模拟CO2升高及降水变化对红砂碳氮特征的影响

为探讨荒漠植物红砂根、茎、叶在CO₂升高与降水变化条件下的碳氮含量及分配特征,以当年生民勤红砂为试验材料,利用开顶式CO₂控制气室,研究了350、550及700 μmol·mol^-13种CO₂浓度和降水减少30%(-W₂)、减少15%(-W₁)、自然降水(W₀)、增加15%(+W₁)和增加30%(+W₂)5个降水变化下红砂根、茎、叶的有机碳、全氮含量、C/N及有机碳和全氮积累(吸收)量。结果表明:1)相同降水条件下,CO₂浓度升高使根、茎、叶有机碳含量显著增加,全氮含量显著减少;在-W₂降水量和700 μmol·mol^-1CO₂浓度时根有机碳含量增幅最大(13.33%),在+W₁降水量和700 μmol·mol^-1CO₂浓度时叶全氮含量降幅最大(56.31%);CO₂浓度升高使红砂根、茎、叶C/N显著升高,对有机碳、全氮积累(吸收)量影响显著。2)相同CO₂浓度条件下,降水增加对根、茎、叶有机碳含量及全氮含量影响显著;550 μmol·mol^-1CO₂浓度和+W₂降水量时叶有机碳含量增幅最大(11.56%),700 μmol·mol^-1CO₂浓度和+W₂降水量时叶全氮含量降幅最大(35.31%);降水量对红砂根、茎、叶的C/N及有机碳、全氮积累量影响显著。3)在CO₂浓度升高与降水变化下,红砂有机碳含量在根中最高,全氮含量在叶中最高,C/N在根中最大,红砂有机碳、全氮积累(吸收)量在叶中最高。综上所述,未来CO₂浓度升高及降水改变的情况下,红砂生长情况取决于CO₂浓度与降水量的协同作用对有机碳、全氮含量的影响,CO₂浓度升高会在一定程度上减缓干旱对红砂碳氮吸收及利用的抑制作用,在湿润条件下能有效地增强红砂对碳氮的吸收及利用能力。     

红砂对大气CO_2浓度升高及降水变化的生长响应

以荒漠植物红砂(Reamuria soongorica)为试材,采用开顶式CO_2控制气室模拟CO_2浓度变化(350,550和700μmol·mol–1),研究了降水变化(-30%,-15%,0,+15%,+30%)及其与CO_2的协同作用对红砂生长特性的影响。结果表明:在6、7、8月份,CO_2浓度增加对5种降水下红砂的株高、地上生物量、根生物量和总生物量均有增肥效应,且降水增加时的增肥效应大于降水减少时的。6、7月份,红砂的根质量分数和根冠比在5种降水下均随CO_2浓度的升高而降低;而在8月份仅降水为-15%时,CO_2浓度增加可促进红砂的根质量分数和根冠比。综上所述,未来降水增多时,CO_2浓度升高可促进红砂地上生物量积累来获取更多资源;降水减少,CO_2浓度增加可促进地下生物量的分配来适应干旱环境,但这种调节作用与降水的多少及处理时间长短有关。     

降水变化和生长方式对红砂和珍珠化学计量特征的影响

为揭示典型荒漠植物不同器官养分利用和调控策略对降水变化和生长方式的响应规律，本研究以红砂（Reaumuria soongorica）与珍珠（Salsola passerina）为材料，测定了不同降水梯度（年降水量50~300 mm，Δ=50）下单生和混生红砂和珍珠不同器官中的有机碳（C）、全氮（N）含量。结果表明：随降水量的减少（干旱胁迫增加），单生红砂叶C，C/N和茎N含量逐渐减小；单生珍珠茎和根C含量整体呈增大趋势，表明干旱胁迫加剧时，单生红砂茎受N限制作用增强，但红砂会通过降低叶片有机C含量和C/N以提高生长速率；单生珍珠会选择适当地增加地下部分根系的C分配比例，并将多余的C储藏在茎中。各降水量条件下，混生红砂叶C，C/N和根C，N含量均大于单生，茎C含量小于单生；混生珍珠茎C，C/N和根C，N含量均小于单生，叶C，C/N含量大于单生，表明混生后红砂倾向于向根系分配更多C，N，而珍珠主要通过降低茎的C/N来提高地上部分生长速率。     

