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荒漠-绿洲过渡带不同土地利用类型下土壤有机碳矿化特征及其对氮添加的响应

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生态学杂志 2024年

作者：宋佼阳赵广兴丛孟菲张志浩曾凡江中国科学院新疆生态与地理研究所新疆荒漠植物根系生态与植被修复重点实验室荒漠与绿洲生态国家重点实验室干旱区生态安全与可持续发展重点实验室中国科学院新疆生态与地理研究所新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站中国科学院大学新疆大学

为探明极端干旱区荒漠-绿洲过渡带不同土地利用类型土壤有机碳（SOC）矿化潜力及其对氮（N）添加的响应，选取塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带灌木林和农田两种土地利用类型，以邻近未垦荒漠地为对照，并以NH4Cl为外加N源，采用室内... 详细信息

为探明极端干旱区荒漠-绿洲过渡带不同土地利用类型土壤有机碳（SOC）矿化潜力及其对氮（N）添加的响应，选取塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带灌木林和农田两种土地利用类型，以邻近未垦荒漠地为对照，并以NH4Cl为外加N源，采用室内培养法测定SOC矿化速率和累积矿化量，并结合微生物群落组成和碳氮循环相关酶活性，探究了SOC矿化的调控因素。结果表明：土地利用类型对SOC累积矿化量具有显著影响，农田和灌木林SOC累积矿化量显著高于未垦荒漠地（P<0.05）。SOC矿化速率在第1天或第3天达到峰值，后随培养时间的延长逐渐降低。相关性分析显示，SOC累积矿化量与土壤可溶性有机氮、铵态氮和硝态氮呈显著负相关，而与pH呈显著正相关（P<0.05）。冗余分析表明，土壤碳氮循环相关酶活性和微生物群落组成对不同土地利用类型SOC矿化的总解释率达95.02%，其中真菌与细菌比、革兰氏阳性菌和放线菌丰度对SOC矿化的影响最大。N添加推迟了灌木林和未垦荒漠地土壤最大矿化速率的出现时间，但对土壤微生物群落组成和SOC累积矿化量无显著影响。研究表明，荒漠地开垦为灌木林和农田后能增加SOC的矿化，养分有效性在该过程中发挥着重要作用。

关键词：土壤有机碳矿化土地利用类型氮添加酶活性微生物群落组成

施用生物质炭6年后对玉米生长前期养分吸收和光合生理特征的影响

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玉米科学 2023年第1期31卷 62-69页

作者：丛孟菲胡洋唐光木徐万里孙霞贾宏涛新疆农业大学草业与环境科学学院乌鲁木齐830052 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所乌鲁木齐830092 新疆土壤与植物生态过程重点实验室乌鲁木齐830052

2014年在新疆石河子121团炮台土壤改良试验站设置田间原位试验,设置5个处理,分别为不施生物质炭处理(CK)、一次施用生物质炭15.75 t/hm^(2)(C1)、31.50 t/hm^(2)(C2)、63.00 t/hm^(2)(C3)和126.00 t/hm^(2)(C4),研究施用不同量生物质炭... 详细信息

2014年在新疆石河子121团炮台土壤改良试验站设置田间原位试验,设置5个处理,分别为不施生物质炭处理(CK)、一次施用生物质炭15.75 t/hm^(2)(C1)、31.50 t/hm^(2)(C2)、63.00 t/hm^(2)(C3)和126.00 t/hm^(2)(C4),研究施用不同量生物质炭6年后(2020)对玉米前期生长、养分吸收及光合生理特征的影响。结果表明,玉米在苗期和拔节期的株高、茎粗、各器官生物量、叶面积指数、总根长和总根表面积均随着生物质炭施用量的增加而增加,其中C4处理的增幅最高。在苗期和拔节期各器官养分含量和吸收量也随着生物质炭施用量的增加而显著增加,C4处理增幅最高,根系、茎秆、叶片的养分积累量较CK增加了98.21%~279.08%,且养分主要在叶片中积累。施用生物质炭对苗期玉米的光合生理特征无显著影响,但显著促进了拔节期的净光合速率,气孔导度、蒸腾速率和胞间CO_(2)浓度,C4处理增幅最高,净光合速率较CK显著增加了111.01%,气孔导度显著增加了123.23%,蒸腾速率显著增加了108.67%,胞间CO_(2)浓度显著增加了18.88%。光能利用率和水分利用率随着生物质炭施用量的增加呈现先增加后降低的趋势。高添加量生物质炭(126.00 t/hm^(2))相比于中低添加量(15.75~63.00 t/hm^(2))对玉米生长更具长效促进作用。

