非结构性碳水化合物(NSCs)包括淀粉和可溶性糖,两者之间的相互转化可以增强植物对环境胁迫的抵抗力.热带雨林在陆地生态系统碳库和缓解气候变化中占有重要地位,同时也是大气氮磷沉降的热点区域.目前,热带雨林原始林和次生林优势植物叶片NSCs对长期氮磷输入的响应尚不清楚.该研究基于海南尖峰岭原始林和次生林10年的氮磷添加实验,探究长期氮磷输入对两种森林各8个物种叶片NSCs的影响,并分析叶片性状、光合作用参数和土壤养分含量与NSCs的关系.研究结果表明,次生林优势植物叶片相对于原始林优势植物叶片有更高的可溶性糖和NSCs含量.低氮添加显著降低了原始林优势植物叶片淀粉的含量,磷添加显著增加了原始林优势植物叶片可溶性糖的含量,氮磷同时添加提高了原始林优势植物可溶性糖与淀粉的比值,而氮磷添加对次生林优势植物叶片NSCs含量均无显著影响.两种森林8个物种的叶片NSCs含量均与叶片pH和比叶面积负相关,而与叶片碳含量、光合速率和光合氮利用效率正相关.次生林土壤有效氮含量、总磷含量与叶片NSCs含量显著正相关.上述结果表明热带雨林优势植物叶片NSCs受到叶片性状和土壤养分的综合影响.该研究从叶片碳经济角度揭示了原始林优势植物相对于次生林优势植物对大气氮磷沉降的响应更敏感,并呼吁加强对热带原始雨林的保护.

为了解典型沙生半灌木群落植物在氮(N)沉降和降水增加下的响应机制和适应策略,以毛乌素沙地黑沙蒿(别名油蒿,Artemisia ordosica)群落为对象,研究了N、水分添加及其交互作用下土壤与优势植物黑沙蒿和赖草(Leymus secalinus)叶片N含量、磷(P)含量、N:P及相应的内稳性指数.结果显示:(1)土壤速效N、P养分供应状况和植物养分吸收的内在属性共同影响黑沙蒿和赖草叶片N含量、P含量、N:P对N和水分添加的响应,黑沙蒿和赖草叶片N含量对N和水分添加的响应存在种间差异;(2)黑沙蒿和赖草叶片P内稳性均强于叶片N内稳性,与黑沙蒿和赖草生长均受N限制密切关联;(3)黑沙蒿叶片N、P化学计量内稳性相对较高且养分利用策略较为保守,赖草叶片N、P化学计量内稳性相对较低且养分利用策略较为灵活.结果表明,黑沙蒿在干旱贫瘠的环境中更具竞争力和生长优势.在N沉降和降水持续增加的情景下,黑沙蒿群落物种组成可能因优势植物黑沙蒿和赖草竞争力和养分利用策略的不同而发生变化.

研究不同氮素形态对高寒人工草地植物群落生物量分配和优势种叶片光合特性的影响,以期筛选出适合高寒人工草地生产力维持的氮素形态.以4龄"青海中华羊茅(Festuca sinensis Qinghai)+青海草地早熟禾(Poa pratensis Qinghai)"混播草地为研究对象,采用随机区组设计,设置对照组(CK)、酰胺态氮(U)、铵态氮(A)和硝态氮(N)4种处理方式,对不同处理方式下的生物量分配特征、优势种叶片光合特性和化学计量特征进行了分析.结果表明,氮添加降低了茎的相对生物量,提高了叶和穗的相对生物量,通过增加15-45 cm高度范围内茎和叶的生物量提高地上总生物量.不同氮素形态对地上生物量的促进作用表现为U＞N＞A.不同氮素形态不同程度地提高了优势种叶片的光合性能,对净光合速率和水分利用效率的作用效果表现为A＞N＞U.3种氮素形态对植物叶片碳含量没有显著影响,但显著提高了氮、磷含量,降低了碳氮比和碳磷比,且作用效果均表现为U＞N＞A.冗余分析表明,胞间CO2浓度、气孔导度和净光合速率是影响植物生产性能的关键光合指标,叶片氮含量、磷含量、碳氮比、碳磷比和氮磷比是影响植物光合作用和生产性能的关键因子.综合而言,酰胺态氮可能更有利于高寒人工草地生产力的维持.

