RESEARCH PROGRESS ON THE IMPACT OF NITROGEN DEPOSITION ON GLOBAL GRASSLANDS

● Grasslands in many regions of the world have been impacted by atmospheric nitrogen deposition. ● Nitrogen deposition commonly leads to reductions in species richness. ● Increases in biomass production is a common response to increased N deposition. ● In some parts of the world there has been limited research into the impacts of nitrogen deposition. Grasslands are globally-important ecosystems providing critical ecosystem services. The species composition and characteristics of grasslands vary considerably across the planet with a wide variety of different grasslands found. However, in many regions grasslands have been impacted by atmospheric nitrogen deposition originating from anthropogenic activities with effects on productivity, species composition and diversity widely reported. Impacts vary across grassland habitats but many show declines in species richness and increases in biomass production related to soil eutrophication and acidification. At a continental level there is considerable variation in the research effort that has been put into understanding the impacts of nitrogen deposition. In Europe, North America and parts of Asia, although there are unanswered research questions, there is a good understanding of N deposition impacts in most grassland habitats. This is not the case in other regions with large knowledge gaps in some parts of the world. This paper reviews the impacts of N deposition on grasslands around the world, highlighting recent advances and areas where research is still needed.     

Modulation of diversity by grazing and mowing in native tallgrass prairie

Species diversity has declined in ecosystems worldwide as a result of habitat fragmentation, eutrophication, and land-use change. If such decline is to be halted ecological mechanisms that restore or maintain biodiversity are needed. Two long-term field experiments were performed in native grassland to assess the effects of fire, nitrogen addition, and grazing or mowing on plant species diversity. In one experiment, richness declined on burned and fertilized treatments, whereas mowing maintained diversity under these conditions. In the second experiment, loss of species diversity due to frequent burning was reversed by bison, a keystone herbivore in North American grasslands. Thus, mowing or the reestablishment of grazing in anthropogenically stressed grasslands enhanced biodiversity.     

寄生蜂在不同农业景观生境中的多样性

以福建武夷山的农业景观为背景,于2007年8月-10月在稻田、田埂和毗邻杂草地对寄生蜂进行系统调查和鉴定．结果表明：稻田中有86种寄生蜂,隶属16科;田埂中有113种寄生蜂,隶属18科;毗邻杂草地中有152种寄生蜂,隶属17科．分别采用Rarefaction曲线和多样性三维度量对稻田、田埂及其毗邻杂草地寄生蜂物种多样性进行比较研究．结果表明：田埂和稻田周围杂草地寄生蜂群落的物种丰度、多样性、优势集中度指数均比稻田高,而均匀性指数比稻田低．     

节水减氮对夏玉米干物质和氮素积累转运及产量的调控效应

【目的】 针对当前夏玉米生产中灌溉水资源不足和施氮过量的问题,本研究拟通过分析比较节水减氮模式与常规水氮模式对夏玉米生长和产量的调控效应,为开发夏玉米水肥减量增效的生产模式提供依据。【方法】 于2018—2019年在陕西杨凌开展水氮二因素田间试验。灌溉设常规灌溉（800 m³·hm^-2）、减量灌溉（400 m³·hm^-2）和不灌溉（0）3个处理;施氮设常规施氮（300 kg N·hm^-2）、减施25%（225 kg N·hm^-2）、减施50%（150 kg N·hm^-2）、减施75%（75 kg N·hm^-2）和不施氮肥（0）5个处理,分析夏玉米产量、光合特性以及干物质（氮素）积累和转运特性。【结果】 （1）减量灌溉、减氮25%的节水减氮模式较常规水氮模式对产量及产量构成因素无显著影响。（2）与常规水氮模式相比,减量灌溉、减氮25%对夏玉米叶面积指数（LAI）无显著影响,也能加快花前LAI上升速度且花后LAI下降缓慢;显著提高抽雄期穗位叶净光合速率10.0%,维持植株花后较高的穗位叶净光合速率,保证干物质生产。（3）减量灌溉和减氮25%较常规水氮模式对成熟期干物质积累量无显著影响,但干物质最大增长速率显著提高6.3%,最大增长速率出现日期显著提前0.8 d。（4）与常规水氮模式相比,减量灌溉、减氮25%处理花前干物质转运量、转运率和花前转运量对籽粒贡献率分别显著提高36.4%、40.1%和28.6%;花前氮素转运量、转运率以及转运量对籽粒的贡献率分别显著提高30.3%、22.0%和42.1%。花后干物质、氮素积累量以及对籽粒的贡献率在2种水肥模式下无差异。【结论】 施氮225 kg·hm^-2、灌溉400 m³·hm^-2的节水减氮模式能有效协调干物质和氮素的积累和转运,提高成熟期籽粒同化物分配比例,实现关中平原夏玉米节水减肥增效的生产目标。     

