在微生物的代谢活动下,土壤中有机态碳氮化合物矿化分解释放矿质养分和二氧化碳,深刻影响着自然生态系统土壤碳、氮等元素的循环转化、土壤的养分供应和有机质的更新,并对地上植被的演替和分布有极为重要的意义。青藏高原灌丛面积分布广...在微生物的代谢活动下,土壤中有机态碳氮化合物矿化分解释放矿质养分和二氧化碳,深刻影响着自然生态系统土壤碳、氮等元素的循环转化、土壤的养分供应和有机质的更新,并对地上植被的演替和分布有极为重要的意义。青藏高原灌丛面积分布广泛,地形和气候条件复杂,但目前对灌丛分布地区土壤碳氮含量、矿化作用强度及其影响因素等的认识较少。研究结合土壤理化分析和高通量定量PCR(quantitative microbial element cycling,QMEC)技术研究了青藏高原喜马拉雅山-冈底斯山地区不同类型灌丛土壤碳氮含量、碳氮矿化速率和相关功能基因的分布特征及其与植被、气候和土壤因子间的耦联关系。结果表明,不同类型灌丛土壤的有机碳、全氮含量、CO_(2)释放速率、净氮矿化速率、碳氮矿化基因的丰度有显著差异。其中,位于青藏高原东南部的雪层杜鹃和香柏灌丛分布区土壤有机碳和全氮含量、CO_(2)释放速率、净氮矿化速率显著高于位于中西部的变色锦鸡儿、金露梅和砂生槐灌丛地区,并与年平均降雨量显著正相关。然而,碳、氮矿化基因丰度分布趋势与之相反,在雪层杜鹃和香柏灌丛分布区丰度显著低于中西部的三类灌丛,且与年平均降雨量呈显著负相关,但与土壤pH呈显著正相关。同时pH与年平均降水量、湿润指数和土壤含水率均为显著负相关。这些结果表明降水可通过增加盐基离子淋溶,使土壤盐基饱和度下降、氢饱和度增加,引起土壤酸化,进而影响碳氮循环过程,导致不同类型灌丛土壤碳氮元素的赋存及其周转速率差异。同时,碳、氮矿化相关功能基因丰度各类群间呈现显著的正相关关系,表明土壤碳氮循环过程间紧密的耦联关系。这些结果为准确评估青藏高原土壤碳、氮库及其动态平衡提供了重要信息和参考依据。展开更多
茶园土壤酸化是国际关注热点,已成为限制茶产业可持续发展的关键因素。为全面梳理茶园土壤酸化研究的国际发展动态,把握该领域研究的重心和前沿热点,本文对Web of Science(WoS)核心合集数据库(2000—2023年)发表的118篇相关文献进行分...茶园土壤酸化是国际关注热点,已成为限制茶产业可持续发展的关键因素。为全面梳理茶园土壤酸化研究的国际发展动态,把握该领域研究的重心和前沿热点,本文对Web of Science(WoS)核心合集数据库(2000—2023年)发表的118篇相关文献进行分析。结果表明,自2018年开始,国际上关于茶园土壤酸化的研究呈明显增加态势;我国发文量最多且影响力最大。这些研究主要聚焦于茶园土壤酸化对土壤理化性质、碳氮磷循环、土壤微生物生态系统、茶叶产量与品质的影响,以及土壤铝毒与茶树耐铝机制、茶园土壤酸化改良等领域。酸化将导致土壤团聚体稳定性被破坏,缓冲性能降低,土壤通透性变差,进而造成土壤持水能力下降,根系生长受阻,同时还导致盐基离子大量淋失,盐基饱和度降低,土壤养分有效性下降,加剧了铝的活化与溶出,并增加茶叶重金属(如Cd、Pb和Cr等)含量。不仅如此,酸化能够加速土壤碳氮磷的损失,降低土壤微生物多样性,抑制某些有益微生物(如假单胞菌和慢生根瘤菌)的生长,损害微生物活性,从而影响茶树正常生长发育以及茶叶产量和品质。因此,不同程度的酸性茶园土壤需通过针对性措施进行防控,如施用有机肥或生物炭,有效缓解土壤酸度的同时提升土壤肥力。另外,铝的生物地球化学循环以及土壤酸化对茶园系统氮磷循环的影响分别为该领域研究焦点和持续性研究热点与前沿话题。本研究有助于全面了解国际茶园土壤酸化研究现状及进展,为茶园土壤酸化改良及应用提供重要参考。展开更多
Background:Nitrogen(N)deposition affects forest stoichiometric flexibility through changing soil nutrient availability to influence plant uptake.However,the effect of N deposition on the flexibility of carbon(C),N,and...Background:Nitrogen(N)deposition affects forest stoichiometric flexibility through changing soil nutrient availability to influence plant uptake.However,the effect of N deposition on the flexibility of carbon(C),N,and phosphorus(P)in forest plant-soil-microbe systems remains unclear.Methods:We conducted a meta-analysis based on 751 pairs of observations to evaluate the responses of plant,soil and microbial biomass C,N and P nutrients and stoichiometry to N addition in different N intensity(050,50–100,>100 