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温带典型草原土壤总有机碳及溶解性有机碳对模拟氮沉降的响应

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环境科学 2014年第8期35卷 3073-3082页

作者：齐玉春彭琴董云社肖胜生孙良杰刘欣超何亚婷贾军强曹丛丛中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 江西省水土保持科学研究所南昌330029 中国科学院大学北京100049 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

2008年5月～2011年10月,以内蒙古温带典型草原为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置对照[0 g·(m2·a)-1]、低氮[5 g·(m2·a)-1]、中氮[10 g·(m2·a)-1]、高氮[20 g·(m2·a)-1]这4个净氮输入量处理,模拟研究了大气氮沉降水平变化对... 详细信息

2008年5月～2011年10月,以内蒙古温带典型草原为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置对照[0 g·(m2·a)-1]、低氮[5 g·(m2·a)-1]、中氮[10 g·(m2·a)-1]、高氮[20 g·(m2·a)-1]这4个净氮输入量处理,模拟研究了大气氮沉降水平变化对土壤总有机碳(TOC)以及溶解性有机碳(DOC)含量、年际变化及其垂直分布格局的影响,并分析了两者之间的关系.结果表明,除个别年份外,土壤TOC与DOC含量均随土壤深度增加而递减,4 a的连续施氮并未改变土壤TOC与DOC的垂直分布规律,但施氮降低了土壤TOC的垂直变异,增加了土壤DOC的垂直变异;施氮4 a对于草地表层0～20 cm土壤TOC与DOC含量的变化并未表现出显著影响(P>0.05).不同氮输入水平处理0～20 cm土层有机碳密度在3.9～5.6 kg·m-2之间变动,试验前两年不同氮处理0～20 cm土壤有机碳密度均低于对照或与对照接近,试验后两年,施氮对土壤总有机碳密度逐渐呈现出一定的促进作用,但与对照的差异仍不显著(P>0.05);不同处理0～20 cm土层DOC/TOC约为0.32%～1.09%,氮输入增加普遍降低了DOC在整个TOC中所占的比例;草地土壤TOC与DOC的变化呈显著正相关(P<0.01).不同处理草地土壤DOC随时间的变异均远大于TOC,与TOC相比,草地土壤DOC的变化更为迅速,是研究草地土壤碳库对氮沉降变化响应的重要敏感性指标.

关键词：温带典型草原氮沉降土壤总有机碳溶解性有机碳

氮、水添加对内蒙古温带典型草原植物功能性状的影响

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氮、水添加对内蒙古温带典型草原植物功能性状的影响

作者：王姗内蒙古大学

学位级别：硕士

自工业革命以来,全球氮沉降和降水格局发生重大变化,对陆地生态系统的结构和功能产生了重大影响。生态系统结构和功能的改变在很大程度上是植物功能性状的变化所引起的,因此开展植物功能性状的研究,可以为解析氮、水变化下生态系统结构... 详细信息

