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利用土壤化学计量学和酶计量学揭示刺槐林土壤微生物的养分限制状况

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应用生态学报 2024年第7期35卷 1799-1806页

作者：张康李佳佳魏振浩樊妙春上官周平西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学草业与草原学院陕西杨凌712100

探索森林土壤中的养分限制对森林抚育和管理具有重要意义,然而目前关于黄土高原刺槐人工林植被恢复过程中微生物受到的养分限制的研究并不充分。本研究为探究黄土高原刺槐林土壤中微生物养分的限制情况,在陕西省永寿县选择不同造林时间... 详细信息

探索森林土壤中的养分限制对森林抚育和管理具有重要意义,然而目前关于黄土高原刺槐人工林植被恢复过程中微生物受到的养分限制的研究并不充分。本研究为探究黄土高原刺槐林土壤中微生物养分的限制情况,在陕西省永寿县选择不同造林时间(15、25、35、45年)的刺槐人工林以及林地旁边的摞荒坡耕地(对照)为研究对象,分析了不同林龄下土壤有机质、全氮、全磷含量,以及与土壤碳、氮、磷循环相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、纤维二糖水解酶(CBH)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和磷酸酶(AP)活性的变化特征,通过化学计量和酶计量解析土壤养分限制状况。结果表明:土壤pH随植被恢复由碱性变为酸性;全磷在刺槐植被恢复的0~25年间逐渐降低;土壤有机碳、全氮和酶活性在0~25年间呈上升趋势。土壤全磷、有机碳、全氮、AP和LAP在25~45年间逐渐降低;NAG、BG、CBH在25~45年间先增加再降低。植被恢复过程中刺槐林的(BG+CBH)/(LAP+NAG)、(BG+CBH)/AP、(LAP+NAG)/AP均高于全球尺度的平均值。本研究区刺槐恢复过程中矢量长度小于1且逐渐增大,表明微生物碳限制逐渐增强;矢量角度大于45°且整体上降低,表明土壤微生物受磷限制且磷限制逐渐减缓,未出现微生物氮限制。刺槐人工林植被恢复过程中土壤理化性质变化明显,造林时间序列影响了土壤微生物的养分限制状况。

关键词：刺槐化学计量酶计量学土壤微生物黄土高原

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降雨减少对刺槐树干液流特征的影响

生态学杂志 2024年第1期43卷 122-130页

作者：郭海宁刘美君杜盛西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

在全球气候变化背景下,区域降水格局正在发生改变,对森林生态系统生产力和水文过程将产生重要影响。为揭示降雨量减少对树木蒸腾耗水特征及其响应环境因子的影响,本研究以黄土高原半湿润区主要造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)为对象... 详细信息

在全球气候变化背景下,区域降水格局正在发生改变,对森林生态系统生产力和水文过程将产生重要影响。为揭示降雨量减少对树木蒸腾耗水特征及其响应环境因子的影响,本研究以黄土高原半湿润区主要造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)为对象,在减雨样地林分行间布设人工减雨板减少约47%的降雨输入,采用Granier型热扩散探针测定树干液流动态,并同步监测太阳辐射、空气温度、相对湿度、降雨事件和土壤含水量等环境因子,分析了树干液流对减雨处理及季节性土壤水分变化的响应特征。结果表明:减雨处理显著降低了刺槐液流通量密度标准化值,处理第3年标准化液流通量密度显著低于对照样地;减雨样地刺槐标准化液流日变化峰值时间早于对照样地,表明减雨样地刺槐较早实施了气孔调节,改变了其与气象因子的时滞时间;标准化液流通量密度响应蒸腾驱动因子的拟合方程参数值在样地间呈极显著差异,显示减雨样地刺槐响应气象因子的敏感性有所降低。降雨量的改变不仅影响林地土壤水分状况,还会对刺槐蒸腾耗水及其对环境因子的响应产生影响。

