温度和水分对科尔沁沙质草地土壤氮矿化的影响北大核心CSCD

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。     

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。     

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。     

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。     

北京菜园潮土-小白菜系统中铬的毒性评价

通过盆栽实验,以北京潮土为供试材料,研究了土壤中添加0~50 mg·kg^-1铬 (VI)对小白菜(Brassica chinensis L.)生物量与铬含量、土壤微生物量碳含量、土壤微生物量氮含量以及土壤微生物呼吸速率的影响。结果表明,高铬浓度(添加量≥25 mg·kg^-1)处理下,小白菜植株中铬的总量相对于未添加铬的处理显著增加(P<0.01),且小白菜根部铬的含量要远大于叶片中的铬含量。相对于未添加铬的对照,小白菜叶片生物量在1 mg·kg^-1铬处理下显著增加,而高浓度铬(≥10 mg·kg^-1)显著地减少了小白菜叶片和根的生物量(P<0.01),减幅最高达到了78.2%,且50 mg·kg^-1铬处理下土壤微生物量碳、氮含量以及呼吸速率均要显著低于对照。小白菜叶片生物量与铬含量、土壤微生物量碳、土壤微生物量氮以及土壤微生物呼吸都能够作为生物指标来反映土壤铬污染程度。将这些指标与对应的土壤总铬含量拟合方程,按照作物减产、食品安全以及生态剂量概念可以计算得到北京潮土铬轻度污染临界浓度ED₁₀为70.8 mg·kg^-1,中度污染临界浓度ED₅₀为111.6 mg·kg^-1。     

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。     

硝酸盐氮同位素指示的青海湟水河中可能的氮污染来源

系统测定了青海湟水河枯水期河水的硝酸盐(NO-₃)含量及其氮同位素组成(δ¹⁵N-NO-₃),详细分析了青海湟水河流域硝酸盐浓度及氮同位素组成的变化特征,基于此初步探讨了河水中可能的氮污染来源。结果显示,研究时段内湟水河河水的NO-₃浓度范围为0.1~38.0 mg/L,平均值为15.9 mg/L,约56%的河水样品中的NO-₃含量超过我国《地表水环境质量标准》中V类水氮含量的标准限值。湟水河河水δ¹⁵N-NO-₃值的变化范围为+2.7‰~+16.8‰,平均值为+8.5‰,反映出受不同氮来源的影响。总体而言,湟水河NO-₃浓度自源头至下游整体呈增大趋势,但各区段δ¹⁵N-NO-₃值的变化幅度却存在较大差异。对比分析发现,流域内河水较高的δ¹⁵N-NO-₃值可能指示河水中的硝态氮主要来源于工业生产以及人类生活排放的污水或粪便;而较低的δ¹⁵N-NO-₃值指示河水中的硝态氮主要来源于大气氮沉降或与农业活动有关的土壤。     

青藏高原高寒草原区域碳估测

CASA(Carnegie-Ames-Stanford Biosphere)模型是一个表征陆地生态系统水、碳素和氮素通量随时间变化的生态系统过程模型。本研究采用MODIS遥感数据与CASA模型相结合的方法计算了青藏高原高寒草原生态系统植被净初级生产力(NPP)总量为20.57×10¹²g·a^-1的碳。同时根据五道梁实验点上得到的经验关系估算了青藏高原高寒草原生态系统区域上的土壤碳排放(Heterotrophic respiration)总量为8.07×10¹² g·a^-1,因此推算得高寒草原区域内净生态系统生产力(NEP)折算成碳为12.50×10¹² g·a^-1。     

湿地系统氮的生物地球化学研究概述

系统地回顾了湿地系统氮的生物地球化学循环的研究进展。在氮的输入与累积方面,概述了湿地的大气干湿沉降、湿地有机氮素的矿化、植物累积与枯落物分解以及氮的湿地迁移转化的过程及影响因素等。分析了湿地氮的硝化、反硝化过程,并对湿地土壤水分、水位、温度、pH、Eh、有机质含量、土壤质地、土壤基质以及植被类型等影响因素进行了深入的分析和讨论。并分析了湿地氮各种存在形态的生态效应,展望和提出了湿地氮生物地球化学研究的方向和重点。     