自工业革命以来,全球氮沉降和降水格局发生重大变化,对陆地生态系统的结构和功能产生了重大影响。生态系统结构和功能的改变在很大程度上是植物功能性状的变化所引起的,因此开展植物功能性状的研究,可以为解析氮、水变化下生态系统结构和功能的变化提供机制解释,因此成为近年来生态学研究的热点。然而大多数相关的研究者仅关注性状变化本身和生态系统属性之间的关联,而忽略了性状在种内和种间的变异对系统结构和功能的贡献。此外,全球变化是一个长期持续的过程,而现有的研究大部分是短期的研究,我们对长期氮、水变化怎样影响生态系统的结构和功能以及相关的机理还缺乏清晰的认识。本研究依托内蒙古温带典型草原一项长期氮、水添加实验,开展了2个生长季的植物性状测定,探究植物株高(Stature)、叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、茎叶比(SLR)、叶片全碳含量(LC)、叶片全氮含量(LN)、叶片全磷含量(LP)、叶片全碳全氮含量比(C/N)以及这些性状的变异对环境变化的响应,我们发现:(1)植物功能性状受到氮添加、水添加的影响显著,其中氮添加显著提高了LA、LDMC、LN,显著降低了SLA、SLR、C/N;水添加显著提高了Stature、LA、C/N,显著降低了SLA、LDMC、SLR、LN;氮水共同添加显著提高了Stature、LA、LN、LP,显著降低了SLA、LDMC、SLR、C/N。(2)氮添加对Stature、LA、LDMC、LN、C/N种内变异和Stature、LA、SLA、LDMC、SLR、LP种间变异有显著影响;水添加对LA、LDMC种内变异和Stature、SLR、LP、C/N种间变异影响显著;氮水共同添加对LA、SLR、LC、LP、C/N种内变异和LA、LDMC、SLR、LP种间变异有显著影响。(3)氮添加、水添加下LA、LDMC、LN、LP、C/N种内变异大于种间变异,氮水共同添加下LA、LN、LP、C/N种内变异大于种间变异。本研究发现氮、水添加通过改变土壤无机氮、土壤温湿度来影响植物功能性状种内、种间变异进而影响植物群落的变化。

关键词：氮、水添加植物功能性状种内变异种间变异温带典型草原

不同放牧强度对温带典型草原土壤微食物网的影响

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不同放牧强度对温带典型草原土壤微食物网的影响

作者：侯林秀内蒙古大学

学位级别：硕士

内蒙古温带典型草原是中国北方草原的主体,分布广、代表性强,对维持生态平衡、地区经济等具有重要价值。土壤微生物和线虫作为土壤物质循环和土壤保育的重要参与者,所构成的土壤微食物网对生态系统功能维持发挥重要作用。本研究分别利... 详细信息

内蒙古温带典型草原是中国北方草原的主体,分布广、代表性强,对维持生态平衡、地区经济等具有重要价值。土壤微生物和线虫作为土壤物质循环和土壤保育的重要参与者,所构成的土壤微食物网对生态系统功能维持发挥重要作用。本研究分别利用磷脂脂肪酸法和高通量测序法对土壤生物群落进行定性定量分析,探究不同放牧强度下土壤微生物和线虫的相互作用关系,并通过计算各类生态学指数、构建研究区微食物网结构等,从土壤微食物网角度探讨放牧影响土壤质量和生态系统健康状况的主要驱动因子,以期为实现高效合理的草地放牧管理和草地生态系统可持续性发展提供理论依据。主要研究结果如下:（1）放牧显著改变了温带典型草原土壤含水率、铵态氮、硝态氮的含量。基于土壤理化性质,通过因子分析对土壤质量进行综合评估,结果表明围封处理下的土壤质量高于放牧处理。不同样地处理下,土壤微生物量碳在1105.04～1209.85 mg/kg之间变化,与土壤有机碳含量呈极显著正相关;微生物量氮为62.99～87.63 mg/kg,与土壤全氮含量相关性显著。放牧强度的变化未显著改变土壤微生物量碳和微生物量氮,土壤微生物量磷则在轻度放牧处理下显著低于围封和重度放牧。（2）温带典型草原土壤微生物群落结构在不同放牧强度下未呈现显著差异性,但放牧对微生物数量、多样性指数影响显著。重度放牧样地中土壤微生物磷脂脂肪酸总量（13.29 nmol/g）显著低于其他样地,轻度放牧处理下磷脂脂肪酸总量最高,为31.29 nmol/g,但与围封和中度放牧处理差异不显著。重度放牧处理下革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的比值显著高于其他样地,饱和脂肪酸与单不饱和脂肪酸的比值则显著低于其他样地,重度放牧使得土壤微生物群落受到更大的环境胁迫。不同样地处理下真菌和细菌的比值为0.09～0.10,未呈现显著差异。（3）放牧改变了温带典型草原土壤线虫群落的类群数量、结构组成和生态指数,土壤总碳含量是影响线虫群落的重要环境因子。所有处理下线虫群落构成均以植物寄生线虫为主,食细菌线虫相对丰度在重度放牧处理下最高,而放牧使得食真菌线虫和杂食-捕食性线虫在土壤线虫中的占比减少。自由生活线虫成熟度指数随放牧强度的增大而降低。轻度放牧下线虫结构指数显著低于其他样地,表明与其他处理相比,土壤食物网功能在轻度放牧下更完整。线虫代谢足迹和功能足迹均在重度放牧最小,说明与其他处理相比重度放牧使土壤线虫活性降低。（4）围封及放牧处理下温带典型草原土壤微食物网分解途径始终以细菌为主。放牧干扰对土壤微食物网连通性产生负面影响的同时,降低了真菌通道的摄食率,土壤生态系统对细菌分解途径的依赖性加强。在不同的放牧强度下,植物寄生线虫对根系的取食强度在中度放牧样地达到最高,而土壤微生物对植物根系的利用率在围封处理下最高。结合土壤生物基本生理参数和摄食率结果对土壤碳氮矿化率进行量化,表明与其他处理相比,轻度放牧更有利于土壤碳氮矿化和养分富集,且不同处理下的土壤细菌、线虫始终是碳矿化和氮矿化的主要贡献者,是土壤微食物网中的关键组成部分。放牧通过温带典型草原土壤微生物和土壤线虫群落的动态变化影响土壤微食物网中的能量流动和各功能群之间的相互作用关系。放牧强度越大土壤质量越差。重度放牧处理对土壤微食物网连通性、功能性具有显著负面影响。基于土壤微食物网特征,放牧管理维持在轻度水平更有利于土壤生态系统的可持续发展。

