高氮负荷森林生态系统对大气氮沉降降低的响应研究进展

大气氮沉降对全球生物多样性和生态系统功能构成严重威胁。过去50多年,由于减排措施的实施,欧美国家率先出现大面积区域的氮沉降降低,中国从2010年开始趋于稳定,氮沉降的未来变化趋势可能因全球各地而异。本研究采用文献检索方法和综合分析方法,综述了国内外氮沉降恢复的方法,分析了森林生态系统土壤(酸化和溶液化学)、结构(植被-微生物多样性)与功能(生产力和碳吸存)对氮沉降降低的响应。随着氮沉降的降低,植被物种组成、土壤微生物群落和土壤过程可能恢复缓慢,而一些土壤参数(如pH、硝酸盐和铵浓度等)对氮输入减少的响应相对较快。当氮沉降降低时,可在某种程度上减轻土壤酸化,促进树木生长,但也可能因环境氮沉降速率依然很高并保持土壤酸化,林木的活力仍在恶化。植被多样性的恢复可能存在恢复障碍并在短期内难以维持富营养化的恢复,但促进了贫营养型物种的增加。森林生态系统恢复响应对减排政策存在延迟,且氮沉降增加存在遗留效应,致恢复相当缓慢,但恢复只是时间问题。因此,高氮负荷生态系统的恢复是一个长期缓慢的过程,进一步加强减排尤为重要。

氮沉降对城市森林凋落物养分元素含量及其耦合性的影响

目前,氮沉降增加呈现全球化趋势,影响森林生态系统生物地球化学循环过程,已成为生态和环境研究的热点内容之一。为探讨氮沉降增加对城市森林凋落物养分含量的影响,进一步认识城市森林养分循环过程,为区域城市化进程的生态风险评估提供科学依据,本研究以安徽省合肥市蜀山国家森林公园凋落物为研究对象,在连续3年模拟氮沉降实验后(氮添加设置3种水平,分别为对照组:0 kg·hm^(–2)·a^(–1)、CK;低氮:50 kg·hm^(–2)·a^(–1)、LN;高氮:100 kg·hm^(–2)·a^(–1)、HN),研究氮沉降对城市森林凋落物(枝叶果碎)养分元素含量及其耦合性的影响。结果表明:(1)不同施氮水平下,凋落果内CK与HN中C元素含量,凋落叶中CK与LN、碎中LN与HN两组中N元素含量差异显著(P<0.05)。(2)凋落物不同组分间,N沉降显著影响Ca元素含量(P<0.05),对C元素含量无显著影响;凋落枝组分间K含量差异显著(P<0.05),凋落叶与其他各组间N含量差异显著(P<0.05),凋落果与其他各组间P含量差异显著(P<0.05);凋落叶与凋落果间Mg元素差异显著。(3)N沉降对各组分间的C/N、C/P、N/P等生态化学计量比无显著性影响,但对凋落叶、凋落果中C/N值有显著抑制作用(P<0.05)。(4)N沉降显著影响C、N间相关性及Ca、Mg间相关性,且均表现为LN显著增强相关性,HN显著抑制相关性;N沉降显著增强了P、K间的相关性,而显著降低了K与Ca、Mg的相关性。(5)N沉降对C/N与N/P、C/P与N/P间的耦合性有显著影响,且均表现为LN显著增强生态化学计量比间的耦合性,HN显著降低二者耦合性。研究结果为城市森林凋落物养分循环过程对N沉降的响应提供了理论依据。

