氮输入对泥炭沼泽碳氮转化的影响研究
不同形态氮输入对湿地生态系统碳循环影响的研究进展
生态环境学报 2016, 25(1): 162-167 Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@基金项目：国家自然科学基金项目（41501099）；山东省自然科学基金项目（ZR2014DQ015）；聊城大学博士启动基金项目（318051430）；聊城大学基金项目：黄河三角洲湿地柽柳灌丛肥岛效应研究作者简介：陶宝先（1981年生），男，讲师，博士，主要研究方向为湿地生态过程。
E-mail: taobaoxian@*通信作者收稿日期：2015-09-23不同形态氮输入对湿地生态系统碳循环影响的研究进展陶宝先*，陈永金聊城大学环境与规划学院，山东 聊城 252059摘要：人类活动导致湿地生态系统氮负荷明显增加，引起生态系统碳循环过程发生诸多变化。
外源氮输入对湿地生态系统土壤碳库稳定性的影响已成为当今国际研究的前沿问题之一。
文章综述了不同形态氮素对湿地植物固碳潜势、土壤自养与异养呼吸速率的影响、土壤甲烷排放及不同形态氮与全球变暖对土壤有机碳及其组分矿化速率的交互作用的研究进展。
研究表明，（1）植物对不同形态氮素的选择性吸收，会影响植物叶片的光合速率，改变植物的固碳潜势，影响植物根系的自养呼吸速率；同时，会影响凋落物归还量，改变植物对土壤的有机碳输入；此外，还可能影响凋落物的质量(如C/N)，改变凋落物的分解速率，影响土壤异养呼吸速率。
（2）各种形态氮输入对土壤pH 产生不同的影响，改变土壤微生物及酶活性，影响有机碳的分解及土壤异养呼吸速率。
（3）土壤有机碳组分对各种形态氮素的不同响应，也会改变土壤有机碳的矿化速率。
（4）植物对不同形态氮素的选择性吸收，及各种形态氮输入对土壤pH 产生的不同影响，会影响土壤中可利用C 、N 源的供应，改变土壤的酸碱环境及氧化还原电位，影响土壤CH 4排放。
（5）大气氮沉降与全球变暖同时影响土壤碳循环过程，但不同形态氮素与全球变暖对湿地土壤碳循环过程的交互作用研究仍较少见。
《2024年短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响》范文
《短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响》篇一一、引言湿地是地球上重要的生态系统之一，对于维持生物多样性和碳循环平衡具有关键作用。
土壤微生物作为湿地生态系统的核心组成部分，其活动对土壤碳库的稳定性和碳循环的调控起着至关重要的作用。
近期，随着人类活动的增加，湿地系统中氮的输入量大幅提高，这无疑会对湿地土壤微生物的碳源利用特征以及土壤呼吸产生影响。
因此，研究短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响，对于理解氮输入对湿地生态系统的影响机制具有重要的科学意义。
二、研究方法本研究选择某湿地为研究对象，通过设置不同浓度的氮添加梯度，观察短期内（如一个月）氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响。
采用PLFA（磷脂脂肪酸分析）技术测定土壤微生物群落结构变化，利用底物诱导呼吸法（SIR）测定土壤微生物对不同碳源的利用能力，同时监测土壤呼吸速率的变化。
三、结果与讨论1. 短期氮添加对土壤微生物碳源利用特征的影响实验结果显示，短期氮添加后，湿地土壤微生物对不同碳源的利用能力发生了显著变化。
高氮处理组的土壤微生物对易分解有机碳的利用能力增强，而对难分解有机碳的利用能力则有所下降。
这可能是由于氮添加改变了土壤微生物的代谢活动，使其更倾向于利用易分解的碳源。
此外，氮添加还可能促进了某些特定微生物类群（如氨氧化细菌等）的生长和活动，进一步影响了土壤微生物的碳源利用特征。
2. 短期氮添加对土壤呼吸的影响实验发现，短期氮添加后，湿地土壤呼吸速率有所增加。
这可能是由于氮添加促进了土壤微生物的活性，使其在分解有机质的过程中释放更多的CO2。
此外，氮添加还可能改变了土壤的物理和化学性质（如土壤pH值、有机质含量等），从而间接影响土壤呼吸。
然而，需要注意的是，过量的氮输入可能导致土壤氮饱和，反而抑制土壤微生物的活性，进而影响土壤呼吸。
四、结论本研究表明，短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸产生了显著影响。
《短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响》范文
《短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响》篇一一、引言湿地作为地球上重要的生态系统之一，其土壤微生物在碳循环和氮循环中扮演着关键角色。
近年来，随着人类活动的加剧，氮素添加成为湿地生态系统常见的环境变化因素。
本文旨在探讨短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响，以期为理解氮素对湿地生态系统的生态效应提供科学依据。
二、研究方法本研究选取了某湿地生态系统为研究对象，通过实验室模拟实验，设置氮添加组和对照组，观察短期（如一个月）内氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响。
