温度和水分对科尔沁沙质草地土壤氮矿化的影响

土壤氮矿化对陆地生态系统初级生产力起决定性作用,但其影响因素较多,其中温度和水分最为重要。研究沙质草地土壤氮矿化对温度和水分的响应,对预测全球变化对沙质草地生态系统结构和功能的影响具有重要作用。因此,通过开顶式气室(OTC)模拟增温和人工调控田间持水量的方法对科尔沁沙质草地的土壤进行原位培养,分析温度和水分对土壤氮矿化作用的影响。结果表明:无论温度如何变化,科尔沁沙质草地土壤氮净矿化/硝化速率随着田间持水量的增加而明显提高。净硝化速率和净矿化速率在田间持水量为9.5%时最大,田间持水量达到时12.5%明显下降。增温使沙质草地土壤氮矿化显著变化,但增温的效应与田间持水量存在一定的关联。在相对适宜的田间持水量条件下(田间持水量为6.5%~12.5%),OTC增温可以使科尔沁沙质草地的土壤氮矿化/硝化速率显著提高;但是在田间持水量处于相对较低或者过高的状态下,该地区土壤的净氮净矿化/硝化速率对温度增加的响应不明显。     

不同湿度条件下模拟增温对科尔沁沙质草地土壤氮矿化的影响

氮矿化作用是影响沙质草地植物群落物种组成和初级生产力的重要因素之一。温度和水分被认为是影响土壤氮矿化/硝化作用的两个关键环境因子,认识沙质草地土壤氮矿化作用对温度和水分的响应,对于预测全球变化对沙质草地生态系统结构和功能的影响具有重要作用。本文通过测定开顶式生长室（OTC）内不同湿度条件下增温时沙质草地净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率的变化,分析增温和湿度变化对土壤氮矿化作用的影响。结果表明:不论增温与否,沙质草地土壤净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率随着土壤湿度增加而明显提高。土壤净氨化速率在土壤湿度为15.2%时最大,但是净硝化速率和净矿化速率在土壤湿度为11.8%时最大,土壤湿度达到时15.2%表现下降趋势。增温使沙质草地土壤氮矿化作用发生显著变化,但增温的效应与土壤湿度存在一定的关联。土壤湿度为3.4%、5.1%、8.5%时,增温处理使土壤净氨化速率较对照明显提高;但是土壤湿度为11.8%、15.2%时,增温处理时土壤净氨化速率较对照显著降低;土壤湿度为8.5%和11.8%时,增温使土壤净硝化速率和净矿化速率显著升高（p<0.05）,在湿度为1.7%、3.4%、5.1%以及15.2%时,增温处理和对照之间的净硝化速率、净矿化速率无显著差异。这说明只有在适宜的土壤湿度条件下,增温才显著影响沙质草地土壤矿化作用,当土壤湿度处于相对干旱或过度湿润的状态下,增温对沙质草地土壤矿化作用没有显著影响。     

温度对生物土壤结皮斑块土壤氮矿化作用的影响

以腾格里沙漠东南缘天然植被区藓类结皮、藻地衣结皮斑块荒漠土壤为研究对象,采用原状土培养法,在人工气候箱中设置不同温度（-10、5、15、25、35、40 ℃）培养14 d,测定土壤样品在培养前后NH+4-N和NO-3-N含量,分析两种生物土壤结皮斑块土壤净硝化和净矿化速率对温度的响应。结果表明：①低温培养条件下（-10~15 ℃）土壤氮转化以固持态为主,随着温度升高,尤其当温度超过25 ℃后,藓类结皮、藻地衣结皮斑块土壤净硝化和净氮矿化速率显著提高（p<0.05）;②同一温度培养下,以藓类结皮发育为主的土壤氮转化水平较高,净硝化速率和净氮矿化速率以及无机氮的积累明显大于以藻地衣结皮发育为主的土壤;③两种生物土壤结皮斑块土壤净氮转换速率（硝化和矿化）Q10值在2.46~3.33间波动,其中藓类结皮斑块土壤氮转换对温度的敏感性较高。此外,在土壤氮总矿化过程中,硝化过程具有较强的温度敏感性。高温促进了土壤净氮矿化水平,增加土壤氮有效性,因此可能会对荒漠生态系统的初级生产力产生正向影响作用。     