荒漠植物红砂地上和地下生物量分配关系对大气CO2浓度升高及降水量变化的响应

植物的生物量在各器官中的分配可反映植物对环境的适应性及其生长策略。未来大气CO₂浓度显著升高将引起降水量的变化,而这种变化必将对荒漠植物的生物量分配产生严重影响。本研究以荒漠优势植物红砂（Reaumuriasoongorica）1年生苗木为试材,采用开顶式CO₂控制气室模拟CO₂浓度变化（350 μmol·mol^-1和700 μmol·mol^-1）,研究了降水变化（-30%,0,+30%）及其与CO₂的协同作用对红砂生物量分配及相关生长关系的影响。结果表明：CO₂浓度升高对不同降水量下红砂地上和地下生物量均具有显著的促进作用（P<0.05）;降水减少,红砂生物量向地下分配的比例增加,但CO₂增加会减弱这一作用;CO₂浓度升高和降水变化通过影响红砂地上和地下器官的相对生长来影响生物量在不同器官中的分配,6种处理下的红砂地上-地下生物量分配斜率与1.0差异不显著,其相对生长关系均表现为等速生长。未来大气CO₂浓度升高及降水变化下,红砂生物量分配模式对环境变化的响应在一定程度上支持了最优分配假说。     

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。     

温带草原土地利用变化对土壤碳氮含量的影响

2001年6月，分别对内蒙古锡林河流域典型温带草原中贝加尔针茅草原(Stipa baicalensis)、羊草草原(Leymus chinensis)、大针茅草原(Stipa grandis)及其相应的农垦和放牧地等0～100cm土体不同层次的土壤全氮和有机碳含量分别进行了测定。结果显示：温带草原土地利用方式的改变对草原土壤全氮和有机碳含量变化影响明显，其中贝加尔针茅草原经28年农垦，使0～100cm土体中土壤全氮和有机碳含量相对于未开垦的草原分别减少8．8％和14．8％，平均每年分别减少0．31％和0．53％；0～10cm的表层土壤平均减少速率分别为0～100cm土体的2．9倍和1．9倍。11年围栏轮牧使羊草草原0～100cm土体的土壤全氮和有机碳分别增加了50．0％和47．4％，平均每年分别增加4．55％和4．31％；30cm以下土层增加异常显著。自由放牧使大针茅草原土壤0～100cm土体中土壤全氮和有机碳含量减少了4．88％和2．22％，平均每年分别减少0．24％和0．11％；0～10cm土壤全氮和有机碳分别为0～100cm土体平均减少速率的3倍和1．7倍，100n以下各土层的土壤全氮和有机碳含量变化较小，说明自由放牧地对土壤表层全氮和有机碳含量的影响尤为明显。另外，选择适当的放牧强度可以维持草原生态系统的碳氮平衡，促进系统内的碳氮良性循环。     

施氮量对沙地羊草叶片非结构碳氮的影响

在人工建植的沙地羊草草地设不同水平N肥(0、100、200、300、400kg/hm^2)处理,分别用N0、N1、N2、N3、N4表示,研究不同N肥水平对沙地羊草叶片非结构碳氮的影响。结果表明:施氮可增加羊草叶片可溶性糖含量;随氮肥施入水平的增加,沙地羊草上部叶片的淀粉含量呈降低的变化趋势,第2茬沙地羊草下部叶片的淀粉含量呈先增加后降低的趋势;施N可显著增加沙地羊草叶片的可溶性蛋白含量(P<0.05),亦可增加第1茬羊草叶片的游离氨基酸含量;沙地羊草叶片C/N均随施氮的增加呈先降低后增加的变化趋势,上部叶片在N1水平下的C/N最小,试验得出N1(100kg/hm^2)水平为该地区最佳施氮量。     

