农牧交错带半干旱草地生态系统CO_2交换对短期不同水平氮添加的响应

本研究以位于山西省右玉县农牧交错带的半干旱草地生态系统为研究对象,探究短期内不同水平的氮添加对半干旱草地生态系统CO_2交换的影响。试验设置8个梯度0、1、2、4、8、16、24和32 g N·m~(-2)(分别表示为N_0、N_1、N_2、N_4、N_8、N_(16)、N_(24)和N_(32))。采用静态箱法对草地净生态系统CO_2交换量(NEE)、生态系统呼吸(ER)进行测定,同时监测10 cm表层土壤温度和含水量。试验结果表明:短期氮添加(N_(32)除外)显著增加农牧交错带半干旱草地生态系统净碳交换,NEE、ER和生态系统总初级生产力(GEP)在整个生长季均随氮素添加水平的上升呈单峰型变化趋势,在N_(16)和N_(24)处理下的生态系统CO_2交换达到最高,而N_(32)显著降低了NEE;不同氮添加水平下,ER和GEP相对NEE更为敏感;表层(0～10 cm)土壤温度与含水量影响生态系统CO_2交换,表现为:土壤温度(10 cm)与ER呈显著正相关(R~20.1,P0.05),表层(0～10 cm)土壤含水量与NEE和GEP分别呈显著正相关和显著负相关(R~20.1,P0.05)。因此,短期不同水平氮添加增加了农牧交错带半干旱草地生态系统净碳吸收,对该地区草地生态系统碳的源/汇功能具有一定的参考意义。     

放牧对晋北农牧交错带赖草草地生态 系统碳交换的影响

生态系统净碳交换(NEE)是评估碳循环及收支的重要指标,由生态系统总初级生产力(GEP)及生态系统呼吸(ER)共同决定。以晋北农牧交错带赖草草地为研究对象,利用LI-840a静态箱法,通过观测为期2年(2015-2016)围封和放牧管理下NEE、ER和GEP的日动态和季动态,分析其与气温、土壤温度(0~10 cm)、土壤含水量(0~10 cm),以及地上和地下生物量的相关性,旨在说明放牧对农牧交错带赖草草地生态系统碳交换的影响。结果表明:放牧显著降低了赖草草地地上、地下生物量;NEE、ER和GEP的日变化及季节变化特征明显,均呈现单峰型变化,在5、6、9月较低,在7-8月较高;生态系统碳交换的日变化主要受气温影响,而季节变化主要受表层土壤温度影响;同时NEE、ER和GEP与地上、地下生物量也存在极显著相关性;相比围封,放牧明显降低了该草地生物量和生态系统碳交换速率,但未改变日、季变化趋势。说明放牧通过破坏草地植被光合组织,降低了草地生态系统碳交换能力,减弱了草地生态系统碳汇功能。     

农牧交错带草地生态系统N2O通量对短期氮、磷添加的响应

氮(N)、磷(P)是维持陆地生态系统生产力的重要营养元素，为探求磷添加和氮、磷的交互作用如何影响农牧交错带草地生态系统N₂O通量及调控机制，本研究设置对照(CK)、氮添加(N：缓释尿素10g·m^-2·a^-1)、磷添加(P：磷酸二氢钙10g·m^-2·a^-1)以及氮、磷同时添加(NP)4个处理，通过静态暗箱-气相色谱法测定2018和2019年生长季N₂O通量，通过结构方程模型等寻求氮、磷及其互作效应对N₂O通量的影响。结果表明：氮添加显著降低了2018年生长季N₂O排放，而磷添加显著降低了两年生长季N₂O排放；氮、磷同时添加削弱了单独氮或磷添加对N₂O排放的抑制作用；硝态氮、铵态氮和土壤含水量是N₂O通量的主要影响因素。因此，氮、磷添加对农牧交错带草地N₂O通量的影响存在显著的交互作用，并且受年际间温度和降水的调控，农牧交错带草地养分管理对N₂O通量的影响应考虑降水格局的变化。     

