5种荒漠短命植物养分再吸收对水氮添加的响应

人类活动和全球气候变化导致的大气N沉降升高和降水格局的变化,将会影响植物-土壤系统的养分循环。研究了5种荒漠优势短命植物在N添加和增加降水处理下,叶片N、P含量变化及叶片N、P的再吸收特征。结果表明:自然情况下,荒漠植物叶N、P含量相对较高(平均值分别为30.1 mg·g^-1、3.6 mg·g^-1),而叶片N:P很低(6.8~10.5);荒漠短命植物叶N再吸收率(NRE,34.08%)低于P再吸收率(PRE,73.03%);叶片养分含量和再吸收率在物种间的差异极显著;N添加对NRE和PRE没有显著影响;N添加使尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)、条叶庭荠(Alyssum linifolium)和卷果涩荠(Malcolmia scorpioides)N再吸收度(NRP)减小,使丝叶芥(Leptaleum filifolium)和齿稃草(Schismus arabicus)的NRP增加,对P再吸收度(PRP)影响很小。不同含量N添加处理对NRE没有显著影响,但对PRE具有显著影响;增加降水对NRE具有显著影响,使NRE增加(丝叶芥除外),对PRE、NRP和PRP没有显著影响,但PRE和NRP增加,PRP变化很小;N添加和增加降水对NRE没有显著交互作用,对PRE具有显著交互作用,但其变化因物种而异。总之,N输入增加和降水格局的变化,显著改变了荒漠短命植物养分状态及再吸收特征,这将对短命植物群落组成及所处荒漠生态系统养分循环产生重要影响。     

科尔沁沙地优势植物叶凋落物分解及碳矿化——凋落物质量的影响北大核心CSCD

凋落物矿化分解是维持生态系统养分循环的关键过程,也是陆地生态系统C向大气释放的主要动力,因此影响和控制生态系统凋落物矿化分解的主要因素一直备受关注。土地沙漠化是科尔沁沙地最严重的环境问题,并且导致土壤粗质化和贫瘠化,凋落物输入和矿化分解对于改善该地区土壤质地和养分状况至关重要。通过室内培养的方法,对科尔沁沙质草地27种主要植物叶凋落物矿化分解及其与凋落物C含量、N含量、木质素含量、C/N、木质素/N、极易分解有机物含量(LOMⅠ)、中易分解有机物含量(LOMⅡ)及难分解有机物含量(RP)等指标关系进行研究。结果表明:科尔沁沙地27种植物叶凋落物质量存在较大差异(P<0.001),相应的27种植物叶凋落物培养样品矿化有机碳总量和干物质损失量存在显著差异(P<0.001),分别在9.0mg C·g^(-1)干土至12.7mg C·g^(-1)干土和14.7%至40.4%之间变化。添加凋落物后培养样品的CO2释放总量显著大于对照(不添加凋落物),说明土壤中添加凋落物后,培养样品的有机碳矿化速率明显增大。27种植物叶凋落物矿化有机碳总量以及损失干物质总量与凋落物的N含量、C/N、木质素/N、LOMⅠ、LOMⅡ和RP等指标存在显著的相关性,叶凋落物的矿化分解主要受LOMⅠ和木质素/N的影响。     

科尔沁沙地优势植物叶凋落物分解及碳矿化——凋落物质量的影响

凋落物矿化分解是维持生态系统养分循环的关键过程,也是陆地生态系统C向大气释放的主要动力,因此影响和控制生态系统凋落物矿化分解的主要因素一直备受关注。土地沙漠化是科尔沁沙地最严重的环境问题,并且导致土壤粗质化和贫瘠化,凋落物输入和矿化分解对于改善该地区土壤质地和养分状况至关重要。通过室内培养的方法,对科尔沁沙质草地27种主要植物叶凋落物矿化分解及其与凋落物C含量、N含量、木质素含量、C/N、木质素/N、极易分解有机物含量(LOMⅠ)、中易分解有机物含量(LOMⅡ)及难分解有机物含量(RP)等指标关系进行研究。结果表明:科尔沁沙地27种植物叶凋落物质量存在较大差异(P<0.001),相应的27种植物叶凋落物培养样品矿化有机碳总量和干物质损失量存在显著差异(P<0.001),分别在9.0 mg C·g^-1干土至12.7 mg C·g^-1干土和14.7%至40.4%之间变化。添加凋落物后培养样品的CO₂释放总量显著大于对照(不添加凋落物),说明土壤中添加凋落物后,培养样品的有机碳矿化速率明显增大。27种植物叶凋落物矿化有机碳总量以及损失干物质总量与凋落物的N含量、C/N、木质素/N、LOMⅠ、LOMⅡ和RP等指标存在显著的相关性,叶凋落物的矿化分解主要受LOMⅠ和木质素/N的影响。     

