大气氮沉降增加影响着陆地植被群落结构与功能.非固氮型地衣主要依赖大气沉降的无机氮(铵态氮和硝态氮)作为氮源,因此,成为大气氮沉降的生物指示器,但地衣对这两种无机氮的吸收能力差异尚不清楚,这严重限制了利用地衣氮含量解译大气氮沉降水平的准确性.本研究以鹿蕊地衣为对象,在光照和避光条件下对鹿蕊地衣进行单独铵根(NH4+)或硝酸根(NO3-)添加以及NH4+和NO3-按不同比例混合添加处理,分析地衣氮吸收能力差异.结果表明:鹿蕊地衣对NH4+和NO3-的吸收速率随浓度增加而增加,并呈Michaelis-Menten曲线特征.鹿蕊地衣偏好吸收NH4+,NH4+的亲和力和吸收效率均高于NO3-;随着NH4+与NO3-混合比例的增加,鹿蕊地衣吸收NO3-的速率和总量降低,但吸收NH4+的速率基本不受影响,这表明NH4+增加会抑制鹿蕊地衣对NO3-的吸收能力.避光显著降低鹿蕊地衣对NO3-的最大吸收速率和效率,但对鹿蕊地衣NH4+吸收能力的影响较小.本研究揭示了地衣具有喜NH4+和亲NH4+的氮吸收策略,因此,在利用地衣监测大气氮污染水平及评价大气氮沉降对地衣生理生态特征的影响时需要考虑大气无机氮沉降的主要类型.

土壤氮矿化速率限制着森林土壤有效氮素供给能力,但目前关于黄土高原次生林演替过程土壤氮矿化特征的认识还不清楚.选择黄土高原黄龙山次生林区草本阶段、灌木阶段、先锋乔木群落阶段、混交森林群落阶段和顶级森林群落阶段等5个演替阶段的9种群落类型,测定了其林下土壤氮矿化速率,并分析了土壤理化性质、凋落物养分特征和土壤酶活性及其对氮矿化的影响.结果表明:随着演替进展,土壤有机碳和氮不断积累,土壤硝态氮和铵态氮含量逐渐增加,凋落物养分和土壤酶活性也发生了显著变化.土壤硝化速率从草本群落阶段到顶级森林群落阶段显著增加了 71.73％;土壤氨化速率一直为负值且持续负向增加;土壤净矿化速率从草本群落阶段的(0.16±0.06)mg kg-1 d-1逐渐增加到混交森林阶段的(0.31±0.08)mg kg-1 d-1,但从混交林群落到顶级森林群落阶段有所下降.土壤理化性质(路径系数-0.530)和酶活性(路径系数-0.268)对氮矿化速率有显著的直接作用;凋落物养分对氮矿化速率的影响来自于其直接作用(路径系数-0.283)和通过调控土壤理化性质、酶活性产生的间接影响(路径系数-0.315).结果有助于认识黄土高原植被演替过程中土壤氮循环过程,对森林可持续经营也有一定的意义.

返青期休牧措施可以有效提高高寒草甸生产力,为了解其对氮矿化及微生物的影响.以玛沁县大武镇高寒草甸为试验样地,设立5个休牧时间,分别为CK(放牧)、休牧20d、30d、40d、50d,在牧草生长季(5-9月)研究了土壤微生物量和有效氮素的动态变化.结果表明:土壤微生物量碳(SMBC)和土壤微生物量氮(SMBN)均随着休牧时间的增加而呈现上升趋势.SMBC在生长初期(5月、6月)休牧50d处理下较CK分别增加了 22.49％、123.33％,生长末期休牧40d处理下含量较高.5月份SMBN在休牧40d下显著高于其他处理,其余月份均在休牧50d处理下含量较高.土壤铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)在生长季呈现先升高后降低的趋势.多数情况下,休牧30d 土壤NH4+-N含量高于CK处理;不同休牧时间对土壤NO3--N含量影响不明显.土壤氮矿化速率在不同月份间差异显著,但总体上呈现休牧30-40d 土壤氮矿化速率较高、CK较低的趋势.因此,在返青期对三江源区高寒草甸进行适当的休牧活动利于其有机氮的转化.

