Ecosystem carbon loss with woody plant invasion of grasslands

The invasion of woody vegetation into deserts, grasslands and savannas is generally thought to lead to an increase in the amount of carbon stored in those ecosystems. For this reason, shrub and forest expansion (for example, into grasslands) is also suggested to be a substantial, if uncertain, component of the terrestrial carbon sink. Here we investigate woody plant invasion along a precipitation gradient (200 to 1,100 mm yr(-1)) by comparing carbon and nitrogen budgets and soil delta(13)C profiles between six pairs of adjacent grasslands, in which one of each pair was invaded by woody species 30 to 100 years ago. We found a clear negative relationship between precipitation and changes in soil organic carbon and nitrogen content when grasslands were invaded by woody vegetation, with drier sites gaining, and wetter sites losing, soil organic carbon. Losses of soil organic carbon at the wetter sites were substantial enough to offset increases in plant biomass carbon, suggesting that current land-based assessments may overestimate carbon sinks. Assessments relying on carbon stored from woody plant invasions to balance emissions may therefore be incorrect.     

氮沉降对土壤微生物影响的研究进展

土壤中氮沉降增加作为全球环境变化的重要现象之一,给人类带来了巨大挑战。笔者综述了近年来氮沉降对土壤微生物的影响研究,从土壤微生物生物量、群落结构和多样性、微生物活性、功能基因与底物利用等方面进行总结分析。综合来看,氮沉降对土壤微生物的影响主要表现为:1土壤微生物生物量、真菌生物量以及真菌与细菌生物量比值下降;2外生菌根真菌子实体生产力和外生菌根丰度下降,外生菌根真菌群落结构组成改变;3丛枝菌根真菌群落结构组成改变,但氮沉降对丛枝菌根真菌的多样性和对腐生真菌的影响结果存在较大争议;4细菌群落结构组成改变,贫营养细菌丰度下降,富营养细菌丰度上升;5土壤微生物活性下降,某些功能基因丰度下降,对复杂有机碳、氮的代谢能力下降。同时,相关研究报道表明:氮沉降可以直接或通过降低土壤p H,增加微生物的碳限制,改变底物的数量和质量等途径间接对微生物生物量和群落结构产生影响。     

不同林龄杨树人工林土壤有效氮对 模拟氮沉降的初期响应

为了解森林生态系统对持续氮增长和快速氮循环的响应模式及反馈机制,选择3种林龄杨树人工林作为试验样地,设置N₀(0 g/(m²·a))、N₁(5 g/(m²·a))、N₂(10 g/(m²·a))、N₃(15 g/(m²·a))、N₄(30 g/(m²·a))共5个不同浓度进行模拟氮沉降实验,探讨3种林龄杨树人工林土壤有效氮含量及对模拟氮沉降的响应。结果表明:①幼龄林、中龄林和过熟林的铵态氮占总有效氮含量的比例分别为18.50%～28.81%、23.14%～34.52%和32.60%～49.92%; ②随着外源氮浓度的不断增加,3种林龄土壤硝态氮含量都呈显著的增加趋势,且高氮处理对有效氮的影响高于低氮处理,而铵态氮只在幼龄林和中龄林中高氮处理(N₃和N₄)之间差异显著; ③幼龄林土壤硝态氮含量对不同浓度的氮沉降响应比中龄林和过熟林更为敏感,而铵态氮在3种林龄之间无显著规律; ④3种林龄土壤表层(0～10 cm)的铵态氮、硝态氮含量对氮沉降响应更加敏感。     

惠州大亚湾大气湿沉降中氮营养盐变化特征的研究

通过对降水中氮营养盐质量浓度及其沉降通量变化特征的研究,研究了大气湿沉降中氮营养盐对大亚湾水生生态系统的影响.结果表明,观测期间NH4+-N、NO3--N/NO2--N和TN降雨量加权平均质量浓度分别为0.474、0.536和1.23mg/L,氮质量浓度在8月份出现了明显的峰值;湿沉降通量分别为58.93、78.13和158.75kg/( km2.月),其中无机氮占总氮含量的86.34%,大亚湾大气湿沉降中氮营养盐主要以NO3--N/NO2--N的形式存在.与2009年的观测结果相比较,2012年大气中氮的沉降通量增加了约1倍.通过大气湿沉降输入的氮营养盐在大亚湾水体富营养化过程中产生了重要作用,在研究水体富营养盐问题时应考虑降水的贡献.     