锡林河流域羊草草原暗栗钙土矿质氮动态变化

通过野外采样,分析了内蒙古锡林河流域三个不同放牧强度羊草草原0～30cm表层土壤中矿质氮（NH₄⁺-N+NO₃^--N）的浓度特征,研究了它们在生长季期间的含量变化情况。结果表明:羊草草原暗栗钙土中矿质氮主要以NH₄⁺-N形式存在,矿质氮含量仅占土壤全氮的0.20%～0.92%;土壤矿质氮含量随草地放牧强度升高而降低,围封禁牧多年的羊草样地矿质氮含量高于轮牧地和自由放牧地;生长季期间0～10cm、10～20cm和20～30cm各层次土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量随土壤温度、水分和植物生长吸收的变化而波动明显,不同深度土壤矿质氮的季节变化趋势基本一致,表层0～10cm土壤矿质氮含量波动幅度最大:在4月和7、8月份,NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度分别出现峰值;NH₄⁺-N和NO₃^--N含量随采样深度增加而降低,各采样点0～30cm土壤中NH₄⁺-N含量均高于NO₃^--N。     

黑碳添加对杉木人工林土壤微生物量碳氮的影响

向杉木人工林土壤中分别添加不同用量黑碳,以0％（C0）、1％（C1）和5％（C5）添加量（质量分数）作为不同处理,通过28d室内培养实验,研究了黑碳添加对土壤微生物量碳（ymc）和微生物量氮（MBN）的影响．结果表明,各处理土攘MBC含量变化趋势是前期急剧减少,后期增加,并趋于稳定;黑碳添加在一定程度上缓解了土壤MBN含量的减少,并随着黑碳添加量的增加,土壤MBN含量呈现增加的趋势．整个培养过程中,除第1d外,黑碳添加处理的土壤MBC和MBN含量始终高于对照处理,C5〉C1〉CO．同时,土壤可溶性碳（DOC）和可溶性氮（DON）含量也因黑碳的添加而呈现减少的趋势．     

黑碳添加对杉木人工林土壤微生物量碳氮的影响

向杉木人工林土壤中分别添加不同用量黑碳,以0％（C0）、1％（C1）和5％（C5）添加量（质量分数）作为不同处理,通过28d室内培养实验,研究了黑碳添加对土壤微生物量碳（ymc）和微生物量氮（MBN）的影响．结果表明,各处理土攘MBC含量变化趋势是前期急剧减少,后期增加,并趋于稳定;黑碳添加在一定程度上缓解了土壤MBN...     

模拟氮沉降对森林土壤可溶性有机碳的影响

以亚热带森林生态系统为研究对象,于2009--2012年原位模拟氮沉降（对照,CK,0kg·hm^-2·a^-1、低氮LN,30kg·hm^-2·a^-1和高氮HN,100kg·hm^-2·a^-1）,分析亚热带阔叶林（罗浮栲、浙江桂）和针叶林（杉木）森林土壤中可溶性有机碳变化,以探究土壤不同层次、不同植被类型和凋落物是否去除条件下土壤可溶性碳对氮沉降的响应．结果表明：针叶林土壤不同层次可溶性有机碳的差异较大,表层0～15cm在HN水平下最高;而15～30cm和30～40cm在LN水平下最高,HN水平下15—30cm可溶性有机碳含量显著降低;而阔叶林（罗浮栲、浙江桂）15—30cm和30—40cm土壤可溶性有机碳随施氮水平有小幅度的升高．通过模拟氮沉降前后表层土壤（0～15cm）可溶性有机碳含量的比较,发现针叶林和阔叶林对氮沉降的响应存在差异,氮沉降后瞬时效应显示,杉木林土壤可溶性有机碳含量随氮水平而降低,但阔叶林并没有降低,甚至有增加趋势,尤其是在罗浮栲林．土壤自身碳含量的差异也是影响其响应氮沉降的重要因素;且模拟氮沉降后瞬时的效果在一定程度上影响最终的长期结果,而凋落物去除处理的效果短时间还无法观察到．     