沙坡头地区生物土壤结皮-土壤系统生长季氮矿化动态

以腾格里沙漠东南缘沙坡头天然植被区藻地衣混生结皮和无结皮土壤为对象,采用野外原状土柱封顶埋管法,研究土壤硝态氮、无机氮、净硝化速率和净氮矿化速率的季节动态特征。结果表明:藻地衣混生结皮和无结皮土壤有效氮含量和净氮转化速率存在明显的季节动态,表现为生长季高峰期 > 生长季初期,夏季7月和8月土壤有效氮和净氮转化速率最大;两个样地土壤在生长季不同时期有效氮和净氮转化速率也存在差异。生长季初期,藻地衣混生结皮和无结皮土壤硝态氮和无机氮含量无显著差异,且温度是影响土壤氮素转化的关键环境因子。生长季高峰期,两个样地土壤有效氮含量和净硝化速率均表现为无结皮 > 藻地衣混生结皮,且水分和温度分别是影响土壤氮硝化和矿化过程的关键环境因子。由此可见,藻地衣结皮的繁衍在一定程度上抑制了土壤氮的硝化过程,因而可以减少养分的散失,是养分贮存的重要机制。     

垫状点地梅对生长季土壤净氮矿化和酶活性的影响（英文）

垫状植物是高寒生态系统中一类独特的物种,具有厚实的多年生垫状体,可以改善局部微环境,从而对生长于其内部的其他物种起到保育作用,被称为高寒生态系统的工程师,其中对土壤养分有效性的改变是其保育作用的重要途径,但关于这一过程的研究目前还很少。本研究选择青藏高原广泛分布的垫状点地梅(Androsace tapete),在西藏当雄念青唐古拉山脉南坡4500 m和4800 m两个海拔设置样地,通过动态测定垫状点地梅覆盖下土壤和无垫状点地梅生长的对照草地土壤在生长季中的无机氮含量、净氮矿化速率以及土壤酶活性,对比分析垫状点地梅对土壤氮素有效性的影响。结果表明：(1)土壤中硝态氮和铵态氮含量在4500 m样地无显著差异,但在4800 m样地,垫状点地梅覆盖下土壤的硝态氮与无机氮含量在生长季中期有显著增加,其中硝态氮比对照草地增加了56%,无机氮则增加了74.5%;(2)垫状点地梅还改变了土壤中氮的矿化趋势和速率。在4500 m样地,垫状点地梅覆盖下土壤净氮矿化在生长季中期为负值(氮固定),速率为-0.11μg g^-1 d^-1,而对照草地土壤则为正值(氮矿化)...     

模拟增温对生态系统碳循环影响研究进展

气候变暖影响着生态系统碳循环,碳循环的变化反馈于气候变化。这两者的相互作用影响着未来气候变化的方向和强度。野外增温试验有助于了解生态系统碳循环对气候变化的响应及其机制,因此成为近年来的研究热点。生态系统所处的地理位置及相应的气候背景影响着碳循环对增温的响应。增温后不同生态系统的碳释放和碳固定均可表现为增加、减小或者无显著变化,因而生态系统净碳收支对气候变化响应多样。增温后土壤氮矿化速率、物候、生态系统物种组成和结构的变化间接影响着生态系统净碳收支。多年冻土区储存了大量的土壤有机碳,冻土融化后冻土有机碳分解将释放大量的CO₂到大气中,正反馈于气候变暖,因而是目前野外增温试验对碳循环影响研究的焦点。     

内蒙古羊草草原土壤净氮矿化研究

采用树脂芯方法于2004年雨季期间对内蒙古锡林河流域羊草草原土壤的净氮矿化进行了研究，探讨了雨季期间田间培养时间长度对测定结果的影响，分析了实验方法对土壤氮转化过程的干扰。结果表明，研究期间羊草草原土壤净氮矿化量为4.44 KgN.ha^-1，平均净氮矿化率为0.12 KgN.ha^-1.d^-1；土壤湿度是控制土壤净氮矿化率的重要环境因子之一，土壤净氮矿化率与水分变化呈正相关关系(R=0.67, P=0.22)； 雨季期间，培养时间的长度对净氮矿化测定影响较大，连续培养37天土壤净氮矿化量测定值明显偏高；树脂芯方法对实验土壤干扰较小，是田间条件下研究温带草原土壤净氮矿化的有效方法。     