关键词：玉米生物质炭风沙土养分吸收光合生理特征

施加生物质炭对风沙土土壤线虫群落结构的影响

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农业资源与环境学报 2024年第1期41卷 138-146页

作者：贾远彬陈康怡丛孟菲胡洋唐光木徐万里朱新萍贾宏涛新疆农业大学资源与环境学院乌鲁木齐830052 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所乌鲁木齐830091 北京农学院生物与资源环境学院/农业农村部华北都市农业重点实验室北京102206 新疆土壤与植物生态过程重点实验室乌鲁木齐830052

生物质炭科学施加量以及施加时间是改良和维持土壤健康的研究热点。本研究设计两组玉米盆栽试验(A组和C组),其中A组为一次性施加生物质炭7年处理,C组为一次性施加生物质炭1年处理,各组施加量分别为0、15.75、31.50、63.00 t·hm^(-2)和1... 详细信息

生物质炭科学施加量以及施加时间是改良和维持土壤健康的研究热点。本研究设计两组玉米盆栽试验(A组和C组),其中A组为一次性施加生物质炭7年处理,C组为一次性施加生物质炭1年处理,各组施加量分别为0、15.75、31.50、63.00 t·hm^(-2)和126.00 t·hm^(-2),探究不同生物质炭施加量以及施加时间对风沙土土壤线虫群落结构特征的影响。结果表明:施加生物质炭1年后可增加土壤pH以及养分含量,生物质炭随老化时间的延长对土壤养分的提升效应会降低,土壤养分与土壤线虫群落结构有密切的相关性。土壤线虫以拟丽突属为优势属,食细菌类和捕食/杂食类为主要营养类群,土壤有机质的分解以细菌分解为主。施加生物质炭1年后,施加量的增加改变了土壤线虫群落结构、营养类群分布和丰度,生物质炭施加量的增加会显著抑制土壤线虫数量,但施加生物质炭7年后土壤线虫数量会恢复。随施加年限的增加,生物质炭会导致土壤食细菌类线虫丰度降低,捕食/杂食类线虫丰度增加,植物寄生类线虫丰度增加,但对线虫多样性指数(H)和丰富度指数(SR)影响不大。一次性施加126.00 t·hm^(-2)生物质炭7年后显著降低了土壤线虫数量,而施加生物质炭15.75 t·hm^(-2)对土壤线虫数量和群落结构的维持具有积极作用。

关键词：生物质炭土壤线虫风沙土生态指数

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长期围封对高寒草地土壤团聚体稳定性和可蚀性的影响

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干旱区研究 2022年第6期39卷 1842-1851页

作者：愚广灵李凯辉周建勤李可依丛孟菲胡洋王旭阳贾宏涛新疆农业大学资源与环境学院新疆乌鲁木齐830052 中国科学院巴音布鲁克草原生态系统研究站新疆巴音布鲁克841314 新疆土壤与植物生态过程重点实验室新疆乌鲁木齐830052

为评价长期围封对土壤团聚体稳定性和可蚀性的影响,选择巴音布鲁克高寒草地(高寒草甸、高寒草甸草原和高寒草原)长期围封(围栏设置于1984年)与自由放牧的样地作为研究对象。分析0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm和20~30 cm土层中水稳性团聚体... 详细信息