关键词：土壤微食物网温带典型草原放牧强度线虫区系分析土壤微生物

温带典型草原土壤理化性质及微生物量对放牧强度的响应

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草地学报 2018年第4期26卷 832-840页

作者：邬嘉华王立新张景慧卓义武胜男王凤歌徐智超祁瑜温璐内蒙古大学生态与环境学院内蒙古呼和浩特010021 内蒙古自治区河流与湖泊生态重点实验室内蒙古呼和浩特010021 内蒙古大学草地生态学国家重点实验内蒙古呼和浩特010021 内蒙古自治区环境科学研究院内蒙古呼和浩特010011

为了研究不同放牧强度对草地土壤理化性质及微生物量的影响,本文以内蒙古温带典型草原为研究对象,设置了4个放牧梯度:对照(围封)、28只羊每月放牧3天(轻度)、6天(中牧)、12天(重牧),采用控制实验分析了不同放牧处理下草原土壤理化性质... 详细信息

为了研究不同放牧强度对草地土壤理化性质及微生物量的影响,本文以内蒙古温带典型草原为研究对象,设置了4个放牧梯度:对照(围封)、28只羊每月放牧3天(轻度)、6天(中牧)、12天(重牧),采用控制实验分析了不同放牧处理下草原土壤理化性质和土壤微生物量之间的相关关系。结果表明:放牧强度和土壤深度均对土壤pH值、硝态氮和速效磷含量产生极显著影响(P<0.01),土壤总氮和总有机碳含量受放牧强度极显著影响(P<0.01),轻牧处理含量显著高于其他处理样地。土壤微生物量碳、磷含量受放牧强度影响显著(P<0.05)。因子分析及相关分析结果表明,土壤MBP含量与土壤因子F1(TN,AN,NO-3-N,TOC,AP,NH+4-N)极显著正相关(P<0.01),土壤MBN含量与土壤因子F1显著正相关(P<0.05),说明MBN和MBP与土壤理化指标之间具有统一性,微生物量氮、磷可以灵敏地反映出放牧强度变化下的土壤理化性质和微生物生物量的变化。