森林土壤碳、氮淋失过程及其 形成机制研究进展

大气氮沉降对森林生态系统碳截存和损耗过程的影响已引起广泛关注, 但对沉降氮在森 林生态系统中的去向、增氮对土壤中碳/氮转化过程的影响以及土壤氮饱和前后土壤渗漏液中溶 解性有机碳(DOC) 和溶解性有机氮(DON) 动态等方面的研究还不够深入。本文论述了近年来国 内外在土壤氮饱和及土壤碳、氮淋溶领域的最新研究进展, 从系统论的角度阐述土壤氮饱和过程 及内涵; 通过论述DOC 和DON 含量及其结构组成变化来揭示其对增氮/氮沉降的内在响应机 理; 论述了增氮对土壤无机氮转化的影响以及生物和非生物因素对沉降氮固持的贡献。指出土壤 氮饱和为土壤中的有效氮随时间增加超过了土壤中生物和非生物的持留能力, 导致土壤氮的净 矿化、净硝化、NO₃^-流失以及土壤酸化等过程发生一系列非线性变化。初步认为土壤中DOC 和 DON 对增氮的不同响应归因于氮素饱和过程的三个不同阶段。对于特定的生态系统来说, 需要 清楚地认识土壤氮素矿化、硝化、反硝化和固持等过程, 才能明晰土壤氮素状态以及随时间的演 变。另外, 指出在上述三个研究领域中存在的问题, 并提出拟解决的途径以及未来的可能研究方 向, 以期对该领域的研究提供参考。     

祁连山西段草地土壤氮矿化及影响因子的关系研究

以祁连山西段草地土壤氮为研究对象,采用PVC管野外培养法,测定分析土壤氮及其理化指标,计算氮矿化量、矿化速率,分析引起土壤氮矿化的主要环境变量。结果表明：（1） 全氮、pH值在海拔上均差异显著（P<0.05）,有机质差异不显著（P>0.05）, NH⁺ ₄-N在2 700 m、2 800 m、2 850 m、2 900 m、3 000 m、3 050 m差异显著（P<0.05）,其他海拔差异不显著（P>0.05）,NO₃^--N在海拔上差异显著（P<0.05）。（2） 野外培养能促进土壤氮矿化,矿化速率在海拔上遵循二次多项式。（3） 土壤理化指标对土壤氮矿化速率影响大小依次为：pH值 > K > NH₄⁺-N>全氮>水分>温度>容重,土壤氮矿化速率与全氮、K、pH值、NH₄⁺-N、水分之间均有较显著的相关性（P<0.05）,与全氮、K、NH₄⁺-N、水分之间有二次多项式显著相关性,与pH值有显著的线型正相关,容重有对数正相关,土温有幂函数正相关,后两者相关性不强。（4） 通过研究发现能促进土壤氮矿化各变量因子的赋值范围为：pH值（7.2～8.4）、水分（21.8%～33.27%）、土温（4.41～8.91 ℃）。     

若尔盖高寒湿地土壤氮矿化对温度和湿度的响应

采用原状土矿化培养方法研究了温度和湿度及其交互作用对青藏高原若尔盖湿地土壤（沼泽土和泥炭土）氮矿化的影响。研究表明,氮矿化速率在5～15℃之间对温度的反应较弱,而超过15℃时矿化速率则明显增加;泥炭土的氮矿化速率对温度的响应比沼泽土要敏感;氮矿化速率对淹水和非淹水响应敏感;除了在淹水条件下土壤的温度系数Q10在15～25℃之间较大（4．4左右）外,其余温度和湿度下大致在1～2之间,说明了淹水条件下氮矿化对温度响应最敏感的范围在15～25℃之间。     