Plant diversity enhances ecosystem responses to elevated CO2 and nitrogen deposition

Human actions are causing declines in plant biodiversity, increases in atmospheric CO2 concentrations and increases in nitrogen deposition; however, the interactive effects of these factors on ecosystem processes are unknown. Reduced biodiversity has raised numerous concerns, including the possibility that ecosystem functioning may be affected negatively, which might be particularly important in the face of other global changes. Here we present results of a grassland field experiment in Minnesota, USA, that tests the hypothesis that plant diversity and composition influence the enhancement of biomass and carbon acquisition in ecosystems subjected to elevated atmospheric CO2 concentrations and nitrogen deposition. The study experimentally controlled plant diversity (1, 4, 9 or 16 species), soil nitrogen (unamended versus deposition of 4 g of nitrogen per m2 per yr) and atmospheric CO2 concentrations using free-air CO2 enrichment (ambient, 368 micromol mol-1, versus elevated, 560 micromol mol-1). We found that the enhanced biomass accumulation in response to elevated levels of CO2 or nitrogen, or their combination, is less in species-poor than in species-rich assemblages.     

The nature of plant species

Many botanists doubt the existence of plant species, viewing them as arbitrary constructs of the human mind, as opposed to discrete, objective entities that represent reproductively independent lineages or 'units of evolution'. However, the discreteness of plant species and their correspondence with reproductive communities have not been tested quantitatively, allowing zoologists to argue that botanists have been overly influenced by a few 'botanical horror stories', such as dandelions, blackberries and oaks. Here we analyse phenetic and/or crossing relationships in over 400 genera of plants and animals. We show that although discrete phenotypic clusters exist in most genera (> 80%), the correspondence of taxonomic species to these clusters is poor (< 60%) and no different between plants and animals. Lack of congruence is caused by polyploidy, asexual reproduction and over-differentiation by taxonomists, but not by contemporary hybridization. Nonetheless, crossability data indicate that 70% of taxonomic species and 75% of phenotypic clusters in plants correspond to reproductively independent lineages (as measured by postmating isolation), and thus represent biologically real entities. Contrary to conventional wisdom, plant species are more likely than animal species to represent reproductively independent lineages.     

甘肃省东南部植物分布新纪录

报道了甘肃东南部植物分布新纪录4种,即五叶鸡爪茶(Rubus playfairianus Hemsl.ex Focke)、三裂飞蛾槭(Acer oblongum var.trilobum Henry)、西南假毛蕨(Pseudocyclosorus esquirolii(Christ)Ching)和华中铁角蕨(Asplenium sarelii Hook.),并对其特征进行了描述。     

科尔沁改良草场土壤全碳、全氮空间分布

以科尔沁盐碱地改良草场为研究对象,采用经典统计学与地统计学相结合的方法,研究退化草场改良5年和改良1年后土壤全碳和全氮的含量变化及空间分布特征。结果表明,改良1年退化草场土壤全碳和全氮含量高于改良5年的退化草场,其中土壤全氮含量二者差异达到极显著水平(P<0.01);与改良5年退化草场相比,改良1年土壤全碳和全氮的基台值和空间相关度较小,而变程和分数维较大,说明改良1年退化草场土壤全碳和全氮空间变异性小于改良5年退化草场。克里格制图直观地反映了不同改良年限土壤全碳和全氮的空间结构差异,这种差异可能与草地翻耕和自然植被恢复有关。为此,建议采取牧草还田或施加化肥来提高土壤肥力和保护草场改良工程的实施效果。     

Different responses of two Mosla species to potassium limitation in relation to acid rain deposition

The increasingly serious problem of acid rain is leading to increased potassium (K) loss from soils, and in our field investigation, we found that even congenerically relative Mosla species show different tolerance to K-deficiency. A hydroponic study was conducted on the growth of two Mosla species and their morphological, physiological and stoichiometric traits in response to limited (0.35 mmol K/L), normal (3.25 mmol K/L) and excessive (6.50 mmol K/L) K concentrations. Mosla hangchowensis is an endangered plant, whereas Mosla dianthera a widespread weed. In the case of M. hangchowensis, in comparison with normal K concentration, K-limitation induced a significant reduction in net photosynthetic rate (P _n), soluble protein content, and superoxide dismutase (SOD) activity, but an increase in malondialdehyde (MDA) concentration. However, leaf mass ratio (LMR) and root mass ratio (RMR) were changed little by K-limitation. In contrast, for M. dianthera, K-limitation had little effect on P _n, soluble protein content, SOD activity, and MDA concentration, but increased LMR and RMR. Critical values of N (nitrogen):K and K:P (phosphorus) ratios in the shoots indicated that limitation in acquiring K occurred under K-limited conditions for M. hangchowensis but not for M. dianthera. We found that low K content in natural habitats was a restrictive factor in the growth and distribution of M. hangchowensis, and soil K-deficiency caused by acid rain worsened the situation of M. hangchowensis, while M. dianthera could well acclimate to the increasing K-deficiency. We suggest that controlling the acid rain and applying K fertilizers may be an effective way to rescue the endangered M. hangchowensis.     

