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增加氮素放大了水分对物种组成变化和生产力提高的影响

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Journal of Plant Ecology 2021年第5期14卷 816-828页

作者： Xiaolin Zhang Muqier Hasi Ang Li Yulian Tan Stefani Daryanto Lixin Wang Xueyao Zhang Shiping Chen Jianhui Huang State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change Institute of Botanythe Chinese Academy of SciencesBeijing 100093China College of Grassland Science Shanxi Agricultural UniversityTdigu 030801China College of Resources and Environment University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Departmcnt of Earth Sciences Indiana University Purdue University IndianapolisIndianapolisIN 46202USA

水分和氮素是旱地生态系统中的重要资源,二者对群落结构和生态系统功能的影响存在着复杂的交互作用。未来降水(降雨与降雪)变化将如何影响地上净初级生产力(ANPP)尚未研究清楚,尤其是当降水变化与氮沉降引起的氮有效性增加相互结合时。... 详细信息

水分和氮素是旱地生态系统中的重要资源,二者对群落结构和生态系统功能的影响存在着复杂的交互作用。未来降水(降雨与降雪)变化将如何影响地上净初级生产力(ANPP)尚未研究清楚,尤其是当降水变化与氮沉降引起的氮有效性增加相互结合时。在本研究中,我们探讨了半干旱温带典型草原对增加降水(降雨与降雪)和氮素的响应,包括群落生产力、两种主要植物功能群、多年生根茎禾草(PR)和多年生丛生禾草(PB)的多度和地上生物量的变化。研究结果发现,夏季增雨略微增加了群落的ANPP,显著增加了PR的多度和地上生物量,而对PB的多度和地上生物量没有影响。夏季增雨提高了PR生物量在ANPP中的占比,降低了PB生物量的占比。春季增雪对上述两个植物功能群地上生物量均无显著影响,尽管它对群落ANPP有一定的提高。在夏季增雨条件下,氮素添加显著增加了群落ANPP,主要是由于增加了PR的生物量,说明氮和水分添加对群落ANPP存在较强的交互作用,并在很大程度上通过提高PR生物量来实现。我们发现随着降水量的增加,施氮对生产力的正效应呈非线性增加。上述结果表明,在未来大气氮沉降增加的情景下,降水增加对草地生产力的影响将得到进一步放大。

关键词：地上净初级生产力群落结构温带草原氮素添加雨雪添加

新疆温性荒漠土壤有机碳和无机碳含量垂直分布的影响因素

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新疆农业大学学报 2022年第1期45卷 71-78页

作者：杨亚澜刘耘华陈静程军回盛建东新疆农业大学资源与环境学院新疆土壤与植物生态过程重点实验室乌鲁木齐830052

在典型的干旱区新疆温性荒漠选取了121个样地,通过分析0~100 cm内不同土层深度的土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)含量与气候、海拔、地上净初级生产力和根系生物量的相关性来研究SOC和SIC含量的垂直分布的影响因素。结果表明,在0~5 cm、5~... 详细信息

在典型的干旱区新疆温性荒漠选取了121个样地,通过分析0~100 cm内不同土层深度的土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)含量与气候、海拔、地上净初级生产力和根系生物量的相关性来研究SOC和SIC含量的垂直分布的影响因素。结果表明,在0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~50 cm、50~70 cm和70~100 cm,SOC含量与年均降水量、海拔、地上净初级生产力和根系生物量均呈显著正相关,与年均温度无显著关系,与pH值呈显著负相关,与土石比无关,但在10~20 cm、20~30 cm、30~50 cm、50~70 cm和70~100 cm与容重呈极显著负相关。在0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~50 cm、50~70 cm和70~100 cm,SIC含量与年均温度和海拔之间呈显著正相关,与年均降水量无关。0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~50 cm、50~70 cm和70~100 cm,SIC含量与土壤容重呈现显著的负相关,与pH值无显著关系,但在0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm、30~50 cm和70~100 cm与土石比呈显著正相关。在5~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~50 cm、50~70 cm和70~100 cm,SOC和SIC含量呈显著正相关。

关键词：温性荒漠土壤有机碳土壤无机碳气候地上净初级生产力根系生物量土壤容重土石比

凋落物输入变化和氮添加对半干旱草原群落生产力及功能群组成的影响

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植物生态学报 2020年第8期44卷 791-806页

作者：嘎玛达尔基杨泽谭星儒王珊珊李伟晶游翠海王彦兵张兵伟任婷婷陈世苹中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093 中国科学院大学北京100049 中山大学有害生物控制与资源利用国家重点实验室中山大学生命科学学院广州510275