个体大小反映林木径向生长状况,细根对根际土壤环境变化具有高度敏感性,探讨不同大小个体的林木细根功能性状与根际土壤微环境之间的关系,有助于从个体水平揭示林木地下生态系统内的相互作用机制.该研究以11年生刨花楠(正名:刨花润楠,Machilus pauhoi)为对象,基于不同大小个体进行细根与根际土壤取样,分析不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际土壤养分含量、微生物群落结构及酶活性的关系.结果表明:1)不同大小林木个体细根功能性状与根际微环境均存在差异,其中细根生物量、比根长、根长密度、根体积密度、根组织密度、根氮含量和根磷含量等指标差异显著,除比根面积和根组织密度外,其他各细根功能性状均以中等个体为最大,根际土壤碳氮磷含量也以中等个体刨花楠为最高.2)不同大小刨花楠个体细根比根长、根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌、放线菌含量等性状变异系数较大,其中中等刨花楠个体变异系数相对较大,而小刨花楠个体相对较小,各大小个体都倾向于通过调节根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌含量、硝态氮含量等性状以适应环境变化.3)不同大小个体细根采取的资源利用策略不同,中等刨花楠个体具有较大的比根长、根氮含量、根磷含量,采取资源获取型策略以优化其对养分的获取能力,根组织密度较大的小个体细根采取资源保守型策略以提升其应对环境胁迫的能力,而大个体细根则采取地上、地下协同生长的资源权衡策略.4)根际土壤微环境中的土壤全碳含量、微生物生物量碳含量、放线菌含量、铵态氮含量、酸性磷酸酶活性和微生物生物量氮含量是影响刨花楠细根功能性状的主要因子.不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际微环境间关系存在差异.小刨花楠个体细根主要受根际土壤养分的影响;中等刨花楠个体细根主要受根际土壤中放线菌含量及酸性磷酸酶活性影响;而大刨花楠个体细根性状表现出既受根际土壤养分影响又受根际土壤微生物群落结构中细菌、放线菌含量影响的特征.研究结果可为开展刨花楠微地形造林、精确制定其人工林抚育间伐措施、培育大径材人工林等提供理论依据.

为研究不同灌溉施氮模式对冬小麦农田氮素气态损失的影响,以冬小麦为研究对象,在山东省长清灌溉试验站开展田间试验.试验设置了 2种测墒补灌水平:80％～90％田间持水量(θf)(I1)、70％～80％θf(12);3个施氮量:常规施氮240 kg·hm-2(N1)、减氮12.5％(N2)和减氮25％(N3),共6个处理.结果表明:施肥或灌溉后2～4d内均会出现氨挥发速率和氧化亚氮排放峰,追肥期的氨挥发速率明显高于基肥期.12N2处理在追肥期的氨挥发平均速率较其他处理降低10.1％～51.6％,在全生育期内氧化亚氮平均排放速率较其他处理降低了 15.4％～52.2％.氨挥发速率与表层土壤pH值、铵态氮含量呈显著正相关,氧化亚氮排放速率与表层土壤硝态氮含量呈显著正相关.土壤氨挥发累积量为0.83～1.42 kg·hm-2,氧化亚氮排放累积量为0.11～0.33 kg·hm-2,适量减少灌水量和施氮量可以有效减少氨挥发和氧化亚氮累积排放量,其中,I1N3、I2N2处理氨挥发和氧化亚氮累积排放量显著低于其他处理.I2N2处理冬小麦产量最高,为5615.6 kg·hm-2.I2处理灌溉水利用效率均显著高于I,处理,最大增幅达到45.2％,与N1、N3处理相比,N2处理的氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率最大增幅分别达到15.2％、31.8％.综上,以70％～80％θf测墒补灌且施氮量为210 kg·hm-2可以有效提高冬小麦水氮利用效率并降低农田氮素气态损失.