3种苔藓植物对模拟大气氮沉降的生理响应

苔藓植物是地表生态系统的重要组分,研究苔藓植物对氮沉降的生理响应可以在机理机制上探讨如何科学合理利用苔藓指示大气氮沉降。以西北地区3种苔藓植物——齿肋赤藓(Syntrichia caninervis),真藓(Bryum argenteum)和尖叶匐灯藓(Plagiomnium acutum)为研究对象,设置0、2、4、6 g·m^(-2)4个不同氮素处理梯度(分别计为N_(0)、N_(2)、N_(4)、N_(6)),研究氮素增加对不同苔藓植物叶绿素、渗透调节物质含量和抗氧化酶活性的影响。结果表明(:1)4个氮素处理水平均能促进尖叶匐灯藓的叶绿素a和叶绿素b合成,尤以N_(4)处理的促进作用最佳,而N_(2)处理对齿肋赤藓和真藓的叶绿素a和叶绿素b具有明显的抑制作用(对齿肋赤藓的抑制作用更强)。(2)苔藓体内可以产生脯氨酸(Pro),可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)来调节细胞渗透平衡。不同氮素处理均促进了真藓和尖叶匐灯藓Pro,SS和SP的含量,但N_(2)处理下齿肋赤藓的3种物质含量开始下降,说明其对氮较为敏感。(3)在设定的氮素添加处理下,低浓度氮素促进3种苔藓植物的抗氧化酶活性,但高浓度氮素抑制苔藓植物的抗氧化酶活性。(4)齿肋赤藓的抗氧化系统调节中起主要作用的是超氧化物歧化酶(SOD),而真藓和尖叶匐灯藓的抗氧化系统调节中起主要作用的是过氧化氢酶(CAT)。综上所述,3种苔藓植物中,齿肋赤藓对氮素增加最为敏感,其次是真藓和尖叶匐灯藓,据此可将齿肋赤藓作为大气氮沉降的指示植物。

模拟氮沉降对猫儿山亚热带常绿阔叶林土壤细菌多样性和群落结构的影响

为了解大气氮沉降下猫儿山土壤细菌群落的变化规律,以猫儿山亚热带常绿阔叶林为对象,设置4种不同施氮处理[0(CK)、50(Ⅱ)、100(Ⅲ)和150(Ⅳ)g·m^(-2)·a^(-1)],采用高通量测序技术研究不同施氮量对土壤细菌多样性和群落结构的影响。结果表明,处理Ⅲ的特有土壤细菌OTU数量最多。随施氮量增加,辛普森指数降低,处理Ⅱ的辛普森指数最高;随施氮量增加,香农和Chao 1指数均呈先升后降的趋势,处理Ⅲ的香农和Chao 1指数均最高。土壤细菌群落以酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和放线菌门(Actinobacteria)为主。NMDS和聚类分析表明,不同施氮处理未造成细菌群落结构明显分离。LDA分析表明,处理Ⅲ的差异性物种数量最多,绿弯菌门可作为氮添加后的指示性物种。100 g·m^(-2)·a^(-1)施氮量最有利于土壤细菌生长,150 g·m^(-2)·a^(-1)施氮量对土壤细菌生长有一定抑制作用。

模拟氮沉降对木荷和卷荚相思种子萌发的影响

【目的】研究氮沉降对2种林木种子萌发的影响,为南方森林的经营管理提供参考。【方法】以木荷和卷荚相思种子为试验材料,采用室内试验,选择2,6和12 g/L硝态氮(KNO 3)、铵态氮((NH_(4))_(2)SO_(4))、混合氮(NH 4NO 3)进行氮沉降模拟试验,以蒸馏水为对照(CK),测定各处理木荷和卷荚相思种子的发芽率、相对发芽率、发芽指数、活力指数和发芽抑制率,在此基础上采用主成分分析综合评价不同处理对种子萌发的影响。【结果】随着KNO 3、(NH_(4))_(2)SO_(4)、NH 4NO 3质量浓度的升高,木荷和卷荚相思种子的发芽率、相对发芽率、发芽指数和活力指数均呈下降趋势,而发芽抑制率逐渐提高。由上述5种发芽指标可知,同一氮源下,其不同质量浓度对木荷和卷荚相思种子萌发的促进作用均表现为2 g/L>6 g/L>12 g/L;同一质量浓度下,3种氮源中以(NH_(4))_(2)SO_(4)对木荷和卷荚相思种子萌发的促进作用最佳。主成分分析结果显示,木荷和卷荚相思均以主成分1能够反映原始变量80%以上的信息,因此选择主成分1对不同处理进行综合排名,结果在木荷和卷荚相思种子各处理中综合排名第1的均为2 g/L(NH_(4))_(2)SO_(4)处理。【结论】当质量浓度为2~12 g/L时,3种氮源对木荷和卷荚相思种子萌发的影响有差异,但最适宜的处理均为2 g/L(NH_(4))_(2)SO_(4)。