温性荒漠草原不同功能型草本植物对氮沉降的响应

采用野外人工外源施加氮素模拟氮沉降的方式,设置0、1.75、3.50、7.00、14.00 g/m~2 5个氮素添加水平,研究荒漠化草原不同功能型草本植物的多样性、生产力及养分质量分数对氮素的响应.结果表明:一年生草本植物(AS)的丰富度、多度和生物量均在低的氮素添加水平下显著高于对照,而高的氮素添加水平对AS的影响则不显著.多年生禾本科(PG)和非禾本科(PF)植物的丰富度、多度和生物量均随着氮素添加水平的增大而逐渐下降,其中高氮水平对PG和PF的抑制作用最显著.AS根部和地上部的氮素质量分数在所有氮素添加水平下均显著高于不添加氮素的对照;PG和PF根部和地上部的氮素质量分数对外源氮素添加的响应一致,即根部的氮素质量分数均是在7.00、14.00 g/m~2的添加水平下显著高于对照,地上部的氮素质量分数均是在14.00 g/m~2的添加水平下显著高于对照.在极端干旱和氮素水平低下的荒漠化草原,氮沉降增加对草本植物群落物种多样性和生产力的影响存在种间差异,其中PG和PF有更强的缓冲能力,而.AS则表现出了更强的适应和利用能力.     

流型、植物种类和基质厚度对人工湿地去除废水中氨氮的影响

实验模拟人工湿地,以沙、土混合物为基质,比较了水平潜流和垂直流、不同植物、不同基质厚度对氨氮(NH_4~+-N)处理效果的影响,并分别进行了分析。实验表明,水平潜流和垂直流NH_4~+-N去除率分别达到59%和68%,垂直流人工湿地处理效果较好的原因是垂直流为硝化创造了有利的条件。金边吊兰、金钱草、绿萝对NH_4~+-N的平均去除率依次为46%、60%和70%,分析认为根系是影响NH_4~+-N去除效果的主要因素。以金钱草做湿地植物,基质厚度为6 cm时去除效果最好,最大去除率达到74%,表明基质厚度与植物根系长度相适应时,NH_4~+-N的去除效果最佳。研究结果为深化湿地去除NH_4~+-N的理论研究和应用推广提供了支撑。     

柳蓝叶甲对几种植物气味的触角电位反应

测定了柳蓝叶甲(Plagiodera versicolora)对寄主植物杨树(Populus sp.)、柳树(Salix sp.)和非寄主植物苦楝树(Melia azedarach)叶片气味的触角电位反应。结果表明：柳蓝叶甲对杨树叶片气味的触角电位反应随日龄的增加而增强;对寄主植物杨树、柳树和非寄主植物苦楝树的叶片气味均有较强的触角电位反应;对非寄主植物苦楝树叶气味的触角电位反应显著大于对寄主植物柳树叶片的反应。利用嗅觉仪的测定结果表明,柳蓝叶甲对非寄主植物苦楝树叶片气味的EAG反应与其选择行为反应之间表现出负相关关系。     

氮沉降对微生物分解森林地上凋落物过程的影响

森林生态系统凋落物被微生物分解的过程影响整个土壤碳库的碳来源及稳定性,在氮沉降全球化的趋势下因试验树种、试验方法、试验时间等不同因素导致森林地上凋落物分解产生了促进、抑制和无影响等3种响应。氮沉降对凋落物分解的影响主要通过3种机制实现:①不同浓度的氮沉降对凋落物中纤维素和木质素分解的影响不一致,原因可能是外加低浓度氮时,与之相关的真菌和细菌的生物量、活性会升高,高氮时则反之; 也有部分研究表明氮沉降一般促进含木质素少抑制含木质素较多的凋落物的分解; ②氮沉降对微生物产生的胞外酶活性影响也不一致,所以微生物酶对凋落物分解速率影响不同; ③通过对微生物的生物量、多样性、群落组成以及生态化学计量比等的影响,氮沉降也会影响凋落物分解木质素、纤维素等化学物质的过程。     