生物土壤结皮对温带荒漠植物凋落物分解的影响

环境和微生物群落的变化会影响凋落物的分解过程。生物土壤结皮是干旱荒漠区地表普遍存在的生物覆盖，对土壤物理化学性质有显著影响，但对于是否影响荒漠植物凋落物分解缺乏深入了解。选择8种在古尔班通古特沙漠广泛分布的荒漠植物（白梭梭Haloxylon persicum、梭梭Haloxylon ammondendron、黑沙蒿Artemisia ordosica、粉苞菊Chondrilla piptocoma、羽毛针禾Aristida pennata、刺沙蓬Salsola ruthenica、紫翅猪毛菜Salsola affinis、钩刺雾冰藜Bassia hyssopifolia），分析生物土壤结皮覆盖对这8种凋落物质量损失率和分解速率的影响。结果表明：生物土壤结皮和植物种对凋落物质量损失率有极显著影响（P<0.01），生物土壤结皮的存在增大了荒漠植物凋落物质量损失率，不同物种的分解率差异显著。8种植物凋落物的质量损失率在结皮覆盖条件下为13.67%~64.56%，去除结皮处理下为13.58%~54.13%。其中，结皮覆盖条件下白梭梭、梭梭、紫翅猪毛菜的质量损失率（46.12%、41.26%、64.56%）显著高于去除结皮处理（35.85%、36.97%、54.13%，P<0.05）。生物土壤结皮的存在缩短了凋落物的半分解和95%分解时间，缩短长度随物种差异而不同，受凋落物的初始全碳和全氮含量调节。荒漠地表生物土壤结皮对植物凋落物分解具有促进作用，且这种作用具有显著的种间差异，地表生物土壤结皮的存在对初始全碳含量较低而全氮含量较高的凋落物促进作用更明显。     

科尔沁沙质草地纤维素分解菌的筛选、鉴定及其分解能力

从科尔沁沙质草地土壤中,通过分离、纯化、初筛和复筛得到2株分解纤维素(CMC)能力较强的真菌(NM1-1和NM1-2),采用形态学和rDNA-ITS分子生物学相结合的方法鉴定分别为伪弯头曲霉(Asperigillus pseudodeflectus)和尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)。NM1-1和NM1-2对布条的分解效果较好,30 d的分解率分别达到15.69%和16.91%;凋落物分解试验表明,加NM1-1和NM1-2的草地凋落物分解率在30 d内分别达53.61%和45.72%,分别比对照高7.70和6.42倍。NM1-1和NM1-2的CMC酶活性显著高于其生存的土壤环境。科尔沁沙质草地土壤高效纤维素分解菌的分离和筛选不仅补充了沙质草地土壤功能微生物库,同时对沙地凋落物分解和土壤有效养分输入起到促进作用。     

川西亚高山生态系统三种典型植物凋落物分解动态特征

植物凋落物是高山生态系统重要的养分存储库,凋落物的分解在高山生态系统生物地球化学循环中具有重要作用。本研究采用凋落物分解袋法,分析了贡嘎山亚高山暗针叶林和高山灌丛中赤茎藓(Pleurozium schreberi)、峨眉冷杉(Abies fabri)和杜鹃(Rhododendron williamsianum)三种植物凋落物的分解速率和养分释放动态及差异。结果表明:1)经三年分解后,无论是暗针叶林还是高山灌丛,杜鹃凋落物分解率均最高;峨眉冷杉凋落物分解率在暗针叶林略高于赤茎藓凋落物,但在高山灌丛和赤茎藓无显著差异;2)三种植物凋落物的分解动态均能用Olson经典指数模型拟合;3)分解三年后,三种凋落物碳(C)含量下降了5.66%~14.58%;氮(N)含量增加了6.46%~42.10%;峨眉冷杉和杜鹃凋落物磷(P)含量增高,赤茎藓凋落物中P含量降低。     