盐碱化草地生态系统土壤呼吸对不同氮添加水平的短期响应

为了探讨氮沉降对北方农牧交错带盐碱化草地生态系统土壤呼吸(Rs)的影响,于2017年4月在我国北方农牧交错带(山西省右玉县)盐碱化草地生态系统设置8个不同水平氮添加处理实验(0、1、2、4、8、16、24和32 g N/m~2/y),2017～2018年生长季(5～9月)测定了土壤呼吸的季节变化并分析了土壤呼吸与环境因子的关系。结果表明:(1)土壤呼吸的季节变化呈先升高后降低的趋势,峰值出现在6月底7月初;(2)2017年N_8处理下土壤呼吸平均速率显著高于其他处理(P0.05),2018年N_8和N_(24)处理的土壤呼吸速率均显著高于对照和N_2处理(P0.05),其余处理间差异不显著;(3)不同水平氮添加处理下,呼吸速率更多的受土壤温度的影响,土壤含水量次之。因此,在未来全球增温背景下的氮沉降增加会促进农牧交错带盐碱化草地土壤碳的排放,这对全面理解盐碱化草地的重要性和预测全球变化对草地生态系统的潜在影响具有重要意义。     

农牧交错带半干旱草地生态系统土壤呼吸对短期不同放牧强度的响应

放牧对生态脆弱区的半干旱草地生态系统的群落结构以及生产力的改变更加敏感。通过研究土壤呼吸各组分在不同放牧强度下的变化,得到最适宜的放牧强度的固碳效应。本研究以位于山西省右玉县农牧交错带的半干旱草地生态系统为研究对象,探究短期不同放牧强度对土壤呼吸的影响。2017-2018年每年5月开始进行不同强度的放牧实验,共设置了4个放牧强度：不放牧（对照）、轻度放牧、中度放牧和重度放牧（分别表示为G₀,G₁,G₂和G₃）。采用静态箱法测定不同处理的土壤总呼吸（Soil total respiration,SR_tot）和土壤异养呼吸（Soil heterotrophic respiration,SR_h）,同时监测10 cm表层土壤温度和含水量。实验结果表明：短期不同放牧强度对农牧交错带半干旱草地SR_tot、SR_h和土壤自养呼吸（Soil autotrophic respiration,SR_a）在生长季均呈单峰型变化趋势,各放牧强度均使SR_tot和SR_h有所降低。土壤温度（10 cm）与SR_tot和SR_h呈显著正相关（r²>0.1,P <0.05）。     

人工草地建植对昭苏盆地山地草甸碳水通量特征的影响

2014年4~10月采用静态箱法对新疆昭苏盆地围封3年的人工草地(LG)和天然草地(NG)的生物量、CO_2净生态系统交换量(NEE)、蒸散量(ET)、生态系统呼吸(ER)进行了观测,结果表明:(1)退化山地草甸翻耕重建能有效提高草地的地上生物量。(2)NG年平均NEE要小于LG,全年平均蒸散量NGLG。NG的碳、水(NEE和ET)之间存在极显著相关关系(P0.01),而LG相关性不显著。(3)两种草地的NEE与大气温度、土壤温度和土壤含水量之间呈线性负相关关系,与空气湿度呈线性正相关关系,其中LG和NG的NEE与土壤含水量的线性关系均达显著水平。指数模型能够较好地模拟ER对土壤温度变化的响应,天然草地ER的温度敏感系数(Q10值)大于人工草地。天然草地翻耕重建成人工草地,草地CO_2净生态系统交换量虽有所升高,但蒸散量降低且同时降低了对温度变化的敏感性,提高了水分利用效率和草地生产力。     

