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氮沉降和降水格局变化对南亚热带森林土壤微生物群落的影响

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应用与环境生物学报 2023年第3期29卷 617-623页

作者：刘岳刘旭军宋雨婷列志旸周曙仡聃苏炜刘菊秀中国科学院华南植物园中国科学院退化生态系统植被恢复与管理重点实验室广州510650 中国科学院大学北京100049

南亚热带地区正面临氮沉降加剧和降水格局变化的双重挑战,深刻影响着生态系统的稳定性.土壤微生物是维系陆地生态系统地上-地下相互作用的纽带,对全球变化响应敏感.为探究土壤微生物对氮沉降和降水格局变化及其交互作用的响应,采用开顶... 详细信息

南亚热带地区正面临氮沉降加剧和降水格局变化的双重挑战,深刻影响着生态系统的稳定性.土壤微生物是维系陆地生态系统地上-地下相互作用的纽带,对全球变化响应敏感.为探究土壤微生物对氮沉降和降水格局变化及其交互作用的响应,采用开顶箱(open-top-chamber,OTC)设计模拟南亚热带森林生态系统,并设置对照(CK)、降水格局变化(DD)、氮沉降增加一倍(AN)和氮沉降增加一倍+降水格局变化交互(ANDD)4种处理,采用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)法测定土壤微生物群落结构.结果显示,AN处理显著影响了微生物总PLFAs量和各微生物类群PLFAs量,表现为干季增加而湿季降低;DD处理对微生物总PLFAs量和各微生物类群PLFAs量无显著影响;ANDD处理增加了干季微生物总PLFAs量、真菌和革兰氏阳性菌PLFAs量,降低了湿季微生物总PLFAs量和真菌PLFAs量.DD、AN和ANDD处理对干、湿季土壤真菌/细菌(F/B)和革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G+/G-)均无显著影响,且不改变整体微生物群落结构.相关性分析发现,土壤微生物在干季主要受土壤pH、含水量和有机碳的影响,在湿季受土壤铵态氮和硝态氮的影响.本研究结果表明氮沉降和降水格局变化对微生物PLFAs量表现出明显的拮抗作用,但对微生物群落结构无显著影响;因此,仅考虑氮沉降单一因素影响可能会高估土壤微生物对全球变化的响应,而全球变化因子间的互补机制可能是限制土壤微生物对全球变化响应的重要因素.

关键词：微生物群落结构磷脂脂肪酸氮沉降降水格局变化森林生态系统

降水格局变化对亚热带—暖温带典型针阔叶混交林土壤呼吸的影响

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降水格局变化对亚热带—暖温带典型针阔叶混交林土壤呼吸的影响

作者：王仕林河南大学

学位级别：硕士

自工业革命以来,人类活动导致温室气体浓度上升,全球气温不断升高。全球变暖通过全球水文循环导致全球降水格局发生变化,气温和降水格局的改变对陆地生态系统和人类社会经济发展造成深远影响。森林生态系统是陆地生态系统碳循环的重要... 详细信息