不同的草原利用方式(围封、放牧和割草等)随着大气氮沉降的不断加剧,改变了凋落物输入量。凋落物作为连接地上-地下碳循环过程的关键环节,对草原生态系统生产力和碳循环过程影响显著。氮是草原生产力的主要限制因子,凋落物输入量的变化... 详细信息

不同的草原利用方式(围封、放牧和割草等)随着大气氮沉降的不断加剧,改变了凋落物输入量。凋落物作为连接地上-地下碳循环过程的关键环节,对草原生态系统生产力和碳循环过程影响显著。氮是草原生产力的主要限制因子,凋落物输入量的变化对草原生态系统结构和功能的影响仍缺乏长期实验证据支持。该研究在内蒙古半干旱典型草原建立一个凋落物输入变化和氮添加控制实验平台,通过连续6年对群落生产力和功能群组成的监测,研究了凋落物添加与去除和氮添加对半干旱草原群落生产力和功能群组成的影响。研究发现:1)凋落物输入量增加和氮添加均显著提高了群落生产力,在对照和氮添加处理下,凋落物去除处理导致生产力分别降低了8.4%和7.6%,而凋落物添加处理使生产力分别提高了10.7%和6.3%;2)不同植物功能群对凋落物输入变化和氮添加的响应存在差异,导致群落功能群结构发生变化。随着凋落物输入量增加和氮添加,群落优势功能群多年生禾草(包括多年生丛生禾草和多年生根茎禾草)的生物量显著提高,对群落生产力的贡献增加,在群落中的优势地位增强;而另一优势功能群多年生杂类草生物量对凋落物和氮添加处理均无显著响应,进而导致在氮添加处理下其对群落生物量的贡献比例显著降低;3)凋落物输入主要改善土壤水分状况,而氮添加则主要通过提高土壤养分含量,促进群落生产力,并通过影响主要功能群生物量,导致群落结构发生变化。以上结果表明,适当的草原管理方式如围封禁牧和降低放牧强度等都能通过增加凋落物的输入来提高草原生产力,维持生态系统稳定性。而适量的氮等养分添加管理也有助于提高草原生产力,促进其恢复。

关键词：地上净初级生产力植物功能群凋落物输入变化氮添加半干旱草原

长期氮添加对典型草原植物多样性与初级生产力的影响及途径

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植物生态学报 2020年第1期44卷 22-32页

作者：王玉冰孙毅寒丁威张恩涛李文怀迟永刚郑淑霞中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093 中国科学院大学北京100049 江西师范大学生命科学学院南昌330022 浙江师范大学地理与环境科学学院浙江金华321004

氮(N)沉降对陆地生态系统的结构和功能已产生了重要的影响,N也是中国北方草原植物生长和初级生产力的主要限制性元素。物种多样性和功能多样性是揭示生物多样性对生态系统功能维持机制的关键指标,然而,关于长期N添加下草原物种多样性与... 详细信息

氮(N)沉降对陆地生态系统的结构和功能已产生了重要的影响,N也是中国北方草原植物生长和初级生产力的主要限制性元素。物种多样性和功能多样性是揭示生物多样性对生态系统功能维持机制的关键指标,然而,关于长期N添加下草原物种多样性与功能多样性的关系,及其对初级生产力的影响途径及机制,尚不十分清楚。为此,该研究依托在内蒙古典型草原建立的长期N添加实验平台,实验处理包括1个完全对照(不添加任何肥料)和6个N添加水平(0、1.75、5.25、10.50、17.50和28.00 g·m^-2·a^-1),研究了长期N添加对典型草原物种多样性、功能多样性和初级生产力的影响大小及途径。结果表明:1)N添加显著降低了典型草原的物种丰富度和Shannon-Wiener指数,但对功能多样性(包括功能性状多样性指数和群落加权性状值)无显著的影响。2)结构方程模型分析表明,功能多样性主要受物种丰富度的影响,但是物种多样性减少并没有导致功能多样性降低,其原因主要是功能群组成发生了改变,即群落内多年生根茎禾草所占比例显著增加,以致群落加权性状值变化不大。3)N通过影响物种丰富度和功能群组成,间接影响群落加权性状值,进而影响群落净初级生产力。其中,群落加权性状值是最重要的影响因子,可解释48%的初级生产力变化,表明初级生产力主要是由群落内优势物种的生物量及功能性状所决定,因此该研究的结果很好地支持了质量比假说。

