Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources
Not a member yet
7916 research outputs found
Sort by
Vertical distribution of soil available phosphorus and soil available potassium in the critical zone on the Loess Plateau, China
No full text黄土丘陵区生物结皮对微生物养分代谢与群落组成的影响
No full text 生物结皮在黄土丘陵区的退耕地上广泛发育，是植被恢复初期影响土壤养分及循环过程的关键因素。土壤微生物是生物结皮中的重要组成部分，微生物代谢直接影响着土壤能量流动和物质循环。然而，在生物结皮发育过程中土壤微生物的代谢限制特征以及对微生物群落的影响仍不清楚。本研究选择黄土高原植被恢复初期的退耕地为研究对象，采集不同类型的生物结皮：浅色藻结皮（LA）、深色藻结皮（DA）、藻藓混合结皮（AM）和藓结皮（M）及下层不同深度的土壤（0-2 cm、2-5 cm和10-20 cm）。分析了不同生物结皮下土壤主要养分状况、与碳（C）氮（N）磷（P）循环相关的胞外酶活性特征以及微生物群落结构特征，探讨微生物养分代谢与微生物群落随生物结皮发育的变化过程及驱动机制，为深入理解生物结皮的生态功能以及微生物代谢状况提供理论依据。主要研究结果如下：
（1）生物结皮类型和土壤深度的变化均会显著影响土壤养分和土壤微生物量。随浅色藻结皮、深色藻结皮、藻藓混合结皮和藓结皮的演替过程，结皮层的有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）以及微生物生物量碳（MBC）、生物量氮（MBN）和生物量磷（MBP）均逐渐增加。藓结皮的SOC、TN和TP含量分别为11.2 ± 0.33、0.88 ± 0.04和0.54 ± 0.01g kg-1。在剖面尺度上，生物结皮对土壤养分的影响主要集中在结皮层及其下0-2 cm，土壤养分与微生物量均表现为随着深度的增加逐渐降低，结皮层的微生物量可达到下层土壤的3.93~31.8倍。
（2）与C、N、P循环相关酶的活性随生物结皮的发育逐渐增加，微生物通过加快对养分的代谢来满足自身生物量的需求。剖面尺度上，由于底层土壤N和P的匮乏导致在10-20 cm处N和P循环的相关酶活性增大。另外，土壤的养分状态是影响胞外酶活性及其计量比的重要因素。
（3）浅色藻结皮中的微生物群落存在不稳定的元素内稳态，随结皮发育其他各类型结皮的微生物群落均表现为较强的元素内稳态。不同生物结皮下，土壤微生物普遍受到相对C和P的限制。微生物P限制随着生物结皮的发育逐渐减弱，藓结皮中微生物群落受到最小的P限制（向量夹角为55.6°），表明藓结皮能为微生物提供最佳的养分环境。偏最小二乘路径模型（PLS-PM）结果表明养分含量和养分计量比分别是影响微生物P和C的限制的关键因素。
（4）生物结皮的发育改变了原核微生物和真核微生物群落的多样性和物种组成。随生物结皮的发育，原核微生物和真核微生物的alpha-多样性分别呈现显著增加和降低趋势，且不同类型间原核微生物的群落组成差异显著。生物结皮增加了Actinobacteria、Acidobacteria、Proteobacteria和Streptophyta的相对丰度，而Cyanobacteria和Ascomycota的相对丰度逐渐降低。此外，微生物的P限制显著影响着微生物群落组成与多样性。</p
Connotation analysis of parameters in the generalized nonlinear advection aridity model
No full textThe generalized nonlinear advection aridity model (GNAA) for evaporation (E) estimation can be expressed in a basic form with a single parameter αe-0, or an extended form using two parameters, αe-c and c. The implications of these model parameters in the model and the accurate estimation of E are receiving increasing attention. Our study shows that αe-0 and αe-c are affected by precipitation (P), the aridity index (Epa/P) and the climate seasonality and asynchrony index (SAI), etc, with which αe-0 has stronger correlations. This demonstrated that annual αe-0 and αe-c could cover the α parameter in the Priestley–Taylor formula, as well as other factors, particularly the aridity index. For the basic GNAA form, annual αe-0 is smaller than 1.00 in most catchments, but the GNAA model with the developed empirical formula between αe-0 and Epa/P can accurately estimate E at an annual scale. For the extended GNAA form, most annual αe-c were larger than 1.00, with a mean value of 1.08 for the Loess Plateau; αe-c tended to restore the original α values in the Priestley-Taylor equation. Functional differences exist between the basic and extended GNAA forms in estimating E and explaining the complementary relationship. Our results bridge some gaps in understanding the GNAA model from previous studies, and provide useful information to extend the application of the GNAA model.