氮沉降对4个树种外生菌根群落结构和酶活性功能的影响

【目的】氮沉降水平不断上升对森林生态系统产生了不同程度的影响。过量的有效氮输入导致植物根系对养分获取策略发生变化,从而改变了土壤重要微生物,如树木根系外生菌根ECM群落的结构和生态功能。了解和确定森林主要树种根系微生物群落活动受氮沉降影响的变化阈值,对于研究森林养分循环特征和可持续经营管理具有重要的指导意义。【方法】采用室内盆栽试验,选取马尾松、华山松、湿地松和火炬松4个树种进行5个梯度的氮施加(0、15、30、60、150 kg·hm^(-2)·a^(-1)),通过检测树苗的养分含量、ECM根尖酶活性,以及提取鉴定DNA,分析不同松树在氮沉降水平下外生菌根群落结构和酶活性功能的动态变化。【结果】1)大多数松科树苗的菌根胞外酶活性在氮浓度30 kg·hm^(-2)·a^(-1)时达到了阈值;以分解纤维素为主的G酶在华山松、湿地松和火炬松中随着N浓度增加而持续提高,即便施氮水平达到当地氮沉降水平的10倍(150 kg·hm^(-2)·a^(-1)),酶活性仍未达到阈值;2)对菌根群落进行分析得出,棉革菌属Tomentella在4个树种中都为优势物种,而须腹菌属Rhizopogon、深色内隔菌Phialocephala会因宿主不同呈现不同的侵染丰度;3)华山松和火炬松的ECM菌根群落酶活性在不同氮浓度间无明显差异,即呈现生态冗余。【结论】在长期氮输入水平升高的情况下,ECM群落组成会因宿主植物和氮沉降水平的变化发生调整,而这一过程中会以变化阈值作为判断标准,该过程对于土壤养分循环中碳氮磷循环以及森林经营管理具有重要的指导意义。

氮沉降对闽楠幼苗生长和生理特性的影响

为了探讨不同氮沉降处理对闽楠生理生态过程的影响,揭示闽楠对不同形态氮沉降的形态和生理响应机制,选用闽楠幼苗为研究对象,选择氮源和氮浓度2个试验因素,氮源设硝态氮、铵态氮和混合氮3种形态,每种形态的氮素均设4个氮浓度水平[低氮沉降(30 kg/hm^(2),LN)、中氮沉降(60 kg/hm^(2),MN)和高氮沉降(90 kg/hm^(2),HN)和无氮沉降对照(0 kg/hm^(2),CK)],开展不同形态氮沉降对闽楠幼苗生长和生理生态学特性的影响研究。结果表明,不同形态氮沉降显著影响闽楠幼苗生长及其生理学过程。不同形态氮沉降能明显影响闽楠苗高和地径生长,引起闽楠幼苗各器官生物量积累的差异,改变闽楠幼苗叶片和根的形态。不同形态氮沉降对闽楠幼苗生理学过程有显著影响。随氮沉降浓度的增加,闽楠幼苗净光合速率、光系统的光化学反应降低。闽楠对不同形态氮沉降的适应性表现为铵态氮>混合氮>硝态氮,总体表现出“低促高抑”的趋势,即在低浓度范围内,能促进闽楠生长;超过一定阈值,闽楠幼苗净光合速率、光系统的光化学反应降低。说明闽楠在氮沉降条件下可通过生长和生理学过程的改变来适应氮沉降。研究结果可为制定闽楠人工林的经营对策提供科学依据。

中小型土壤动物群落对华西雨屏区常绿阔叶林氮沉降的响应

【目的】掌握氮沉降对土壤动物群落特征的影响,为亚热带常绿阔叶林的可持续发展提供数据支撑。【方法】自2014年1月起在华西雨屏区进行模拟氮沉降试验,于2021年7月开始进行为期1年的季度采样试验。设置对照0 g/(m^(2)·a)、低氮5 g/(m^(2)·a)和高氮15 g/(m^(2)·a)3个施氮水平,采用干生漏斗对中小型土壤动物进行分离鉴定,研究土壤动物群落特征。【结果】试验共捕获中小型土壤动物8 390只,属2门5纲8目40科,优势类群为弹尾目等节(虫兆)科,占中小型土壤动物总密度的31.05%。土壤动物群落垂直分布表现出明显的表聚性特征。多样性特征均无显著变化。土壤动物功能类群以菌食性、腐食性和捕食性土壤动物为主。【结论】模拟氮沉降在一定程度降低了中小型土壤动物平均密度,增加了土壤动物类群数。氮沉降浓度的增加,不利于中小型土壤动物的生存发展。