CO2浓度升高、干旱胁迫和氮沉降对白羊草光响应曲线的影响

为揭示白羊草(Bothriochloa ischaemum (L.) Keng.)对全球气候变化的光合生理特征响应规律,采用盆栽控制试验,研究了白羊草在不同CO₂浓度、水分条件和施氮水平下叶片的叶绿素含量和光响应曲线特征。结果表明:随CO₂浓度升高和施氮量增加,白羊草叶片SPAD值,最大净光合速率(P_max),表观量子效率(AQE)和光饱和点(LSP)均呈增加趋势;干旱胁迫降低了SPAD值,P_max和LSP。多因素方差分析表明,CO₂浓度,水分处理和施氮水平对SPAD值,P_max和LSP有极显著影响,施氮水平对AQE有极显著影响。CO₂浓度和水分处理对P_max,AQE和LSP有显著的交互作用;CO₂浓度和施氮水平对P_max,AQE和光补偿点(LCP)有极显著的交互作用;水分处理和施氮水平对P_max,AQE和LSP有极显著的交互作用。RDA分析表明氮素是影响白羊草光合特征的最重要因素。全球CO₂浓度升高和氮沉降增加对干旱胁迫引起的白羊草光合速率下降有显著的缓解作用。     

模拟降雨量变化与CO2浓度升高对羊草光合特性和生物量的影响

羊草作为欧亚大陆草原东缘干旱半干旱区域的优势种,现生产力已逐年降低。为明确未来降雨量变化和CO₂浓度升高对羊草草地变化的影响,我们模拟3个降雨量梯度(正常降雨量 40%)和两个CO₂浓度 (380±20,760±20 μmol/mol)进行了光合特性与生物量的研究。结果表明,降雨量变化和CO₂浓度的交互作用显著影响羊草的净光合速率等光合特性,地下生物量和根冠比,而不影响地上生物量。在目前CO₂浓度时随着降雨量的增加,以及在CO₂浓度升高时的降雨量由低降雨量增至正常降雨量,羊草的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和地上、地下及总生物量均显著增加,但在CO₂浓度升高,降雨量由正常降雨量增至高降雨量时上述指标无显著变化。根冠比在目前CO₂浓度时差异不显著,在CO₂浓度升高下低降雨量时显著增加。在降雨量相同条件下,CO₂浓度的升高使胞间CO₂浓度、水分利用效率显著增加,气孔导度和蒸腾速率显著降低。低降雨量时CO₂浓度升高对羊草净光合速率和生物量的促进作用显著高于正常降雨量和高降雨量,而高降雨量时CO₂浓度升高对羊草生物量没有促进作用。以上结果暗示着在目前CO₂浓度下,随着降雨量的增加,羊草生物量随之增加,在未来CO₂浓度升高的背景下,高降雨量年份对生物量的积累并无显著的促进作用,CO₂浓度升高可以补偿低水分条件对多年生根茎型禾草——羊草生长发育所造成的不利影响。     

温带草原土地利用变化对土壤碳氮含量的影响

2001年6月,分别对内蒙古锡林河流域典型温带草原中贝加尔针茅草原(Stipabaicalensis)、羊草草原(Leymuschinensis)、大针茅草原(Stipagrandis)及其相应的农垦和放牧地等0～100cm土体不同层次的土壤全氮和有机碳含量分别进行了测定。结果显示:温带草原土地利用方式的改变对草原土壤全氮和有机碳含量变化影响明显,其中贝加尔针茅草原经28年农垦,使0～100cm土体中土壤全氮和有机碳含量相对于未开垦的草原分别减少8.8%和14.8%,平均每年分别减少0.31%和0.53%;0～10cm的表层土壤平均减少速率分别为0～100cm土体的2.9倍和1.9倍。11年围栏轮牧使羊草草原0～100cm土体的土壤全氮和有机碳分别增加了50.0%和47.4%,平均每年分别增加4.55%和4.31%;30cm以下土层增加异常显著。自由放牧使大针茅草原土壤0～100cm土体中土壤全氮和有机碳含量减少了4.88%和2.22%,平均每年分别减少0.24%和0.11%;0～10cm土壤全氮和有机碳分别为0～100cm土体平均减少速率的3倍和1.7倍,10cm以下各土层的土壤全氮和有机碳含量变化较小,说明自由放牧地对土壤表层全氮和有机碳含量的影响尤为明显。另外,选择适当的放牧强度可以维持草原生态系统的碳氮平衡,促进系统内的碳氮良性循环。     