本研究以西双版纳热带森林生态系统恢复前期的白背桐群落、中期的崖豆藤群落和后期的高檐蒲桃群落为研究对象,采用高通量测序技术测定土壤氨氧化细菌(AOB)群落的干湿季变化特征,分析热带森林生态系统恢复过程中土壤理化环境变化对AOB群落组成及多样性的影响.结果表明:热带森林恢复显著影响土壤AOB优势门的相对丰度及其季节变化.变形菌门相对丰度均值在恢复前期达最大(71.3％),而放线菌门则在恢复后期达最大(1.0％);变形菌门和放线菌门丰度的干湿季变幅分别在恢复前期和后期达最大.热带森林恢复显著影响土壤AOB优势属相对丰度及其季节变化.亚硝化螺菌属和亚硝化毛杆菌属相对丰度均值在恢复后期达到最大,分别为66.2％和1.5％,而亚硝化弧菌属则在恢复前期达最大,为25.6％;亚硝化螺菌属和亚硝化弧菌属相对丰度的干湿季变幅最大值出现在恢复前期,而亚硝化毛杆菌属丰度的变幅则在恢复中期达最大.AOB群落Chao1、Shannon和Simpson指数均沿热带森林恢复进程显著增加且在湿季高于干季.典范对应分析表明,土壤易氧化碳是AOB群落多样性和放线菌门丰度变化的主控因子;土壤容重和温度是变形菌门丰度变化的主要影响因子;土壤pH、微生物生物量碳、含水率、铵态氮、容重和温度是亚硝化螺菌属、亚硝化毛杆菌属和亚硝化弧菌属的主控因子.因此,热带森林恢复主要通过改变土壤温度、容重及易氧化碳含量而调控优势类群的丰度变化,从而促进AOB群落多样性.

强还原土壤灭菌(RSD)方法是修复退化设施蔬菜地土壤的有效措施,但以绿肥为碳源的RSD方法田间应用是否有效还未明确.本研究以退化设施蔬菜地土壤为对象,设置6个处理:未施肥对照(CK)、未施肥+淹水覆膜(FF)、施用鸡粪有机肥(OM)、施用鸡粪有机肥+淹水覆膜(OMR)、田菁绿肥还田(TF)和田菁绿肥还田+淹水覆膜(TR),研究强还原处理和施用有机肥对土壤微生物群落组成、多样性和稳定性的影响.结果表明:与CK相比,OMR和TR处理显著降低了细菌Chaol指数,改变了细菌和真菌的群落结构,同时显著提高了芽孢杆菌、红球菌、梭状芽孢杆菌和青霉菌的相对丰度;TR处理显著降低了尖孢镰刀菌的相对丰度.冗余分析和曼特尔检验发现,土壤铵态氮和可溶性有机碳含量是影响细菌群落变化的关键因子,而土壤pH是影响真菌群落变化的关键因子.内聚力分析表明,OMR和TR处理显著提高了细菌群落稳定性,但2个处理之间的差异不显著;TR处理也显著提高了真菌群落稳定性,且显著高于OMR处理.可见,以绿肥为碳源的RSD是改善土壤健康的有效修复措施.