自工业革命以来,人类活动导致温室气体浓度上升,全球气温不断升高。全球变暖通过全球水文循环导致全球降水格局发生变化,气温和降水格局的改变对陆地生态系统和人类社会经济发展造成深远影响。森林生态系统是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,其对气候及降水的变化也会反馈于全球气候。亚热带-暖温带气候过渡带是中国南北气候过渡带,受全球变化影响,气候带的范围和边界也会波动。亚热带-暖温带典型针阔叶混交林是中国森林生态系统的重要组成部分,因其特殊的地理位置,对气候变化响应敏感。土壤呼吸动力学对于理解生态系统碳循环及其对气候变化的反馈至关重要。然而,土壤呼吸对降水格局变化的响应机制目前仍不清楚。因此,同时探究降水格局变化下的降水时机和降水强度变化的土壤碳排放响应极为迫切,相关结果和作用机制将有助于了解和预测未来降水格局变化下的陆地生态系统碳循环格局。本文以北亚热带-暖温带气候过渡区典型针阔叶混交林(麻栎-马尾松林)为研究对象,在不同的降水时机(初冬、初春)设置降水梯度(降水减少30%、自然降水和降水增加30%),模拟研究(1)典型针阔叶混交林土壤呼吸对初冬、初春降水变化的响应,(2)土壤呼吸响应初冬、初春降水变化的关键控制因子。主要结果如下:初冬或初春,改变30%的降水没有对冬季或春季的土壤温度均值和土壤呼吸均值产生显著影响。初冬减水30%显著降低了冬季平均土壤湿度,初春增水30%显著增加了春季平均土壤湿度。针阔叶混交林年际土壤呼吸均值在2.34-3.09μmol ms,与自然降水相比,初冬减水30%增加年均土壤呼吸13.84%,初春增水30%显著降低年均土壤呼吸1.85%。初冬减水30%和初春增水30%对年际土壤呼吸存在交互作用(拮抗作用)。初冬、初春降水变化对年际土壤温度的影响不显著。初冬降水变化对年际土壤湿度的影响不显著,初春降水变化显著影响年际土壤湿度。初冬降水变化显著影响了土壤养分,土壤微生物生物量碳和微生物磷脂脂肪酸含量。相比于自然降水样地,初冬减水30%显著增加了土壤中微生物生物量碳、微生物磷脂脂肪酸含量和土壤可溶性有机碳与速效氮的比例,初冬增水30%显著增加了土壤可溶性有机碳与速效氮的比例。相比于自然降水,初春减水30%提高了土壤总磷脂脂肪酸含量、细菌磷脂脂肪酸含量、真菌磷脂脂肪酸含量和丛枝菌根磷脂脂肪酸含量。亚热带-暖温带气候过渡区典型针阔叶混交林土壤温度单因素指数模型解释了30.6%-47.8%的土壤呼吸速率变化,并且冬季降水变化提高了土壤呼吸的温度敏感性(Q)。土壤温湿度双因素指数模型可以解释16.4%-34.9%的土壤呼吸变化,土壤温湿度双因素线性模型可以解释20.5%-41.1%的土壤呼吸变化。土壤呼吸速率与土壤温度、土壤有效磷含量、土壤微生物生物量(总磷脂脂肪酸含量、真菌和丛枝菌根磷脂脂肪酸含量)呈显著正相关关系,与土壤铵态氮含量呈显著负相关关系。初冬减水30%和初冬减水30%且初春减水30%下的年际土壤CO排放量显著高于自然降水样地。在特殊季节的降水变化,即使对于年际累计降水量的影响不大,但是可以对于年际土壤CO排放造成较大影响。暗示着亚热带-暖温带森林生态系统年际土壤呼吸评估中,降水时机可能是较降水量影响更重要的因素,并且主要由土壤湿度对降水变化的非线性响应和微生物活动所主导。上述研究结果表明,不同时期的降水变化对土壤碳排放的影响是不对称的,在衡量降水变化对土壤碳循环的研究和预测中,应充分考虑降水变化时机这一因素。

关键词：土壤呼吸降水格局变化降水时机微生物生物量

模拟降水年际和年内变化对黑沙蒿群落物种多样性和生产力的影响

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生态学报 2024年

作者：张亚陈超于明含何莹莹张富崇张建玲水利部沙棘开发管理中心宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站北京林业大学水土保持学院

在全球气候变化影响下，中国西北部干旱半干旱荒漠区降水格局发生显著变化，表现为极端降水和干旱事件增多，对荒漠植物群落结构和功能的影响引发广泛关注。以毛乌素沙地典型荒漠灌草植被黑沙蒿群落为研究对象，利用人工遮雨装置进行小... 详细信息