关键词：植物功能性状物种多样性功能多样性群落加权性状功能群组成生物多样性地上净初级生产力

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青藏高原高寒草甸生态系统的恢复能力

生态学杂志 2008年第5期27卷 697-704页

作者：周华坤赵新全赵亮李英年汪诗平徐世晓周立中国科学院西北高原生物研究所西宁810001

近年来,青藏高原高寒草甸生态系统呈现退化的趋势。本文利用中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站多年观测的长时间序列数据,采用定量方法度量高寒草甸自然生态系统的恢复能力,评估该系统的持久性,并结合系统现状提出避免系统崩溃的对... 详细信息

近年来,青藏高原高寒草甸生态系统呈现退化的趋势。本文利用中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站多年观测的长时间序列数据,采用定量方法度量高寒草甸自然生态系统的恢复能力,评估该系统的持久性,并结合系统现状提出避免系统崩溃的对策。结果表明,高寒草甸净初级生产力的动态行为以对降水和气温的即时直接响应为主。无论是净初级生产力对自身的"记忆"程度,还是主要气候因子对初级生产力的"滞后"作用,均比较微弱,说明高寒草甸生态系统有较强的恢复能力,即有较强的持久能力。与世界其他地区草地生态系统恢复能力度量结果相比较,高寒草甸生态系统显示较强的恢复能力。科学地利用高寒草地资源,积极恢复治理退化草地,是维持脆弱的高寒草甸生态系统持久的关键。

关键词：恢复能力地上净初级生产力气温降水量高寒草甸生态系统青海海北

基于CENTURY模型的荒漠草原ANPP对气候变化响应的模拟

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生态学杂志 2014年第10期33卷 2849-2857页

作者：张存厚王明玖赵杏花孙小龙陈海军武荣盛内蒙古农业大学生态环境学院呼和浩特010019 内蒙古气象局生态与农业气象中心呼和浩特010051 中国农业科学院草原研究所呼和浩特010010

荒漠草原是内蒙古草原主要类型之一,生态系统脆弱,对气候变化响应敏感。利用四子王旗生态气象观测试验站50年的气候数据、近5年的土壤调查资料和7年草地样方资料对CENTURY模型适用性进行检验;分析了过去50年地上净初级生产力(ANPP)与26... 详细信息

荒漠草原是内蒙古草原主要类型之一,生态系统脆弱,对气候变化响应敏感。利用四子王旗生态气象观测试验站50年的气候数据、近5年的土壤调查资料和7年草地样方资料对CENTURY模型适用性进行检验;分析了过去50年地上净初级生产力(ANPP)与26个气象因子之间的相互关系;最后基于区域气候模式系统PRECIS输出的2021—2050年SRES B2、A2和A1B气候排放情景数据,分析未来50年研究区ANPP的可能变化趋势。结果表明:CENTURY模型能够成功模拟这类荒漠草原的季节动态和年际变化;生长季内逐月地上生物量模拟值与观测值之间具有较好的相关性(R2=0.66,P生产力进行准确动态评估的不足。

关键词：地上净初级生产力 CENTURY模型相关分析 PRECIS模式 SRES情景

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基于牧场生产力的内蒙古典型草原载畜率研究

干旱区资源与环境 2017年第1期31卷 76-81页

作者：杨婧褚鹏飞王明玖白永飞内蒙古农业大学生态环境学院呼和浩特010019 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093

基于长期放牧控制实验平台,研究了内蒙古典型草原群落在两种降水年型(平水年和丰水年)和两种地形系统(平地和坡地)条件下的初级生产力和次级生产力对不同载畜率(0、1.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0羊单位/hm^2)的响应。结果表明:随着载畜... 详细信息

基于长期放牧控制实验平台,研究了内蒙古典型草原群落在两种降水年型(平水年和丰水年)和两种地形系统(平地和坡地)条件下的初级生产力和次级生产力对不同载畜率(0、1.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0羊单位/hm^2)的响应。结果表明:随着载畜率的增加,地上现存生物量逐渐降低。两种降水年型不同地形条件下,载畜率为3.0和4.5羊单位/hm^2处理均获得较高的地上净初级生产力,平均比对照区增加了30.87%,而重度放牧(SR=7.5、9.0羊单位/hm^2)处理则降低了13.53%。羊公顷增重随载畜率的增加逐渐升高,载畜率为3.0和4.5羊单位/hm^2处理的平均只羊增重均高于其他处理。综合分析初级和次级生产力的变化趋势可知,本试验条件下内蒙古典型草原牧场的最适载畜率为3.0~4.5羊单位/hm^2。