关键词：刺槐土壤水分树干液流蒸腾

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森林木质残体微生物群落构建机制研究进展

林业科学 2024年第2期60卷 106-117页

作者：赵杼祺胡振宏何鲜黄志群西北农林科技大学资源环境学院、农业农村部西北旱地农业绿色低碳重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100 福建师范大学地理科学学院福州350007 湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地福州350007

木质残体分解是森林碳循环过程中的重要环节,而微生物是影响其分解的关键因素,近年来,木质残体微生物群落构建机制已逐渐成为森林生态系统碳循环研究中的重要议题。然而当前对木质残体微生物构建的研究内容较为零散,基于此,本文进行了... 详细信息

木质残体分解是森林碳循环过程中的重要环节,而微生物是影响其分解的关键因素,近年来,木质残体微生物群落构建机制已逐渐成为森林生态系统碳循环研究中的重要议题。然而当前对木质残体微生物构建的研究内容较为零散,基于此,本文进行了综述。1)微生物通过在木质残体不断定殖和竞争维持了其群落的动态平衡。木质残体微生物来源主要包括残体自身、大气以及土壤。定殖过程在分解的各个阶段均会发生,主要包括微生物进入基质后发生的竞争和资源捕获。2)土壤、木质残体特性、气候是影响木质残体微生物群落形成的3个要素,三者均会作用于微生物源和定殖过程。3)土壤环境会影响其微生物群落,也会改变与其接触的残体水分和养分等特性。木质残体特性的差异会影响资源的可得性进而影响微生物群落。随着分解进行,微生物群落形成会从初期以随机过程主导转变为确定过程为主导。气候会通过温度与湿度2种气候因子作用于土壤与木质残体,表现形式主要为大气候、小气候及全球气候变化。该领域在未来研究中需要注意的问题有:1)关注早期定殖者及不同分解阶段土壤微生物优势类群对木质残体微生物群落形成过程的影响。2)加强木质残体资源变化情况与对应微生物群落中优势物种功能特性的研究。3)将木质残体分解与全球气候变化和养分循环联系起来。4)选择靶向宏基因组联用等技术辅助进行研究。综上,本文总结了森林木质残体微生物群落形成机制研究的基本思路、框架与前景,为森林生物多样性保护、生物地球化学循环功能的维持以及森林固碳提供了一定的科学参考。

关键词：森林生态系统微生物木质残体土壤分解气候变化

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陕西省土壤无机碳的时空分布特征及影响因素

中国农业科学 2024年第8期57卷 1517-1532页

作者：冯晓琳张楚天许晨阳耿增超胡斐南杜伟西北农林科技大学资源环境学院西北农林科技大学西北农业农村部植物营养与农业环境重点实验室西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室中国科学院水利部水土保持研究所

【目的】土壤无机碳对于调节全球碳循环有重要作用，然而我国区域尺度上土壤无机碳的分布特征及影响因素尚不明确。对陕西省土壤无机碳时空分布和关键影响因子进行研究可为明确无机碳在陆地生态系统碳循环中的作用和地位提供参考和依据... 详细信息