施氮与刈割留茬高度对草场生产力及植物群落组成的影响

【目的】 改善打草场土壤养分,提高草地生产力及维持草地可持续利用。【方法】 2016—2018年在呼伦贝尔草地农业生态系统实验站打草场设置5个施氮水平（0、10、20、30、40 g·m^-2·a^-1）与2个刈割留茬高度（4、8 cm）,裂区试验设计,分别于每年6月中旬和8月中旬进行试验处理,研究其对草地植物群落及功能群的物种丰富度、地上生物量、主要物种组成的重要值、优势种功能性状及土壤理化性质的影响过程。【结果】 施氮与刈割留茬高度对群落及功能群的物种丰富度无显著影响（P<0.05）。施氮显著增加禾草功能群及群落的地上生物量（P<0.05）,分别提高了72.7%—126.3%、61.6%—96.1%,但施氮量在10—40 g·m^-2·a^-1的各处理间差异不显著（P<0.05）,低刈割留茬高度使禾草的地上生物量显著降低了18.3%（P<0.05）。施氮显著增加羊草（Leymus chinensis）的重要值,降低无芒雀麦（Bromus inermis）的重要值（P<0.05）。施氮时低刈割留茬高度显著降低羊草的重要值,增加无芒雀麦的重要值,不施氮时则相反。低留茬高度显著增加二裂委陵菜（Potentilla bifurca）和星毛委陵菜（Potentilla acaulis）的重要值,降低糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）的重要值（P<0.05）。施氮显著增加无芒雀麦及羊草的株高、叶面积和地上部氮素含量（P<0.05）,但施氮量在20—40 g·m^-2·a^-1的各处理间差异不显著。土壤pH、土壤含水量随施氮量增加而显著降低,土壤NH₄⁺-N、NO₃^--N及总无机氮（ION）含量随施氮量增加而显著增加（P<0.05）。群落、禾草及杂类草的物种丰富度与土壤含水量显著正相关,群落及禾草的地上生物量与土壤含水量显著负相关（P<0.05）。【结论】 短期施氮与适宜的刈割留茬高度提高草地植物群落生产力及稳定群落的物种组成,施氮效应依赖于水分的有效性。呼伦贝尔草甸草原打草适宜刈割留茬高度为8 cm,适宜施氮量为10—20 g·m^-2·a^-1。     

计划烧除对思茅松天然林群落结构与物种多样性的影响

通过对云南省景谷县思茅松天然林的群落结构、物种组成、物种多样性等特征的分析，揭示计划烧除对云思茅松天然林的影响，以期对其可持续经营管理提供科学依据。结果表明，计划烧除显著影响到思茅松天然林各群落层次的物种组成，计划烧除后乔木层物种丰富度由42种减少为24种，灌木层物种丰富度没有显著变化，但物种组成发生显著变化，草本层物种丰富度由23种增加到35种，计划烧除后紫茎泽兰重要值降低，蕨菜重要值明显增加。计划烧除显著降低了思茅松天然林的物种丰富度，物种随面积增长受到显著影响，物种累积率下降，思茅松天然林的Shannon-Wiener指数降低，Pielou指数增加。计划烧除显著提高了小径级乔木物种多度。     