关键词：土壤理化性质土壤微生物生物量放牧强度温带典型草原

温带典型草原土壤理化性质及微生物对放牧强度的响应

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温带典型草原土壤理化性质及微生物对放牧强度的响应

作者：邬嘉华内蒙古大学

学位级别：硕士

内蒙古温带典型草原是较为脆弱的生态系统,放牧是人类对其的主要利用方式之一,然而放牧会改变植物群落组成、土壤性质等,进而影响草原生态系统的健康。草原土壤微生物是草原土壤物质循环和土壤保育的重要参与者,对环境变化敏感,可用于... 详细信息

内蒙古温带典型草原是较为脆弱的生态系统,放牧是人类对其的主要利用方式之一,然而放牧会改变植物群落组成、土壤性质等,进而影响草原生态系统的健康。草原土壤微生物是草原土壤物质循环和土壤保育的重要参与者,对环境变化敏感,可用于草原土壤质量和肥力变化的早期预测。由于草原生态系统的复杂性和滞后性,放牧干扰下土壤理化性质、土壤微生物生物量和土壤微生物对放牧强度的响应变化不同。因此,全面系统地分析温带草原退化的成因,深入分析土壤理化生物学特性之间的相关性,对导致土壤细菌、真菌群落结构变化的因素深入探讨是目前研究的重中之重。基于上述背景,本文以内蒙古温带典型草原为研究对象,采用控制实验分析不同放牧处理下(对照、轻度放牧、中度放牧和重度放牧)草原土壤理化性质和生物学性质的变化规律,运用主成分分析和偏相关分析研究土壤理化性质与土壤微生物性质之间的关系,并且通过宏基因组高通量测序技术,测定0—10 cm土层土壤细菌、真菌群落结构、丰富度和多样性,分别利用典型对应分析、冗余分析分析细菌群落、真菌群落与环境因子的相关关系。结果表明:(1)放牧强度对土壤化学性质如土壤铵态氮、硝态氮、有效磷、总氮、总碳、总有机碳等含量影响显著(P典型对应分析表明,细菌相对丰富度与土壤电导率(K)、NH-N、NO-N、AN、AP、TOC均呈正相关关系(P<0.05),其中TOC、p H和K是影响细菌群落差异的主要环境因子。(4)真菌群落受放牧强度影响较大,随放牧强度的增加真菌数量、丰富度和多样性逐渐减少。冗余分析结果表明,土壤真菌群落丰富度受环境因子K、NH-N、AN、AP影响显著(P<0.05)。

关键词：温带典型草原土壤理化性质土壤微生物生物量放牧强度土壤微生物

放牧对温带典型草原植物物种多样性及土壤养分的影响

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草地学报 2019年第6期27卷 1694-1701页

作者：宋洁王凤歌温璐王立新李金雷武胜男徐智超内蒙古大学生态与环境学院内蒙古呼和浩特010021 内蒙古大学草地生态学国家重点实验室内蒙古呼和浩特010021

为探讨放牧强度对植物多样性及土壤养分的影响,本文以内蒙古温带典型草原毛登牧场为研究对象,选取围封、中度放牧、重度放牧3个放牧强度的试验样地,运用方差分析法研究不同放牧强度下植物多样性和土壤养分含量的差异性,采用典范对应分... 详细信息

为探讨放牧强度对植物多样性及土壤养分的影响,本文以内蒙古温带典型草原毛登牧场为研究对象,选取围封、中度放牧、重度放牧3个放牧强度的试验样地,运用方差分析法研究不同放牧强度下植物多样性和土壤养分含量的差异性,采用典范对应分析揭示植物多样性与土壤养分间的关系。结果表明,植物群落物种组成受放牧强度影响变化显著,部分优势种重要值降低;放牧强度增大对植物群落多样性指数影响不显著,围封样地植物群落Pielou均匀度指数显著大于中度放牧、重度放牧样地(P温带典型草原多年生禾本科草本植物多样性与全钾、土壤有机质、铵态氮含量呈正相关,多年生非禾本科草本植物多样性与硝态氮、全磷含量呈正相关。

