2·a)?1 (N1,中氮)、8 g·(m2·a)?1 (N2,高氮)]交互作用对其不同生长方式(红砂单生、珍珠猪毛菜单生、红砂和珍珠猪毛菜混生)下的生物量分配及相关生长关系的影响。结果表明：1)红砂和珍珠猪毛菜幼苗受水分和氮素影响显著(P < 0.01)。单生红砂根生物量在低氮、高水时增加,而茎和叶生物量在高氮、中水时增加,其生物量在各器官的分配关系为根 > 茎 > 叶。混生红砂的根、茎、叶生物量分别在无氮和低水、无氮和中水、低氮和高水条件时有所增加,其分配关系为叶 ≥ 茎 > 根。单生和混生珍珠猪毛菜均在低氮和高水时器官生物量增加,两者生物量分配关系一致,均表现为叶 > 茎 > 根。2)混生方式下的红砂和珍珠猪毛菜叶根重比、叶重比、源汇重比均高于单生方式,而根冠比则较单生分别平均减少了52.63%和37.45%,说明两种植物在混生过程中均能将更多的生物量分配到地上部分。未来在降水格局和氮沉降变化条件下,红砂和珍珠猪毛菜的混生状态将可能比其单生状态更有利于适应全球气候的变化。     

模拟氮沉降对克氏针茅和碱韭种间竞争的影响

以克氏针茅和碱韭为研究对象,分析单播和混播种植方式下,氮沉降对两种植物地上生物量、地下生物量的影响,比较两种植物的竞争能力。结果表明:单播时,克氏针茅的株高随着施氮浓度的增加而上升且在施氮20 g/(m^2·yr)时显著高于其他处理(P<0.05),碱韭的株高在施氮20 g/(m^2·yr)时显著低于其他处理(P<0.05)。氮素对克氏针茅种群和碱韭种群都具有显著的调节效应,随着氮素梯度的增加,克氏针茅与碱韭的地上生物量、地下生物量、总生物量均有增加的趋势。克氏针茅对氮素添加的响应相比碱韭更明显,在单播时,克氏针茅在施氮10 g/(m^2·yr)时地上、地下及总生物量显著高于其他处理(P<0.05),混播时,克氏针茅在施氮20 g/(m^2·yr)时地上、地下及总生物量最大;在模拟氮沉降的过程中,克氏针茅与碱韭的种内竞争大于种间竞争,说明氮沉降对两者之间的竞争关系影响较小。     

降水和氮沉降对内蒙古半干旱草地羊草和大针茅叶片碳交换的影响

本研究对我国北方半干旱草地进行春季增雪、夏季增雨和施氮处理,通过监测羊草（Leymus chinensis）和大针茅（Stipa grandis）的光响应曲线,以期探讨降水和氮沉降对半干旱草地叶片碳交换的影响。结果表明：夏季增雨（100 mm）分别提高了羊草和大针茅最大光合速率,提高了气孔导度和土壤含水量,降低了土壤温度;但春季增雪（25 mm雪水当量）对以上各指标的影响不显著;施氮（10 g· m^-2）显著提高了羊草叶绿素含量,但对以上各指标影响均不显著。本研究表明增水和施氮对关键物种叶片碳交换的作用主要通过影响叶片光合生理特性以及土壤微环境实现。     

模拟氮沉降对高寒湿地土壤理化性质和酶活性的影响

为研究氮沉降对土壤酶和土壤理化性质的影响,本研究在青海湖东岸开展野外控制试验,设计4个施氮水平0 g·m^-2,2 g·m^-2,5 g·m^-2和10 g·m^-2(分别为N0,N2,N5和N10),测定土壤养分和土壤酶活性。结果表明：氮沉降对土壤pH值和全磷含量无显著影响,硝态氮在浅层土中含量随施氮量的增加而逐渐下降,铵态氮在10 g·m^-2浅层土中含量显著高于其它处理,有机碳含量在2 g·m^-2处理下显著高于其它处理;酸性磷酸酶和脲酶随施氮量的增加活性显著升高,氮沉降抑制过氧化氢酶活性,碱性蛋白酶对氮沉降不敏感;相关分析表明,酸性磷酸酶、脲酶活性与铵态氮含量呈显著正相关关系,过氧化氢酶活性与硝态氮含量呈显著正相关关系,碱性蛋白酶活性与有机碳含量呈极显著正相关关系。本研究表明氮沉降影响高寒湿地碳、氮含量及其计量比,进而影响土壤酶活性。     