实验中使用的氮源为硝酸铵，采用土壤微生物培养法及土壤呼吸测定法进行实验。
三、结果与分析（一）对土壤微生物碳源利用特征的影响短期氮添加后，湿地土壤微生物的碳源利用特征发生了显著变化。
通过生物标记法分析，我们发现氮添加后，微生物对有机碳的利用效率明显提高，这可能与氮素的加入促进了微生物的活性有关。
同时，我们发现氮添加后，某些特定类型的碳源（如多糖、氨基酸等）的利用效率也得到了提高。
这表明氮素添加为微生物提供了更多的能量来源，促进了微生物的生长和繁殖。
（二）对土壤呼吸的影响短期氮添加对湿地土壤呼吸产生了显著影响。
与对照组相比，氮添加组的土壤呼吸速率明显增加。
这可能是由于氮素的加入促进了微生物的活性，导致更多的有机物被分解并释放出二氧化碳。
此外，氮素的添加还可能改变了土壤的物理化学性质，如土壤pH 值和养分含量等，从而间接影响土壤呼吸。
四、讨论短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响表明，氮素在湿地生态系统中扮演着重要的角色。
首先，氮素的添加为土壤微生物提供了更多的能量来源，促进了微生物的生长和繁殖，从而提高了有机碳的利用效率。
其次，氮素的加入还可能改变了土壤的物理化学性质，如土壤pH值和养分含量等，从而影响土壤呼吸。
此外，还需要关注氮素的长期效应及其与其他环境因子的相互作用，以全面了解其在湿地生态系统中的生态效应。
氮输入对沼泽湿地植物生长和氮吸收的影响
累 、根冠 比 、氮吸收 的影 响。结果 表明 ：培养期 内，茭草地上生 物量 始终表现为 Ｎ４ ０ ＞Ｎ ２ ０ ＞Ｃ Ｋ，即氮输入促进茭草地上
生物量 积累 ；而水葱地上生物量随培养 时间不 同而发 生变 化 ，培养 早期 Ｎ ２ ０处理促进水葱地上生物量积累 ，Ｎ ４ ０处理抑制 水葱地 上生物量积累 。茭草地 下生物量表现为 Ｎ４ ０ ＞Ｃ Ｋ＞Ｎ ２ ０ ，即氮输入不足抑制茭草地下生物量积 累 ，足够氮输入促进 茭草地 下生物量积累 ；水葱地 下生 物量表现为 Ｃ Ｋ＞Ｎ２ ０ ＞Ｎ ４ ０ ，即氮输入抑制水葱地下生物量积 累。植 物地 上部 分和地下 部分生长对 氮输 入的响应也不一致 ， 导致植 物根 冠 比发生变化 ， 茭草根冠 比表 现为 Ｎ２ ０ ＜Ｃ Ｋ＜Ｎ４ ０ ， 水葱根冠 比表现为 Ｎ４ ０ ＜Ｎ２ ０ ＜Ｃ Ｋ。氮输入促进茭 草和水葱对氮 的吸收 ，氮输入对 茭草 地上部分氮含量 的影 响显 著 ，对水葱地下部分氮 含量 的影 响显著 。 关键词 ：沼泽湿 地；氮输入；生物量；根冠 比；氮吸收 中图分 类号 ：Ｘ１ ７ １ ；Ｑ１ ４ ２ 文献标志码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ６ ７ ４ ． ５ ９ ０ ６（ ２ ０ １ ３）０ ８ ． １ ３ １ ７ ． ０ ５
引用格式 ： 孙大成 ， 郭雪莲 ， 解成 杰 ， 余磊朝 ， 许静．氮输入对沼泽湿地植物生长和氮 吸收的影 响［ Ｊ ］ ．生态 环境 学报 ， ２ ０ １ ３ ， ２ ２ （ ８ ） ：
１ ３ １ ７ — １ ３ ２１ ．
大气氮沉降对森林土壤碳输入输出过程的影响
大气氮沉降对森林土壤碳输入输出过程的影响袁吉有1**，苏以荣2(1. 云南大学 生态学与环境学院，云南省高原山地生态系统与退化环境修复重点实验室，云南 昆明 650091；2. 中国科学院 亚热带农业生态研究所，湖南 长沙 410125)摘要：森林是大面积氮沉降的直接承受者，森林土壤碳库占森林生态系统整个碳库的45%，不断加剧的氮沉降对森林土壤碳库输入输出产生了深刻影响，进而影响森林生态系统的结构、过程和功能. 作者综述了国内外有关氮输入影响森林土壤碳库输入输出的4个过程：凋落物分解、细根周转、土壤呼吸、可溶性有机碳淋失，并概述了氮输入对4个过程可能的影响机理，探讨了当前森林土壤碳输入输出过程对氮沉降响应研究存在的问题，指出未来该领域研究的重点和方向.关键词： 氮沉降；森林土壤碳库；碳输入输出；响应；机制中图分类号：X171.1 文献标志码：A 文章编号：0258−7971(2021)03−0577−10近几十年来，化石燃料燃烧、含氮化肥的生产和使用、畜牧业发展和人口增长等人类活动向大气排放了大量的氮化物，导致氮化物在大气中积累并向陆地和水域系统沉降[1]. 相关报道表明，相较于工业革命前，欧洲和北美的大气氮沉降量至少增加了3～10倍[2]，中国也已成为继欧洲、北美之后的第3大沉降区[3]. 随着人类社会经济活动的进一步增加，这种趋势在未来还将继续下去，预计到2050年大气氮沉降量将达到195 Tg·a −1[4]，使之成为影响全球变化的重要现象之一.森林是陆地生态系统中重要的组成部分，也是大面积氮沉降的直接承受者[5]. 氮沉降增加势必影响森林生态系统的结构、过程和功能，如营养元素生物地球化学循环、土壤酸化、物种多样性等[6-9].森林生态系统作为陆地生态系统中最大的碳库，其中森林土壤碳库又占森林生态系统整个碳库的45%[10-12]，因此土壤碳库在研究森林生态系统碳循环中具有重要意义. 相关研究表明，森林土壤碳氮库具有明显的相互耦合关系[13]，随着大气氮沉降的增加，森林土壤碳收支过程也日益受到广泛关注，并成为全球变化科学领域的热点问题. 