模拟氮沉降对油松林土壤有机碳和全氮的影响

本文通过长期原位模拟氮沉降试验,研究暖温带油松林土壤有机碳和全氮对外源氮添加的响应过程与机制。从2009至2011年,氮处理水平分别为对照(0 kg/(hm2·a),N0),低氮(50 kg/(hm2·a),N1),中氮(100 kg/(hm2·a),N2)和高氮(150 kg/(hm2·a),N3)。利用土钻法研究油松人工林和天然林不同土壤深度土壤有机碳和全氮对模拟氮沉降的响应。结果表明,氮沉降降低了人工林和天然林不同土层深度有机碳含量,有机碳含量下降幅度随氮沉降量的增加而增大,且表层土壤(0~20 cm)下降幅度大于深层土壤(20~40 cm,40~60 cm)。天然林表层土壤有机碳下降幅度大于人工林。氮沉降显著增加了人工林表层土壤全氮含量(P0.05),但对天然林表层土壤全氮含量无显著影响(P0.05)。      

模拟氮沉降对农田大型土壤动物的影响

采用喷施氮肥模拟氮沉降的方法,分对照(CK,不施氮)、低氮(T50,50 kg.hm-2.a-1)、中氮(T100,100 kg.hm-2.a-1)、高氮(T150,150 kg.hm-2.a-1)4个梯度对温郁金农田生态系统进行氮沉降处理,5个月后调查其田间大型土壤动物分布情况。结果表明:①调查共获得大型土壤动物19类485只,优势类群2类、常见类群8类、稀有类群9类;类群数和个体数均以0<土壤深度h≤5 cm层最高。②氮沉降改变了土壤动物个体数的表聚特征,在高浓度氮处理下土壤动物表现出向深层趋避;氮沉降降低了大型土壤动物的个体数,0T100>T150。③氮沉降对土壤动物类群数的垂直分布无明显影响,但能够减少土壤动物的类群数,0T100>T150。④各处理下的大型土壤动物的Shannon-W e iner多样性指数H′、P ielou均匀性指数J和S inpson优势度指数C基本一致,表现为T100>T50>CK>T150,表明低氮处理对大型土壤动物多样性有促进作用,而在高氮处理时表现为抑制,存在阈值作用。⑤大型土壤动物多样性与杂草地上部分鲜质量显示出较好的正相关(r=0.74),而杂草地上部分鲜质量与农作物温郁金地上部分鲜质量显示较好的负相关(r=-0.79),土壤动物对氮沉降的响应受到杂草和农作物的影响,可能是一个更为复杂的过程。     

Influence of Nitrogen Loading and Species Composition on the Carbon Balance of Grasslands

In a 12-year experimental study of nitrogen (N) deposition on Minnesota grasslands, plots dominated by native warm-season grasses shifted to low-diversity mixtures dominated by cool-season grasses at all but the lowest N addition rates. This shift was associated with decreased biomass carbon (C):N ratios, increased N mineralization, increased soil nitrate, high N losses, and low C storage. In addition, plots originally dominated by nonnative cool-season grasses retained little added N and stored little C, even at low N input rates. Thus, grasslands with high N retention and C storage rates were the most vulnerable to species losses and major shifts in C and N cycling.     

鸡粪锯末好氧堆肥过程中主要指标及反硝化细菌动态变化

以鸡粪、锯末为原料进行高温好氧堆肥试验,研究不同初始含水率及堆肥方式下主要指标及反硝化细菌群落的动态变化规律,以期为控制堆肥过程中的氮素损失、提高堆肥肥效及保护农业生态环境提供理论依据。结果表明:1)反硝化细菌并非存在于整个堆肥过程且群落结构及物种组成变化性较大,而铵态氮是导致反硝化细菌群落结构变化的关键因素。2)在堆肥结束时T1~T5硝态氮浓度为0.24、0.28、0.29、0.27、0.25g/kg(即T3T2T4T5T1),而反硝化细菌群落的物种丰富度与稳定性分别是T1T5T2T4T3,反硝化作用决定堆肥过程中硝态氮的最终含量,初始含水率的降低有利于反硝化细菌群落物种丰富度与稳定性的提高。3)从农业生产的角度来说,T3处理(初始含水率70%,通风加搅拌)硝化细菌群落物种较丰富稳定性较高,反硝化作用较弱且硝态氮含量最高,T3处理用于农业生产较理想。     