云南哀牢山中山湿性常绿阔叶林土壤氮矿化季节变化

为了揭示哀牢山中山湿性常绿阔叶林土壤有效氮的季节动态特征,我们用封顶埋管法对徐家坝地区典型的中山湿性常绿阔叶林进行了研究。结果表明:1)土壤有效氮含量季节变化为22.96～68.20mgN·kg-1,其中氨态氮的含量(10.89～47.85mgN·kg-1)大于硝态氮含量(1.48～31.74mgN·kg-1),是有效氮的主体;2)一年的净有效氮矿化总量为310.32mgN·kg-1·hm-2(土壤层0～15cm),有效氮总量和NO3N干湿季节变化极显著,NH4N的干湿季节变化不显著,NH4N在湿季末(200409)最高,干季末(200404)最低,NO3N湿季初(200405)最高,湿季末(200310)最低;3)净矿化速率、净氨化速率、净硝化速率的干湿季节变化均不显著,原因在于土壤内部的干湿季节变化平缓,且这种变化滞后于大气的降雨量变化。     

土地利用方式对中国东南部亚热带地区土壤有机质矿化的温度和湿度敏感性的影响(英文)

理解不同土地利用方式下土壤有机质矿化的温度和湿度敏感性的变化对于估计全球变化背景下土壤碳贮存是十分重要的。我们采集了位于中国东南部亚热带地区的果园、农田和四个不同森林类型的土壤,测定了土壤有机质的矿化量及其对温度和湿度的敏感性。通过室内培养的方法,我们获得了土壤有机质对不同温度(5、10、15、20和25°C)和湿度(土壤持水量的30%、60%和90%)的响应。结果表明,果园和农田土壤的碳矿化速率和累积量高于森林土壤。随着培养温度的增加,土壤碳矿化速率和累积量显著增加,随着土壤持水量的降低而减小。土壤碳矿化的温度敏感性不受土地利用类型和培养湿度的影响。在所有的温度处理下,土壤都表现出相似的湿度响应。相比于其它土壤,农田土壤对土壤湿度更加敏感。我们的发现表明,在中国东南部亚热带地区农田和果园土壤比森林土壤有较高的CO2释放的能力。     

科尔沁沙质草地优势多年生植物氮素回收效率的分异特征

养分回收是多年生植物重要的适应策略,通过这种方式可以使植物重新利用体内养分。尤其在养分贫瘠的环境中,养分条件的微小变化都会影响植物的生长、竞争和适合度。但是,不同物种和不同生活型植物的氮素回收效率具有较高的变异,这对理解不同物种或生活型植物在生态系统功能中的作用具有重要意义。本研究分析了科尔沁沙质草地生态系统中39种多年生植物成熟绿叶和枯叶的氮素含量和氮素回收效率,以揭示不同物种或生活型植物氮素回收效率的分异特征。结果表明：科尔沁沙质草地优势多年生植物成熟绿叶氮素含量的变化范围在12.2～33.4 mg·g-1,平均值为23.3 mg·g-1;与全国及全球尺度上的研究结果相比,科尔沁沙质草地成熟绿叶氮含量平均值偏高,说明干旱荒漠环境植物叶片平均氮含量相对较高;多年生植物枯叶的氮素含量明显小于成熟绿叶氮素含量,变化范围在6.2～18.8 mg·g-1,平均值为11.3 mg·g-1;多年生植物氮素回收效率的范围在29%至74%之间变化,平均值为50.3%。这说明氮素回收是科尔沁沙质草地生态系统多年生植物重要的养分保留策略之一。另外,沙质草地不同生活型植物的氮素回收效率存在显著的差异。固氮植物和禾本科植物的氮素回收效率显著低于灌木和杂类草植物。这一结果间接说明植物氮素保持能力的分异是半干旱沙质草地植物共存的机理之一。     

短期增温和降水减少对沙质草地土壤微生物量碳氮和酶活性的影响

通过模拟气候变化,探究短期增温和降水减少对沙质草地土壤微生物量碳氮及酶活性的影响,揭示沙质草地土壤微生物量碳氮和酶活性对短期气候变化的响应规律。结果表明：（1）短期增温和降水减少对土壤微生物量碳氮和酶活性均产生显著影响。（2）在自然温度下,与自然降水相比,降水减少40%时土壤微生物量碳（MBC）和微生物氮（MBN）含量最高,增幅分别为87.9%和98.8%;降水减少60%时土壤碱性蛋白酶（S-ALPT）活性最低,降幅达32.8%。（3）在增温条件下,与自然降水相比,降水减少40%时土壤MBC和MBN含量最低,降幅分别为25.67%和48.16%,土壤脲酶（S-UE）活性最高,增幅20.42%。（4）土壤pH与3种土壤酶活性正相关,与土壤微生物量碳氮负相关。土壤微生物量碳氮与土壤纤维素酶（S-CL）活性负相关,与S-UE、S-ALPT活性正相关。     