kg·ha^(-1)·year^(-1)of N),duration(0–5,>5 year),method(understory,canopy),and matter(ammonium N,nitrate N,organic N,mixed N).Results:N addition significantly increased plant N:P(leaf:14.98%,root:13.29%),plant C:P(leaf:6.8%,root:25.44%),soil N:P(13.94%),soil C:P(10.86%),microbial biomass N:P(23.58%),microbial biomass C:P(12.62%),but reduced plant C:N(leaf:6.49%,root:9.02%).Furthermore,plant C:N:P stoichiometry changed significantly under short-term N inputs,while soil and microorganisms changed drastically under high N addition.Canopy N addition primarily affected plant C:N:P stoichiometry through altering plant N content,while understory N inputs altered more by influencing soil C and P content.Organic N significantly influenced plant and soil C:N and C:P,while ammonia N changed plant N:P.Plant C:P and soil C:N were strongly correlated with mean annual precipitation(MAT),and the C:N:P stoichiometric flexibility in soil and plant under N addition connected with soil depth.Besides,N addition decoupled the correlations between soil microorganisms and the plant.Conclusions:N addition significantly increased the C:P and N:P in soil,plant,and microbial biomass,reducing plant C:N,and aggravated forest P limitations.Significantly,these impacts were contingent on climate types,soil layers,and N input forms.The findings enhance our comprehension of the plant-soil system nutrient cycling mechanisms in forest ecosystems and plant strategy responses to N deposition.展开更多
定量描述农田生态系统中土壤水分动态、碳氮循环过程和作物生长发育规律,对水氮资源高效利用、作物生产决策和环境保护具有十分重要的意义。该文在总结前人研究成果的基础上,引用了联合国粮食及农业组织的气象模块、荷兰的PS123作物模...定量描述农田生态系统中土壤水分动态、碳氮循环过程和作物生长发育规律,对水氮资源高效利用、作物生产决策和环境保护具有十分重要的意义。该文在总结前人研究成果的基础上,引用了联合国粮食及农业组织的气象模块、荷兰的PS123作物模型和丹麦的Daisy模型的碳氮循环模块;借鉴了RZWQM和Hydrus-1D的水分溶质运移模块的相关理论,并在其基础上进行了修改与完善,构建了土壤-作物-大气系统水热碳氮耦合模拟模型WHCNS（soil water heat carbon and nitrogen simulation）。该模型以天为步长,考虑了气象条件、作物生物学特性和田间管理驱动。土壤水分入渗和再分布过程分别采用Green-Ampt模型和Richards方程来描述。土壤氮素运移使用对流-弥散方程来描述,源汇项中考虑碳氮循环的各个过程（有机质矿化、生物固持、尿素水解、氨挥发、硝化、反硝化和作物吸收等）,在根系吸水吸氮源汇项中引入了补偿性吸收机制。有机质模块完全来自Daisy模型,将有机质库划分为3个快库和3个慢库。利用改进的荷兰PS123模型实现了作物生长发育进程、干物质生产、干物质分配及作物产量的模拟,通过水氮胁迫校准因子来实现水氮限制下作物产量的模拟。最后应用华北地区（山东泰安）冬小麦-夏玉米轮作体系2 a的田间观测数据对该模型进行了校验。结果表明,剖面土壤水分和硝态氮浓度、叶面积指数、作物产量与实测值均吻合良好,模拟误差均在合理范围之内,特别是对产量的模拟较好,均方根误差为206-319 kg/hm^2,相关系数为0.90,模型效率值均大于0.75,一致性指数值均大于0.9。WHCNS模型能够较好地模拟土壤水分动态、氮素运移及去向、作物生长发育等过程,表明该模型适用于中国华北地区高度集约化的农田生产系统。展开更多