陕西省不同生态区大气氮沉降量的初步估算

2008年,对陕西省4个不同生态区5个监测点的干湿沉降输氮量进行为期1年的观测研究,旨在对不同生态区大气氮沉降量进行初步估算。结果表明,2008年各生态区总无机氮(TIN)沉降量在8.25～16.12kg·hm-2之间,其中以地处长城沿线风沙草原生态区的榆林地区最小,渭河谷地农业生态区的杨凌地区最大。榆林、洛川、西安、杨凌以及安康地区NH4+-N沉降量分别为3.10、3.66、8.60、9.14和9.96kg·hm-2,NO3--N沉降量分别为5.15、7.54、6.29、6.98和5.66kg·hm-2,NH4+-N沉降量的不同是造成TIN沉降量之间差异的主要原因。各生态区湿沉降输氮量为6.57～14.43kg·hm-2,干沉降输氮量为1.19～2.74kg·hm-2,均显示出一定的时间变异性。受降雨量影响,湿沉降量在降雨量大的夏秋季较高,降雨量小的冬春季较低;干沉降量则与之相反,可能是由于雨水的冲刷作用和冬春季节扬尘天气较多引起的。     

模拟氮沉降和磷添加对杉木林土壤呼吸的影响

  目的  模拟氮沉降和磷添加对杉木Cunninghamia lanceolata林土壤呼吸的影响,对调控杉木林土壤碳循环提供科学依据。  方法  以10年生杉木林为研究对象,共设置9个处理水平[对照(ck)、低氮(N₃₀:30 kg·hm?2·a?1)、高氮(N₆₀:60 kg·hm?2·a?1)、低磷(P₂₀:20 mg·kg?1)、高磷(P₄₀:40 mg·kg?1)、低氮低磷(N₃₀+P₂₀)、低氮高磷(N₃₀+P₄₀)、高氮低磷(N₆₀+P₂₀)、高氮高磷(N₆₀+P₄₀)],探讨了大气氮沉降和磷添加对杉木林土壤呼吸的影响。  结果  施加氮磷没有改变杉木林土壤呼吸的季节性变化。单独施氮促进了杉木林土壤呼吸作用,高氮水平(N₆₀)对土壤呼吸的促进最显著(P＜0.05);单独施磷促进了杉木林土壤呼吸作用,高磷水平(P₄₀)对土壤呼吸的促进最显著(P＜0.05);氮磷复合作用下低氮高磷(N₃₀+P₄₀)对杉木林土壤呼吸的促进作用最为显著(P＜0.05)。相关分析发现:土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著正相关(P＜0.01),与土壤湿度呈极显著负相关(P＜0.01),低氮低磷水平下(N₃₀+P₂₀)土壤温度敏感性系数(Q₁₀)高于对照。  结论  氮沉降和磷添加均对杉木林土壤呼吸有促进作用,氮磷复合作用下对杉木林土壤呼吸的促进作用更为显著,其中高氮低磷的促进作用最为显著。图1表2参46     