在20世纪80年代，欧美已经开始研究氮沉降对森林生态系统结构和功能的影响，并逐渐形成了长期定位的研究网络，如美国已经形成覆盖全美的氮沉降监测网络[14]. 随着研究工作的不断深入，森林土壤碳周转对氮沉降的响应也受到广泛关注[1, 15]. 中国也先后启动了“973计划”等在内的多个专项科研计划，如中国陆地生态系统碳−氮−水通量的相互作用关系及其对环境变化的响应和适应机制研究. 同时，在森林碳、氮循环领域开展了大量研究，并报道了一系列的相关研究成果[16]. 已有的研究表明，进入到森林生态系统中的大气氮沉降少部分被植物利用，绝大部分进入到土壤中，进入到土壤中的大气氮沉降极易被土壤微生物利用或者与土壤中有机物或盐基离子相结合，直接或间接影响土壤碳的输入与输出[17]. 因此，深入了解大气氮沉降与土壤碳收支之间的联系，有助于更全面地理解土壤碳循环过程. 本文以开展的相关研究为基础，从氮沉降对凋落物分解、细根周转、土壤呼吸和土壤可溶性有机碳淋失等方面入手，综述了氮沉降对森林土壤碳输入输出过程的影响，以期为该领域的进一步研究提供借鉴与参考.1 氮沉降对森林凋落物分解的影响20世纪80年代欧洲和北美就已经开展了氮沉降对森林凋落物分解的影响研究[18]，总的来看，收稿日期：2020-09-07； 接受日期：2020-12-14； 网络出版日期：2021-01-14基金项目：国家自然科学基金(41867009).** 通信作者：袁吉有(1978−)，男，云南人，讲师，主要研究全球变化生态学与土壤生态学. E-mail ：**************.cn.云南大学学报（自然科学版），2021, 43（3）:577~586Journal of Yunnan University: Natural Sciences EditionDOI: 10.7540/j.ynu.20200474氮沉降对凋落物分解的影响有促进、抑制和无影响3种情况. 如Hobbie等[19]研究发现，模拟氮沉降对凋落物分解有促进作用. Vestgarden[20]研究发现氮添加能促进凋落物的分解，Anderson等[21]的研究也得出相似的结论. Kuperman等[22]通过分析可能影响凋落物分解的因子，得出氮沉降是加速凋落物分解的最重要的因素. 廖利平等[23]对杉木凋落物分解研究中发现，硝态氮促进凋落物的分解.张毓涛等[24]在天山模拟氮沉降对云杉凋落物叶分解的影响中也发现，氮输入促进了云杉凋落物叶的分解，Wu 等[25]也得出相似结果. 也有一些学者研究发现，氮输入抑制森林凋落物的分解，如Magill 和Aber[26]在红松和阔叶混交林的模拟氮沉降试验中发现，氮沉降的增加抑制了凋落物的分解. 徐国良等[27]发现氮输入对季凤林凋落物的分解具有一定的抑制作用. 樊后保等[28]对杉木人工林凋落物的分解研究中发现，高氮对杉木凋落物的分解也有一定的抑制作用. 还有研究发现，氮输入对凋落物的分解无影响，如莫江明等[29]在鼎湖山模拟氮沉降试验中发现，6个月的低氮处理对混交林中的马尾松凋落物分解没有明显的影响. 另外也有研究表明，氮输入初期通常会促进凋落的分解，后期会抑制凋落物的分解. 如Zhang等[30]在对模拟氮沉降对冷杉凋落物分解的试验中发现，氮添加在早期（0～15 d）促进凋落物的分解，后期（47 d后）抑制了凋落物的分解.关于氮沉降促进森林凋落物分解的机理可能是：①短期内，氮输入缓解了微生物活动的氮素限制，有利于微生物的生长，促进了凋落物的分解[31-32]；②氮输入增加将会导致植物氮的吸收量和积累量增加，从而使森林凋落物中氮含量提高及其他化学元素含量的变化，高氮含量的凋落物能促进凋落物的分解[3,15,20,33]；③氮输入将增加植物生物量和凋落物输入量，从而改变森林地表植被组成和凋落物所处的微环境，使一些氮指示物种丰度增加，从而产生易分解凋落物，导致凋落物分解速率明显加快[34-37]；④氮输入能导致纤维素酶、木质素酶活性增强，从而促进凋落物的分解[9,19,38-40]. 氮沉降抑制森林凋落物分解的机理可能是：①氮输入改变了微生物的群落结构和多样性，降低了微生物的生物量和活性，从而抑制了凋落物的分解速率[32,41-43]；②氮输入将增加凋落物中的木质素和纤维素含量，并且在分解过程中形成稳定化合物和难分解的腐殖化合物，从而降低凋落物分解的速率[44-46]；③氮输入通过抑制白担子菌或者腐担子菌的生长来限制木质素降解酶的产生，从而延缓凋落物的分解[38,47-48]；④氮输入可能会引起C或者P对微生物降解的限制，使得凋落物分解缺乏能量，从而延缓凋落物的分解速率[22,49]；⑤ 氮输入能抑制碎化凋落物的土壤动物的活动或引起土壤动物死亡，从而延缓凋落物的分解[50]. 无影响的机理可能是：①从整个凋落物分解过程看，氮输入对凋落物分解的增加效应与抑制效应相互抵消[50-51]；②森林生态系统本身不受氮的限制，或森林对氮输入的适应能力较强，使得氮输入对凋落物的分解无影响[51-52]；③凋落物碳源质量太差，无法引起分解者对氮输入的反应[50].2 氮沉降对森林土壤细根周转的影响细根是指直径小于2 mm的根，其生理活性强，是树木水分和养分吸收的主要器官[53-54]. 森林生态系统中老根不断被新生细根取代，新生细根通过生长形成老根或者衰亡分解，称其为细根周转[55-56].细根周转是森林土壤碳库的重要来源之一[53]，氮沉降主要通过改变细根化学成分、年生长量、寿命和周转速率影响森林土壤中细根碳的输入[57]. 