文摘在微生物的代谢活动下,土壤中有机态碳氮化合物矿化分解释放矿质养分和二氧化碳,深刻影响着自然生态系统土壤碳、氮等元素的循环转化、土壤的养分供应和有机质的更新,并对地上植被的演替和分布有极为重要的意义。青藏高原灌丛面积分布广泛,地形和气候条件复杂,但目前对灌丛分布地区土壤碳氮含量、矿化作用强度及其影响因素等的认识较少。研究结合土壤理化分析和高通量定量PCR(quantitative microbial element cycling,QMEC)技术研究了青藏高原喜马拉雅山-冈底斯山地区不同类型灌丛土壤碳氮含量、碳氮矿化速率和相关功能基因的分布特征及其与植被、气候和土壤因子间的耦联关系。结果表明,不同类型灌丛土壤的有机碳、全氮含量、CO_(2)释放速率、净氮矿化速率、碳氮矿化基因的丰度有显著差异。其中,位于青藏高原东南部的雪层杜鹃和香柏灌丛分布区土壤有机碳和全氮含量、CO_(2)释放速率、净氮矿化速率显著高于位于中西部的变色锦鸡儿、金露梅和砂生槐灌丛地区,并与年平均降雨量显著正相关。然而,碳、氮矿化基因丰度分布趋势与之相反,在雪层杜鹃和香柏灌丛分布区丰度显著低于中西部的三类灌丛,且与年平均降雨量呈显著负相关,但与土壤pH呈显著正相关。同时pH与年平均降水量、湿润指数和土壤含水率均为显著负相关。这些结果表明降水可通过增加盐基离子淋溶,使土壤盐基饱和度下降、氢饱和度增加,引起土壤酸化,进而影响碳氮循环过程,导致不同类型灌丛土壤碳氮元素的赋存及其周转速率差异。同时,碳、氮矿化相关功能基因丰度各类群间呈现显著的正相关关系,表明土壤碳氮循环过程间紧密的耦联关系。这些结果为准确评估青藏高原土壤碳、氮库及其动态平衡提供了重要信息和参考依据。
文摘茶园土壤酸化是国际关注热点,已成为限制茶产业可持续发展的关键因素。为全面梳理茶园土壤酸化研究的国际发展动态,把握该领域研究的重心和前沿热点,本文对Web of Science(WoS)核心合集数据库(2000—2023年)发表的118篇相关文献进行分析。结果表明,自2018年开始,国际上关于茶园土壤酸化的研究呈明显增加态势;我国发文量最多且影响力最大。这些研究主要聚焦于茶园土壤酸化对土壤理化性质、碳氮磷循环、土壤微生物生态系统、茶叶产量与品质的影响,以及土壤铝毒与茶树耐铝机制、茶园土壤酸化改良等领域。酸化将导致土壤团聚体稳定性被破坏,缓冲性能降低,土壤通透性变差,进而造成土壤持水能力下降,根系生长受阻,同时还导致盐基离子大量淋失,盐基饱和度降低,土壤养分有效性下降,加剧了铝的活化与溶出,并增加茶叶重金属(如Cd、Pb和Cr等)含量。不仅如此,酸化能够加速土壤碳氮磷的损失,降低土壤微生物多样性,抑制某些有益微生物(如假单胞菌和慢生根瘤菌)的生长,损害微生物活性,从而影响茶树正常生长发育以及茶叶产量和品质。因此,不同程度的酸性茶园土壤需通过针对性措施进行防控,如施用有机肥或生物炭,有效缓解土壤酸度的同时提升土壤肥力。另外,铝的生物地球化学循环以及土壤酸化对茶园系统氮磷循环的影响分别为该领域研究焦点和持续性研究热点与前沿话题。本研究有助于全面了解国际茶园土壤酸化研究现状及进展,为茶园土壤酸化改良及应用提供重要参考。
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.31800369,32271686,U1904204)the State Scholarship Fund of Chinathe Innovation Scientists and Technicians Troop Construction Projects of Henan Province(No.182101510005)。
文摘Background:Nitrogen(N)deposition affects forest stoichiometric flexibility through changing soil nutrient availability to influence plant uptake.However,the effect of N deposition on the flexibility of carbon(C),N,and phosphorus(P)in forest plant-soil-microbe systems remains unclear.Methods:We conducted a meta-analysis based on 751 pairs of observations to evaluate the responses of plant,soil and microbial biomass C,N and P nutrients and stoichiometry to N addition in different N intensity(050,50–100,>100 kg·ha^(-1)·year^(-1)of N),duration(0–5,>5 year),method(understory,canopy),and matter(ammonium N,nitrate N,organic N,mixed N).Results:N addition significantly increased plant