减施氮肥对北疆滴灌棉花干物质积累及产量的影响

【目的】 减氮栽培条件下,北疆滴灌棉花干物质分配动态及产量形成的规律,寻求最佳施氮量。【方法】 供试棉花品种为鲁棉研24,设置4个不同施氮水平,分别为506(N1),402.5(N2),299(N3)和195.5 kg/hm²(N4),分析减施氮肥对北疆滴灌棉花干物质积累及产量的影响。【结果】 在N3处理下,干物质快速积累期时间持续最长,为42 d,分别比N1、N2和 N4处理多15、19和15 d。N3处理下,干物质积累最大速率Vm最小,分别比N1、N2和N4处理低13.3%、24.2%和10.74%;N3处理营养器官干物质积累最大速率Vm和生殖器官干物质积累速率Vm均达到最大,其中N3处理营养器官干物质积累最大积累速率Vm分别比N1、N2和N4处理高35.92%、3.48%和0.67%。N3处理生殖器官干物质最大积累速率Vm分别比N1、N2和N4高52%、22%和19%。N2处理下籽棉产量最高,达到5 938.34 kg/hm²,显著高于N1和N4处理,但与N3处理间差异不显著。【结论】 高氮促使干物质向营养器官分配,适量减氮则有利于干物质向生殖器官分配;高氮(N1)会造成棉花中后期营养生长旺盛,适量降低氮肥(N3)使用量不会显著降低棉花产量。北疆棉区滴灌棉花最适施纯氮量299～402.5 kg/hm²。     

广东省自然保护区物种丰富度与环境因子的关系

物种丰富度是反映物种多样性的指标之一,研究物种丰富度与环境因子的关系对自然保护区的发展、规划和管理具有重要意义.研究选取广东省已经进行过深入调查的19个自然保护区为样本,对物种丰富度(科数、属数和种数)及环境因子(经度、纬度、海拔、年均温度、无霜期、年均降雨量、相对湿度、面积)的关系进行分析.结果表明,物种丰富度与经度呈显著负相关,与海拔呈显著正相关.     

Species Composition,Richness and Aboveground Biomass of Natural Grassland in Hilly-Gully Regions of the Loess Plateau,China

In order to study the characteristics of species composition, richness and aboveground biomass of natural grasslands, and then find out the relations between species richness and aboveground productivity of the communities and possible mechanisms to form the relations, four typical grassland communities (Artemisia capillaries (AC), Thymus quinquecostatus (TQ), Stipa bungeana (SB) and Stipa grandis (SG)) along with a succession sequence in hilly-gully regions of the Loess Plateau, China, were investigated by field survey and laboratory analysis. The results were summarized as follows: Different succession stages had different species compositions as well as different proportions of plant life forms and photosynthetic types, and Asteraceae, Poaceae and Leguminosae were their dominant species as well as their dominant perennial herb species; and different succession stages had significantly different species richness and aboveground biomasses. There were many relation patterns (linear positive correlation, unrelated relations and unimodal relations) between the species richness and aboveground biomass in different succession stages and a significant unimodal relation between the species richness and aboveground biomass in all the grassland communities and the highest species diversity appeared at a moderate level of productivity. The results suggest the unimodal relations in all the grassland communities are accumulative results of the relations in each succession stage.     

盐碱旱地减氮增施叶肥对棉花光合特征产量和品质的影响

【目的】 滨海盐碱旱地条件下,研究不同水平减施氮肥配合增施叶面肥对棉花光合特征、产量和品质的影响,分析增施叶面肥对棉花氮肥减施的补偿效应,研究棉花稳产前提下的氮肥减施补偿策略,为滨海盐碱旱地棉花减肥增效规模化种植提供数据支持和理论依据。【方法】 设置施氮量分别为0(CK)、60(N₁)、90(N₂)、120(N₃)、150(N₄)、180(N₅)、225(N₆) kg/hm² 7个水平,其中N₁~N₄喷施叶面肥4次,测定处理植株农艺性状、主茎叶SPAD值、光合特征指标、籽棉产量和纤维品质指标。【结果】 花铃期处理棉花主茎叶SPAD值随氮肥施用量的减少而降低,增施叶面肥后各减氮处理主茎叶SPAD值差异不显著;主茎叶净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)随施氮量的减少而降低,胞间CO₂浓度(Ci)逐渐增加;施氮量225~60 kg/hm²时,籽棉产量、单株铃数、单铃重和衣分随氮肥施用量减少而降低,其中施氮量90~150 kg/hm²增施叶面肥处理与180 kg/hm²处理间的籽棉产量差异不显著;纤维断裂比强度和整齐度随氮肥用量的减少先升高再降低,马克隆值逐渐升高,对纤维长度和伸长率没有显著影响。【结论】 盐碱旱地减施氮肥配合增施叶面肥,对棉花主茎叶片光合速率、籽棉产量及纤维品质的负面影响有一定减缓作用,“减氮肥+增叶肥”施肥模式有助于产量稳定,减少氮肥投入,降低环境污染。     