基于WRF-CMAQ的中国典型湖泊大气氮沉降特征

采用WRF-CMAQ模型模拟了2018年中国4个典型湖泊的不同形态氮(总氮TN、氧化态氮OXN、还原态氮REDN、硝酸盐氮NO-3-N、铵盐氮NH+4-N)的大气沉降通量。2018年青海湖、乌梁素海、东湖与太湖全年氮沉降通量分别为3.02、4.38、64.25、21.67 kgN/hm 2,大气氮沉降贡献的氮负荷分别占乌梁素海、东湖与太湖总氮负荷的0.9%、22.3%、11.3%,东湖与太湖受大气氮沉降的影响程度显著高于青海湖和乌梁素海,表明大气氮沉降对发达地区湖泊的影响更应受到关注。通过敏感性试验分析大气氮沉降量的影响因子,结果显示含氮污染物的沉降速率对湖泊氮沉降通量的影响不明显,而含氮污染物排放速率降低20%,可使4个湖泊总氮沉降通量下降11%~22%,表明相对氮沉降速率、氮排放变化是影响氮沉降量的主要因素。本研究为进一步厘清大气氮沉降对湖泊总氮负荷的作用并制定有效控制措施提供了科学依据。

耦合遥感及源示踪技术的我国大气氮排放、沉降及其来源解析研究

人类活动向大气中排放的含氮气体激增,引起了区域或全球尺度大气氮沉降的持续增加。但准确地评估大气氮沉降通量并定量化研究其来源解析是这些区域制定氮排放控制对策的主要难点。论文以我国为研究区域,针对大气氮沉降模型估算过程中最关键的驱动因子——排放清单准确性方面的不足,利用时空连续的遥感观测数据,构建清单反演模型来提高初始排放清单精度,从而更准确地估算区域大气氮沉降通量。论文主要研究内容如下。

模拟氮沉降对尕海湿地土壤化学计量特征的影响

【目的】在全球氮沉降增加背景下,通过模拟研究氮沉降对湿地土壤化学计量特征的影响,有助于探明湿地生态系统土壤元素循环过程及平衡反馈机制。【方法】以青藏高原东部尕海湿地为研究对象,利用均匀喷洒法于2019年5月开展模拟氮沉降下野外控制试验,设置4种氮沉降处理,分别为空白对照CK(0 g/m^(2))、N5(5 g/m^(2))、N10(10 g/m^(2))和N15(15 g/m^(2))。分析不同处理下土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量以及C∶N、C∶P、N∶P的变化。【结果】不同施氮量处理下土壤SOC、TN、TP含量主要表现为N10处理最高,N15处理最低。在土壤垂直剖面上,土壤SOC、TN含量随着土层的加深逐渐减小,土壤TP含量则先增大后减小。土壤SOC和TN含量随氮沉降质量浓度的增大呈先升高后降低的趋势,而TP含量呈先降低后升高的趋势。土壤化学计量比值(C∶N、C∶P、N∶P)均在0~10 cm土层最高,且显著高于其他土层(P<0.05)。在0~40 cm土层,N10处理下土壤C∶N最高,显著高于N5(21.18%)和N15(6.84%)处理;N5处理下土壤C∶P和N∶P最高,显著高于N5(14.85%、33.38%)和N10(32.27%、42.64%)处理。【结论】氮沉降增加显著影响湿地土壤碳、氮、磷含量及其计量比,P可能是本地区限制植物生长的一个主要因素,N处于相对平衡的状态。

氮沉降对森林土壤有机碳矿化影响的研究进展

本文综述了氮沉降对森林土壤有机碳(SOC)矿化影响的研究进展,分别叙述了氮沉降下土壤微生物变化对SOC矿化的影响、氮沉降下土壤理化性质对SOC矿化的影响及氮沉降量对SOC矿化的影响。