【目的】土壤无机碳对于调节全球碳循环有重要作用，然而我国区域尺度上土壤无机碳的分布特征及影响因素尚不明确。对陕西省土壤无机碳时空分布和关键影响因子进行研究可为明确无机碳在陆地生态系统碳循环中的作用和地位提供参考和依据。【方法】收集陕西省1980s和2010s两期的65个和142个土壤样本以及相关的地形因素、气候条件、土地利用类型、植被状况和土壤性质数据，采用方差分析和随机森林（Random Forest,RF）模型分析土壤无机碳含量的时间和空间分布特征，并探讨土壤无机碳含量变化的影响因素。【结果】陕西省1980s各区域的土壤无机碳含量表现为：陕北>关中>陕南；与1980s相比，2010s陕北土壤无机碳含量下降了31.5%，关中地区基本保持不变，陕南小幅度上升。1980s到2010s,0—100 cm剖面上不同土层无机碳含量的降幅范围为20.6%—27.7%，其中以0—20和80—100cm土层降幅最大。随机森林模型分析表明，年平均降水量、容重、pH是影响1980s和2010s土壤无机碳含量变化的重要因素，在年平均降水量450—650 mm时土壤无机碳含量最高；土壤无机碳含量随着pH的增加而增加；低容重土壤无机碳含量高于高容重土壤。【结论】总体来看，陕西省土壤无机碳含量呈现从北向南逐渐降低的趋势。与1980s相比，2010s陕西省表层土壤和陕北地区整个土壤剖面无机碳含量显著下降，1980s和2010s陕西省土壤无机碳含量主要受年平均降水量、pH、容重的调控。

关键词：土壤无机碳时空分布随机森林模型陕西省

陆地生态系统土壤CO_(2)排放对模拟增温的响应特征及影响因素

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生态学报 2024年第5期44卷 1928-1939页

作者：田茜杨芳王召欢张庆印西北农林科技大学资源环境学院杨陵712100 西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨陵712100

全球变暖已经成为不争的事实,陆地生态系统碳循环的研究受到了各界广泛关注,是当前全球变化研究中的重点。土壤CO_(2)排放是陆地生态系统与大气间二氧化碳交换的最大通量之一,当前陆地生态系统中土壤CO_(2)排放如何响应全球气候变暖及... 详细信息

全球变暖已经成为不争的事实,陆地生态系统碳循环的研究受到了各界广泛关注,是当前全球变化研究中的重点。土壤CO_(2)排放是陆地生态系统与大气间二氧化碳交换的最大通量之一,当前陆地生态系统中土壤CO_(2)排放如何响应全球气候变暖及其影响因素仍不清楚,限制了对土壤碳循环过程及影响机制的深入认识。旨在明确全球变暖背景下陆地生态系统中土壤CO_(2)排放格局及影响因素。基于Web of Science、PubMed和中国知网等中英文期刊数据库,充分收集全球范围内的相关野外试验文献81篇,提取出65个研究位置和213组相关研究数据,采用Meta分析方法探讨陆地生态系统土壤CO_(2)排放对增温的响应特征,分析其与海拔、气候、土壤含水量、容重(BD)、pH、全氮(TN)和土壤有机碳(SOC)的相关关系。结果表明:陆地生态系统中土壤CO_(2)排放对增温整体有显著的正向响应,在农、林、草生态系统中,增温使土壤CO_(2)排放分别显著增加13.1%、18.0%、5.9%(P生态系统对增温响应的正效应最强烈;增温能在短时期内促进土壤呼吸,但随着增温持续时间增加,土壤呼吸对温度的敏感性会降低,对温度变化产生适应性,从而使其对增温的响应能力减弱;响应特征受到环境因子、土壤特性以及其他试验条件等的影响,绝大多数条件下对增温表现出显著的正响应特征,不同影响因子之间共同作用、相互影响。增温通常能够改变植物生物量、土壤养分含量及微生物数量和活性,从而影响到植被根际呼吸和土壤呼吸速率。相关分析表明,海拔对土壤CO_(2)排放有显著负向影响,而年均气温、年均降水量、土壤含水量和仪器嵌入土壤深度则对土壤CO_(2)排放产生显著正向影响。这些结果对于理解全球土壤CO_(2)排放的时空变化格局有重要意义,也为准确评价全球变暖背景下土壤碳汇功能及其持续性提供理论依据。

关键词：土壤CO_(2)排放土壤呼吸陆地生态系统增温 Meta分析

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CMIP6模式模拟的人类活动和自然强迫对全球地表气温多尺度变化的影响

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地球物理学报 2024年第2期67卷 477-491页

作者：徐川赵天保张京朋陶丽南京信息工程大学大气科学学院南京210044 中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室北京100029 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100

