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。     

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。     

氮沉降对西藏高山灌丛草甸土壤理化性质的短期影响

氮沉降已经成为全球性的环境问题,为了更好地了解氮沉降对高山灌丛草甸土壤理化学性质的影响,2014年7月,在西藏林芝县布久乡朱曲登村开展人工模拟氮沉降试验,设置4种氮沉降量:对照(CK),0 kg·hm~2·a~(-1);低氮(LN),25 kg·hm~2·a~(-1);中氮(MN),50 kg·hm~2·a~(-1);高氮(HN),150 kg·hm~2·a~(-1)。以NH4NO3作为氮源,每月以溶液方式对草地进行喷施,在模拟氮沉降1年后,采集0~20 cm和20~40 cm土层的土壤,探讨了氮沉降对土壤理化性质的影响。结果表明:不同程度模拟氮沉降对草地有机质、全N、全P、全K、速效N、速效P、速效K、交换性Ca2+、交换性Mg2+的含量以及可溶性有机碳的含量都有显著影响(P0.05)。在相同处理下,有机质、全N、速效N、速效P、速效K、交换性Ca2+和可溶性有机碳含量均随土层的加深而减少,全P和全K含量随土层的加深而增加。总体上,氮处理显著增加了20~40 cm土壤的有机质、N、P、K、交换性Ca2+和可溶性有机碳的含量,对0~20cm土壤的影响较小。     

不同草原类型土壤有机碳和全氮的差异

对典型草原和荒漠草原的土壤有机碳（OC）和全氮（N）进行的比较分析结果表明：两种草原土壤SOC和TN含量差异显著,且典型草原的SOC和TN含量高于荒漠草原;在0～20cm土层内,两种草原的SOC和TN含量随土壤深度的增加呈下降趋势.典型草原的气候、植被及土壤质地状况优于荒漠草原,可能是导致上述结果的可能原因.     

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。     

氮素添加对黄土高原典型草原植物比叶面积及其重要值的影响

为了解氮素沉降对草地群落植物生长策略和群落组成的影响,通过长期(2009-2012年)氮素添加野外控制试验,研究了黄土高原天然草地禾本科植物长芒草(Stipa bungeana)、赖草(Leymus secalinus),豆科植物达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)以及菊科植物阿尔泰狗哇花 (Heteropappus altaicus) 4种植物在不同施氮水平下叶片比叶面积(SLA)和物种重要值(IV)的变化特征,并探讨了氮素添加对各种植物叶片SLA和物种重要值影响的内在联系.结果显示:沿施氮水平,禾草科植物长芒草和赖草叶片SLA增加幅度较小、物种重要值整体上呈现逐渐增加的趋势,非禾草科植物阿尔泰狗娃花和达乌里胡枝子叶片SLA增加幅度较大,物种重要值整体上呈降低的趋势,施氮对禾草科植物更有利;各物种的重要值与叶片SLA之间无相关关系;物种重要值随着氮素添加量增加所产生的变异系数与该物种在群落中的重要值大小成显著负相关.表明在干旱贫瘠环境中,植物叶片SLA保守性强、可塑性低;氮素沉降对禾草科植物更有利.     

不同草原类型土壤有机碳和全氮的差异

对典型草原和荒漠草原的土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)进行的比较分析结果表明:两种草原土壤SOC和TN含量差异显著,且典型草原的SOC和TN含量高于荒漠草原;在0~20cm土层内,两种草原的SOC和TN含量随土壤深度的增加呈下降趋势。典型草原的气候、植被及土壤质地状况优于荒漠草原,可能是导致上述结果的可能原因。     

氮素添加对黄土高原典型草原土壤氮矿化的影响

为了解氮沉降对黄土高原典型草原土壤氮矿化的影响,通过人工氮肥添加模拟试验,采用埋置PVC 管的树脂芯方法原位测定了土壤氮素净氨化、净硝化和净矿化量的季节变化规律,探讨了氮素添加初期对氮矿化/固持贡献量和硝态氮淋溶损失量的影响。结果表明：黄土高原典型草原土壤氮矿化以硝化作用为主,夏季净硝化速率显著高于秋季。氮添加初期改变了半干旱草地氮矿化的季节模式,夏季表现为氮固持,秋季表现为氮矿化,并增加了氮矿化/固持的变异度,氮添加和季节因素对土壤氮矿化/固持有显著的交互作用。氮添加初期高氮添加未抑制氮的矿化过程。夏秋2季树脂硝态氮的含量随模拟氮沉降强度增加而显著增加,但硝态氮淋失量小,仅占施氮量的1.72%～4.74%。     