放牧强度对不同草地类型生态系统气体交换影响的研究

为揭示不同放牧强度下不同草原类型气体交换的变化规律,在8月中旬采用Li-6400 便携式光合仪和密闭式箱法,分别对内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原不同放牧强度下气体交换进行分析研究。结果表明:不同草原类型之间的生态系统净CO₂交换(NEE)、生态系统总呼吸(ER)和生态系统总初级生产力(GEP)均存在显著差异(P<0.05)。草甸草原的NEE和GEP随放牧强度增加呈现降低趋势,ER则呈现上升趋势;典型草原的NEE和GEP随放牧强度增加呈现上升趋势,ER则呈现下降趋势;荒漠草原的NEE和GEP除对照区外,随放牧强度增加呈现上升趋势,而ER呈降低趋势。放牧通过对草原生态系统植物、土壤等产生影响,从而影响生态系统气体交换。     

梯度增温对青藏高原高寒草甸生态系统碳交换的影响

高寒草甸是青藏高原主要的草地生态系统类型,对气候变化非常敏感,研究高寒草甸生态系统碳交换对升温的响应具有重要的理论和现实意义。在青藏高原中部地区的高寒草甸,使用开顶箱法(open-top chambers,OTCs)设置不增温对照(T_0)以及4个不同程度的增温处理(T_1、T_2、T_3、T_4),采用CO_2红外分析仪对生长季期间的碳交换进行连续3年的观测。结果表明,4个增温处理的5cm土壤温度较之于不增温对照分别增加1.73(T_1)、1.83(T_2)、3.03(T_3)以及3.53℃(T_4);土壤水分没有发生梯度变化。观测期间,净生态系统碳交换(net ecosystem carbon exchange,NEE)基本为负值,因此高寒草甸表现为碳汇。增温小于2℃促进总生态系统生产力(gross ecosystem productivity,GEP),但对生态系统呼吸(ecosystem respiration,ER)影响较小,因而促进NEE,即促进高寒草甸的碳吸收;但增温大于3℃则抑制GEP,对ER影响较小,因而总体上对NEE产生抑制作用。综上所述,在高寒草甸生态系统,适度增温促进碳吸收,增温过度则降低碳吸收。     

模拟降雨对新疆天山北坡山地草地碳水通量的影响

为探究降雨对山地草地生态系统碳水通量的影响,以新疆天山北坡山地草地为研究对象,通过模拟0(对照)、5、18和38mm 4个降雨梯度,利用CO₂/H₂O非色散红外气体分析仪(LI-840A,LI-COR,USA)对模拟降雨后的净生态系统碳交换(Net ecosystem exchange, NEE)、生态系统呼吸(Ecosystem respiration, ER)和蒸散量(Evapotranspiration, ET)进行观测,研究不同降雨量及环境因子对山地草地碳水通量的影响,结果表明,NEE和ER在18mm降雨量处理下均显著高于对照(P<0.05);NEE在38mm降雨量处理下显著高于对照(P<0.05);5mm降雨量处理下NEE、ER和ET与对照均无显著差异。相关分析结果表明,碳水通量在昼夜均与大气温度、大气湿度和土壤温度存在极显著相关性(P<0.01);在昼间时段,土壤湿度对碳水通量有显著的影响(P<0.05);土壤湿度在夜间时段与碳水通量无显著的相关关系,温度是影响山地草地生态系统碳水通量的主要环境因子。以上结...     

青藏高原纳木错高寒草原温室气体通量及与环境因子关系研究

青藏高原广泛分布着以高寒草甸和高寒草原为主的陆地生态系统。由于高寒草地生态系统异质性较大,对高寒草地主要温室气体通量的估算具有较大的不确定性。为研究高寒草原温室气体通量规律及其驱动因子,并为动态碳-氮耦合模式在高寒生态系统的参数化与检验提供数据支持,于2008年7-9月,使用静态箱-气相色谱法在位于青藏高原腹地的纳木错高寒草原开展了主要温室气体通量(CO₂,CH₄,N₂O)及环境因子的同步观测。结果表明:纳木错高寒草原生态系统CH₄,N₂O通量和CO₂排放分别为:-0.047 mg·m^-2·h^-1,0.49μg·m^-2·h^-1和208.2 mg·m^-2·h^-1;在季节尺度上,土壤温度与CO₂排放呈显著正相关,与N₂O和CH₄通量线性关系不显著;土壤含水量与CH₄和N₂O通量呈正相关关系,但与CO₂通量无显著相关。在日变化尺度上,土壤湿度稳定,土壤温度变化与N₂O和CO₂通量成正相关,对CH₄通量影响不显著。     