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。     

小叶章湿地土壤酶活性分布特征及其与活性有机碳表征指标的关系

选取三江平原小叶章（Calamagrostis angustifolia）沼泽湿地,研究了沼泽湿地土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性及土壤活性有机碳表征指标（土壤微生物量碳MBC,微生物量氮MBN、溶解有机碳DOC）在近表土层（0～30cm）的分布特征,及其内在相关性,探讨酶活性与土壤活性有机碳库的关系。结果表明：表层土壤的酶活性和活性有机碳表征指标含量最高,随着土壤深度增加,土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性及MBC、MBN、DOC均显著降低。经相关分析表明,土壤酶活性与土壤活性有机碳表征指标间呈极显著正相关关系,其中蔗糖酶与MBC、DOC相关系数最高,过氧化氢酶活性与MBN的相关系数最高。表明不同土壤酶对湿地土壤活性碳表征指标转化循环的贡献不同,土壤酶活性对土壤活性有机碳库有显著的影响,以蔗糖酶对活性有机碳库影响最为显著。     

Preliminary Estimation of Soil Carbon Sequestration of China’s Forests during 1999-2008

The National Forest Inventory (NFI) is an important resource for estimating the national carbon balance (These data were unpublished data, and we could only obtain the data before 2008 through data search by now). Based on the data from sample plots, the literature, and NFI, as well as the relationships between volume, biomass, annual litterfall and soil respiration of different forest types, the net ecosystem production (NEP), changes in forest biomass carbon storage (△Cbiomass) and non-respiratory losses (NR) of China’s forests during 1999-2008 were estimated, and the forest soil carbon sequestration (△Csoil) was assessed according to the carbon balance principle of the forest ecosystem (△Csoil = NEP - NR - △Cbiomass). The results showed that the total NEP, △Cbiomass, NR and △Csoil values for China’s forests were 157.530, 48.704, 31.033 and 77.793 Tg C yr^-1 respectively, and average NEP, △Cbiomass, NR, and △Csoil values were 101.247, 31.303, 19.945 and 49.999 g C m^-2 yr^-1 respectively. There were large spatial differences in forest soil carbon sequestration in different parts of China. The forest soil in Jiangxi, Hunan, Zhejiang, Fujian, Anhui, Shanxi, Shaanxi, Guangxi and Liaoning served as carbon sources and the carbon released was about 25.507 Tg C yr^-1. The other 22 provinces served as carbon sinks and the average carbon sequestration by forest soil came to 103.300 Tg C yr^-1. This research established a method for evaluating soil carbon sequestration by China’s forests based on the NFI, which is a useful supplement to current statistical data-based studies on the forest ecosystem carbon cycle, and can promote comparable studies on forest soil carbon sequestration with consistent research methods at the regional scale.     

湘东丘陵区4种林地深层土壤溶解性有机碳的数量和光谱特征

选取湘东丘陵4种典型母质发育的林地土壤,挖掘土壤剖面并分层采集土壤样品至母质层/母岩,研究深层土壤有机碳（SOC）和溶解性有机碳（DOC）的数量和分布规律,采用紫外-可见光谱技术分析深层土壤DOC的宏观化学结构特征。结果表明,土壤DOC含量（2.33~185.26 mg·kg^-1）在板岩红壤和酸性紫色土剖面上某些深层土层出现升高现象。DOC/SOC除第四纪红土红壤在浅层表土最高（1.5%）外,其他3种土壤均在60~80 cm深层土层达到最高峰值（1.0%~2.5%）。SOC数量是控制不同母质土壤DOC数量的重要因素。但光谱分析显示,随着土壤剖面的加深,DOC的宏观化学组成、结构趋于复杂,化学稳定性升高。尽管一些深层土层中DOC/SOC升高,但其DOC化学结构更为复杂,评价深层土壤SOC和DOC稳定性还应考虑其化学结构特性。