不同放牧制度对荒漠草原土壤中全氮和速效氮含量的影响

本文对内蒙古鄂尔多斯市杭锦旗境内的天然荒漠草原在不同放牧处理下,土壤中全氮和速效氮含量的变化进行了探讨,旨在了解不同放牧制度对草地的影响,探讨禁牧、轮牧对草地的恢复作用和影响。     

不同恢复措施对宁夏典型草原土壤碳氮储量的影响

为探讨不同恢复措施下草原土壤有机碳、全氮储量特征的变化,以宁夏黄土丘陵区典型草原为对象,对放牧(对照GG),封育(EG),水平沟(CG)和鱼鳞坑(FG)3种不同恢复措施下0~40 cm土壤有机碳、全氮储量进行研究。研究表明:1)土壤有机碳和全氮含量以封育草地最高,分别为30.35和2.92 g/kg,放牧草地次之,水平沟草地最低(P<0.05);C/N表现为封育最高,水平沟次之,放牧草地最低;各措施下土壤有机碳和全氮含量随着土层加深整体呈下降趋势。2)土壤有机碳和全氮密度呈封育和放牧草地较高,鱼鳞坑居中,水平沟最低。各恢复措施下有机碳密度随着土层加深而降低,全氮密度无明显规律。3)土壤碳氮储量表现为封育草地>放牧草地>鱼鳞坑草地>水平沟草地。禁牧封育更有利于该区典型草原土壤有机碳和全氮储量的积累。     

放牧对典型草原土壤有机碳及全氮的影响

以内蒙古锡林河流域羊草Leymus chinensis典型草原作为研究对象,研究不同放牧强度及放牧制度下,土壤有机碳、全氮的含量差异,结果表明:1)土壤有机碳含量大体表现为常年放牧地高于混合放牧地,且差异明显。常年放牧地表现为轻牧重牧中牧围封未放牧地,混合放牧地除"轻牧+割草"与"中牧+割草"在20~30 cm土层深度表现出显著差异以外,各个放牧强度间差异均不显著。土壤有机碳含量随着土层深度的增加而降低。2)土壤全氮在不同的放牧梯度间及不同土层深度间的变化趋势与土壤有机碳大体相同,趋势表现为轻牧重牧中牧围封未放牧地,而混合放牧地的变化趋势比较复杂,相比较常年放牧地,混合放牧地的全氮含量要低。全氮含量随着土层深度的增加而降低。研究结果表明重牧下有机碳含量要高于中牧,这可能是由于随着放牧强度的增加,草原植被C4植物增多而引起的。     

不同恢复措施对宁夏荒漠草原土壤碳氮储量的影响

以放牧(CK)、深翻耕(S)、浅翻耕(Q)、免耕(M)和封育(F)5种不同生态恢复措施处理的荒漠草原为对象,研究不同恢复措施条件下0~40 cm土层土壤有机碳,全氮储量的变化特征。结果表明,0~10 cm和10~20 cm土层,有机碳含量均以浅翻耕处理草地最高,分别为14.90和14.50 g·kg^-1,显著高于深翻耕处理草地、封育草地和放牧草地(P<0.05);20~30 cm土层,不同处理草地有机碳含量变化范围为5.03~9.93 g·kg^-1,以浅翻耕处理草地最高,封育草地最低(P<0.05)。土壤全氮含量,0~10 cm和10~20 cm土层均以浅翻耕处理草地最高,分别为0.17和0.22 g·kg^-1,显著高于封育和放牧草地(P<0.05);20~30 cm和30~40 cm土层均以深翻耕处理草地最高,分别为0.14和0.13 g·kg^-1,显著高于封育草地(P<0.05)。不同处理草地各土层土壤有机碳和全氮密度的分布范围为0.49~1.58 kg·m^-2和0.013~0.039 kg·m^-2,其中,0~40 cm各土层有机碳密度及0~10 cm和10~20 cm土层全氮密度均以浅翻耕处理草地较高,封育草地较低,20~40 cm土层全氮密度以深翻耕处理草地最高,封育草地较低。0~40 cm各土层土壤有机碳和全氮储量均以浅翻耕处理草地最高,分别为47.72和1.09 t·hm^-2,显著高于封育草地(P<0.05)。浅翻耕处理草地更有利于该区荒漠草原土壤有机碳和全氮储量的积累。     