为评价长期围封对土壤团聚体稳定性和可蚀性的影响,选择巴音布鲁克高寒草地(高寒草甸、高寒草甸草原和高寒草原)长期围封(围栏设置于1984年)与自由放牧的样地作为研究对象。分析0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm和20~30 cm土层中水稳性团聚体组分、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和土壤可蚀性(K值)。结果表明:(1)MWD最小值出现在高寒草甸0~5 cm土层自由放牧处理下,其数值为1.75 mm。高寒草甸和高寒草甸草原围封和自由放牧下20~30 cm土层的MWD和GMD没有显著性差异(P>0.05),而高寒草原差异显著(P2mm大团聚体为主,长期围封导致0~10 cm土层土壤团聚体稳定性更强;且草地类型、围封和土层均对土壤团聚体稳定性和可蚀性有着显著的影响,说明长期围封可以提高土壤团聚体的水稳定性和抗侵蚀能力。

关键词：长期围封高寒草地土壤团聚体稳定性土壤可蚀性巴音布鲁克

不同干扰方式对塔克拉玛干沙漠南缘荒漠植物的防风固沙效果的影响

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生态学杂志 2024年

作者：杜艺张玉林赵广兴丛孟菲董新平高艳菊张志浩 Islam Waqar 曾凡江中国科学院新疆生态与地理研究所新疆荒漠植物根系生态与植被修复重点实验室中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室干旱区生态安全与可持续发展重点实验室新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站中国科学院大学新疆大学生态与环境学院

在荒漠和绿洲过渡带，防风固沙是解决荒漠化和沙漠化问题的重要手段之一。骆驼刺（Alhagi sparsifolia）是沙漠地区常见的一种荒漠深根植物，对防风固沙起到重要作用。当地居民不合理的利用方式导致骆驼刺植被遭受大面积的破坏。本试验... 详细信息

在荒漠和绿洲过渡带，防风固沙是解决荒漠化和沙漠化问题的重要手段之一。骆驼刺（Alhagi sparsifolia）是沙漠地区常见的一种荒漠深根植物，对防风固沙起到重要作用。当地居民不合理的利用方式导致骆驼刺植被遭受大面积的破坏。本试验以骆驼刺为研究对象，设置自然对照（control group， CK）、春季砍伐（cutting in spring， CS）、春季火烧（burning in spring， BS）、秋季砍伐（cutting in fall， CF）和洪水灌溉（flood water irrigation， FI）5个处理，研究不同干扰方式对骆驼刺生长特征及土壤风蚀的影响。结果表明，在经历13年后（2010—2023年），自然对照（CK）的株高和冠幅显著高于其他干扰方式，洪水灌溉后的多样性指数、均匀度指数和物种丰富度显著高于其他干扰方式。在不同干扰方式下，土壤的pH、电导率、全氮、全磷、全钾和速效磷差异不显著。洪水灌溉（FI）后的土壤速效氮显著低于自然对照（CK），而土壤有机碳和速效钾显著低于春季砍伐（CS）。春季火烧（BS）后的土壤风蚀高度显著低于其他干扰方式。土壤风蚀高度与植株的株高和冠幅呈显著正相关。研究结果为更好地保护和合理利用骆驼刺及其他荒漠植被资源提供科学依据。

关键词：荒漠植物物种多样性采伐方式形态特征

氮添加对巴音布鲁克高寒湿地土壤微生物量和酶活性的影响

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生态学报 2022年第13期42卷 5328-5339页

作者：胡洋丛孟菲陈末买迪努尔·阿不来孜愚广灵申志博杨再磊朱新萍贾宏涛新疆农业大学资源与环境学院乌鲁木齐830052 新疆农业大学草业学院乌鲁木齐830052 新疆土壤与植物生态过程重点实验室乌鲁木齐830052

随着全球氮沉降速率的快速增加,已对陆地生态系统微生物群落活性和代谢产生了深刻的影响。因此迫切需要了解全球气候变化敏感区土壤中微生物量和酶活性对氮添加的响应。为此,以中亚干旱区巴音布鲁克高寒湿地为研究对象,在保护良好的高... 详细信息