有研究表明，氮沉降增加森林细根生物量和周转速率，如Majdi等[58]在挪威对云杉进行模拟氮沉降试验，研究结果表明氮输入增加了细根生长量和生物量，云杉细根的中值寿命缩短了25%，提高了细根的周转速率. Johnson等[59]在美国对黄松的模拟氮沉降试验中也发现细根周转有所提高. Leppälammi-Kujansuu 等[60]在挪威对云杉22 a的氮输入试验中发现，氮输入显著增加了总的细根生物量，且表层土壤中细根的增加尤为明显. Yuan 等[61]发现无论是在氮自然梯度增加还是氮输入情况下，细根生产量均显著增加. 也有些研究认为氮沉降降低了森林细根生物量和周转速率，如Persson等[62]在欧洲和北美森林中的模拟氮沉降试验中发现，氮饱和导致细根生物量下降，Gower等[63]和Jourdan等[64]也得出了相似的结论. Pregitzer等[65]研究发现氮输入降低了细根周转速率下降. 贾淑霞等[66]在中国东北落叶松和水曲柳中的模拟氮沉降试验发现，氮输入导致落叶松细根生物降低了18.5%，死细根降低了34.8%，水曲柳细根生物量降低了27.4%，死细根生物量降低了127.4%. 李媛媛等[67]在温带森林的模拟氮沉578云南大学学报（自然科学版） 第 43 卷降试验中发现，氮输入前期对细根分解具有促进作用，后期呈现抑制作用. 综合来看，大部分研究认为随着土壤N有效性的提高，树木细根生产量会增加，寿命缩短，周转率加快[68-69].关于氮沉降影响细根生长和周转的机理可能是：①在贫瘠的土壤中，氮输入导致土壤表层和亚表层养分充足，从而增加了细根生物量[58]；②氮输入导致土壤有效氮增加，细根的直径、根长可能会增加，从而延长了细根寿命，降低细根周转速率[65]；③长期氮输入导致土壤氮饱和，过量氮将减少光合产物向根系的分配，从而减少细根生物量[63]；④氮输入导致土壤细根呼吸作用增强，分配到根系的碳并非用于新根的生长，而是用于维持氮的吸收和同化，从而导致细根生物量降低[64]；⑤氮输入导致植物叶面积增加，光合产物增多，将有更多的碳分配到根部，从而促进细根生长，同时，细根氮含量随着土壤有效氮的增加而增多，呼吸作用也会增强，随之而来的结果是细根会降低氮的吸收率，植物也可能缩短细根寿命来保证吸收率并降低呼吸消耗，从而使细根周转速率提高[70].3 氮沉降对森林土壤呼吸的影响土壤呼吸主要包括根系呼吸、土壤微生物呼吸、土壤动物呼吸以及含碳物质的化学氧化，是森林土壤碳库中碳的重要输出途径之一[71]. 国内外众多的研究结果表明，氮输入对森林土壤呼吸具有促进、抑制和无影响3种情况. Bowden等[72]在哈弗森林的试验结果表明，在试验开始的第1年，土壤呼吸速率随着氮输入的加入而增加. Allen等[73]的研究结果表明，氮输入增加了北美火炬松的土壤呼吸速率. Franklin等[74]研究发现，持续20 a的氮输入导致针叶林土壤呼吸降低了40%，Pregitzer等[75]和Craine等[76]的研究也得出相似的结果. 李洁冰等[77]在我国亚热带森林中开展的模拟氮沉降试验表明，氮沉降提高土壤呼吸. 莫江明等[78]在鼎湖山的模拟氮沉降试验也表明，氮输入显著地促进了常绿阔叶林的土壤呼吸，刘盛梅等[79]也得出了相似的研究结果. Bowden等[72]在赤松和落叶松混交林中的模拟氮沉降试验发现，13 a的持续高氮沉降导致土壤呼吸降低了42%. Compton等[41]在哈弗森林的模拟氮沉降试验中发现，长期氮输入使得微生物生物量减少，从而导致微生物呼吸降低，Phollips 等[80]得出类似的结果. 胡正华等[81]在北亚热带的模拟氮沉降试验中发现，氮输入降低了土壤呼吸速率. Jia等[82]进行的模拟氮沉降试验发现，氮输入导致生长季中的落叶松和水曲柳土壤呼吸分别降低了30%和24%，张徐源等[83]对夏季湿地松和曾清萍等[84]对马尾松的研究均得出，氮输入抑制了土壤呼吸. Zhou等[85]在中国西部常绿阔叶林中的模拟氮沉降试验也发现氮输入降低了土壤呼吸，Peng等[86]发现氮输入降低了亚热带常绿阔叶林的根际呼吸和异养呼吸. 也有研究表明，氮输入对森林土壤呼吸无影响[87-88]. 如Gundersen等[89]在丹麦云杉的模拟氮沉降试验发现，氮输入4 a后，云杉土壤呼吸速率无明显改变.关于氮沉降促进土壤呼吸的机理可能是：①试验初期氮输入改善了森林氮限制状态，使得植物和微生物活动增加，从而促进了土壤呼吸[90]；②氮输入通过改变根生物量，或刺激植物生长，从而促进光合作用，导致土壤呼吸速率提高[75,91]；③高氮输入提高了凋落物的质量，促进了土壤碳氮的矿质化，导致土壤呼吸速率增加[37]；④氮输入导致土壤有机碳和土壤微生物生物量碳增加，改善了微生物氮限制状况，增加了微生物活性与生物量，从而促进土壤呼吸[92-93]. 氮沉降抑制土壤呼吸的机理可能是：①氮输入导致土壤碳氮比失衡，降低土壤pH，抑制了微生物活性和碳源活性，引起凋落物分解速率降低，从而抑制土壤呼吸 [16,94]；②氮输入使细根生长量和周转受到影响，从而抑制土壤呼吸[16]；③长期氮输入导致土壤动物数量和生物量减少，从而抑制了土壤呼吸[95]；④氮输入可能对凋落物和土壤有机质分解相关的酶活性产生影响，从而导致土壤呼吸速率降低[96]；⑤氮输入可能降低真菌/细菌生物量比率，改变微生物群落结构，从而降低土壤呼吸速率[97]. 