一种极富开发推广价值的新物种──杂交酸模

介绍了一种能在盐碱地、干旱沙化地上生长的多年生富含蛋白质的新物种杂交酸模的生物学特性以及这一物种的父本巴天酸模。其次综述了该植物物种国内外引种开发现状和综合开发利用前景     

模拟氮沉降对典型阔叶红松林土壤微生物群落特征的影响

【目的】探究氮沉降增加对阔叶红松(Pinus koraiensis)混交林土壤微生物群落特征的影响。【方法】对阔叶红松林进行模拟氮沉降实验,设置对照(N0,0 kg/(hm²·a))、低氮(N1, 30 kg/(hm²·a))、中氮(N2, 60 kg/(hm²·a))和高氮(N3, 120 kg/(hm²·a))共4组处理,在实验样地内采集0～10 cm、≥10～20 cm土层中的土壤,测定土壤微生物生物量碳(SMBC)及土壤微生物生物量氮(SMBN)含量及变化。【结果】① 模拟氮沉降未改变SMBC、SMBN及SMBC/SMBN的垂直分布; SMBC、SMBN在生长季月动态曲线均为以8月中旬为峰值的单峰型曲线,SMBC/SMBN的曲线波动较大,0～10 cm土层以N0处理的结果波动范围最小(2.83～6.97)。② 模拟氮沉降仅对0～10 cm土层6、8月中旬的SMBC以及5、6、8月中旬的SMBC/SMBN有显著影响(P<0.05),而对SMBC、SMBN及SMBC/SMBN的生长季平均值无显著影响。【结论】模拟氮沉降对阔叶红松林土壤微生物生物量的影响仅在个别月份中表现明显,而对于整个生长季而言,更长时间的模拟氮沉降实验才可能对土壤微生物生物量产生明显的影响。     

补充植物碳源提高人工湿地脱氮效率

为解决有机碳不足抑制反硝化反应造成的脱氮效率低下的问题,向人工湿地系统中添加富含有机质的植物材料作为反硝化所需的有机碳源,根据玉米秸秆、稻壳、木屑及芦苇竿4种植物材料有机物释放规律及植物体分解对水质的潜在影响情况,确定芦苇竿为较适宜的植物碳源.采用垂直流人工湿地单元模型研究了补充芦苇竿对人工湿地脱氮效果的影响,初步确定了试验条件下芦苇竿的适宜添加量范围为0.47～1.09 kg/m2.硝态氮的沿程变化规律表明,芦苇竿释放出的有机物提供了反硝化所需的有机碳,提高了人工湿地的脱氮效果.     

模拟氮沉降对杨树人工林土壤微生物群落碳源利用类型的影响

【目的】探究氮沉降对杨树人工林土壤微生物群落特征的影响。【方法】以江苏省东台地区沿海杨树人工林为对象,采用Biolog ECO微平板技术,设置4种氮添加水平:N0(0 kg/(hm²·a))、N1(50 kg/(hm²·a))、N2(100 kg/(hm²·a))、N3(150 kg/(hm²·a))模拟不同浓度氮沉降,经过2 a生长季(5—10月)处理,测定杨树林土壤微生物群落碳源利用变化情况。【结果】N2处理可以增强杨树人工林土壤微生物对碳源的代谢能力,氮添加浓度过高则会产生抑制作用; 土壤中微生物对胺类和酚类利用程度表现出较大差异,其中,酚类在高浓度氮处理(N3)时利用程度最高,胺类在低浓度氮(N1)条件下利用程度最高; 硝态氮和平均颜色变化率(AWCD)、Shannon多样性均具有显著正相关性(P<0.05),微生物代谢水平及其结构变化受到硝态氮影响较大。主成分分析表明,PC1和PC2可以表示施氮对微生物群落代谢多样性产生的差异,其中,PC1的方差贡献率最大,碳水化合物、酚类呈负相关(碳源相关系数分别为-0.869、-0.780),氨基酸、羧酸呈正相关(碳源相关系数分别为0.702、0.821),是起主要分异作用的碳源; PC2涵盖了聚合物和胺类两种碳源大类,其中聚合物呈负相关(相关系数为-0.688),胺类呈正相关(相关系数为0.802)。【结论】氮添加会导致杨树人工林土壤微生物群落对碳源利用类型改变,土壤中硝态氮含量与微生物生长代谢及功能多样性呈显著正相关; 六大类碳源中碳水化合物、羧酸是影响土壤微生物群落功能多样性的主要碳源。 关键词:氮沉降; 土壤微生物; 碳源代谢; 群落功能多样性; 杨树人工林     