量化人类活动在气候变化中的定量贡献是气候变化检测归因研究的核心科学问题,也是提高气候变化预测和预估水平的重要科学基础.本文基于最新的第6次国际耦合模式比较计划(CMIP6)多模式历史归因模拟试验(DAMIP),检测了人为因素(ANT)和自... 详细信息

量化人类活动在气候变化中的定量贡献是气候变化检测归因研究的核心科学问题,也是提高气候变化预测和预估水平的重要科学基础.本文基于最新的第6次国际耦合模式比较计划(CMIP6)多模式历史归因模拟试验(DAMIP),检测了人为因素(ANT)和自然因素(NAT)对近百年(1915—2014年)全球地表气温多尺度变化的影响,归因了温室气体(GHG)、气溶胶(AA)、土地利用(LU)等不同人为因素对全球地表气温长期变化的相对贡献及南北半球差异.结果显示,近百年来人为因素引起的全球陆地实际增温约为1.1℃(0.8℃~1.3℃),对南北半球的贡献则分别约为0.7℃和1.2℃;全球大多数区域人为排放GHG和AA的显著作用在1960—1980年期间就能够被检测到,其中北半球AA的冷却作用要超前于GHG的增温效应;气候系统内部自然变率是调制大多数区域气温年代际(10~30年)及多年代际变率(30~60年)的主导因子,而人为和自然外强迫在全球地表气温年代际变率中的方差贡献约为5%~20%,但二者在北半球尤其在东亚和欧洲中高纬度地区地表气温多年代际变率中的方差贡献可达50%.人为因素强迫可使近50年(1965—2014)极端高温事件的发生风险概率增加3倍,其中北半球发生风险要高于南半球.

关键词： CMIP6模式多尺度气温变化人类活动检测归因

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基于文献计量分析土壤无机碳研究现状与趋势

土壤通报 2024年第4期55卷 1174-1184页

作者：祝慧陶静静王明达周建斌范利超西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室陕西杨凌712100

土壤无机碳在固碳、维持土壤质量、促进有机碳稳定性与肥力和生态系统服务功能等方面有重要作用。以Web of Science核心合集数据库和CNKI数据库中472篇土壤无机碳研究的文献为数据源,通过VOSviewer、CiteSpace和HistCite分别从发文量、... 详细信息

土壤无机碳在固碳、维持土壤质量、促进有机碳稳定性与肥力和生态系统服务功能等方面有重要作用。以Web of Science核心合集数据库和CNKI数据库中472篇土壤无机碳研究的文献为数据源,通过VOSviewer、CiteSpace和HistCite分别从发文量、被引频次、合作强度及关键词等角度对发文国家、机构、作者、研究热点及其变化趋势进行计量分析与可视化展示。结果表明:2003~2023 a期间土壤无机碳研究的发文数量不断增长,主要从土壤学与环境学向其他学科延伸;科研机构以中国科学院为首,而发文作者形成了以Kuzyakov Y为核心的作者群,总体而言我国的发文量和国际影响力最大。当前的研究热点集中在土壤无机碳储量及其影响因素,土壤无机碳在碳循环中的作用及其固碳潜力,土壤无机碳的生态系统服务功能等方面。然而,当前对碳酸盐再沉淀过程中有机碳向无机碳的转移及固碳作用研究不足,尤其是植物光合同化碳向土壤次生碳酸盐累积转化及对氮肥的响应机制尚不清楚。今后应通过实地研究收集无机碳数据并结合机器学习建模等方法,提高估算全球碳库及碳周转速率的准确性;深化土壤有机碳-二氧化碳-土壤无机碳的转化机理,进一步明晰无机碳对稳定土壤碳库和维持土壤健康等生态服务方面的作用。