N:P(leaf:14.98%,root:13.29%),plant C:P(leaf:6.8%,root:25.44%),soil N:P(13.94%),soil C:P(10.86%),microbial biomass N:P(23.58%),microbial biomass C:P(12.62%),but reduced plant C:N(leaf:6.49%,root:9.02%).Furthermore,plant C:N:P stoichiometry changed significantly under short-term N inputs,while soil and microorganisms changed drastically under high N addition.Canopy N addition primarily affected plant C:N:P stoichiometry through altering plant N content,while understory N inputs altered more by influencing soil C and P content.Organic N significantly influenced plant and soil C:N and C:P,while ammonia N changed plant N:P.Plant C:P and soil C:N were strongly correlated with mean annual precipitation(MAT),and the C:N:P stoichiometric flexibility in soil and plant under N addition connected with soil depth.Besides,N addition decoupled the correlations between soil microorganisms and the plant.Conclusions:N addition significantly increased the C:P and N:P in soil,plant,and microbial biomass,reducing plant C:N,and aggravated forest P limitations.Significantly,these impacts were contingent on climate types,soil layers,and N input forms.The findings enhance our comprehension of the plant-soil system nutrient cycling mechanisms in forest ecosystems and plant strategy responses to N deposition.
文摘定量描述农田生态系统中土壤水分动态、碳氮循环过程和作物生长发育规律,对水氮资源高效利用、作物生产决策和环境保护具有十分重要的意义。该文在总结前人研究成果的基础上,引用了联合国粮食及农业组织的气象模块、荷兰的PS123作物模型和丹麦的Daisy模型的碳氮循环模块;借鉴了RZWQM和Hydrus-1D的水分溶质运移模块的相关理论,并在其基础上进行了修改与完善,构建了土壤-作物-大气系统水热碳氮耦合模拟模型WHCNS（soil water heat carbon and nitrogen simulation）。该模型以天为步长,考虑了气象条件、作物生物学特性和田间管理驱动。土壤水分入渗和再分布过程分别采用Green-Ampt模型和Richards方程来描述。土壤氮素运移使用对流-弥散方程来描述,源汇项中考虑碳氮循环的各个过程（有机质矿化、生物固持、尿素水解、氨挥发、硝化、反硝化和作物吸收等）,在根系吸水吸氮源汇项中引入了补偿性吸收机制。有机质模块完全来自Daisy模型,将有机质库划分为3个快库和3个慢库。利用改进的荷兰PS123模型实现了作物生长发育进程、干物质生产、干物质分配及作物产量的模拟,通过水氮胁迫校准因子来实现水氮限制下作物产量的模拟。最后应用华北地区（山东泰安）冬小麦-夏玉米轮作体系2 a的田间观测数据对该模型进行了校验。结果表明,剖面土壤水分和硝态氮浓度、叶面积指数、作物产量与实测值均吻合良好,模拟误差均在合理范围之内,特别是对产量的模拟较好,均方根误差为206-319 kg/hm^2,相关系数为0.90,模型效率值均大于0.75,一致性指数值均大于0.9。WHCNS模型能够较好地模拟土壤水分动态、氮素运移及去向、作物生长发育等过程,表明该模型适用于中国华北地区高度集约化的农田生产系统。
基金National Key Basic Research Program of China(No.2013CB956601,2013CB956000)National High Technology Research and Development Program of China(863 Program,No.2012AA061401)National Natural Science Foundation of China(No.41471202,41171201,41230750,41430856)