氮沉降和接种菌根真菌对灌木铁线莲非结构性碳水化合物及根际土壤酶活性的影响

【目的】通过研究氮沉降和接种菌根真菌处理对植物根际土壤酶活性和非结构性碳水化合物含量的影响,探讨全球氮沉降变化背景下植物根际微生态环境及植物生长的应对策略。【方法】以1年生盆栽灌木铁线莲单一接菌(根内根孢囊霉,编号+R;摩西斗管囊霉,编号+F)、混合接菌(根内根孢囊霉和摩西斗管囊霉体积比1:1的混合菌剂,编号+RF)的菌根苗和非菌根苗(未接菌,编号-M)为研究对象,设置4个氮沉降处理试验,即不施氮[CK,0 g/(m²·a)]、低氮[LN,3 g/(m²·a)]、中氮[MN,6 g/(m²·a)]、高氮[HN,9 g/(m²·a)],测定1年生灌木铁线莲苗木非结构性碳水化合物(NSC)[可溶性糖(SS)、淀粉(ST)],以及根际土壤酶[β-1,4葡萄糖苷酶(BG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、β-1,4-N-乙酰-氨基葡糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(ACP)和碱性磷酸酶(ALP)]等指标。基于单因素方差分析、双因素交互作用分析和相关性分析方法,在氮沉降量增加的背景下,研究不同接菌处理对苗木根际土壤碳、氮、磷相关酶活性及苗木各器官内非结构性碳水化合物分配的影响,从而探讨接菌处理下各指标对不同氮沉降水平的响应差异。【结果】①除BG活性外,氮沉降、接种菌根真菌及二者交互作用显著影响灌木铁线莲根际土中氮、磷相关酶活性。HN处理下,接种菌根真菌显著降低苗木根际土壤NAG活性。-M处理下,与磷相关的根际土壤ACP和ALP活性在HN条件下显著增加。+R和+F处理下,ALP均在HN处理达到最大。②氮沉降、接种菌根真菌及二者交互作用显著影响灌木铁线莲苗木非结构性碳水化合物。氮沉降处理下,各接菌处理苗木SS、ST和NSC含量高于未接菌处理苗木的,且在+F处理苗木的SS、ST和NSC含量均达到最大。③在LN、MN和HN处理下,-M处理苗木的各器官NSC含量大小顺序为茎<根<叶,而接菌处理苗木的各部位的大小顺序为根<茎<叶。HN处理下,+F处理苗木根内ST和NSC含量达到最大值,茎和叶内SS和NSC含量均达到最大值。④氮沉降和接种菌根真菌处理下,SS、ST、NSC含量与土壤氮相关的NAG活性显著负相关,而与磷和碳相关的酶显著正相关;其中苗木非结构性碳水化合物与磷相关土壤酶ALP活性的相关性系数最高,与碳相关土壤酶BG活性相关性系数最低。【结论】氮沉降和接种菌根真菌处理对灌木铁线莲苗木根际土壤氮、磷相关酶活性的影响高于对根际土壤碳相关酶活的影响,氮沉降处理显著增强菌根苗根际土壤磷酸酶活性。氮沉降背景下,接菌处理提高了苗木非结构性碳水化合物含量,其中接种摩西斗管囊霉的效果最为显著,且明显增加了高氮环境中苗木对根中非结构性碳的分配。     

内蒙古克氏针茅草地主要植物叶片功能性状对氮素添加的响应

环境氮沉降的增加影响植物功能性状,进而改变植物群落的构成.本研究分析了中国内蒙古多伦县境内连续6年施氮肥的克氏针茅群落中5种主要植物的功能性状的变化,以探究草地植物对氮素添加的响应策略.研究发现,随着施肥量增加,草地主要植物通过增加植株高度、叶片面积、比叶面积、叶片氮、磷含量,减小叶片干物质含量,提高自身对光资源的竞争能力.该结果说明,随着环境氮输入的增加,植物的响应策略是向着叶片经济谱中低投入快回报的方向移动变化.草地群落总生物量及克氏针茅、黄囊苔草、冰草地上生物量与氮肥添加没有显著相关关系,冷蒿和星毛萎陵菜地上生物量随施肥量的增加而显著下降.该结果暗示着氮沉降的增加通过影响植物功能性状,进而改变植物群落的构成.本研究加深了我们对氮沉降增加条件下植物响应策略及群落演替机制的理解.