高寒区不同农艺措施对燕麦人工草地各生育期土壤碳氮储量与碳氮比的影响

为研究燕麦（Avena sativa L.）品种、施肥和箭筈豌豆（Vicia sativa L.）混播比例对燕麦人工草地土壤碳、氮储量及碳氮比的影响,为青藏高原高寒地区燕麦人工草地固碳、固氮能力研究和生态评价提供理论依据,本试验采用三因素四水平正交试验设计[L₁₆（4⁵）]研究了不同生育期土壤碳、氮储量和碳氮比变化特征。结果表明,随着生育期的推进,0~50 cm和0~30 cm土层土壤碳、氮储量均呈"先增后降"的变化规律,抽穗期最高;30~50 cm土层呈持续增加的变化规律,乳熟期最高;牧草收获后一个月的土壤碳、氮储量均显著高于牧草生长季。施肥对0~50 cm土层碳氮比（C/N）的影响显著。各土层平均C/N分别以青海甜燕麦、施有机肥和燕麦单播下最高。0~50 cm土层C/N在抽穗期和乳熟期最高,分别为15.46和15.49;各土层C/N随土层的加深呈"先增后降"变化,以20~30 cm土层的C/N最高,达19.14。     

翻耕补播措施对宁夏荒漠草原土壤碳氮储量的影响

以3种翻耕补播方式(深翻耕补播、浅翻耕补播和免耕补播,播量30kg/hm²)及深翻补播不同播量(7.5kg/hm²、15kg/hm²和22.5kg/hm²)为研究对象,以封育未补播为对照,研究了不同翻耕补播措施对宁夏荒漠草原土壤碳氮储量的影响。结果表明:封育未补播处理可提高0～10cm土层土壤有机碳和全氮含量;深翻耕补播可显著提高10～20cm和20～40cm土层土壤有机碳含量,深翻耕补播和深翻-播量15.0kg/hm²可分别提高土壤10～20cm和20～40cm土层土壤全氮含量。深翻耕补播、深翻-播量15.0kg/hm²、7.5kg/hm²和封育未补播措施均可提高浅层(0～10cm)土壤碳氮比;浅翻耕补播和深翻-播量7.5kg/hm²可提高10～20cm土层土壤碳氮比。深翻耕且播量为30.0kg/hm²的人工补播措施较其他措施更有利于土壤有机碳和全氮的固存,但从操作性和成本的角度考虑,短期...     

6种豆科绿肥植物与苹果树套种对果园土壤碳氮特征的影响

为探明豆科植物与果树套种对山地果园土壤碳氮含量特征的影响,本研究以无芒雀麦(Bromus inermis Ley-ss)为参比植物,以6种豆科作物[T1:箭筈豌豆(Vicia sativa L.)、T2:大鹁鸽灰豌豆(Pisum Large pigeon L.)、T3:绿豆(Phaseolusradiatus L.)、...     

氮添加和刈割对内蒙古典型草原植被碳氮库的影响

外源氮输入和割草是影响草地植被碳、氮库的两个重要因素,外源氮能否补充因割草带走的养分使得植被和土壤碳、氮库保持平衡尚不明确。为了解刈割和氮输入对植被碳、氮库的影响,本研究在内蒙古典型草原设置刈割和5水平氮添加交互试验。结果表明：刈割显著降低了植物生物量和碳、氮库(P < 0.05),氮添加可促进刈割后的生长补偿;氮添加显著提高了植物生物量及碳、氮库(P < 0.05),同时改变了地上、地下部分生物量和碳、氮库的分配;不同水平的氮添加影响植被碳、氮库,当氮添加水平为10 g·m^-2·a^-1时,植被碳、氮库最高。以上结果表明,刈割与10 g· m^-2·a^-1氮输入相结合可支持内蒙古典型草原的可持续利用。     

不同补播配置模式对宁夏荒漠草原土壤有机碳和全氮储量的影响

以不同人工补播配置模式(禾本科牧草混播、豆科牧草混播、禾本科+豆科牧草混播、禾本科牧草+豆科牧草+小灌木混播及封育未补播)为研究对象,研究补播不同牧草配置模式对宁夏荒漠草原土壤有机碳和全氮储量的影响.结果表明:在0～10cm和10～20cm土层间,禾本科牧草混播模式土壤有机碳和全氮含量最高;在20～40cm土层,封育未...