随着全球氮沉降速率的快速增加,已对陆地生态系统微生物群落活性和代谢产生了深刻的影响。因此迫切需要了解全球气候变化敏感区土壤中微生物量和酶活性对氮添加的响应。为此,以中亚干旱区巴音布鲁克高寒湿地为研究对象,在保护良好的高寒湿地选择沼泽(S)、沼泽草甸(SM)和草甸(M)3种湿地类型布设野外原位氮添加试验(施氮浓度分别为0、8、16 kg N hm^(-2) a^(-1)),探究短期氮添加对土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量碳/氮(MBC/MBN)、微生物商(QMB)、土壤蛋白酶、脲酶、碱性磷酸酶、H_(2)O_(2)酶和蔗糖酶活性的影响。结果表明:(1)高寒湿地不同湿地类型土壤微生物量和酶活性存在显著差异,其中SM土壤MBC、MBN、MBC\N、QMB较S和M区高,对酶活性而言,SM和M区土壤蛋白酶和碱性磷酸酶活性较高,M区H_(2)O_(2)酶和脲酶活性较高。(2)氮添加显著增加了3种湿地类型中土壤MBC和MBN,其中MBC增加了7.00%—119.00%,MBN增加了8.03%—38.26%。氮添加仅显著增加了S和SM区土壤MBC/N和QMB(增加了24.68%—113.10%),但抑制了M区土壤MBC/N和QMB(抑制了8.93%—10.36%)。(3)氮添加显著增加了3种湿地类型土壤中脲酶、蛋白酶和H_(2)O_(2)酶活性,分别增加了7.25%—59.63%、4.71%—58.55%和34.70%—157.27%。但是氮添加对土壤碱性磷酸酶活性无显著影响。对蔗糖酶而言,N1处理增加了S区土壤蔗糖酶活性(增加了58.58%),而N2处理显著降低了22.72%。氮添加对SM和M区蔗糖酶活性无显著影响。(4)结构方程模型的结果显示,氮添加直接增加了土壤微生物量和酶活性。而随着湿地类型的变化(S⁃SM⁃M)直接和间接(通过pH)增加了酶活性;湿地类型的变化还通过影响pH、有机碳和有效养分间接增加了土壤微生物量。总之,氮添加和湿地类型可直接或间接的影响着土壤微生物量和酶活性。其中,土壤pH和有机碳是微生物量和酶活性变化的主要影响因素。本研究可为中亚干旱区高寒湿地应对未来气候变化的措施的制定提供技术参考。

关键词：氮添加高寒湿地微生物量酶活性

化肥减施对滴灌冬小麦灌浆期光合生理特性的影响

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中国土壤与肥料 2022年第5期 43-50页

作者：丛孟菲赖宁胡洋吴江红马雯琪孙霞陈署晃贾宏涛新疆农业大学草业与环境科学学院新疆乌鲁木齐830052 新疆土壤与植物生态过程重点实验室新疆乌鲁木齐830052 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所新疆乌鲁木齐830091

以“新冬22号”为试验材料,开展了化肥减施对滴灌冬小麦灌浆期光合生理特征变化的影响研究。田间试验在新疆农业科学院奇台麦类试验站开展,分别设置CF(常规施肥)、N4P2、N3P2、N3P1、N2P1、N1P1、N0P1(不施N)、N3P0(不施P_(2)O_(5))、N0... 详细信息