模拟氮沉降对刺萼龙葵幼苗生长与生物量的影响

为探究入侵植物刺萼龙葵幼苗在氮沉降作用下的生长及分配特征,试验设置2种氮沉降方式(铵态氮((NH4)2SO4),记为A;硝态氮(NaNO3),记为B)和4种氮沉降水平(0、4、8、10 g/(m^(2)·a),记为1、2、3、4)。结果表明:刺萼龙葵幼苗的株高不受氮沉降影响;所有氮沉降处理均极显著降低了刺萼龙葵幼苗的根粗,且处理13水平最小,为0.74 cm;二者交互作用和铵态氮处理对刺萼龙葵幼苗茎粗均具有极显著的降低作用,且处理14水平最小,为1.04 cm;所有氮沉降处理均显著增大了刺萼龙葵幼苗的比叶面积,且处理10水平最大,为23748.41 mm^(2)/g。铵态氮处理下的处理13均降低了刺萼龙葵幼苗的根、茎、叶和总生物量,二者交互作用下的处理16均降低了刺萼龙葵幼苗的根、茎、叶生物量比和根冠比,除处理16外,其余的交互作用均促进了叶生物量比和根冠比。这些结果表明,在铵态氮和二者交互作用浓度为4~8 g/(m^(2)·a)时,会增加刺萼龙葵幼苗生物量的积累与分配,促进其入侵,而铵态氮和二者交互作用的浓度均为10 g/(m^(2)·a)时,会减小刺萼龙葵幼苗的生物量积累和分配,从而达到抑制生长的作用,不利于其入侵。

2005和2015年中国近海氮沉降的时空分布特征及影响因子的比较

应用GEOS-Chem模式模拟结果,对比分析了2005和2015年中国近海氮沉降的时空分布特征及引起氮沉降变化的影响因子。研究结果表明:黄渤海氮沉降总量夏季最高,月平均值为2.2×10^(-4) kg·m^(-2),冬季最低,月平均值为6×10^(-5) kg·m^(-2);东海氮沉降总量冬季最高,月平均值为1.3×10^(-4) kg·m^(-2),夏季最低,月平均值是5×10^(-5) kg·m^(-2);南海氮沉降总量秋季最高,月平均值达到了1.5×10^(-4) kg·m^(-2),夏季最低,平均值为8×10^(-5) kg·m^(-2),并且大部分区域氮湿沉降量占氮沉降总量的55%以上。与2005年相比,2015年黄渤海地区春、夏、秋季氮沉降总量的月平均值分别降低了3×10^(-5)、7×10^(-5)和2×10^(-5) kg·m^(-2)、冬季增加了4×10^(-5) kg·m^(-2);东海地区春冬季节氮沉降总量的月平均值分别降低了1×10^(-5)和3×10^(-5) kg·m^(-2),夏秋季节氮沉降总量的平均值都增加了1×10^(-5) kg·m^(-2);南海夏冬季节氮沉降总量的月平均值都增加了1×10^(-5) kg·m^(-2),春秋季节氮沉降总量的月平均值分别减少了1×10^(-5)和4×10^(-5) kg·m^(-2)。相对于2005年,同人为源排放相比,2015年中国近海气象场的变化对氮沉降总量的变化影响较大,且2015年不同气象条件的改变导致2015年中国近海氮干、湿沉降的变化不同。就氮的干沉降而言,与2005年相比,2015年黄渤海地区冬季平均风速大约降低23.9%,但异常偏南风导致来自华北平原的排放传输增多,进而导致氮干沉降增多。就氮的湿沉降而言,相比于2005年,2015年黄渤海夏季和南海秋季平均风速分别降低了38.8%和42.3%,使得黄渤海夏季和南海秋季氮总浓度分别减少了5.6和2.8 ppbv,同时降水分别减少2.4和0.9 mm,导致2015年黄渤海夏季和南海秋季氮湿沉降量降低,2015年南海冬季平均风速降低10.1%,但偏西风异常带来中南半岛的高排放使得氮总浓度增多(1.7 ppbv),同时降水增多(0.7 mm),导致南海冬季氮湿沉降量增多,因此2015年黄渤海夏季、南海秋季氮湿沉降的降低和南海冬季氮湿沉降的增加是风场输送与降水共同变化造成的结果;2015年黄渤海冬季偏南风异常带来华北平原的高排放源使冬季的氮总浓度增加3.1 ppbv,冬季降水基本不变,因此2015年黄渤海冬季氮湿沉降的变化主要跟风场变化有关;东海夏、秋、冬季节的氮总浓度减少,小于1.0 ppbv,氮湿沉降变化主要是降水变化主导的。

