降水调节荒漠草原生态系统碳交换对增温和氮添加的响应

气候变暖和大气氮沉降对草地生态系统功能有重要影响。然而,降水变化如何调节荒漠草原生态系统生产功能对气候变暖和氮沉降的响应还不清楚。本研究基于内蒙古短花针茅(Stipa breviflora Griseb.)荒漠草原长期增温和氮添加试验平台,分析两个连续降水差异较大年份中植物生产力和生态系统碳交换对增温和氮添加响应的不同。结果表明：(1)植物群落地上生物量在干旱和湿润年份有显著差异。在干旱年份,氮添加使得C₃植物地上生物量显著降低了10.50%;在湿润年份,氮添加使得植物群落地上生物量和C₃植物地上生物量分别显著增加了11.69%和8.06%。(2)在干旱年份,氮添加显著促进了净生态系统碳固定,而增温显著降低了总生态系统生产力;在湿润年份,增温和氮添加对生态系统碳交换均没有显著影响。因此,野外长期监测结合年际间降水波动对分析全球变化影响草原生态系统功能十分必要。     

氮沉降对陆地生态系统关键有机碳组分的影响

土壤有机碳不仅可以为植物生长提供营养元素,维持土壤良好的物理结构,而且库容巨大,其储量的微弱变化会导致大气圈中CO₂浓度发生较大变化,从而直接影响全球碳平衡格局。氮是影响陆地生态系统植物生长的首要营养元素,大气氮沉降以及人为氮肥施入作为陆地生态系统氮的重要来源,其变化会深刻改变陆地生态系统的植物生长和净初级生产力,并进而影响全球碳循环和其他生态系统过程。欧美等国的生态学者近20年来就氮输入对不同生态系统碳库的影响进行了广泛而深入的研究,我国学者近年来也逐渐开始关注氮输入对陆地碳循环相关过程的定量研究,并取得了一系列的研究进展。但尽管如此,氮沉降以及人为氮输入对陆地生态系统碳循环的影响效应与作用强度依然是目前四大碳汇机制研究最为薄弱的一个环节。鉴于此,本文综述和分析了近年来氮沉降对陆地生态系统土壤总有机碳(total organic carbon,TOC)、溶解性有机碳(dissolved organic carbon, DOC)、微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)等不同土壤碳组分影响的相关研究结果,并针对目前氮沉降增加对陆地生态系统土壤碳库影响研究存在的问题提出了几点展望,以期对我国未来相关领域研究的进一步开展起到一定的参考作用。     

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。     

磷添加对草地生态系统的影响

磷(P)作为植物生长必需的大量元素之一,在植物的各种生理代谢中发挥着重要的作用。随着大气氮沉降和人类活动加剧,陆地生态系统的氮输入急剧增加,导致磷对生态系统的限制性作用日益凸显。本文系统综述了P添加对草地生态系统植物生产力、物种多样性、化学计量以及N、P相互作用等有关生态过程的影响,在此基础上,提出未来该领域的几个重要研究方向和参考思路。     

氮素添加对土壤呼吸影响的研究进展

碳、氮循环是陆地生态系统化学循环和能量流动的两大重要过程,二者紧密相连;土壤呼吸是陆地碳循环的重要过程,也是陆地生态系统与大气之间进行交换的主要途径。由于施肥等人为因素导致了陆地生态系统氮素的增加。不同陆地生态系统对这一过程做出了不同的响应。综述了不同生态系统土壤呼吸对模拟氮沉降的响应方式和机理,分析了氮素添加对土壤呼吸影响的不确定性,并在此基础上对未来研究方向进行了探讨和展望。     

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。     

氮沉降对草地植物生殖策略的影响

大气氮沉降增加是全球变化的重要组成部分,对草地植物的生长与生殖产生重要影响.目前关于不同浓度、组分和时间氮沉降对植物生殖物候和生殖分配的影响已有研究.长期氮沉降能够增强植物种间竞争,特别是对光和土壤资源的竞争,从而影响植物的生长与生殖.在国内外关于氮沉降对草地植物生殖策略作用研究的基础上,对植物生殖对策的主要影响因素以...     