以“新冬22号”为试验材料,开展了化肥减施对滴灌冬小麦灌浆期光合生理特征变化的影响研究。田间试验在新疆农业科学院奇台麦类试验站开展,分别设置CF(常规施肥)、N4P2、N3P2、N3P1、N2P1、N1P1、N0P1(不施N)、N3P0(不施P_(2)O_(5))、N0P0(不施肥)9个施肥处理。研究冬小麦在灌浆期的株高、旗叶SPAD值、旗叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO_(2)浓度(Ci)、光能利用效率(Eu)、瞬时水分利用效率(WUE)以及成熟期产量的差异。结果表明:(1)冬小麦的株高、旗叶SPAD值随着氮、磷施用量的减少呈现先平缓后显著降低的趋势;其中CF、N4P2、N3P2、N3P1处理间无显著差异。而产量随着氮、磷施用量的减少呈现先增加后平缓的趋势,继续减施则产量降低,当施N、P_(2)O_(5)量分别减少为240和120 kg/hm^(2)时产量最高。(2)冬小麦旗叶的Pn、Gs、Tr、Ci、Eu、WUE随着氮、磷施用量的减少呈现先平缓后显著降低的趋势。(3)当施N、P_(2)O_(5)量减少为240和120 kg/hm^(2)时,灌浆期株高、SPAD值、产量、光合生理指标仍无显著降低,且施N较施P_(2)O_(5)处理对冬小麦的影响更大。综上,合理的氮、磷施用量可提高灌浆期冬小麦旗叶的叶绿素含量,并通过光合作用促进冬小麦生长和产量增加,但过量的氮、磷施用量并未促进冬小麦的生长和产量增加;施N量为240 kg/hm^(2)、施P_(2)O_(5)量为120 kg/hm^(2)能够保证小麦的正常生长,并且维持高产。

关键词：化肥减施冬小麦光合生理特征

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化肥减施对冬小麦土壤呼吸的影响

中国土壤与肥料 2022年第2期 1-8页

作者：胡洋丛孟菲马雯琪李典鹏愚广灵孙霞陈署晃贾宏涛新疆农业大学草业与环境科学学院新疆乌鲁木齐830052 新疆土壤与植物生态过程重点实验室新疆乌鲁木齐830052 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所新疆乌鲁木齐830091

为探明化肥减施对冬小麦土壤呼吸特征的影响,在新疆农业科学院奇台麦类试验站进行田间试验,以当地常规施肥量(N_(5)P_(3))为对照,设置化肥不同减施量处理(N_(4)P_(2)、N_(3)P_(2)、N_(3)P_(1)、N_(2)P_(1)、N_(1)P_(1)、N_(0)P_(1)、N_(... 详细信息

为探明化肥减施对冬小麦土壤呼吸特征的影响,在新疆农业科学院奇台麦类试验站进行田间试验,以当地常规施肥量(N_(5)P_(3))为对照,设置化肥不同减施量处理(N_(4)P_(2)、N_(3)P_(2)、N_(3)P_(1)、N_(2)P_(1)、N_(1)P_(1)、N_(0)P_(1)、N_(3)P_(0)、N_(0)P_(0)),采用土壤碳通量测量系统LI-8100测定和分析氮、磷减施下冬小麦在灌浆期与成熟期的农田土壤呼吸及影响因子。结果表明,各处理冬小麦在灌浆期与成熟期的土壤呼吸速率变化范围为1.11~3.22μmol/(m^(2)·s),随着氮、磷施用量的减少呈先增加后减少的趋势,与N_(5)P_(3)处理相比,灌浆期N_(2)P_(1)处理与成熟期N_(4)P_(2)、N_(3)P_(2)、N_(3)P_(1)、N_(2)P_(1)、N_(1)P_(1)、N_(3)P_(0)处理均显著促进了土壤呼吸(P<0.05),且在N_(2)P_(1)处理时达到最大,灌浆期与成熟期分别为2.77和3.22μmol/(m^(2)·s)。氮、磷配施(N_(4)P_(2)~N_(1)P_(1))的土壤呼吸速率显著大于不施肥(N_(0)P_(0))、单施氮(N_(3)P_(0))、单施磷(N_(0)P_(1))处理(P<0.05),且单施氮(N_(3)P_(0))处理的土壤呼吸速率显著大于单施磷(N_(0)P_(1))处理(P<0.05)。土壤呼吸速率与10 cm土壤温度存在显著指数相关(P<0.001),与土壤含水量、pH、电导率、有机质、碱解氮、有效磷无显著性相关,各处理土壤温度可解释土壤呼吸变异量的53.38%~90.16%。各处理土壤呼吸的温度敏感系数(Q_(10))为1.51~2.58,少量减施氮、磷处理(N_(4)P_(2)、N_(3)P_(2))以及过量减施氮、磷(N_(1)P_(1))和单施氮(N_(3)P_(0))、单施磷(N_(0)P_(1))处理对土壤呼吸Q_(10)无明显影响,在一定范围内减施氮、磷(N_(3)P_(1)、N_(2)P_(1))则会抑制土壤呼吸Q_(10),较N_(5)P_(3)处理降低了30.77%~35.47%。综上,在一定范围内减施氮、磷会增加冬小麦在灌浆期与成熟期的土壤呼吸速率,促进土壤碳排放,过量减施则会降低土壤碳排放,且氮、磷配施对土壤呼吸的影响大于单施氮、磷处理;在一定范围内减施氮、磷会降低土壤呼吸的Q_(10),而少量或过量减施氮、磷对Q_(10)无明显影响。