兰州百合（Lilium davidii var.unicolor）凋落物分解特性

兰州百合（Lilium davidii var. unicolor）是甘肃省兰州市特产,国家地理标志产品,适生区窄、生长周期长,为了获得较好的经济收益,一般长期连作,凋落物在地表分解。利用凋落物分解袋法对兰州百合器官（叶、茎秆、鳞茎、茎生根、根）的分解速率及对土壤微环境的影响进行了观测研究。结果表明,兰州百合不同器官凋落物分解速率差异显著,分解速率鳞茎>叶>茎>根>茎生根;分解速率的差异由初始化学组成的差异导致,其中氮、碳/氮、木质素/氮对兰州百合凋落物分解速率的影响达到显著水平,磷和镁对分解速率的影响达到极显著水平;兰州百合的根和茎秆分解后会显著改变土壤中有机质、总碳、总磷的含量,促进了百合农田生态系统的物质循环。     

草原凋落物的分解及营养元素的释放和累积

草原凋落物的分解是草原生态系统物质循环的主要环节, 其中植物营养元素的释放和累积对退化草场恢复的进程和质量有着重要意义。本文从凋落物自身的性质、外部环境因素(生物及非生物因子)、混合效应等对凋落物分解速率的影响以及凋落物分解时植物营养元素的释放和累积两个方面论述了国内外对草原凋落物的分解及营养元素的生物地球化学行为的研究现状。一般情况下, 草原凋落物分解速率与凋落物自身的N、P、K等元素含量正相关, 与C/N、C/P、木质素、纤维素等的比值或含量值负相关, 而与周围环境中营养元素的组成及含量的关系不大。混合凋落物中不同种类凋落物的N、P含量及物种丰富度影响着非加性效应作用的效果。在凋落物分解过程中, 总体趋势表现为分解初级阶段对N的积累, 对P 和K的释放, 而对Na、Ca、Mg等营养元素来说, 随物种和根茎叶等部位的不同规律也不一样。凋落物中各元素的含量、凋落物分解阶段、物种类型、非加性效应、土壤环境等都是影响其营养元素释放和累积的因素。据此, 本文展望了草原凋落物未来可能的研究方向, 指出多因子的交互作用对草原凋落物分解的影响、凋落物混合分解机制探究、某些大量及微量营养元素的释放和累积可能是未来需要研究的重点。     

古尔班通古特沙漠南缘梭梭(Haloxylon ammodendron)群落优势植物水分来源

为研究干旱区荒漠植物水分来源及水分利用的相互影响特征,2016年5月选取古尔班通古特沙漠南缘建群种梭梭(Haloxylon ammodendron)及群落中优势草本植物沙漠绢蒿(Seriphidium santolinum)、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)、碱蓬(Suaeda glauca)、多型大蒜芥(Sisymbrium polymorphum)等5种植物,利用稳定性同位素技术,通过测定植物木质部水及土壤水δ~(18)O值,结合直接对比法、平均深度模型及Iso-Source模型分析植物水分利用情况。结果表明:梭梭根系具有二态性,5月主要利用浅层(20～40 cm)土壤水、深层(100～350 cm)土壤水及地下水,8月主要利用深层(160～350 cm)土壤水及地下水。尖喙牻牛儿苗、多型大蒜芥、沙漠绢蒿、碱蓬水分来源土层集中在8～65 cm,沙漠绢蒿及碱蓬土壤水分利用季节变化明显;冠外尖喙牻牛儿苗、多型大蒜芥、沙漠绢蒿、碱蓬之间不存在土壤水分竞争关系;冠下多型大蒜芥、沙漠绢蒿、碱蓬之间存在土壤水分竞争关系。     

中国森林凋落物分解速率影响因素分析

本研究通过收集国内已发表的文献中具有凋落物分解常数的数据,采用SPSS13.0软件综合分析中国森林凋落物分解速率的影响因素.结果发现:凋落物类型对凋落物分解速率有显著影响(P0.05),凋落叶氮含量与分解速率呈极显著正相关(P0.01).在同一样地的研究中,混合分解的凋落叶分解常数极显著高于单独分解的(P0.01).叶习性对凋落叶分解速率没有显著影响(P0.05),但在中国的温带地区则有显著影响(P0.05).在全国尺度上树种组成对凋落物分解速率没有显著影响(P0.05).凋落叶分解速率与经度、年均温和降水量成极显著正相关(P0.01),与纬度和海拔成极显著负相关(P0.01).凋落叶分解速率的Q10值为1.768.网袋孔径与土壤类型对凋落叶分解速率亦均有极显著影响(P0.01).     