氮沉降对土壤呼吸无影响的机理可能是：①氮输入对土壤有机碳影响不明显的情况下，氮输入对土壤呼吸速率无影响[9]；②输入的氮以无机氮形式存在土壤中时，这些无机氮并不能进入系统循环，从而导致氮输入对土壤呼吸速率无影响[59,98].4 氮沉降对森林土壤可溶性有机碳产生与淋失的影响土壤可溶性有机碳是土壤有机碳的重要组成部分之一，其具有一定溶解性，易氧化、易分解、易矿化，且在土壤中移动较快[99]. 关于氮沉降对森林土壤可溶性有机碳产生与淋失影响的研究也在国第 43 卷袁吉有等：大气氮沉降对森林土壤碳输入输出过程的影响579内外进行了大量研究. Pregitzer等[100]在美国北部阔叶林进行的连续8 a的模拟氮沉降试验中发现，氮输入明显促进了土壤可溶性有机碳的生产和淋溶. Gundersen 等[89]的研究也发现，氮输入导致土壤可溶性有机碳含量增加. Fang等[101]在鼎湖山的模拟氮沉降试验中发现，氮输入导致马尾松林土壤渗透水中可溶性有机碳浓度增加. 袁颖红等[102]也发现，高氮输入情况下，土壤提取液中可溶性有机碳含量增加. Shi等[103]研究发现，低水平施氮有增加土壤DOC含量的趋势，而高水平N则抑制土壤DOC含量. Vestgarden[19]在挪威南部进行的长期模拟氮沉降试验中发现，低氮和高氮输入导致森林地被物可溶性有机碳显著降低. Cronan等[104]研究结果表明，氮输入使得土壤可溶性有机碳释放速度降低了20%. 也有研究发现，氮输入对森林土壤可溶性有机碳没有明显作用，如McDowell等[105]在哈佛森林的模拟氮沉降试验中发现，氮输入对土壤可溶性有机碳无影响，Sjöberg等[106]的研究也得出相似的结果.关于氮沉降影响森林土壤可溶性有机产生与淋失的机理可能是：①氮输入导致土壤酸化，离子强度增强，从而导致土壤可溶性有机碳含量降低[90]；②氮输入通过促进细菌生长和增加了土壤腐殖质的稳定性，从而使得土壤可溶性有机碳含量降低[82]；③氮输入可能抑制土壤中木质素的分解，从而增加土壤可溶性有机碳的含量[107].5 研究展望综上所述，大气氮沉降对森林土壤碳输入（凋落物分解、细根周转）与输出（土壤呼吸、可溶性有机碳淋溶）的影响是一个复杂而综合的过程. 整体来看，氮沉降对森林凋落物分解、土壤呼吸方面的研究较深入，也得出了一些有意义的研究成果，而氮沉降对细根周转、可溶性有机碳方面的研究较少. 综合分析国内外研究现状，以下问题还需要进一步探讨.（1）氮沉降对森林凋落物分解的影响是一个复杂而长期的过程，氮沉降可以通过影响微生物群落结构与活性、植物生长、凋落物量、凋落物含氮量、纤维素和木质素酶活性、土壤动物等方面影响凋落物的分解速率. 但纵观以往相关研究，大多数研究只集中于分析氮输入情况下几个影响因子对凋落物分解过程的影响，具有一定的局限性. 在以后的研究中，应该综合分析氮输入情况下所有影响因子对凋落分解过程的影响，且应结合CO2浓度增加和温度升高等全球变化现象，以便更加准确客观地了解氮沉降对森林凋落物分解过程的影响，明确氮沉降对森林凋落物分解过程的机理. 另外，森林生态系统类型多样以及不同地区森林生态系统营养限制类型不同，因此应开展不同地区、不同森林类型长期氮沉降对凋落物分解过程的影响.（2）现阶段，氮沉降对细根的影响研究主要集中于氮输入对细根生物量、化学成分变化、寿命以及周转速率等方面，但研究方法上有一些局限性，应进一步完善相应的研究方法. 另外，氮输入背景下土壤水分、土壤理化性质、植物多样性对细根的相应研究也待进一步深入研究，同时，在研究氮输入对细根生产量、周转速率的情况下，应进一步研究细根的解剖结构、生理方面对氮输入的响应.（3）土壤呼吸是森林土壤碳库主要的输出途径之一，氮沉降引起森林土壤呼吸变化的研究涉及到很多方面. 纵观以往研究，氮输入对土壤呼吸各组分的影响与机理还需深入研究，以便区分根系自养呼吸、微生物呼吸，从而了解氮输入对土壤呼吸的阶段性影响. 氮输入如何影响植物生长与光合作用，进而如何影响根生物量、凋落物量以及分配到根系的光合产物，最终如何影响土壤呼吸，需要进一步联动综合研究分析.（4）氮输入对森林土壤可溶性有机碳迁移与淋溶方面的研究已取得了一定的研究成果，但总体上还比较欠缺. 在今后的研究中，应加强氮输入如何影响森林土壤可溶性有机碳产生、周转和淋溶等方面的研究，综合研究分析氮输入背景下，土壤温度、湿度、pH、降水、微生物量、根系分泌物以及凋落物对可溶性有机碳产生、迁移过程和淋溶的影响.参考文献：Wright R F, Rasmussen L. 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《短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响》
《短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响》篇一一、引言湿地作为地球上重要的生态系统之一，其土壤微生物在碳循环和氮循环中扮演着关键角色。
近年来，随着人类活动的加剧，氮素输入的增加对湿地生态系统产生了深远的影响。
本文旨在探讨短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响，以期为湿地生态系统的保护和恢复提供科学依据。