</p
黄土高原地区生态系统碳储量空间分布及其影响因素
No full text准确估算生态系统碳储量，探明其空间分布及其影响因素对区域生态管理具有重要意义，但黄土高原地区碳储量现状、空间格局及其驱动因素尚不清楚。本研究选择黄土高原地区森林（包括乔木林和灌木林），草地和农田生态系统为对象，基于大量实测样点通过克里金插值和地统计方法，评估了三种生态系统地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和０—１００ ｃｍ 土壤有机碳密度空间分布，并通过路径分析探讨了各碳库的主要影响因素。结果表明：黄土高原地区约占全国总面积的６．７％，其生态系统总碳储量约为２．２９ Ｐｇ，仅占我国生态系统碳储量的２．３％。生态系统各碳库中，地上生物量碳储量、地下生物量碳储量、土壤有机碳储量分别为０．４４、０．３２ 和１．５２ Ｐｇ；森林、草地、农田（仅指土壤）生态系统碳储量分别为０．９８、１．０９ 和０．２１ Ｐｇ。气候（年均温度、年均降水）、海拔、坡度、土壤质地（砂粒、粉粒、粘粒含量）、植被覆盖状况（用ＮＤＶＩ 表示）等因子可解释地上生物量碳密度、地下生物量碳密度、农田土壤有机碳密度空间变异的１２％、８％和３２％，其中，年均降水、海拔、粘粒含量是黄土高原地区生态系统碳储量空间格局的主要影响因素。本研究表明，由于黄土高原地区独特的气候、地形和土壤条件，其生态系统虽然具有较大的碳储量，但是低于我国生态系统碳储量的平均水平。</p
基于UAV高分影像的陕北人工林结构参数提取
No full text定期的森林结构参数提取是监测评价造林质量的重要方式，对林业规划有着重要的指导意义。基于大疆四旋翼无人机搭载RGB高清相机获取了陕北人工杨树林的高分影像，通过多尺度分割和面向对象提取、点云分类、以及Leica Cyclone中的点云数据图模块处理，实现了陕北黄土高原地区人工杨树林森林结构参数（冠幅、树高）、冠层高度的提取。其中冠幅盖度影像总体分类精度为96%，Kappa系数为0.74。结合实测数据进行验证，东西和南北两个方向冠幅径长的均值回归拟合后的R2达到了0.95，提取的单木树高值与实测值之间具有明显的线性关系，其决定系数约R2=0.80。发现基于RGB相机产生的点云数据可直接获取林地冠层高度模型，但其精度和分辨率较为粗糙，不适合进一步的单木树高提取。研究结果表明，基于无人机高分遥感影像的森林结构参数提取方法高效可靠，适用陕北地区人工林以及林分结构较为单一地区。</p
氮添加对白羊草群落不同物种植物–土壤–微生物计量学特征的影响
No full text目前，大气氮沉降已成为日趋严重的全球性问题，由此产生的诸多生态环境问题也日渐突出。迄今为止，关于氮添加对草地生态系统中各组分的影响机制研究已得到广泛开展，但是对于氮添加背景下植物–土壤–微生物耦合关系和协同演变的研究仍较为罕见。因此，本研究基于生态化学计量学理论，选取黄土高原白羊草群落中四种典型草本植物为研究对象，包括白羊草（Bothriochloa ischaemum）、长芒草（Stipa bungeana）、铁杆蒿（Artemisia gmelinii）和糙隐子草（Cleistogenes squarrosa），采用完全随机设计的方法，设置0（N0）、3（N3）、6（N6）、9 g N m-2 y-1（N9）四种水平的梯度氮添加试验，分析了草地群落植物、土壤和微生物生态化学计量的响应特征及三者之间的耦合关系，以期为氮沉降背景下黄土高原草地生态系统的恢复与治理提供科学依据。主要研究结果如下：