陇东典型草原不同坡向土壤呼吸对模拟降雨的短期响应

降雨是影响草地土壤呼吸的关键环境之一,为研究典型草原土壤呼吸对降雨的短期响应,2012年在陇东黄土高原开展模拟降雨试验。结果表明,降雨对阳坡草地土壤温度的短期影响明显,对阴坡草地温度无影响。15和30 mm降雨后,阳坡草地土壤呼吸速率急剧升高,分别是无降雨样地的9.0倍和10.3倍,且30 mm降雨土壤呼吸速率显著高于15 mm降雨的草地(P0.05);阴坡草地土壤呼吸速率则分别是无降雨样地的6.2倍和9.0倍。降雨处理5 h后草地的土壤呼吸速率与无降雨样地无差异。降雨发生后,草地土壤CO2日排放量为无降雨草地的2～3倍。因此,在估测土壤CO2排放量时应考虑降水对土壤呼吸的激发作用,有必要依据降雨数据对结果进行校正。     

松嫩平原盐碱草地土壤酶活性与植物群落特征的关系初探

近年来,由草地资源不合理利用造成的草地退化、草地生态系统结构失调现象屡见不鲜。研究土壤的理化性质,对遏制草地退化、维护草地生态系统平衡、促进草地畜牧业的可持续发展具有重要的意义。土壤氮磷是草地土壤养分的重要组成部分,为揭示甘南州高寒草地全氮、全磷的空间分布状况,基于地面实测数据,采用经典统计与地统计相结合的方法,重点研究该地区全氮、全磷样地间及垂直分布的含量变化,并将其与N/P、C/N、土壤有机质及土壤含水量做相关性分析,最后分析不同海拔梯度、不同土层深度下土壤全氮、全磷的变化特征。结果表明:1)甘南草地表层全氮含量由西南向东北、由西向东逐渐降低。表层全磷的分布格局与全氮相似,呈西南向东北、从西向东南降低的趋势。全氮、全磷在040 cm的土层中均具有中等变异性。土壤全氮在020 cm土层变异程度降低,在2040 cm土层变异程度增加。土壤全磷的变异程度随土层深度的增加而增加。同一土层深度,土壤全氮的水平变异性都较全磷显著。随着土层深度的增加,全氮、全磷含量呈递减趋势,表层全氮、全磷含量显著高于深层土壤,普遍存在表面聚集现象。2)甘南草地土壤全磷在010 cm、1020 cm、2030 cm土层与全氮呈极显著正相关(P<0.01),随深度增加全氮与全磷的相关系数逐渐降低,至3040 cm土层不具有显著的相关性。N/P值与土壤全氮呈极显著正相关关系,与土壤全磷含量相关性不显著;表层土壤有机质含量与全氮、全磷和N/P皆呈显著正相关关系(P<0.05),且相关程度分别为:全氮>N/P>全磷。在各土层深度,有机质含量皆与土壤含水量呈极显著正相关。3)甘南草地土壤全氮、全磷含量均随海拔升高而降低。同一海拔,全氮、全磷含量随土层深度的增加变异系数呈增加的趋势。     

围封年限对典型草原植被与土壤特征的影响

针对典型草原退化草地恢复与合理利用问题,选取生长季（4-9月）围封收获干草,其他时间轻度放牧利用的天然草地为研究对象,同时选取自由放牧草地为对照,进行不同围封年限草原植物群落与土壤特征的比较研究。结果表明,1）与自由放牧草地相比,重度退化草地采用生长季围封恢复措施后群落地上现存量、盖度、密度、根系生物量、地表凋落物现存量及土壤养分含量显著增加,土壤容重、紧实度及＞0.25 mm的粗颗粒含量显著降低,群落结构优化,土壤环境改善, 植被与土壤间形成一个相互作用的良性循环系统,退化草地正向演替。2）草地在围封恢复过程中若连续多年刈割利用,容易导致生产性能降低,群落盖度与密度下降,草群矮化,土壤养分含量下降,草地发生2次逆行演替。3）季节性围封的管理方式既可保证退化草地在一定程度上得到恢复,也能达到充分利用草地资源的目的。季节性围封在我国牧区是可行方法之一,但适宜的围封季节及围封后的合理利用问题（如合理的割草制度等）有待进一步研究。     