川西高山-亚高山草地群落特征及稳定性对增温的响应

川西高山-亚高山区域作为中国长江、黄河上游的重要生态屏障，拥有丰富的生物多样性。川西高山-亚高山草地生态系统对增温变化敏感，但对其草地生态系统群落及其稳定性对增温的响应研究仍存在不足。由于指标选取单一、研究尺度小等研究方法问题，已有研究结论的代表性不足。为了深入了解这一生态系统在不同海拔高度上对气候变暖的响应特征，本研究在贡嘎山东北坡雅家埂峡谷地带，沿海拔3000～4130 m设置4个高山-亚高山草地样地，采用两种常用的模拟增温模式(OTC增温和带草皮下移增温)模拟环境温度升高，研究2012—2017年期间，不同海拔梯度上草地物种丰富度、群落高度和盖度、地上净初级生产力对增温的响应特征，以及这些特征变化与群落生物量时间稳定性的关系。结果表明：(1)OTC增温仅在高海拔寒冷样地降低了物种丰富度，不影响中低海拔样地的物种丰富度；下移增温增加了高海拔寒冷样地的物种丰富度，却降低了低海拔温暖样地的物种丰富度；(2)OTC增温仅增加了高海拔寒冷样地的群落高度，下移增温显著增加了所有海拔梯度上的植被高度；(3)在两个中间海拔梯度样地，两种增温模式都降低了杂草类植物盖度，却增加了莎草与禾草的盖度；(...     

科尔沁沙地不同生境土壤氮矿化/硝化作用研究

利用顶盖埋管原位培育法测定了科尔沁沙地不同生境（丘间低地、固定、半固定、半流动和流动沙丘）土壤氮素矿化/硝化速率的月际动态及净矿化/硝化量。结果表明：①沙地土壤无机氮主要以NO^-₃-N的形式存在,各类生境土壤NH⁺₄-N平均含量比NO^-₃-N低58.2%~79.7%;②土壤氮素矿化/硝化速率随植被与土壤条件的恶化呈现递减的趋势,从丘间低地到流动沙丘,净矿化速率分别为61.0、43.4、29.1、5.3 mg·m^-2·d^-1和2.7 mg·m^-2·d^-1,净硝化速率分别为61.8、46.2、30.1、6.2 mg·m^-2·d^-1和3.4 mg·m-2·d-1;③从丘间低地到固定、半固定、半流动和流动沙丘,矿化氮总量分别减少28.8%、52.3%、91.4%和95.5%,硝化总量分别减少25.3%、51.3%、90.0%和94.5%;④不同类型生境土壤净硝化氮占净矿化氮的比例都为100%,表明沙地土壤中植物可利用氮素易于淋溶或氨挥发损失。     

陆地生态系统土壤呼吸、氮矿化对气候变暖的响应

土壤呼吸和氮矿化对气候变暖的响应是影响陆地生态系统碳收支的主要因素之一,也是当前全球变化研究的主要内容之一。短期内温度升高能明显提高土壤呼吸速率,随着温度的进一步升高和升温时间的延长,土壤呼吸速率对温度升高的敏感性可能逐渐降低。由于土壤呼吸的温度敏感性与土壤水分含量、气候、植被、凋落物等多种因素有关,并随时间和空间的变化而变化,因此,用一个固定的Q10（土壤呼吸的温度敏感系数）来计算土壤呼吸对温度升高响应的量,会给研究结果带来很大的不确定性。生态系统对气候变暖的响应除了直接的反应外,还具有复杂的适应性。尽管模拟研究表明未来气候变暖将使土壤呼吸增加,但是有关土壤呼吸对气候变化适应性的试验数据比较少,对未来气候变化背景下土壤呼吸的模拟仍有很大的不确定性。气候变暖将促进土壤氮素的矿化速率,其影响程度的强弱不仅与温度有关,而且与土壤基质的质量与数量、土壤水分、升温持续的时间等有关,这使目前有关研究结果出现了很大的不确定性。针对上述研究中存在的问题,今后应统一土壤呼吸的测定方法,区分土壤呼吸各组分对温度升高的响应,在研究土壤呼吸和氮矿化对温度升高的响应时结合考虑其它因素能在一定程度上减少研究结果的不确定性。     