模拟降水和氮沉降增加对草地生物量影响的研究进展

研究降水和氮沉降增加对草地生态系统生物量的作用机制及其适应特征,有助于深刻理解气候变化对草地生态系统生产力和各项服务功能的影响,对草地生态系统的可持续发展具有重要意义。本文综述了模拟降水和氮沉降增加对草地植物生物量的改变及其可能的机制分析,探讨了植物对环境的适应特征,并在此基础上提出了未来气候变化条件下草地生态系统所面临的挑战和当前研究中主要存在的问题。     

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。     

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。     

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。     

草地生态系统中家畜尿N转化研究

系统总结了放牧家畜尿N转化过程中,尿N矿化和NH3挥发,尿N硝化和反硝化作用,及其影响因素和相互关系。家畜尿N矿化作用快、持续时间短,尿沉积加速N矿化;NH3挥发速度为裸地>草地,单播草地>混播草地;NH3挥发对尿N损失起主导作用。硝化作用在尿沉积1周后才开始明显,存在明显时滞特性;NO3--N淋洗主要发生于畜尿沉积当年,草地植物对春施尿N的利用率比秋施尿N高;NO3--N淋洗为奶牛>绵羊,三叶草草地>混播草地>禾草草地。尿斑构成草地尿N反硝化作用的主体,反硝化作用产生N2O和N2,是尿N损失的另一主要因素。尿N损失随排泄尿N量的增加而增加。     

气候变化对草地生态系统土壤有机碳储量的影响

随着全球气候变化和陆地生态系统碳循环研究的发展,草地土壤有机碳库正成为草地生态系统研究的热点。草地土壤有机碳库作为全球碳循环的重要组成部分,其积累和分解的变化直接影响全球的碳平衡。由人类活动引起的温室效应以及由此造成的气候变化对草地生态系统的影响已引起人们的广泛关注,而温度、降水和大气CO2浓度等气候因子对草地土壤碳库也产生重要影响。了解气候变化对草地土壤有机碳库的影响对于准确理解气候变化背景下草地土壤有机碳的演变机制具有重要的指导意义。本研究综述了草地土壤有机碳储量的分布状况以及温度升高、降水和大气CO2浓度增加对草地土壤有机碳影响的国内外研究进展,指出了目前草地土壤有机碳研究存在的问题,提出了今后研究的努力方向和着重点,并对今后草地土壤有机碳研究提出了展望。     

草地生态系统氮循环关键过程对全球变化及人类活动的响应与机制

氮(N)是蛋白质、核酸、酶、激素、叶绿素等物质的主要组成部分,对生态系统结构的组成和功能的发挥具有十分重要的影响。国际地圈与生物圈计划(IGBP)以及政府间气候变化委员会(IPCC)的许多大型研究计划均把氮素循环过程作为其核心研究内容。草原生态系统作为地球上宝贵的自然资源,其功能的发挥对于维持全球及区域性生态平衡有极其重要的作用。但迄今为止,对草地氮循环关键过程及其对全球变化(CO₂浓度升高、温度与降水变化、氮沉降)以及人类活动(放牧、开垦、火烧等)响应与反馈的认知远不及对草地碳循环过程那么系统与深入,迫切需要开展相关领域系统的科学试验研究。本文综述了目前国内外全球变化和人类活动因子对草地氮循环过程影响的相关研究成果,分析了其主要影响途径以及关键机制,在此基础上对目前研究中存在的不足进行了剖析,并对未来研究中迫切需要关注的重点研究方向进行了探讨与展望。     

AM真菌在草地生态系统碳汇中的重要作用

草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳储量中占有重要的地位,而广泛存在于草地生态系统中的丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,简称AM)真菌在草地生态系统的碳汇中起着重要的作用。本文从AM真菌功能多样性出发,从以下几个方面阐述AM真菌在草地生态系统碳汇中的作用:1)AM真菌对草地生态系统净初级生产力(NPP)的影响。2)AM真菌对土壤碳库变化的影响。3)AM真菌对CO₂浓度升高和大气氮沉降增加的响应。4)草地放牧利用、管理措施等干扰影响AM真菌,从而对草地生态系统碳循环产生影响。综合分析了AM真菌在草地生态系统中的作用机制,旨在为准确全面地评估碳汇现状、测算固碳速率、预估碳储量和应对全球气候变化提供方法和参考依据。     

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.