关键词：土壤无机碳次生碳酸盐文献计量研究进展未来趋势

干旱灌区土壤水分和盐分时间稳定性特征及其改进分组预测

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生态学报 2024年

作者：孙贯芳朱焱杨金忠屈忠义李永红高照良西北农林科技大学水土保持研究所武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室内蒙古科技大学能源与环境学院

干旱灌区土壤水分及盐分的时空变异性强，时间稳定点的判断对区域水盐监测评估及预测具有重要意义。然而，当前尚不清楚干旱灌区土壤水分和盐分时间稳定性特征及均值预测效果。为此，以内蒙古河套灌区隆胜研究区大量的水盐观测数据为基... 详细信息

干旱灌区土壤水分及盐分的时空变异性强，时间稳定点的判断对区域水盐监测评估及预测具有重要意义。然而，当前尚不清楚干旱灌区土壤水分和盐分时间稳定性特征及均值预测效果。为此，以内蒙古河套灌区隆胜研究区大量的水盐观测数据为基础，在分析区域土壤水盐时间稳定性特征及其差异的基础上，提出改进分组时间稳定性分析方法，并验证了其预测效果。结果表明，土壤水分含量越小，变异性越大，而土壤盐分均值越大，变异性越大。相应地，土壤盐分平均相对偏差MRD和平均相对偏差的标准差SDRD的关系完全不同于土壤水分，土壤盐分的MRD越小，SDRD也越小，并非MRD接近于0的点SDRD小。这导致用最小SDRD、最小时间稳定性指数ITS或者多个SDRD较小的相对时间稳定性点估算区域土壤水分均值取得较好的结果（R2均超过0.96），而估算区域土壤盐分则有较大偏差（R2为0.49—0.78）。将土壤水盐数据分成若干组，在组内分别进行时间稳定性分析，该改进时间稳定分析对区域土壤水分的预测效果并未提高，但大幅提高土壤盐分预测效果，R2达到了0.90以上。以改进分组时间稳定性分析方法形成的土壤盐碱化长期监测点，兼顾了不同盐渍化水平盐分的变化过程，有利于了解不同盐渍化土壤在时间和空间上的演化过程。

关键词：土壤水分土壤盐分河套灌区时间稳定性分析时空变异

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土壤微生物碳泵概念体系2.0

应用生态学报 2024年第1期35卷 102-110页

作者：朱雪峰孔维栋黄懿梅肖可青罗煜安韶山梁超中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016 辽宁省现代保护性耕作与生态农业重点实验室沈阳110016 中国科学院青藏高原研究所北京100101 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 中国科学院生态环境研究中心北京100085 浙江大学环境与资源学院杭州310058 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

土壤微生物在陆地生态系统元素循环中扮演着关键角色,对土壤健康、粮食安全和全球气候变化发挥着重要的调节作用。土壤微生物同化代谢产物对土壤碳储存与有机质维持的贡献不容忽视。近年来,以微生物代谢和死亡残体生成过程为核心提出的... 详细信息

土壤微生物在陆地生态系统元素循环中扮演着关键角色,对土壤健康、粮食安全和全球气候变化发挥着重要的调节作用。土壤微生物同化代谢产物对土壤碳储存与有机质维持的贡献不容忽视。近年来,以微生物代谢和死亡残体生成过程为核心提出的土壤微生物碳泵概念体系得到了广泛关注,它主要描述了以土壤异养微生物代谢为驱动的土壤有机碳形成和稳定化过程,是目前陆地生态系统碳固存的重要机制体系与研究热点。本文对该体系的研究进展进行了梳理,并提出了引入自养微生物固碳通道与结合土壤矿物碳泵概念的土壤微生物碳泵概念体系2.0,以期丰富和完善现有的微生物介导的陆地生态系统土壤碳循环与固持机制,为实现我国“双碳”目标提供理论支撑。

关键词：土壤微生物碳泵微生物死亡残体自养微生物矿物碳泵碳循环