关键词：温带典型草原放牧强度土壤养分植物多样性

温带典型草原植被退化对土壤细菌群落结构的影响

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温带典型草原植被退化对土壤细菌群落结构的影响

作者：庞惠内蒙古大学

学位级别：硕士

土壤微生物在土壤生态系统中扮演着重要的角色,作为土壤微生物的重要组成部分—土壤细菌,在整个土壤生态系统中具有举足轻重的地位,它不仅可以促进生态系统的能量流动和物质循环,同时也是控制生态系平衡运作的重要指标。近年来,我国在... 详细信息

土壤微生物在土壤生态系统中扮演着重要的角色,作为土壤微生物的重要组成部分—土壤细菌,在整个土壤生态系统中具有举足轻重的地位,它不仅可以促进生态系统的能量流动和物质循环,同时也是控制生态系平衡运作的重要指标。近年来,我国在此领域的研究主要集中在气候变化对土壤细菌生境影响以及不同土地利用方式对土壤养分、土壤细菌的影响,但是在植被-土壤-细菌三者之间的相互作用关系没有进一步阐明。本研究以内蒙古自治区锡林郭勒市毛登牧场"内蒙古大学草地生态学研究基地"温带典型草原为研究对象,通过高通量测序的方法,研究了4种退化样地(羊草轻度、大针茅轻度、中度和重度退化)的植物群落组成、土壤理化性质以及土壤细菌群落组成,分析植被-土壤-细菌群落结构之间的变化规律,对于温带典型草原土壤微生物资源的开发和保护其生态环境具有深远的意义。研究结果表明:(1)0-40 cm地上生物量随着退化加重而减少,表现为羊草轻度>大针茅轻度>中度>重度退化。地上优势种氮含量在不同退化样地的分布差异显著,重度退化样地中每个优势种含氮量均为最高(P温带典型草原四种退化样地的土壤理化性质,结果表明只有0-40 cm 土壤粒度随着退化程度加重,粉粒所占比重逐渐下降,而黏粒的比例不断上升。这可能是因为草地退化加快了土壤风蚀的速度,进而使得土壤颗粒粒径变大。而在0-40 cm表层中重度退化样地的土壤有机碳、碱解氮和有效磷含量均为最低。(3)通过高通量测序技术可知,温带典型草原4种退化样地土壤中所有的150213条序列中共发现27个门、56个纲、243个科、1000个属,前6种主要细菌门比重总和为55.97%,这些细菌是优势菌类,这也说明虽然各样地退化程度不同,但是4种样地的具有相类似的微生物生境。然而,土壤个别细菌门在不同样地间变化较为明显。(4)四种退化样地中土壤细菌种系型丰富度和多样性差异不显著(P>0.05),两者没有随着植被退化表现出响应关系,中度退化样地的土壤细菌种系型丰富度与多样性均为最高,这说明退化对于土壤细菌多样性的影响可能也符合"中度干扰假说"。其中,土壤中碱解氮和含水量是影响土壤细菌多样性的环境因子。在门、纲、目、科和属五种等级上不同退化样地种细菌分布存在差异,这说明温带典型草原的退化会导致某种细菌群落发生显著变化,但具体何种因素导致土壤细菌群落结构变化由于时间原因没能深入研究。

关键词：温带典型草原植被退化高通量测序细菌群落结构

氮磷添加对内蒙古温带典型草原土壤微生物群落结构的影响

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生态学报 2014年第17期34卷 4943-4949页

作者：施瑶王忠强张心昱孙晓敏刘希玉何念鹏庾强东北师范大学地理科学学院长春130024 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016