不同时限氮沉降和降水变化对荒漠草原中小型土壤节肢动物群落结构与多样性的影响

全球背景下的氮沉降和降水变化对荒漠草原生态系统产生巨大影响。为探究不同时限氮沉降和降水变化对荒漠草原中小型土壤节肢动物群落结构与多样性的影响,于2015年在内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原设置主区为减雨(R)、自然降水(CK)、增雨(W)3个水分梯度,副区为N_(0)、N_(30)、N_(50)、N_(100)4个氮素梯度的模拟试验,对比分析2016、2020年土壤节肢动物变化。结果表明:2016年在样地内共捕获并分离中小型土壤节肢动物553只,隶属节肢动物门的10目46科;2020年在样地内共捕获并分离中小型土壤节肢动物1211只,隶属节肢动物门的13目41科,其中24科与2016年不同;R处理下2016年N_(30)处理下捕获数量最多,2020年N_(50)处理中捕获数量最多;2016年中小型土壤节肢动物个体数量0~10 cm与10~20 cm土层比值为3.98,2020年比值为1.83,相比2016年下降了54%;WN_(50)、WN_(100)处理下2020年多样性指数、丰富度指数明显高于2016年,CKN_(50)、CKN_(100)处理下2020年优势度指数低于2016年,PCoA分析结果显示水分处理对荒漠草原中小型土壤节肢动物群落分布影响更为显著(P<0.05);冗余分析结果表明5年的水氮变化后土壤pH值与土壤节肢动物多样性及数量指标相关性增强。综上所述,在全球变化的大背景下,精确调控土壤pH值可以进一步影响土壤节肢动物在土壤生态系统中的功能。

氮沉降形态对西南岩溶区森林土壤有效磷来源的影响

森林生态系统氮和磷之间具有密切的耦合关系,阐明氮沉降形态对中国西南岩溶区森林土壤有效磷不同来源的影响,对推动全球环境变化条件下岩溶区退化森林植被恢复具有重要意义。以广西桂林岩溶区典型森林为研究对象,在野外模拟不同形态氮沉降(无氮沉降(CK)、氧化态氮沉降(Oxi)、还原态氮沉降(Red)和氧化还原态氮沉降(RO)),在模拟氮沉降1.5a后通过连续监测各季节凋落物、植物根系和雨水磷输入量,结合土壤全磷和有效磷的季节变化特征,探究氮沉降形态对中国西南岩溶区森林土壤有效磷不同来源的影响。结果表明:Oxi和Red处理显著提高了土壤有效磷含量,而RO处理对土壤有效磷含量的影响因季节不同而存在差异,所有氮沉降处理对土壤全磷含量的影响均不显著;CK处理凋落物磷年输入量为10.64kg·hm^(-2),植物根系磷年输入量为12.65 kg·hm^(-2),雨水磷年输入量为0.78 kg·hm^(-2);所有氮沉降处理均显著增加了凋落物磷年输入量,而Oxi和Red处理均显著降低了植物根系磷年输入量,RO处理对植物根系磷年输入量没有显著影响。结构方程模型表明,Oxi处理增强了季节对土壤有效磷含量的直接影响;Red处理增强了季节、凋落物磷输入量、雨水磷输入量以及土壤理化性质对土壤有效磷含量的直接影响。综上分析,中国西南岩溶区森林土壤有效磷主要来源为植物根系,其次是凋落物,雨水对土壤有效磷的贡献较小;氮沉降形态不同程度地改变了土壤磷不同来源的输入量和磷的有效性,可在一定程度上缓解森林土壤磷限制,有利于岩溶区退化森林生态系统植被恢复。