二、研究方法本研究选取了某湿地生态系统作为研究对象，通过实验室模拟实验，探究短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响。
具体实验方法包括：1. 土壤样品采集与处理：在实验开始前，采集湿地土壤样品，进行必要的处理和预处理。
2. 氮添加处理：设置不同浓度的氮添加组，包括对照组（不添加氮）、低氮添加组、中氮添加组和高氮添加组。
每个处理组设置多个平行样。
3. 碳源利用特征测定：采用生物标记法测定土壤微生物对不同碳源的利用情况。
4. 土壤呼吸测定：定期测定各处理组土壤的呼吸速率。
三、结果与分析1. 短期氮添加对土壤微生物碳源利用特征的影响实验结果显示，短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征产生了显著影响。
与对照组相比，各氮添加组土壤微生物对不同碳源的利用程度有所差异。
低氮添加组对部分碳源的利用有所增加，而高氮添加组则导致部分碳源利用程度的降低。
这表明氮添加可能改变了土壤微生物的代谢途径和群落结构，进而影响了其对不同碳源的利用。
2. 短期氮添加对土壤呼吸的影响实验发现，短期氮添加对土壤呼吸产生了显著的刺激作用。
各氮添加组土壤呼吸速率均高于对照组。
这可能与氮添加后土壤中有机物的分解和转化加速有关。
然而，高氮添加组土壤呼吸速率的增加幅度逐渐降低，表明在高氮浓度下，土壤微生物的活性可能受到一定程度的抑制。
四、讨论短期氮添加对湿地土壤微生物碳源利用特征及土壤呼吸的影响主要表现在以下几个方面：1. 氮添加改变了土壤微生物的代谢途径和群落结构，进而影响了其对不同碳源的利用。
这可能导致土壤中有机物的分解和转化加速，进而影响碳循环过程。
氮输入对陆地生态系统碳循环关键过程的影响3
第23卷 第8期2008年8月地球科学进展ADVANCES I N E ART H SC I ENCEVol .23 No .8Aug .,2008文章编号:100128166(2008)0820874210氮输入对陆地生态系统碳循环关键过程的影响3彭 琴1,2,董云社13,齐玉春1(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101;2.中国科学院研究生院,北京 100039)摘 要:碳氮作为陆地生态系统最关键的两大生源要素,它们在自然界的循环过程中不仅各自对全球变暖做出重要贡献,而且两者的循环过程显著耦合,互相影响各自的作用和效果。
从氮元素对植物光合作用、呼吸作用以及土壤呼吸作用影响的角度入手,综述了氮输入对陆地生态系统碳固定和碳排放这两个碳循环关键过程的影响特征和机理,分析了陆地生态系统碳源汇对氮素变化响应的不确定性,在此基础上对未来的相关重点研究方向进行了探讨和展望。
关 键 词:氮;陆地生态系统;碳循环;碳固定;碳排放中图分类号:X144;S154.4 文献标志码:A1 引 言自然状态下,陆地生态系统碳循环的基本过程包括植物光合作用的碳固定和植物呼吸、土壤呼吸的碳排放[1],其中,植物通过光合作用形成总初级生产力(GPP ),扣除同期的植物自养呼吸(R A )形成净初级生产力(NPP ),即构成陆地生态系统的净碳固定,土壤呼吸(R S )过程产生陆地生态系统有机碳的净输出,净初级生产力与土壤呼吸是决定陆地生态系统碳源汇功能的两大碳循环关键过程[2]。
对陆地生态系统碳循环的关键过程和影响机制进行深入的研究是准确预测和有效控制未来大气CO 2和其它温室气体含量的重要基础[2]。
在碳循环过程的各影响机制中,氮输入的影响不容忽视。
因为,一方面,氮元素作为植物体内蛋白质、核酸、酶和叶绿素等的重要组成部分,它与碳元素同为陆地生态系统中最基本的两大生源要素[3],植物进行光合作用吸收CO 2的同时亦需要从土壤中吸收适量的可利用氮素构成生命有机体,碳氮元素在植物有机体内以及土壤中常常维持一定的比例关系[4],这个比例关系在很大程度上控制着植物碳生产以及植物向土壤归还有机物质等碳循环关键过程,并影响着植物体内碳的积累与分配[5],决定着陆地生态系统碳源、汇功能。
氮磷输入对湿地碳蓄积的作用
氮磷输入对湿地碳蓄积的作用最近几十年，人类活动已经成为地球系统元素循环更重要的驱动力，引起许多环境问题，氮富集是工业革命前的两倍多，采矿导致磷进入环境是化学风化释放磷的四倍多。
1950~1994年间，每年氮肥施用量从3.0x109kg增长到7.4x1010kg，磷肥施用量从2.4x109kg增长到1.3x1010kg，平均增长率分别为7%和4%[1]。
全球氮沉降水平预计在未来20年内会加倍[2]。
随着全球气候变暖，北半球苔原和冻土区融化也会促进氮磷营养物质释放，这都必将对生态系统碳循环产生重要影响[3]。
湿地是一个非常重要的碳库，在全球碳循环中占重要地位，储藏在全球湿地泥炭中的碳总量为120~260Pg，储藏在不同类型湿地中的碳约占地球陆地碳总量的15%[4,5]。
大量氮磷营养进入湿地生态系统必将对湿地生态系统各碳库产生不同的影响，进而影响碳蓄积。
生态系统碳蓄积，依靠产生和分解输出之间的平衡[6]。
本文从影响生态系统碳输入输出的关键过程出发，从土壤，植物，枯落物分解的角度探讨氮磷营养物质对生态系统碳蓄积的影响，并对当前湿地生态系统碳循环模型研究工作进行了综述，最后提出了当前研究中面临的问题和以后主要的发展趋势。