为揭示罗汉松土壤微生物对不同氮磷钾养分水平的响应及规律,该研究以两年生罗汉松(Podocarpus macrophyllus)幼苗为试验树种,采用L9正交试验控制盆栽土壤的氮磷钾养分水平梯度,使用稀释平板涂布法和Biolog-ECO微平板法探讨不同土壤氮磷钾养分水平对罗汉松土壤微生物量和群落多样性及其对6种碳源的利用特征.结果表明:(1)随氮添加量的增加,土壤细菌(P＜0.05)和放线菌数量(P＜0.001)减少,真菌(P＜0.001)及固氮菌数量(P＜0.01)显著增加,土壤微生物群落的Pielou指数(P＜0.001)降低,Simpson指数(P＜0.05)和McIntosh指数(P＜0.001)升高,从而降低了土壤微生物对6种碳源的利用强度,特别是对难利用碳源胺类(P＜0.001)、羧酸(P＜0.001)、聚合物(P＜0.001)及其他化合物(P＜0.001)的利用强度显著降低.(2)磷添加量的增加显著降低了土壤微生物群落的Shannon指数(P＜0.05).(3)钾添加量的增加显著降低了土壤微生物群落的Shannon指数和Pielou指数及微生物群落对碳水化合物和氨基酸(P＜0.01)两类易利用碳源的强度.综上所述,氮添加和钾添加是影响罗汉松土壤微生物群落功能多样性的主要因素,在罗汉松培育时应注意少量多次施肥,降低氮和钾的添加量,适当提高磷添加量,以促进罗汉松的生长及其可持续培育.该研究从微生物的角度为罗汉松施肥及管护提供了理论依据.

本研究将垂柳(Salix babylonica L.)、元宝枫(Acer pictum subsp.mono(Maxim.)H.Ohashi)、银杏(Ginkgo biloba L.)、龙爪槐(Sophora japonica L.var.japonica f.pendula Hort.)、油松(Pinus tabuliformis Carrière)、刺柏(Juniperus formosana Hayata)、侧柏(Platycladus orientalis(L.)Franco)和云杉(Picea asperata Mast.)等8种北方城市常见绿化树种的凋落物与延安市城区受到频繁扰动的表层土壤以2%(凋落物/干土)的比例混合,在模拟自然条件下的土壤容重和含水量的基础上进行120 d的室内培养实验,检测处理后土壤有机碳及其各组分的含量以及相应碳库指数的变化,并分析凋落物化学特性与上述指标的关系.结果显示,8种供试凋落物中,除五角枫和刺柏外的所有凋落物处理均显著提高了土壤总有机碳含量,除五角枫、银杏和刺柏外的凋落物处理显著提高了其稳定组分的含量,而所有凋落物处理普遍显著提高了中等和高活性组分的含量.垂柳、侧柏、云杉和油松凋落物处理显著提高了土壤碳库指数,几乎所有处理均显著提高了土壤有机碳活度指数和碳库管理指数,仅侧柏凋落物处理显著提高了土壤固碳指数.凋落物氮和氨基酸含量与土壤有机碳各组分含量和相关碳库指数总体呈负相关;凋落物总酚和可溶性糖含量以及碳氮比、碳磷比和氮磷比与高活性、低活性和稳定有机碳组分含量呈正相关,其总有机酸、磷、总碳、萜类、酚类含量和碳氮比则与中等活性有机碳组分含量呈正相关.仅从提高土壤有机碳总量及其各组分含量,以及土壤有机碳活性和稳定的角度考虑,侧柏凋落物可作为处理城市土壤的优选材料,其次为垂柳、云杉和油松凋落物.