云南亚热带常绿阔叶林土壤微生物量对大气氮沉降的响应

以玉溪市城区生态植物园中结构和功能保护较好的次生常绿阔叶林为研究地点,分别设置0、1、5、10、15和30 g/(m^(2)·a)共6个氮浓度试验处理,采用林冠下喷雾的方式处理2年,采集0~10 cm表层土壤测定土壤全碳和全氮含量、活性有机碳含量及其转化率、微生物量碳和氮含量。研究结果表明:中高浓度大气氮沉降明显增加了土壤全碳和全氮含量,降低了活性有机碳含量及其转化率,减少了微生物量碳和氮含量,说明中高浓度大气氮沉降能够影响亚热带常绿阔叶林土壤碳循环和氮循环进程,增加土壤碳库和氮库,改变土壤碳组分,延缓土壤碳转化过程,减少土壤微生物总量。数据相关分析结果表明:土壤全碳含量与大气氮沉降浓度呈多项式关系,即土壤全碳含量随大气氮沉降浓度升高而增加,在10 g/(m^(2)·a)N水平达到最大值[(31.05±1.94)g/kg],之后随着大气氮沉降浓度的继续升高而降低;土壤全氮含量与大气氮沉降浓度呈线性正相关关系,即土壤全氮含量随着大气氮沉降浓度持续升高而不断增加;土壤活性有机碳含量及其转化率、微生物量碳和氮含量与大气氮沉降浓度呈线性负相关关系,即随着大气氮沉降浓度持续升高而不断降低。

大气氮沉降对云南亚热带森林地表草本层植物生长的影响

[目的]研究不同浓度大气氮沉降条件下云南亚热带常绿阔叶林生态系统地表草本层植被的生长情况,探讨大气氮沉降对森林生态系统植被组成和结构功能的影响。[方法]以云南亚热带常绿阔叶林生态系统为研究对象,设置0、1、5、10、15和30 g/(m^(2)·a)共6个施氮梯度,采用每30 d 1次林冠下人工喷施的方式对野外样地连续进行2年施氮处理,观察2年后试验样地内地表草本层植被的多样性、丰富度、株高和生物量等生长特征。[结果]随着施氮浓度的增大,植物丰富度、株高和生物量也逐渐增大,在年均30 g/(m^(2)·a)浓度梯度样地中,上述各项数据均达到最大值;而植物多样性则在5 g/(m^(2)·a)浓度梯度样地中达到最大值,为(13±3)种/m^(2)。植物地上部生物量占其总生物量比重较大,为(0.69±0.06)~(0.77±0.09),且呈随着施氮浓度的增大而逐渐降低趋势;植物地下部生物量占其总生物量比重相对较小,为(0.23±0.03)~(0.32±0.04),且呈随着施氮浓度增大而逐渐增加的趋势。[结论]证明了大量大气氮沉降对森林生态系统植物物种多样性的消极影响,明确了不同浓度大气氮沉降对地表草本层植物地上部和地下部之间生物量分配规律的影响,为受大气氮沉降干扰严重的森林生态系统的科学管理及合理开发利用提供理论依据和实际参考。

氮沉降对森林生态系统的影响研究

土壤一植物一大气连续体(SPAC)的大气和土壤氮沉降量的不断增加,改变着区域和全球环境,导致现有森林生态系统的生物与环境间的物质循环、能量转换和信息传递受到严重影响。本文主要综述了氮沉降对森林植物化学元素、植物生长、植被多样性、森林土壤动物生物量和多样性、森林微生物的影响,森林生态系统中造成氮沉降原因及解决措施,并对今后的生态系统研究工作提出展望。为氮沉降相关问题的研究提供参考。

氮沉降对森林生态系统影响的研究进展

随着人类对能源和食物需求不断增长,全球范围内大气氮沉降速率急剧上升,主要是由于化石燃料和化学肥料的大量消耗。我国已成为大气氮沉降的热点地区,氮沉降量持续积累,严重威胁到生态系统的稳定。通过综合实验和观测数据,对我国森林对氮沉降增加的响应进行综述,重点关注了土壤生态化学计量、酸化、土壤微生物、土壤呼吸、植物养分化学计量学、物种组成和森林生长等方面。鉴于我国氮沉降的发展趋势,深入研究氮沉降对森林生态系统的影响对我国森林管理具有重要意义。通过分析国内外氮沉降研究的进展和发展趋势,讨论了我国在该领域存在的问题和不足,呼吁建立更全面的全国性长期监测研究平台,进行区域和全球范围的联合研究。