藏北典型高寒草原土壤微气候对增温的响应

土壤微气候的改变会影响到一系列的生态系统过程,研究增温条件下土壤微气候变化特征将有助于了解气候变暖对草地生态系统水热条件的影响。利用开顶箱(open-top chamber,OTC)方法研究增温条件下藏北典型高寒草原土壤微气候变化特征。结果表明:藏北典型高寒草原土壤温度和土壤湿度存在明显的日变异和季节变异;增温使得空气年均温增加3.2℃,土壤年均温增加5.2℃,增温效果显著;增温可以显著提高土壤温度,值得注意的现象是非生长季的增加幅度大于生长季的增加幅度;增温对土壤湿度的影响具有明显的季节性,冬季增温会显著增加土壤湿度,而夏季增温会显著降低土壤湿度。研究结果可为变化气候条件下高寒地区水热状况研究提供依据。     

水分对武夷山不同海拔土壤有机碳矿化的影响

在室内3种水分梯度(25%、50%、75%WHC,WHC即土壤持水量)下恒温培养35天,比较分析了武夷山3种海拔表层土壤(红壤、黄壤和山地草甸土)的有机碳矿化动态、水分敏感性和潜在矿化能力的差异。结果表明:在土壤有机碳矿化前期(0～14天),各处理土壤的有矿化速率较高且变化明显,后期矿化速率变化趋于平缓。土壤累积碳矿化量随培养时间的延长而增加,增幅表现前期快后期慢。在(0～35天)培养期间,3种土壤有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率整体呈现随着水分增加而上升的趋势。采用线性方程拟合不同海拔土壤有机碳矿化速率与土壤水分之间的关系,发现土壤有机碳矿化水分敏感性(K)随着海拔升高而增强,山地草甸土对水分变化的敏感性高于红壤和黄壤。运用一级动力学方程拟合不同海拔土壤有机碳矿化动态,表现出土壤有机碳潜在矿化量和潜在矿化速率均呈现随着水分增加而增大的趋势,但不同土壤中存在差异。高海拔土壤潜在矿化作用普遍强于低海拔,说明了在未来气候变化情况下,高海拔地区有机碳比低海拔地区不稳定,其矿化过程更易受到土壤水分变化的影响。     

腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区表层土壤有机碳矿化对凋落物添加的响应

土壤有机碳矿化是调控土壤碳库时空格局、土壤碳收支平衡和植物养分供应的重要过程，植物残体和凋落物分解释放CO₂直接影响着土壤有机碳矿化。研究了不同类型凋落物对腾格里沙漠东南缘建植于1956年的人工固沙植被区土壤有机碳矿化过程及其对水分和温度的响应特征。结果表明：凋落物添加显著促进了有机碳矿化，添加柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）、油蒿（Artemisia ordosica）、小画眉草（Eragrostis minor）凋落物后，CO₂-C最大矿化速率分别增大了6.94、5.17、3.46倍，0~5 cm层土壤是5~10 cm层土壤的1.09、1.55、1.22倍；CO₂-C累积释放量分别增加了3.73、3.38、2.34倍，0~5 cm层土壤是5~10 cm层土壤的1.17、1.30、1.57倍。凋落物对有机碳矿化的促进作用与温度和水分密切相关，25℃时，CO₂-C平均释放速率、最大释放速率、累积碳释放量分别是10℃的2.21、3.60、2.21倍，而含水量10%时，CO₂-C平均释放速率、最大释放速率和累积碳释放量分别是含水量5%时的1.25、1.20、1.25倍。相关性分析表明，凋落物碳氮含量、碳氮比、木质素比氮和土壤有机碳以及全氮是影响有机碳矿化的主要因子。凋落添加土壤后潜在可矿化碳表现为柠条锦鸡儿>油蒿>小画眉草>对照。凋落物添加显著促进了有机碳矿化过程及碳周转，植被恢复过程中草本植物凋落物的输入更有利于土壤碳固存，凋落物对土壤碳库的调控作用受土壤理化性质和水热等环境因子的共同作用影响。