在全球气候变化影响下，中国西北部干旱半干旱荒漠区降水格局发生显著变化，表现为极端降水和干旱事件增多，对荒漠植物群落结构和功能的影响引发广泛关注。以毛乌素沙地典型荒漠灌草植被黑沙蒿群落为研究对象，利用人工遮雨装置进行小区降水控制，设置降水量（W-：减水30%，对照组W：自然降水，W+：增水30%）和降水间隔（对照组T：降水间隔5d,T++：降水间隔15d）的双因素完全随机控制实验，监测各降水处理下黑沙蒿群落物种组成和生产力。结果表明：（1）与降水间隔5d的对照组相比，降水间隔期的延长显著提高了灌木和杂草的重要值，而降低了禾草的重要值。（2）与对照组自然降水相比，降水量的增加提高了黑沙蒿植物群落的多样性。（3）降水量的增加或降水间隔的延长均可以提高黑沙蒿的地上初级生产力。延长降水间隔会增加深层土壤的含水量，这有助于黑沙蒿对土壤水分的利用进而促进其生产力积累并增强了其在群落中的优势度。

关键词：黑沙蒿群落物种多样性生产力降水格局变化

森林降水格局野外控制试验设施对土壤氮转化速率的影响

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热带亚热带植物学报 2013年第6期21卷 505-513页

作者：马英申卫军中国科学院华南植物园中国科学院退化生态系统植被恢复与管理重点实验室广州510650 中国科学院大学北京100049

为探讨样地扰动对生态学野外控制试验的影响,在介绍一个较大型森林降水格局野外控制试验的基础上,分析了试验平台建设的设施对土壤化学性质和净氮(N)转化速率所产生的影响。结果表明,整个约0.7 hm2样地在2012年5–9月间的土壤有机C(SOC... 详细信息

为探讨样地扰动对生态学野外控制试验的影响,在介绍一个较大型森林降水格局野外控制试验的基础上,分析了试验平台建设的设施对土壤化学性质和净氮(N)转化速率所产生的影响。结果表明,整个约0.7 hm2样地在2012年5–9月间的土壤有机C(SOC)、全N(TN)、硝态N、铵态N、微生物生物量C(MBC)、净N矿化速率和硝化速率均表现出一定的时空变异,但设施对SOC、TN、硝态N、铵态N和净矿化速率的影响统计学检验不显著;而设施建设和样方周边挖隔离沟对净N硝化速率在刚完成平台建设时有显著影响(P降水处理对净N硝化速率的影响效应时,应注意设施效应和坡位差异的潜在影响。

关键词：氮矿化降水格局变化控制实验设施效应

黄土高原典型草原植被及土壤化学计量对降水变化的响应

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草地学报 2022年第3期30卷 532-543页

作者：尉剑飞王誉陶张翼张昊李建平宁夏大学农学院宁夏银川750021 西北退化生态系统恢复与重建国家重点实验室培育基地宁夏银川750021

研究植被和土壤生态化学计量及其耦合关系,是解析气候变化背景下草地植被养分动态平衡和能量流动的重要途径。本研究以宁夏固原云雾山典型草原为研究对象,采用控雨-滴灌装置模拟3个降水梯度(自然降水的50%,100%和150%),分析了植物叶片... 详细信息

研究植被和土壤生态化学计量及其耦合关系,是解析气候变化背景下草地植被养分动态平衡和能量流动的重要途径。本研究以宁夏固原云雾山典型草原为研究对象,采用控雨-滴灌装置模拟3个降水梯度(自然降水的50%,100%和150%),分析了植物叶片、根系、凋落物及土壤的碳(Carbon,C)、氮(Nitrogen,N)、磷(Phosphorus,P)化学计量特征随降水变化的响应规律,结果表明:叶片C,N,P含量和凋落物C,N,C∶N,C∶P和N∶P值在50%降水处理下较高,根系C,P,N∶P在150%降水处理下较高;土壤全氮含量在150%降水处理显著低于50%和100%降水处理。降水变化下,叶片、根系、凋落物与土壤之间的碳氮磷化学计量均有显著相关关系。本研究表明:黄土高原草地植物叶片、凋落物、根系及土壤之间元素耦合关系较强;植物生长易受N,P元素限制,降水量不足P元素限制作用加强。