古尔班通古特沙漠6种荒漠草本植物的生物量分配与相关生长关系

选取古尔班通古特沙漠6种优势草本（2种短命植物,2种类短命植物,2种一年生长营养期植物）,对比分析了生物量分配及相关生长关系的异同。结果表明：（1）粗柄独尾草（Eremurus inderiensis）和细叶鸦葱（Scorzonera pusilla）的地下生物量较高,根冠比分别为1.412、2.751;小花荆芥（Nepeta micrantha）、琉苞菊（Hyalea pulchella）和雾冰藜（Eremurus inderiensis）、角果藜（Scorzonera pusilla）的地下生物量均较小,根冠比无显著差异,分别为0.150,0.184,0.144,0.101;2种类短命植物具有相似的叶片生物量分配比例,但其余4种植物的叶片生物量分配比例均存在显著差异。（2）6种植物的根冠比随个体增大均呈异速减小,而叶片生物量分配比例与植株大小的关系不一致,表现为异速减少（如细叶鸦葱）或保持恒定（如粗柄独尾草）的趋势。（3）小花荆芥和琉苞菊的地下与地上生物量间为等速生长关系,而粗柄独尾草、细叶鸦葱、角果藜以及雾冰藜则呈现出个体越大地下生物量分配比例越少的格局（异速生长）;6种植物的地下与叶片生物量间均为等速生长关系,且具有共同的相关生长指数（1.035）。6种植物的根冠比和叶片生物量分配比例的差异不仅与物种自身的遗传特性有关,还受个体大小的影响;地下与地上生物量分配存在等速和异速生长的差异;叶片与地下生物量间具有相同的生物量分配速率,表现出对干旱荒漠环境的趋同适应。     

Impact of litter quality and soil nutrient availability on leaf decomposition rate in a semi-arid grassland of Northeast China

It was hypothesized that litter with higher N concentration would decompose faster than that with lower N concentration and that increased soil nutrient availability would stimulate litter decomposition. To examine the interspecific differences in decomposition rate of leaf litter in relation with differences in litter chemistry and soil nutrient availability, senescent leaves of four species Pennisetum flaccidum, Artemisia scoparia, Chenopodium acuminatum and Cannabis sativa, and soil samples with different fertilization treatments (no fertilization, N, P, and N + P fertilizations, respectively) were collected from a sandy grassland in Northeast China and incubated under laboratory conditions. The decomposition rate of leaf litter was determined by measuring the CO₂ emission during decomposition of litter. We found remarkable interspecific differences in leaf decomposition rates. Moreover, rates of litter decomposition at different incubation stages were correlated with different litter quality indices. The rate of litter decomposition was positively correlated with initial litter N concentration in the initial stage of the incubation, whereas it was negatively correlated with litter N and P concentrations in the late stage. Responses of litter decomposition to soil nutrient availability differed among species. Our results suggest that both indirect changes in litter quality through shifts of species composition/dominance and direct changes in soil nutrient availability under nutrient addition conditions could affect litter decomposition and consequently C and nutrient cycling of grassland ecosystems.     

沉积强度及氮养分改变对闽江河口短叶茳芏残体短期分解与养分释放的影响

互花米草入侵过程中较强的促淤作用可导致湿地沉积环境和养分状况发生明显变化。2017年4月,选择闽江河口鳝鱼滩西北部受互花米草入侵影响的短叶茳芏湿地为研究对象,基于野外原位沉积及养分改变模拟试验,设置无沉积强度（S₀,0 cm·a^-1）、当前沉积强度（S₅,5 cm·a^-1,氮养分水平为沉积物自然氮背景值）以及当前沉积强度+氮养分倍增（S_5N,5 cm·a^-1,氮养分水平为沉积物氮背景值的两倍）三种处理,探讨沉积强度及氮养分改变对短叶茳芏残体短期分解（30 d）与养分释放的影响。结果表明,不同处理下残体的分解速率表现为S₀（0.017207 d^-1）> S_5N（0.012166 d^-1）>S₅（0.011478 d^-1）。与S₀相比,S₅和S_5N的分解速率分别降低了33.29%和29.30%,说明沉积作用抑制了残体分解,但氮养分倍增又使得抑制程度得到一定缓解。沉积增强导致残体的TC含量增加,而TN、TP和TS含量降低;相同沉积强度下,氮养分倍增对TN、TS含量变化的影响最为明显。不同处理下残体的C、N、P和S在分解初期均表现为不同程度地净释放,沉积作用降低了残体的C释放,但增加了N、P养分释放;相同沉积强度下,氮养分倍增对残体C释放的影响不大,但降低了N、P养分释放。尽管残体质量损失均是影响不同处理下残体分解初期养分变化的共性因素,但沉积及氮养分变化对残体基质质量的改变是导致残体中养分含量及释放强度存在差异的重要原因。研究发现,互花米草促淤导致的沉积增强使得短叶茳芏残体在分解初期释放的较多N、P养分在很大程度上可能被互花米草所利用,进而在一定程度上可增强其入侵能力;但在氮养分增加条件下,互花米草可能优先利用分解环境中的氮养分来增强其入侵优势。     