1土壤碳库对氮输入的响应 1.1氮输入对土壤总有机碳碳库的影响土壤碳库是湿地生态系统碳库的重要组成部分，由于湿地特殊的水文环境，大量的碳储存在湿地土壤中。
土壤有机质的分解和转化是土壤有机碳输出的基本途径，是反映土壤活性的重要特征，同时也是大气碳库和土壤碳库联系的基本过程[7]。
有学者研究表明施氮短期（十年尺度）显著加速土壤轻组有机碳的分解，长期（百年尺度）将抑制重组有机碳的分解；施肥增加初级生产力，加速土壤轻组有机碳的分解，导致土壤总有机碳没有改变[2]。
Mack等[6]对阿拉斯加苔原冻土带进行长期氮输入试验后发现，虽然增加营养可利用性使每年地上生物量成倍增长，但是深层土壤碳储量明显减少，在过去20年生态系统碳净损失为2000gm-2。
氮输入对沼泽湿地碳平衡的影响_张丽华_1
究 , 但大多都集中在温室气体排放 以及某 种或几种形态碳[ 17, 19] 的研究 . 目前了解到的有关湿 地碳氮相互作用也主要集中于湿生植物对氮的净化 作用方面 , 而关于人类活动导致的外源氮素输 入对碳平衡影响的研究较少 , 现有的研究也主要集 中于森林、 草地和农田生态系统 . 大多数自然生态系 统的生产力受氮素的限制 [ 22, 23] , 研究表明 , 陆地生 态系统碳氮循环过程对大气中温室气体浓度的变化 起着至关重要的作用[ 24~ 26] , 陆地生态系统中氮的 状态能够显著改变地 - 气间 CO 2 、 CH 4 等温室气体的 交换[ 27] , 对 森林[ 28~
[ 15~ 17] [ 18]
近年来 , 随着 全球变 化导 致的 CO2 浓度的 升 高, 氮素成为植物 生长的一个限 制性因素[ 1] , 尤其 是在有机质含量丰富的泥炭沼泽地里, 氮素是主要 的限制性因素, 适量的养分促进植物生长 , 而养 分过量则会限制植物的生长. 由于农业活动中化学 肥料的大量应用等人类活动的影响 , 陆地生态系统 中的氮含量增加 , 给陆地生态系统的诸多过程带来 一系列的变化, 如生态系统中碳的积累与重新分配 , 生态系统生产力及地气气体物质交换的变化等等 . 最近研究表明 , 由于植物生长、 CO2 施肥效应和 N 沉降的综合作用 , 不少地区的陆地碳库有所增加, 但 这一现象既没有在全球尺度上 , 也没有在整个植被 干扰过程中得到证实
第 27 卷第 7 期 2006 年 7 月
环 境 科 学 ENVIRONMENTAL SCIENCE
V ol. 27, No. 7 Jul. , 2006
氮输入对沼泽湿地碳平衡的影响
张丽华, 宋长春* , 王德宣
模拟氮输入对黄河三角洲盐沼湿地碳循环关键过程的影响
模拟氮输入对黄河三角洲盐沼湿地碳循环关键过程的影响黄河三角洲（Huanghe River Delta）是中国东部海岸带最大的盐碱地区之一，盐碱地的土壤含盐量普遍较高，同时该地区还兼具典型的河口型湿地特征，是全球海岸带蓝碳库的重要组成部分，其生态系统在大气碳中循环和储存方面扮演着重要角色。
氮输入是近年来盐碱地生态系统中面临的新问题，但其对该区域的碳循环关键过程的影响尚未被充分研究。
一、氮输入对植物的影响植物是湿地生态系统中的重要组成部分，同时也是沉积有机碳的主要来源之一。
氮元素是植物生长必需的主要养分之一，它对湿地植物的生理生态过程、生物量及物候期特征都有影响。
研究表明，在盐碱地条件下，高氮输入会促进植物生长，并增加生物量，增加了植物对土壤的固碳能力。
但过量氮输入则会导致内源性响应，植物对养分的吸收减弱，同时降低生理局限和下调碳固定。
过量的氮输入对盐沼湿地植物类型和群落结构的影响主要表现为促进一些快速生长、适应力强的植物占据优势地位，通过对生物量及多样性的调整改变了生态系统的碳循环特征。
二、氮输入对土壤碳固定的影响黄河三角洲盐沼湿地的土壤主要由富含铁和铝的残积土和沉积体组成，土壤碳存储与有机物与土壤所发生的交互作用密切相关。
氮元素的存在对土壤碳固定起重要作用，它会改变土壤中生物和非生物组分，从而对有机物的降解和形成产生影响。
一方面，适量氮输入会促进微生物生长和分解有机物，提高有机物分解速度，释放出更多的CO2和CH4，降低土壤碳储量；另一方面，适度氮输入也会改变土壤中微生物的种类、数量及生长状态，如最大化氮素条件下，酸化且缺氧的土壤环境可导致硫酸盐还原、甲烷氧化及碳酸盐沉积等作用，增加碳固定和储存。
三、氮输入对湿地植被生态系统碳交换的影响盐沼湿地是陆地和海洋之间的过渡区，其与空气和海洋之间的碳交换十分复杂，生态系统碳交换过程通过植被的呼吸和光合作用而发生。
适量的氮输入可促进植物温室气体CO2和CH4的吸收，交换通量增加，进而加速CO2的固定和储存；另一方面，较高氮输入也可能增加谷子烷和甲烷的排放，加剧温室效应。
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氮输入对泥炭沼泽碳氮转化的影响研究
泥炭沼泽面积仅占陆地总面积的2–3%,其碳储量却占全球土壤碳储量的30%,甲烷排放量占甲烷年排放量的4–10%,泥炭沼泽因而在全球碳循环和气候变化中占有重要地位。
如今农业氮肥的大量使用,使泥炭沼泽面临氮输入影响,可能会对其碳库功能和温室气体排放格局产生影响,而这些均与土壤微生物参与的碳氮转化过程有关。