青藏高原高寒灌丛生态系统CO2通量年变化特征研究

高寒灌丛生态系统是广布于青藏高原的高寒草甸植被类型,它是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域生态系统碳平衡中起着极为重要的作用。采用涡度相关法对青藏高原高寒灌丛CO₂通量进行连续观测(2003年1月1日至2005年12月31日),结果表明:2003,2004和2005年高寒灌丛年净生态系统CO₂交换量分别为223,277和61g CO₂·m^-2·a^-1,3年平均CO₂值为187g CO₂·m^-2·a^-1;与其他地区草地生态系统类型相比,在为期3年的研究时段海北地区高寒灌丛生态系统表现为大气CO₂的汇。     

模拟降水对荒漠草原生态系统碳交换的影响

全球降水格局的改变势必会影响陆地生态系统的各项功能,而草地碳汇功能对水分的变化极为敏感.为探究不同降水梯度对生态系统碳交换产生的影响,于内蒙古四子王旗荒漠草原设置模拟降水试验(减水50％、自然降水、增水50％和增水100％),在2017年5月至9月,每隔15?d采用Li-6400便携式光合仪和密闭式箱法测定生态系统净碳...     

云贵高原草地生态系统CO2通量变化特征

草地是云贵高原的重要植被类型,与其他地区研究相比,该地区草地生态系统的CO₂交换过程和驱动机理的研究较为薄弱。基于涡度相关系统对云贵高原草地生态系统观测的连续高频数据(2017年10月-2018年8月),分析了该生态系统CO₂通量的时间变化特征及其环境影响因素。结果表明:日尺度上CO₂通量具有显著的变化特征,为明显的单峰型变化,白天净吸收,夜晚净排放。季节尺度上,每月均为碳吸收,吸收速率呈春夏高,秋冬低的特征,吸收峰值出现在6月,最低值在1月,且生长季的碳吸收变化幅度比非生长季大。影响CO₂通量变化的主要环境因子有太阳辐射、气温、土壤温度和风速,综上,云贵高原草地生态系统CO₂通量对温度较为敏感,温度升高可提高其固碳能力。总的来看,该生态系统是一个明显的碳汇,研究时段内净碳吸收量为425.14 g CO₂·m^-2。     

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、磷添加下AMF对羊草和苜蓿生长与光合生理特性的影响

丛枝菌根共生对植物养分利用效率起重要作用,豆科和禾本科牧草混播可以有效提高草地产量,而适量外源氮、磷的添加同样可以促进牧草的生长。为了更好地改善对草地的利用效率,将混播、AMF以及氮、磷添加有效结合将会是其中的一条途径。因此,通过以丛枝菌根真菌的有无(+/-AMF)为主处理,不同氮、磷添加量(N₀,N₁,N₂)为副处理,研究豆禾共存群落植株的生长及其光合作用的响应,结果表明:1)AMF对羊草和苜蓿净光合速率均有改善,而且对羊草净光合速率影响显著。2)光响应曲线分析表明,羊草和苜蓿净光合速率均随光强的增加而升高,且羊草净光合速率在+AMF条件下均高于-AMF。 3)AMF显著提高了羊草和苜蓿叶绿素含量,不同氮、磷添加量条件下,+AMF处理的羊草和苜蓿的叶绿素含量均高于-AMF处理。 4)氮、磷添加量和AMF处理显著影响羊草和苜蓿生物量,豆禾混播草地共存群落的处理以+AMF+N₂处理为宜。     