接种丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌可以提高棉花对氮(N)的吸收,但光照强度和N素形态对棉花-AM真菌共生体生长及碳氮(C-N)代谢的影响鲜有报道.本研究以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)和AM真菌异形根孢囊霉(Rhizophagus irregularis)为研究对象,以不同光照强度(20%2 390 lux、60%7 170 lux、80%9 598 lux)和总N浓度为4 mmol/L不同形态N素(硫酸铵、硝酸钾、尿素、谷氨酰胺)为试验因子,采用三室培养法和同位素示踪技术探究不同光照强度和N素处理对棉花-AM真菌共生体生长及C-N代谢的影响.研究发现硫酸铵或尿素处理下,菌根15N丰度随光照强度增强而升高,说明当光照强度增强时,寄主植物可能传递更多的C给AM真菌,从而使AM真菌根外菌丝同化和转运更多的外源N(特别是含NH4+的N源)给寄主植物.60%与80%光照处理下,各N素处理AM真菌侵染强度均显著高于 20%光照处理,但 60%与80%光照处理相比,各N素处理AM真菌侵染强度无显著差异.20%和60%光照处理下,施加尿素或硫酸铵更有利于菌根化棉花N、磷(P)、可溶性糖及叶绿素的积累,80%光照处理下,施加硫酸铵对共生体N、P积累最有利,施加硝酸钾对共生体可溶性糖和叶绿素积累最有利,但与各N素组内 20%光照处理对比,80%光照下,共生体N、P及叶绿素积累均有所下降.综上所述,60%光照强度,施加4 mmol/L 铵态氮(NH4+-N)更有利于棉花-AM真菌共生体的生长发育及C-N代谢.

探究自然莼菜对水环境的响应策略,可以为科学保护莼菜自然群落提供理论依据.本研究以滇西腾冲北海湿地的自然莼菜群落为对象,根据莼菜的生长态势及北海湿地的水环境状况,选择17个采样点,测定莼菜的叶经济性状以及采样点的水环境因子,检测莼菜叶经济性状与水环境参数间的关系,探讨高海拔地区自然莼菜对水环境的响应策略.结果表明:与100％盖度相比,盖度为60％～70％的莼菜具有更大的叶片面积以及更低的氮、磷、铁和锌质量分数(P＜0.05).水体溶解氧含量、氮体积分数、磷体积分数、铵态氮体积分数以及水温是影响莼菜叶经济性状的主要水环境因子.光合速率与水体溶解氧含量、铵态氮含量以及硝态氮含量呈显著正相关(P＜0.05).叶片厚度与生化需氧量呈显著正相关;叶片面积与水体溶解氧含量、铵态氮含量及水温呈显著正相关,而与生化需氧量、化学需氧量以及高锰酸钾指数呈显著负相关(P＜0.05).莼菜叶片氮质量分数与水体的氮体积分数及水体的铵态氮体积分数呈显著正相关(P＜0.05);叶片磷质量分数与水体氮体积分数呈显著正相关,而与水体溶解氧含量、水温呈显著负相关(P＜0.05);叶片氮磷比与水体溶解氧含量及铵态氮含量呈显著正相关,而与化学需氧量及高锰酸钾指数呈显著负相关(P＜0.05).其余的莼菜元素质量分数,包括钾、镁、硅、钙、铁、锌,主要与水体的溶解氧含量、水温及水体的氮、磷等营养条件相关.本研究结果为莼菜自然群落的保护提供了科学依据.

为了解土壤微生物群落及其碳循环功能对草地退化和人工建植的响应及驱动因素,本研究以青藏高原退化高寒草甸及人工建植草地为对象,借助宏基因组技术,分析退化和建植过程中微生物结构及碳循环功能基因的变化特征,并进一步探索微生物碳循环功能基因变化的驱动因素.结果表明:高寒草甸退化及人工建植过程显著改变了土壤和植被因子;在退化及建植过程中,土壤微生物丰富度及多样性的上升及优势种相对丰度的下降表明微生物群落趋于均质化分布;土壤碳循环功能基因多样性表现为显著上升-稳定-上升的趋势;微生物群落相对丰度前15的优势种对碳循环功能基因的贡献超过40％,但随退化和建植明显下降;单独的土壤或植被因子对土壤微生物群落结构的影响高于微生物碳循环功能基因的影响,但土壤和植被的互作对后者的影响要强于前者;土壤营养元素有效态(铵氮和硝氮)及植被因子(盖度、生物量及多样性)与碳循环功能基因多样性和丰度关系密切.研究结果有助于增强理解高寒草甸退化及人工建植过程中碳循环过程的微生物机制.