Recent plant diversity changes on Europe's mountain summits

In mountainous regions, climate warming is expected to shift species' ranges to higher altitudes. Evidence for such shifts is still mostly from revisitations of historical sites. We present recent (2001 to 2008) changes in vascular plant species richness observed in a standardized monitoring network across Europe's major mountain ranges. Species have moved upslope on average. However, these shifts had opposite effects on the summit floras' species richness in boreal-temperate mountain regions (+3.9 species on average) and Mediterranean mountain regions (-1.4 species), probably because recent climatic trends have decreased the availability of water in the European south. Because Mediterranean mountains are particularly rich in endemic species, a continuation of these trends might shrink the European mountain flora, despite an average increase in summit species richness across the region.     

氮添加对杨树人工林表层土壤微生物群落结构的影响1）

以江苏东台沿海地区杨树人工林地为研究对象,建立野外模拟氮沉降试验样地,试验设置5个氮处理水平,分别为对照（0 kg· hm－2· a－1）、低氮（50 kg· hm－2· a－1）、中氮（100 kg· hm－2· a－1）、高氮（150 kg· hm－2· a－1）和超高氮（300 kg · hm－2· a－1）。于2012年5月开始在生长季（5—10月）每月进行施氮处理,2013年8月和10月运用磷脂脂肪酸法分别分析了土壤微生物群落的变化特征。结果表明,施氮处理近2 a后,两个月份中的土壤微生物磷脂脂肪酸总量均显著下降,细菌、真菌中磷脂脂肪酸的量出现了不同程度的下降,真菌与细菌中磷脂脂肪酸的量之比没有显著变化。磷脂脂肪酸组成的主成分分析显示,除低氮处理样地外,其他水平施氮样地均使微生物群落结构显著变化,且超高氮处理样地变化格局具有季节差异性。     

亚热带草地生态系统中植物多样性与AM真菌互作的研究

为了揭示草地生态系统中植物多样性与AM真菌的相互关系,对三块亚热带草地生态系统中植被和AM真菌的多样性进行了调查.结果表明,不同草地的AM真菌多样性没有差异,而植被多样性存在显著差异,植被Shannon-Weiner多样性指数分别为0 4 6 0、0 6 14和1 70 3.三块草地的AM真菌孢子密度分别是4 7、2 1和5 2g-1,表明土壤中AM真菌孢子密度高的草地,其植被多样性指数也高.植被的多样性指数与孢子密度的相关系数为0 6 5 8(P <0 0 1) ,植被的物种丰度与孢子密度的相关系数为0 5 4 3(P <0 0 5 ) .该研究表明,孢子密度是AM真菌影响植被多样性的一个重要因子     

南滇池国家湿地公园水生植物多样性研究

2019年4—8月采用线路调查和样地调查结合的方法,通过对南滇池国家湿地公园水生植物进行实地调查,建立RDA线性模型作约束化主成分分析,分析群落样方中环境因子与群落间的关系及其对群落分布的影响。结果表明:南滇池湿地公园水生植物共25科36属47种水生植物,水生植物种类及数量较以往有明显增长,植株种植密度较大,南滇池湿地公园水质情况有所改善。物种丰富度、Shannon-Wiener指数、Pielou物种均匀度指数与水体化学需氧量、总磷呈正相关,Simpson指数与pH值呈正相关。其中物种丰富度呈现出浮叶植物>挺水植物>沉水植物,物种多样性表现为沉水植物>浮叶植物>挺水植物,物种均匀度呈现沉水植物>浮叶植物>挺水植物。化学需氧量、总磷对水生植物群落物质丰富度影响显著,pH值直接影响物种多样性指数,而氨氮与总氮则与各指数呈负相关。南滇池水生植物群落与水体总磷、化学需氧量总量相关,水体富营养化程度直接影响水生植物群落多样性。