关键词：化肥减施冬小麦土壤呼吸温度敏感系数Q_(10)

氮添加对巴音布鲁克高寒湿地土壤无机磷形态的影响

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水土保持学报 2022年第3期36卷 252-258页

作者：胡洋丛孟菲陈末侯天钰愚广灵买迪努尔·阿不来孜朱新萍贾宏涛新疆农业大学资源与环境学院乌鲁木齐830052 新疆农业大学草业学院乌鲁木齐830052 新疆土壤与植物生态过程重点实验室乌鲁木齐830052

为探究在全球气候变化敏感区的干旱区高寒湿地上,氮添加对土壤无机磷形态的影响。在保护良好的巴音布鲁克高寒湿地沼泽(S)、沼泽草甸(SM)和草甸(M)布设野外原位试验,依据巴音布鲁克草原氮沉降量,设置0(CK),8(N1),16(N2)kg·N/(hm^(2)·a... 详细信息

为探究在全球气候变化敏感区的干旱区高寒湿地上,氮添加对土壤无机磷形态的影响。在保护良好的巴音布鲁克高寒湿地沼泽(S)、沼泽草甸(SM)和草甸(M)布设野外原位试验,依据巴音布鲁克草原氮沉降量,设置0(CK),8(N1),16(N2)kg·N/(hm^(2)·a)的施氮量,研究短期氮添加对高寒湿地土壤无机磷形态的影响。结果表明:(1)高寒湿地土壤全磷含量平均为1.09 g/kg,总无机磷平均为492.71 mg/kg,而总无机磷平均占全磷的45.67%。(2)3种湿地类型土壤无机磷主要以Ca—P形态存在,在Ca—P中以Ca_(10)—P为主,占无机磷含量的50.27%~64.69%。S区土壤Al—P、Fe—P含量显著高于SM和M区,SM区Ca_(2)—P、Ca_(8)—P、O—P含量显著高于S和M区,M区土壤Ca_(10)—P含量显著高于S和SM区。(3)氮添加显著影响高寒湿地土壤各形态无机磷的含量,氮添加下,S和SM区土壤Al—P含量较CK显著增加了9.92%~17.35%,而Ca_(8)—P含量显著降低3.18%~9.36%。S和M区土壤Fe—P含量显著降低了3.18%~9.36%,S区土壤Ca_(2)—P含量显著降低了10.31%。氮添加下3种湿地类型土壤O—P含量均显著增加,较CK显著增加21.83%~25.94%。(4)土壤pH、有机碳、碱解氮和速效钾均是影响无机磷形态的重要因子。不同湿地类型土壤无机磷形态含量存在显著差异,氮添加显著改变了土壤各无机磷形态含量,主要是通过增加土壤中难利用无机磷(O—P)含量,使高寒湿地土壤的供磷潜力降低。研究结果有助于预测未来氮沉降持续增加背景下全球高寒湿地土壤无机磷形态的变化趋势。

关键词：氮添加高寒湿地无机磷形态

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