选取内蒙古温带典型草原,进行连续6a氮磷添加试验,采用土壤特征微生物PLFA生物标记技术,研究6个氮添加水平N0(0 kg N hm-2a-1)、N1(56 kg N hm-2a-1)、N2(112 kg N hm-2a-1)、N3(224 kg N hm-2a-1)、N4(392 kg N hm-2a-1)、N5(560 kg N hm-2a-1)和6个磷添加水平P0(0 kg P hm-2a-1)、P1(15.5 kg P hm-2a-1)、P2(31 kg P hm-2a-1)、P3(62 kg P hm-2a-1)、P4(93 kg P hm-2a-1)、P5(124 kg P hm-2a-1)对土壤特征微生物PLFA生物标记数量和土壤微生物群落结构的影响。结果表明:(1)随氮添加量增加,土壤微生物总磷脂脂肪酸(PLFA)含量和土壤细菌PLFA生物标记数量、放线菌PLFA生物标记数量呈上升趋势,土壤G+/G-呈增加趋势;各氮添加水平对土壤真菌PLFA生物标记数量无显著差异,随氮添加量增加,土壤真菌/细菌比降低。(2)随磷添加量增加,土壤总磷脂脂肪酸(PLFA)含量、土壤细菌PLFA生物标记数量、放线菌PLFA生物标记数量、真菌PLFA生物标记数量及真菌/细菌比值呈先上升后下降趋势,均以P3水平(62 kg P hm-2a-1)处理最高,说明适宜的磷添加对内蒙古温带典型草原土壤微生物繁殖和菌落结构有显著影响。

关键词：温带典型草原氮磷添加磷脂脂肪酸(PLFA) 细菌真菌放线菌微生物群落结构

连续氮添加14年对温带典型草原土壤碳氮组分及物理结构的影响

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生态学报 2021年第5期41卷 1808-1823页

作者：贺佩李悦江明兢刘颖慧杜薇张家琦景海超地表过程与资源生态国家重点实验室北京师范大学地理科学学部北京100875 中国科学院退化生态系统植被恢复与管理重点实验室中国科学院华南植物园广州510650 六盘水市第一中学六盘水553000

全球氮沉降对生态系统造成了深远的影响,研究长时间氮沉降对草地生态系统土壤理化特征的影响有助于加强生态系统对氮沉降响应的长效机制的理解。通过连续14年长期施加N0(0 g N m^(-2) a^(-1))、N2(2 g N m^(-2) a^(-1))、N4(4 g N m^(-2... 详细信息

全球氮沉降对生态系统造成了深远的影响,研究长时间氮沉降对草地生态系统土壤理化特征的影响有助于加强生态系统对氮沉降响应的长效机制的理解。通过连续14年长期施加N0(0 g N m^(-2) a^(-1))、N2(2 g N m^(-2) a^(-1))、N4(4 g N m^(-2) a^(-1))、N8(8 g N m^(-2) a^(-1))、N16(16 g N m^(-2) a^(-1))、N32(32 g N m^(-2) a^(-1))六种浓度尿素模拟氮沉降,并将土壤分成0—10、10—20和20—40 cm三个深度土层,研究温带草原生态系统土壤碳氮组分及物理结构对氮添加的响应及其相互关系,结果表明:(1)氮添加显著降低0—10 cm土壤酸碱度及土壤微生物量碳含量,N32相比N0分别下降了27.63%和58.40%(P<0.05);各土层总有机碳和全氮含量对氮添加处理无显著响应,0—10 cm土层显著高于20—40 cm土层。(2)同一土层深度不同梯度氮添加处理显著增加土壤无机氮离子含量(P<0.05),0—10 cm土层铵态氮含量N32相比N0增加了88.72%,20—40 cm土层硝态氮含量N32相比N0增加了19.55倍,土壤深度与氮添加对无机氮离子含量影响具有显著的交互效应。(3)同一土壤深度不同梯度氮添加处理土壤粒度分形维数及土壤团聚体差异不显著,相关分析表明土壤碳氮元素含量与土壤结构显著相关。土壤碳氮组分在适宜浓度氮添加的增加趋势说明氮添加在一定程度上可能促进土壤理化性质的改良,氮添加对土壤物理结构的影响还需要进一步的深入研究。

关键词：氮添加温带典型草原土壤理化性质碳氮组分土壤深度