关键词：降水格局变化生态化学计量养分限制凋落物黄土高原

降水季节变化对中国北方半干旱草地水分利用效率的影响

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降水季节变化对中国北方半干旱草地水分利用效率的影响

作者：杨超河北大学

学位级别：硕士

气候变暖提高全球水文循环振幅,导致降水格局(降水量及其分布模式)变化,特别是降水季节变化。草地作为全球最大的陆地生态系统,对降水格局变化十分敏感。降水格局变化通过改变草地生态系统碳通量和水通量从而影响其水分利用效率(Water u... 详细信息

气候变暖提高全球水文循环振幅,导致降水格局(降水量及其分布模式)变化,特别是降水季节变化。草地作为全球最大的陆地生态系统,对降水格局变化十分敏感。降水格局变化通过改变草地生态系统碳通量和水通量从而影响其水分利用效率(Water use efficiency,WUE)。叶片、冠层和生态系统不同水平水分利用效率可以用来系统评估草地对气候变化的响应。但是与其它降水格局变化特征相比,降水季节变化对不同水平水分利用效率的影响和内在机制尚不明确。研究依托2013年在内蒙古半干旱草地建立的降水季节置换实验平台(互换6月和7月降水、互换8月和9月降水以及两者同时互换),研究提前、推迟以及同时提前和推迟生长季降水峰值对叶片(leaf WUE:WUE)、冠层(canopy WUE:WUE)和生态系统水平(基于总和净生态系统生产力(GEP和NEP)计算:WUE和WUE)水分利用效率的影响及其调控机制。研究主要发现如下:1)生长季(5-10月)平均结果显示,提前生长季降水峰值对叶片、冠层和生态系统水平水分利用效率均无影响;推迟生长季降水峰值分别降低克氏针茅和冷蒿WUE 5.40%和9.84%,并分别降低WUE、WUE和WUE 5.51%、7.54%和9.86%。三种水平水分利用效率的降低均归因于推迟生长季降水峰值导致的碳通量(叶片最大光合速率、总/净生态系统生产力)降低。此外,在冠层和生态系统水平,提前生长季降水峰值不改变生长季前期和中期水分利用效率,但分别降低生长季后期WUE和WUE7.69%和8.10%;推迟生长季降水峰值不改变生长季前期水分利用效率,分别降低生长季中期WUE、WUE和WUE 7.68%、4.31%和15.3%,并分别降低生长季后期WUE和WUE 11.9%和10.5%。2)推迟生长季降水峰值在生长季中期通过降低土壤水分和植被归一化指数以及改变生物量地上地下分配模式,进而导致生态系统生产力以及WUE、WUE和WUE下降。其中植被归一化指数的变化分别解释WUE、WUE和WUE变化量的42.6%、32.0%和37.3%,是生长季中期WUE、WUE和WUE降低的主要调控因子。本研究揭示了水分利用效率对提前和推迟生长季降水峰值响应的不对称性以及生长季不同时期水分利用效率对降水季节变化的差异性响应机制。研究发现将为气候变化情景下草地管理策略及可持续发展提供数据支撑和理论依据。

关键词：气候变化降水格局变化草地生态系统碳循环水循环

增加降水及大气氮沉降对黄淮海平原弃耕地地表节肢动物的影响

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应用生态学报 2016年第11期27卷 3682-3688页

作者：宋敏河南大学生命科学学院河南开封475004

作为全球变化的重要驱动因子,日益频繁且不断加剧的降水格局变化及大气氮沉降正在对我们赖以生存的陆地生态系统造成重要影响.然而,过去关于全球变化对陆地生态系统影响的研究主要集中于地上植物群落,而对于土壤动物,特别是地表节肢动... 详细信息