旨在探究喀斯特地区退化生态系统植被恢复树种凋落叶分解过程及其对土壤碳排放的激发效应,为选择合适的树种进行植被恢复提供数据支持.以中国林科院热带林业实验中心大青山石山树木园11种适应性强、耐干旱贫瘠的优良石山树种为研究对象,利用13C自然丰度法区分凋落叶和土壤来源CO2并量化土壤激发效应,比较不同生态恢复树种凋落叶分解及其激发效应的差异,探讨凋落物分解及其激发效应与凋落物性状之间的关联.结果表明:(1)11个生态恢复树种凋落叶在碳相关化学性质(水溶性碳、半纤维素和单宁含量等)、养分含量(磷和镁含量等)及化学计量特征(碳磷比和氮磷比)等方面均表现出较高程度变异.(2)不同生态恢复树种凋落叶分解及其诱导的土壤激发效应具有极显著差异(P＜0.001);在整个培养实验期间,11个生态恢复树种凋落叶平均分解了 35.3％,其中海南椴分解最快,达到50％,而青冈栎分解最慢,仅分解16.5％.(3)总体上看,凋落叶处理的土壤呼吸速率(5.1 mg C kg-1 土壤d-1)是对照土壤呼吸速率(2.3 mg C kg-1 土壤d-1)的2.2倍,凋落叶添加显著促进土壤有机碳分解,平均达到37.6％;其中海南椴、割舌树和任豆凋落叶输入则抑制土壤有机碳分解(抑制程度分别为-13.2％、-6.9％和-22.5％),产生负激发效应.(4)凋落叶分解与非结构性碳(r=0.63,P=0.04)和水溶性碳(r=0.91,P＜0.001)呈显著正相关,与叶干物质含量(r=0.64,P=0.03)、纤维素(r=0.62,P=0.04)和锰含量(r=-0.63,P=0.04)呈显著负相关.多元回归分析结果表明,水溶性碳、钾和钙含量相结合可以解释生态恢复树种凋落叶分解变异的98％;然而,凋落叶性状与土壤激发效应强度之间并没有显著相关性.从土壤养分归还角度考虑,喀斯特退化生态系统恢复树种可以选择光皮梾木、海南椴、顶果木和降香黄檀等凋落叶分解较快的树种,以促进土壤养分循环和植被恢复;另一方面,从土壤碳固持角度来看,海南椴、任豆和割舌树等凋落叶输入会抑制土壤有机碳分解,从而有利于提高退化生态系统土壤碳封存能力.

以湖南省祁阳县的国家红壤肥力与肥料效益长期试验地为平台,采用单施氮肥(N)、氮钾配施(NK)、氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)4种不同组合的无机肥料添加方式,结合实时定量PCR和高通量测序技术,探究长期施用化肥对土壤磷形态、磷酸酶活性及phoD基因丰度和多样性的影响.结果表明:与单施氮肥处理相比,氮与磷、钾配施可以缓解土壤酸化趋势,氮磷配施能够显著增加土壤中各形态磷含量.与单施氮肥处理相比,氮磷、氮钾处理显著提高了土壤碱性磷酸酶活性、土壤总细菌丰度及phoD基因丰度;氮磷钾配施显著提高了土壤碱性磷酸酶活性和土壤总细菌丰度,但显著降低土壤phoD基因丰度.磷酸酶编码基因phoD基因群落的α-与β-多样性在处理间不存在显著差异,且所有处理中来源于假单胞菌属与紫色杆菌属的phoD基因分别超过总序列的45％.此外,链霉菌属、马赛菌属以及短波单胞菌属与土壤磷素存在显著的正相关关系.以上结果表明:在不同养分输入条件下,调节功能菌群丰度及磷酸酶活性的关键因素不同.氮磷钾的合理配施能够增加土壤磷含量和磷酸酶活性,改变phoD基因丰度和群落结构,提高土壤的供磷能力,但长期施用化肥会使土壤微生物物种趋于单一化.