科尔沁沙地优势固沙灌木叶片凋落物分解的主场效应

在气候变化和人类活动的影响下，科尔沁沙质草地中灌木植物种增加，导致沙质草地逐渐向灌木地转变。选取该地区优势固沙灌木差不嘎蒿（Artemisia halodendron）和小叶锦鸡儿叶（Caragana microphylla）凋落物及其混合凋落物开展交互移置培养试验，分析了培养过程中CO₂释放和干物质损失量以及混合凋落物CO₂释放量实测值与预测值的差异，辨析主场效应产生的原因及其驱动机制，以期为将主场效应纳入到凋落物分解模型提供理论基础。结果表明：与高质量的小叶锦鸡儿叶凋落物相比，质量较低的差不嘎蒿叶凋落物分解具有更强的主场效应；其次，引起叶凋落物分解的主场效应归因于土壤微生物的特化作用，而不是土壤动物的搬运或贮藏行为。此外，混合凋落物主场效应与其分解生境中长期输入的凋落物的质量相似性紧密相关，质量相似性越大，主场效应越强，这也是本研究中混合凋落物分解在差不嘎蒿灌丛土壤下具有较强主场效应的原因。     

南亚热带人工林林下芒萁层的凋落物拦截

在中国南亚热带人工林生态系统中,大面积的林下层被密集的蕨类植物芒萁所占据。作为森林土壤最重要的养分来源,很多冠层树种的凋落物在到达地表之前,会被芒萁拦截。通过调查南亚热带4种人工林林下芒萁层对冠层树种叶片的拦截量与拦截比例,发现林下芒萁层对凋落物的拦截量排序为湿地松＞厚荚相思＞尾叶桉＞红椎,而林下芒萁层对尾叶桉叶片的拦截比例最高,达99.8%,其次分别为厚荚相思（73.5%）、湿地松（56.3%）和红椎（27.0%）;所有人工林林下芒萁的下半层（0~50 cm）拦截了更大比例的凋落叶,最大为尾叶桉（64.7%）,最小为红椎（23.1%）。林下芒萁层的凋落物拦截效应可能会改变森林生态系统的地上过程和地下过程,进而影响整个森林的碳循环等生态系统功能。通过凋落物拦截实验,开展林下层植物对人工林生态系统碳循环的影响的相关机理研究,有助更好地理解在生态系统水平上林下植被对整个森林生态系统功能的影响。     

Effects of Enclosure on Plant and Soil Restoration in the Junggar Desert

Enclosure is commonly used in the restoration of degraded grasslands. However, the effects of enclosure on grassland plant and soil restoration remain controversial, particularly in deserts. To assess the effects of enclosure on desert plants and soil properties, using high throughput sequencing, the differences between plants and soil were systematically analyzed before and after enclosure construction. The soil organic carbon, total nitrogen and total phosphorus contents of the three desert flora increased and decreased, but the difference was not significant; enclosure increased plant height, coverage, aboveground biomass, and species richness by 58.99%, 59.35%, 33.29%, and 51.21%, respectively, in a Seriphidium transiliense formation; by 15.49%, 33.52%, 20.85%, and 5.13%, respectively, in a Haloxylon persicum formation; and by 83.80%, 31.51%, 76.66% and 33.33%, respectively, in an Anabasis salsa formation. For soil bacteria, enclosure significantly increased the average number of operational taxonomic units and Shannon-Wiener index by 12.74% and 2.92%, respectively, under S. transiliense formation and by 17.08% and 3.17%, respectively, under H. persicum formation. However, enclosure had no significant effect on the average number of operational taxonomic units or Shannon-Wiener index under A. salsa formation. Enclosure significantly increased desert plants, soil bacterial diversity, and desert plant community productivity; however, the increase in soil nutrient content was not significant. These results demonstrate that enclosure is effective for restoring desert ecosystems but may have little effect on the soil nutrient content.