施肥与混播比例对豆禾混播牧草产量及氮磷钾利用效率的影响

氮磷钾施量、豆禾混播比例是影响混播草地产量和肥料利用效率的关键因素,分析不同氮磷钾组合与混播比例下牧草产量和氮磷钾利用效率,为豆禾混播草地高产栽培管理提供科学依据。以紫花苜蓿+无芒雀麦混播草地为对象,采用2个间行混播比例(豆禾比2:2和1:2)和7个氮磷钾组合[N₂₈₀P₁₅₀K₀(A₁),N₃₅₀P₁₀₀K₃₆₀(A₂),N₁₄₀P₃₀₀K₃₀₀(A₃),N₄₂₀P₂₅₀K₁₂₀(A₄),N₇₀P₅₀K₆₀(A₅),N₂₁₀P₀K₂₄₀(A₆)和N₀P₂₀₀K₁₈₀(A₇)]进行田间试验。结果表明,全年豆禾总产量以A₂处理最高(11.68 t·hm^-2),极显著(P<0.01)高于其他处理;A₁处理禾草产量(3.80 t·hm^-2)极显著(P<0.01)高于其他处理;A₂处理苜蓿产量(8.60 t·hm^-2)极显著(P<0.01)高于A₁,A₅,A₆,A₇处理;缺氮(A₇)处理全年禾草及豆禾总产量最低。氮肥及氮钾互作与豆禾产量、氮钾互作与苜蓿产量显著相关(P<0.05)。禾草、苜蓿及豆禾NPK偏生产力和吸收率随着NPK施量增加而逐渐下降,A₅处理极显著(P<0.01)高于其他处理。缺钾(A₁)和低钾(A₅)处理苜蓿N利用率明显降低,缺磷(A₆)和高磷(A₃)处理禾草、苜蓿及豆禾K利用率明显下降。豆禾2:2混播全年苜蓿产量及豆禾总产量极显著(P<0.01)高于1:2混播。豆禾2:2混播苜蓿NPK偏生产力、吸收量和吸收率、豆禾NPK偏生产力、N吸收量和吸收率极显著高于1:2混播,禾草NPK偏生产力、吸收量和吸收率极显著(P<0.01)低于1:2混播。综合考虑牧草产量及养分利用效率,豆禾2:2间行混播,氮磷钾施量以N 140 kg·hm^-2,P₂O₅ 100 kg·hm^-2,K₂O 120 kg·hm^-2较适宜。     

氮添加对退化高寒草地土壤微生物量碳氮的影响

若尔盖高寒草地生态系统脆弱,对环境因子的改变响应敏感。本试验以若尔盖高寒退化草地为研究对象,在2015-2016年每年返青期,以尿素作为氮源在野外开展控制试验,4个氮处理分别为CK(0g·m^-2·a^-1)、N5(5g·m^-2·a^-1)、N10(10g·m^-2·a^-1)、N20(20g·m^-2·a^-1),分析了氮添加下4个不同退化程度的高寒草地土壤微生物量碳氮以及土壤理化性质的变化规律,探讨若尔盖高寒草地对氮添加的响应机制,旨在为脆弱生境草地的治理与恢复提供参考。结果表明,不同退化草地的土壤微生物量碳氮对氮添加的敏感性随退化程度加剧而逐渐降低。氮浓度20g·m^-2·a^-1处理下土壤微生物量碳氮含量变化趋势发生显著变化:轻度退化草地>未退化草地>中度草地>重度退化草地。相关分析表明,土壤微生物量碳氮与速效磷、硝态氮、全氮、全磷、有机碳具有显著正相关,可在一定程度上表征土壤养分状况。氮添加下,土壤微生物量碳氮与土壤理化性质的相关关系发生变化,尤其在N20处理下土壤微生物量碳、氮与其他理化因子间无显著相关关系,需要进一步从土壤微生物对土壤养分的吸收利用方面解释其原因。氮浓度变化显著改变土壤微生物C/N:CK重度退化草地的土壤微生物量碳氮比显著高于其他3个退化样地。N5和N10条件下不同退化草地土壤微生物C/N无显著差异,而N20处理下未退化草地土壤微生物C/N与CK比显著提高33.7%,而重度退化草地与CK比下降了62.5%,说明氮添加在一定程度上对土壤微生物的组成和群落结构产生了影响。