氮是影响植物生长的重要营养物质元素,生物量分配模式和功能性状反映植物在不同环境中的适应性策略,揭示不同种源个体对氮沉降的生态响应,有助于阐明植物对氮沉降的适应机制.该研究以刨花楠(也称刨花润楠,Machilus pauhoi)典型分布区福建万木林、福建茫荡山、江西遂川、浙江建德、湖南茶陵、江西安福6个种源地的刨花楠苗木为对象,通过设置施肥和不施肥处理,探讨氮添加、种源及其交互作用对刨花楠苗木生物量分配与功能性状的影响.结果表明:1)氮添加会显著促进刨花楠苗木的生物量累积及其相对生长速率,建德种源苗木在施氮处理后长势最好;氮添加对各种源苗木生物量分配的影响表现不同,添加氮会显著增加建德和安福种源苗木叶质量分数及万木林和安福种源苗木的叶茎比.2)氮添加对各种源苗木叶性状的影响存在差异;施氮会显著降低建德、茶陵和安福种源苗木的比叶面积,增加茶陵种源苗木的叶面积及叶片氮磷比.3)各种源苗木细根主要功能性状对氮添加的响应也存在差异;施氮会显著降低建德种源苗木的细根平均直径及遂川、建德和安福种源苗木的根组织密度,但却会增加万木林种源苗木根组织密度、茫荡山和建德种源苗木的比根长及遂川和建德种源苗木的细根比表面积;氮添加显著增加安福种源苗木的细根氮含量,降低万木林、茫荡山和遂川种源苗木的细根磷含量,并使各种源苗木细根氮磷比均显著高于对照.4)不同种源间刨花楠苗木细根和与生物量分配相关的表型可塑性相对高于叶片表型可塑性,其中建德种源苗木的表型可塑性最高,遂川种源苗木表型可塑性最低.5)结构方程模型表明,种源与氮添加对刨花楠苗木生长影响显著,氮添加通过影响叶茎比和叶片氮磷比进而对生长产生影响,种源则通过影响其比叶面积与细根比表面积进而影响其生长.不同种源间刨花楠苗木生长、生物量分配及主要功能性状对氮添加的生态适应策略具有差异性,其中建德种源苗木更适应外界环境的变化,这是其长期适应种源地环境的结果.研究结果可为我国受氮沉降影响的亚热带区域开展刨花楠优良种源选择等提供理论依据.

为了解鳙在低营养水体中的下行效应,于秋冬季节在流溪河水库开展了原位围隔实验.该实验在水库原水中进行,并根据鳙的生物量(0 g·m-3 和 3 g·m-3)设置了对照组和有鱼组.研究结果显示:总氮(TN)、总磷(TP)、氮磷质量比(TN:TP)和叶绿素(Chl a)在加入鳙后均未发生显著变化.所有围隔中浮游动物群落均是以小个体种类为主,缺少大型枝角类.鳙的存在促进了轮虫和剑水蚤丰度的增加,但降低了枝角类和哲水蚤的丰度,并导致枝角类、桡足类及浮游动物的生物量显著下降.有鱼围隔中甲壳类的平均体长(352-396 μm)显著低于对照组(547-592 μm).添加鳙使浮游植物优势门类绿藻与大型浮游植物(最大轴直径≥30 μm)的生物量显著升高,但对优势门类硅藻、金藻和甲藻、小型浮游植物(最大轴直径<30 μm)以及浮游植物的生物量无显著影响.这些结果显示,鳙对浮游动物群落产生了强烈的下行效应,对浮游植物群落则未产生明显的级联效应.我们的结果表明,在缺少大型牧食性枝角类的低营养水体中,鳙在低温季节对水质的影响可能相对有限.

植物功能群氮含量既是理解氮沉降对生物多样性影响的关键指标,也是生产力过程模型模拟的重要参数,极易受氮素可利用性的影响和磷元素的限制.基于内蒙古温带草原 4 年氮磷添加试验(N10、N40、P5、P10 及其交互,数字代表添加剂量,单位为g m-2 a-1),分析氮磷添加对植物群落及三种植物功能群(禾本科、灌木和杂类草)氮含量的影响.结果表明:(1)氮添加显著增加了群落及各功能群的氮含量,同一处理水平下禾本科(N10)和灌木(N10 和N40)的氮含量显著高于杂类草,同一功能群不同氮添加剂量间无显著差异;(2)磷添加对群落和三种功能群的氮含量无显著影响;(3)与单独氮添加相比,氮磷同时添加显著增加了群落、禾本科和杂类草氮含量,且高剂量氮磷添加的促进作用更大;(4)与单独氮添加相比,氮磷同时添加显著增加群落和三种功能群磷含量而降低氮磷比,相同处理水平下禾本科和杂类草磷含量增加幅度最大.本研究将为草原生态系统管理和应对全球变化提供科学依据.