关键词：载畜率地上净初级生产力羊增重典型草原

典型草原建群种羊草对氮磷添加的生理生态响应

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植物生态学报 2014年第2期38卷 103-115页

作者：白雪程军回郑淑霞詹书侠白永飞中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093 中国科学院大学生命科学学院北京100049

由于人类活动和气候变化的共同作用,大气氮(N)沉降日益加剧,使得陆地生态系统中的可利用性N显著增加,生态系统更易受其他元素如磷(P)的限制。然而,目前关于N、P养分添加对草原生态系统不同组织水平的影响研究较少,相关机制尚不清楚。该... 详细信息

由于人类活动和气候变化的共同作用,大气氮(N)沉降日益加剧,使得陆地生态系统中的可利用性N显著增加,生态系统更易受其他元素如磷(P)的限制。然而,目前关于N、P养分添加对草原生态系统不同组织水平的影响研究较少,相关机制尚不清楚。该文以内蒙古典型羊草(Leymus chinensis)草原为研究对象,通过连续两年(2011–2012年)的N和P养分添加实验,研究建群种羊草的生理生态性状、种群生物量和群落初级生产力对N、P添加的响应及其适应机制。结果表明:羊草草原不同组织水平对N、P添加的响应不同。群落水平上,地上净初级生产力在不同降水年份均受N和P元素的共同限制,N、P共同添加显著提高了地上净初级生产力;物种水平上,N、P添加对羊草种群生物量和密度,以及相对生物量均没有显著影响,表明羊草能够维持种群的相对稳定;个体水平上,在正常降水年份(2011年),羊草生长主要受N素限制,而在湿润年份(2012年),降水增加使得羊草生长没有受到明显的养分限制。羊草通过增加比叶面积、叶片大小和叶片N含量,提高整体光合能力,以促进个体生长。总之,内蒙古典型草原群落净初级生产力受N、P元素共同限制,作为建群种的羊草,其对N、P添加的响应因组织水平而异,也受年际间降水变化的影响。

关键词：地上净初级生产力羊草形态性状氮磷添加组织水平生理性状典型草原

半干旱区沙质草地生态系统碳循环关键过程对水肥添加的响应

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北京林业大学学报 2006年第4期28卷 45-50页

作者：于占源曾德慧姜凤岐范志平陈伏生赵琼中国科学院沈阳应用生态研究所大青沟沙地生态试验站

为探寻半干旱区草地生产力进一步恢复的主要限制因素,该文采用3因素2水平析因设计对草地进行水(0,80mm)、氮(0,20g(m2·a))、磷(P2O5)(0,10g(m2·a))添加实验,研究了2004年地上净初级生产力(ANPP)与土壤呼吸的响应.8种处理分别为添加水... 详细信息

为探寻半干旱区草地生产力进一步恢复的主要限制因素,该文采用3因素2水平析因设计对草地进行水(0,80mm)、氮(0,20g(m2·a))、磷(P2O5)(0,10g(m2·a))添加实验,研究了2004年地上净初级生产力(ANPP)与土壤呼吸的响应.8种处理分别为添加水(W)、加氮肥(N)、加磷肥(P)、加水+氮肥(WN)、加水+磷肥(WP)、加氮肥+磷肥(NP)、加水+氮肥+磷肥(WNP)和对照(CK),每种处理6次重复,随机分配在48个4m×4m的样方中.研究结果表明:施氮肥不仅增加了ANPP,而且推迟了植物生长高峰期;草地生产力明显受到氮素的制约,水分和磷素并不是该生态系统的主要限制性因子;土壤呼吸7月份最高;干旱期添加水与不添加水处理的CO2排放速率差异显著;添加水增加了土壤CO2的排放速率,但是施磷肥对土壤呼吸存在抑制效应.建议对半干旱区沙质草地的管理应以施氮肥为主,辅以磷肥,不宜灌溉.

关键词：科尔沁沙地析因分析生态系统过程碳循环地上净初级生产力土壤呼吸