作为全球变化的重要驱动因子,日益频繁且不断加剧的降水格局变化及大气氮沉降正在对我们赖以生存的陆地生态系统造成重要影响.然而,过去关于全球变化对陆地生态系统影响的研究主要集中于地上植物群落,而对于土壤动物,特别是地表节肢动物的研究相对较少.本文采用控制试验的方法,研究增加降水及氮沉降对我国黄淮海平原弃耕地生态系统地表节肢动物的影响.结果表明:增加降水使地表节肢动物的数量显著增加了66.9%,使整个群落的类群数显著增加了27.8%.氮沉降对地表节肢动物的种群密度及类群数均无影响,但显著增加了群落中蚁科动物的数量,显著降低了跳虫的数量.本研究结果表明,降水格局的变化是驱动中国北方平原弃耕地生态系统地表节肢动物群落结构变化的重要因子,其影响机制主要是通过影响土壤湿度及植物生长实现的.

关键词：地表节肢动物种群密度群落结构降水格局变化氮沉降

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土壤线虫对气候变化的响应研究进展

生态学报 2015年第20期35卷 6857-6867页

作者：宋敏刘银占井水水河南大学生命科学学院开封475004

全球变化对陆地生态系统功能具有重要而深远的影响。陆地生态系统地下部分具有重要的生态功能,其组成及结构对气候变化的响应将进一步减缓或加剧全球化进程。土壤线虫在各类生态系统中分布十分广泛,是地下食物网的重要组分,在维持土壤... 详细信息

全球变化对陆地生态系统功能具有重要而深远的影响。陆地生态系统地下部分具有重要的生态功能,其组成及结构对气候变化的响应将进一步减缓或加剧全球化进程。土壤线虫在各类生态系统中分布十分广泛,是地下食物网的重要组分,在维持土壤生物多样性及营养物质循环过程中发挥重要作用,其组成及结构对不同气候变化驱动因子的响应机制与模式不尽相同。增温及降水格局变化主要是通过改变线虫生境而直接影响其种群密度与结构,两者通常表现为正效应且作用效果随处理时间的延长而增强。CO2与大气氮沉降主要是通过影响地上植被,凋落物质量,土壤理化性质等间接过程影响土壤线虫。同时,不同的全球变化因子之间存在着复杂的交互作用,深入理解这些因子之间交互作用对线虫群落的影响模式与机制对于探讨未来气候变化情景下生态统生物多样性及养分循环过程具有重要的理论指导意义。

关键词：气候变暖降水格局变化大气CO2浓度升高氮沉降线虫群落

增加降水及施氮对弃耕草地土壤线虫和小型节肢动物的影响

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生态学杂志 2017年第3期36卷 631-639页

作者：宋敏河南大学生命科学学院河南开封475004

降水格局变化及大气氮沉降对诸多生态过程及功能均有重要影响。然而,目前对于土壤动物对以上两种全球变化趋动因子的响应模式及机制仍缺乏充分认识。本研究利用野外控制试验技术,在中国北方平原弃耕草地生态系统模拟增加降水及大气氮沉... 详细信息

降水格局变化及大气氮沉降对诸多生态过程及功能均有重要影响。然而,目前对于土壤动物对以上两种全球变化趋动因子的响应模式及机制仍缺乏充分认识。本研究利用野外控制试验技术,在中国北方平原弃耕草地生态系统模拟增加降水及大气氮沉降对土壤动物群落的影响。结果表明,增加降水及氮素添加对土壤螨类及跳虫的种群密度均无影响。增加降水使土壤线虫的数量显著增加了14.9%,氮沉降对土壤线虫的数量无影响,但显著增加了群落中食细菌性线虫的数量(45.8%)。本研究表明,土壤线虫对资源有效性及生境微环境变化响应的敏感性强于土壤小节肢动物,且增加降水与氮沉降之间不存在交互作用。

关键词：降水格局变化氮沉降螨虫跳虫线虫