氮素添加对荒漠化草原草本植物养分化学计量特征的影响

为研究氮（N）沉降增加后荒漠草本植物的养分利用策略及碳（C）同化能力和分配格局的变化,以腾格里沙漠东南缘的典型荒漠化草原为研究区,分析了N素添加下不同功能型草本植物根部和地上部化学计量比的变化。结果表明：N素添加会导致土壤中总N、铵态N以及植物体内N含量的显著增加,同时会促进多年生植物尤其是非禾本科植物对磷（P）的吸收,但会显著降低一年生植物根部P的含量。一年生和多年生非禾本科植物的C含量在N素添加下显著降低,多年生禾本科植物的C含量则表现出显著的器官差异,其中地上部的C含量显著降低,而根部显著增加。不同功能型植物体内的C/N和C/P（除一年生植物根部的C/P）在N素添加后显著降低,且二者均表现出根部大于地上部的趋势。植物的N/P在N素添加下显著增加,尤其是一年生植物的变化趋势随施肥水平的变化更加显著。可见,在N素受限的荒漠化草原,外源N素输入导致的土壤N素有效性提升后会凸显P素对植物生长的限制性作用,同时会降低草本植物的C同化能力并加强C向植物根部的分配。     

草甸草原不同放牧强度对土壤有机碳含量的影响

对草甸草原土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和机械组成的研究结果表明,土壤表层(0～20 cm)的有机碳和全氮在轻度放牧和中度放牧的情况下没有显著差异,但都显著高于重度放牧的草地.草地植被则表现为:轻度放牧显著高于中度放牧,中度放牧显著高于重度放牧草地.因此,中度放牧草地是草地退化的警戒阈,应当引起关注.在土壤表层(0～20 cm),SOC和TN有显著地线性相关关系,两者与土壤机械组成没有显著的线性相关关系.     

封育对黄土高原天然草地深层土壤碳、氮储量的影响

封育是当前恢复和改良退化草地的重要措施,准确评估植被变化过程中土壤碳、氮储量动态,具有重要的生态意义。本研究以宁夏云雾山封育30年天然草地和未封育草地土壤为研究对象,对深层(0-500cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(STN)固持动态进行分析。结果表明,封育30年草地土壤碳含量(0-440cm)显著高于未封育草地(P0.05),但是草地SOC变化临界层不明显,未封育草地SOC含量变化临界层大约位于130cm处;封育与未封育草地STN含量在130cm以下显著降低,STN的累积均发生在60-320cm土壤中,而表层(0-60cm)和较深层(320cm)中STN积累较少;封育30年草地340-500cm土壤SOC储量趋于稳定,每20cm土层约为11.5 mg·hm~(-2),未封育草地140-500cm土壤SOC储量趋于稳定,每20cm土层维持在8mg·hm~(-2);封育30年草地0-100cm土壤SOC、STN储量分别占0-500cm土层的44.8%和27.2%,0-200cm分别占72.2%和38.5%,0-300cm分别占83.5%和64%,0-400cm分别占92.2%和80.1%。因此,深层土壤有着大量的碳、氮储量信息,对于100-500cm土壤碳、氮动态研究非常必要。     

围封对内蒙古典型草原群落特征及土壤性状的影响

围封作为退化草原恢复与重建的重要措施之一,已被广泛应用于我国草原生态恢复工程中。为科学评价围封对退化草原的恢复效果,在内蒙古典型草原,选择围封及其对应的围栏外自由放牧草原,采用野外样方调查与室内分析相结合的方法,分析了围封对群落植物种组成、功能群组成、物种多样性、地上生物量及土壤有机碳和全氮的影响。结果表明,围封处理中植物种类(22种)多于自由放牧处理(17种),群落多样性指数(H)、丰富度指数(Pa)、均匀度指数(JP)和地上生物量在围封和自由放牧处理间无显著差异(P>0.05)。灌木、半灌木和多年生杂类草的重要值、物种所占比例、地上生物量和3种多样性指数(H、Pa和JP)在围封处理中显著大于自由放牧处理(P<0.05);多年生禾草仅地上生物量在围封处理中高于自由放牧(P<0.05);一、二年生草本的重要值、物种所占比例、地上生物量和3种多样性指数在围封处理中显著小于自由放牧处理(P<0.05)。生态类型功能群物种所占比例和地上生物量在围封和自由放牧处理间无显著差异(P>0.05)。土壤有机碳和全氮含量在两种处理间未达到显著差异(P>0.05),但都随土层深度的增加呈现显著下降的趋势(P<0.05),围封处理下降幅度小于自由放牧处理。