本研究以吉林省金川泥炭沼泽为研究对象,选择长期（>40年）受氮输入影响的水稻田-泥炭地和自然状态的泥炭地（对照）0–60 cm土壤剖面,采取野外试验和室内实验相结合的方法,通过稳定性同位素示踪和高通量测序技术,研究了氮输入对泥炭沼泽土壤剖面理化性质的季节变化、剖面及地表温室气体的季节排放动态、土壤微生物群落的垂直分布特征以及氮添加对碳氮转化过程反硝化型厌氧甲烷氧化的影响,主要得出以下结论:1、氮输入导致土壤有机碳（OrgC）和全氮（TN）浓度在0–30 cm低于30–60 cm,且土壤碳氮比在0–30 cm有所降低,同时使铵态氮（NH<sub>4</sub><sup>+</sup>）在0–30 cm区域积累,而硝态氮（NO<sub>3</sub><sup>-</sup>）和亚硝态氮
（NO<sub>2</sub><sup>-</sup>）在整个剖面（0–60 cm）减少,此外氮输入还提高了土壤pH值,使其由3.87–4.84升高至4.20–5.41;这些影响均在夏季（7月和8月）更为显著。
2、氮输入导致生长季（5–10月）整个剖面（0–60 cm）的CO<sub>2</sub>、N<sub>2</sub>O排放量增加而CH<sub>4</sub>排放量减少;氮输入对CO<sub>2</sub>、CH<sub>4</sub>、N<sub>2</sub>O排放量的影响呈现0–30 cm强于30–60 cm趋势,并在6月或7月影响显著,其中在20–30 cm 层,氮输入使6月份的CO<sub>2</sub>和N<sub>2</sub>O排放量分别增加了
357.24%和114.79%,7月份的CH<sub>4</sub>排放量降低了95.24%;另外,氮输入对40–50 cm和50–60 cm的CH<sub>4</sub>和N<sub>2</sub>O排放量均无显著影响;与剖面温室气体排放的结果一致,氮输入增加了地表CO<sub>2</sub>和N<sub>2</sub>O排放量,并减少了地表CH<sub>4</sub>排放量;CO<sub>2</sub>和CH<sub>4</sub>排放量在7月和8月达到最高,而N<sub>2</sub>O地表排放量则在6月达到峰值;CO<sub>2</sub>和CH<sub>4</sub>排放主要受氮输入和土壤温度的直接影响,而N<sub>2</sub>O排放则主要受土壤pH和硝态氮浓度的间接影响;氮输入还导致生长季土壤增温潜势增强,并在夏季（6–8月）增幅最大,这主要是由升高的N<sub>2</sub>O排放量导致的,N<sub>2</sub>O对增温潜势的贡献率在氮输入后提高了58.00–519.87%,其贡献率可达86.01–98.74%。
3、氮输入降低了古菌群落多样性却提高了细菌群落多样性;古菌群落结构方面:深古菌门（Bathyarchaeota）是金川泥炭沼泽土壤的优势菌群（>70%）,氮输入后使其相对丰度有所增加,可达80%以上,这主要是与升高的土壤pH值和铵态氮浓度有关;氮输入使产甲烷菌群由甲烷八叠球菌目为主向甲烷杆菌目为主转变,并提高了产甲烷菌和反硝化型厌氧甲烷氧化菌的相对丰度,降低了氨氧化古菌的相对丰度,这些改变主要是由升高的土壤pH值、
NH<sub>4</sub><sup>+</sup>浓度以及降低的OrgC和TN浓度共同导致的;细菌群落结构方面:变形菌门（Proteobacteria）,绿弯菌门（Chloroflexi）和酸杆菌门（Acidobacteria）是金川泥炭沼泽土壤的主要细菌群落;氮输入提高了好氧甲烷氧化菌多样性,改变了好氧甲烷氧化菌的群落结构,在水稻田-泥炭地出现甲基八叠球菌属和泉发菌属,而Methylovulum属消失,同时,在剖面深度为60 cm 处检测到了以甲基暖菌属（47.37%）为主的好氧甲烷氧化菌群,这些改变主要与
升高的土壤pH、NH<sub>4</sub><sup>+</sup>浓度和降低的OrgC浓度有关;氮输入提高了好氧甲烷氧化菌、和反硝化型厌氧甲烷氧化细菌及氨氧化细菌相对丰度,这主要由升高的pH值和NH<sub>4</sub><sup>+</sup>浓度以及降低的
NO<sub>3</sub><sup>-</sup>、OrgC和TN浓度导致的。
4、氮进入泥炭沼泽土壤后能够发生碳氮耦合过程反硝化型厌氧甲烷氧化过程,且其反应速率随培养时间延长呈对数递减趋势,培养1小时后,甲烷氧化量可达92.53 nmol
g<sup>-1</sup>;硝态氮添加显著提高了水稻田-泥炭地和泥炭地的反硝化型厌氧甲烷氧化反应速率和厌氧甲烷氧化量。
综上,长期氮输入会对泥炭沼泽的碳汇功能及其增温效应产生负面影响,尤其是在0–30 cm土层和夏季影响更为强烈。
氮输入后,土壤有机碳浓度降低,而土壤pH值和铵态氮浓度升高;CH<sub>4</sub>排放减少,而CO<sub>2</sub>和
N<sub>2</sub>O排放增加,并导致土壤增温潜势增强;碳氮转化相关土壤微生物:产甲烷菌、反硝化型厌氧甲烷氧化古菌和细菌、好氧甲烷氧化菌和氨氧化细菌的相对丰度增加,氨氧化古菌的相对丰度降低,这些改变均与升高的土壤pH值和NH<sub>4</sub><sup>+</sup>以及降低的NO<sub>3</sub><sup>-</sup>、OrgC 和TN浓度有关;此外,泥炭沼泽土壤中能够发生碳氮耦合过程反硝化型厌氧甲烷氧化反应,并且氮添加能够显著提高其反应速率和甲烷氧化量。
本研究结果为评估和预测氮输入增加背景下泥炭沼泽能否继续发挥其碳汇功能提供了理论依据,对于制定有效的泥炭沼泽管理措施和预测氮输入增加背景下泥炭沼泽的温室气体排放格局具有重要意义。