施肥草地群落生物量结构的研究

宁南黄土丘陵区干草原地带，由于频繁垦植，形成了大面积的草地退化，许多空间呈现出次生类群和裸地。针对这一现象，于１９９１－１９９４年在该地区进是草地施肥试验，结果表明：该草地类型区通过不同施肥处理，促进了植物的繁殖更新与群落的种间结构变化。     

降水变化对锡林郭勒草原土壤动物数量的影响

为研究降水对典型草原地区土壤动物的影响,我们对内蒙古自治区锡林浩特市毛登牧场进行增加降水试验,于2013-2015年5,7和9月,对土壤动物群落进行了调查,分析了不同季节降水变化对土壤动物数量的影响。3年9次调查,共采集土壤动物1969头,分别隶属3门5纲13目。优势类群有：线虫（Nematodes）、鞘翅目（Coleoptera）、膜翅目（Hymenoptera）和蜱螨目（Acarina）;常见类群有：蜘蛛目（Arachnids）、半翅目（Hemiptera）和弹尾目（Tails）,其余为稀有类群。研究发现：降水处理对大型土壤动物的种类的密度没有显著影响,不同季节中大型土壤动物的优势种略有变化,优势类群鞘翅目和膜翅目较为稳定;降水变化对中小型干生土壤动物没有显著影响;而对中小型湿生土壤动物密度的影响显著增加（P<0.05）,且在5月增加降水50 mm,最有利于其生长繁殖。结果表明：大型和中小型干生土壤动物对降水变化的耐受性较强,线虫类对降水变化具有重要的指示作用。     

模拟氮沉降和收获期对秋萌东方旱麦草生长与饲用品质的影响

短命植物东方旱麦草(Eremopyrum orientale)广泛分布于新疆北部,适时萌发,有助于缓解春季饲草短缺。为探究氮沉降和收获期对秋萌东方旱麦草生长与饲用品质的影响,本试验采用人工模拟方式,设置0 kg·ha^-1·a^-1,30 kg·ha^-1·a^-1,60 kg·ha^-1·a^-13个氮添加处理和2个收获时期(拔节孕穗期和开花期),分析不同处理下秋萌东方旱麦草生长指标和饲用品质指标变化。结果表明：在30 kg·ha^-1·a^-1,60 kg·ha^-1·a^-1氮添加条件下,秋萌东方旱麦草的株高、叶长、叶宽、分蘖数、茎粗、平均地上鲜重、粗蛋白和粗脂肪含量均高于0 kg·ha^-1·a^-1;同时,中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量降低。与第一收获期相比,第二收获期东方旱麦草粗蛋白含量显著降低,中、酸性洗涤纤维与粗脂肪含量升高,平均地上生物量无差异。综合考虑东方旱麦草秋萌株的生长与饲用品质,在第一收获期(拔节孕穗期)和60 kg·ha^-1·a^-1氮添加下可获得最优饲草,但30 kg·ha^-1·a^-1较低水平氮沉降也能显著提升其生产力与饲用品质。     

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。     

青藏高原草地地上生物量的ANNs模拟分析

草地地上生物量(Aboveground biomass, AGB)的估算有助于理论载畜量的确定。基于人工神经网络(Artificial neural networks, ANNs),利用遥感植被指数和气候变量与AGB观测值构建函数关系,进行了青藏高原草地AGB的模拟,并基于岭回归分析了每个气候因子对AGB变化的影响强弱。结果表明,在训练期(测试期),ANNs的模拟值与实测值之间的R²为0.92(0.88),RMSE为18.48(23.62)g·m^-2。草地类型从草丛到草甸再到草原,AGB依次减少。AGB随海拔的升高先增加后减少。海拔3 400～3 800 m的区域AGB最高。ANNs与5个机理模型对比,发现ANNs模拟值偏低和偏高的面积分别占总面积的1%和10%,主要原因是训练资料的均值与相应地区中机理模型模拟值的偏差所致。影响因子按重要性从高到低的排序分别为大气CO₂浓度、饱和水汽压差、前一年降雨量、平均风速和平均气温。