（1）氮添加显著改变了不同物种的根际土壤养分化学计量，尤其是有效养分元素。随着氮添加水平的升高，不同物种的根际土壤溶解性有机碳（DOC）含量均呈先升高后降低的变化趋势，并在N3水平达最高值（白羊草，123.30 ± 27.30 mg/kg；长芒草，146.61 ± 30.84 mg/kg；铁杆蒿，138.77 ± 23.81 mg/kg；糙隐子草，159.20 ± 5.77 mg/kg）；不同物种的根际土壤有效氮（AN）含量随氮添加梯度均呈线性增加，而根际土壤有效磷（AP）含量在不同物种之间的变化规律并不一致。氮添加后，不同物种的根际土壤全磷（TP）含量均有降低趋势，而各物种的根际土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量则无明显变化。相比于根际土壤全量养分化学计量比，各物种根际土壤有效养分化学计量比对氮添加的响应更加明显。
（2）随着氮添加水平的升高，不同物种的根际土壤微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮（MBN）总体呈“单峰”变化规律，并在N6水平达最高值；而氮添加后各物种的根际土壤微生物生物量磷（MBP）则出现不同程度的下降。不同物种的根际土壤MBC:MBP和MBN:MBP随氮添加梯度均呈先升高后降低的变化趋势，而根际土壤MBC:MBN的变化存在物种之间的差异性。相关性分析和冗余分析表明，根际微生物化学计量与土壤化学计量之间存在显著正相关关系，其中土壤碳、氮元素是主要驱动因子。化学计量内稳态分析结果显示，根际土壤微生物与土壤资源之间普遍呈稳态型关系。
（3）低氮水平（N3）增加了不同物种根际土壤C-获取酶活性，而高氮水平（N9）则对其产生了一定的抑制作用；与N0水平相比，N9水平下各物种的根际土壤N-获取酶活性明显升高（白羊草，34.45%；长芒草，27.45%；铁杆蒿，39.15%；糙隐子草，62.00%），形成了一种新的短期资源利用策略；施肥因子对根际土壤P-获取酶活性的影响并不显著。氮添加过程中，不同物种的根际微生物群落始终受到强烈的磷限制（矢量角度 > 45°），而根际土壤微生物的碳限制在N9水平均得到显著缓解，并且碳限制与磷限制之间呈极显著负相关。相关性分析和冗余分析表明，根际土壤氮、磷元素对土壤酶化学计量的变化起主导作用。
（4）氮添加后，禾本科植物的生物量和盖度显著增加，其中白羊草总体呈“单峰”变化，长芒草和糙隐子草呈“线性”变化；而菊科植物（铁杆蒿）的生物量和盖度显著降低。相关性分析和冗余分析表明，根际土壤养分含量是植物生物量变化的重要驱动因子。氮添加显著增加了植物组织中的氮含量，而对碳、磷含量的影响则因物种而各异。随着氮添加水平的升高，各植物物种地上和地下N:P均显著增加，表明植物生长状况更趋于磷限制（N:P > 16）。由于资源分配和生态适应策略的差异，各氮水平下的植物养分化学计量在不同物种之间也存在显著差异。在氮添加过程中，各植物化学计量内稳态指数多数为严格稳态型，而白羊草和铁杆蒿的地下氮元素表现出敏感型内稳态（1/H > 0.75）。
（5）植物相对重要值对氮添加的响应因物种不同而趋势各异，但白羊草的相对重要值在各氮水平下均显著高于其他物种。相关性分析显示，优势种（白羊草）植物–土壤–微生物化学计量之间表现出更加密切的关系，而伴生种（长芒草、铁杆蒿和糙隐子草）生态化学计量之间的关系则表现出的一定解耦性。偏最小二乘路径模型（PLS-PM）结果表明，氮添加对禾本科植物（白羊草、长芒草和糙隐子草）的相对重要值有积极影响（总效应分别为0.33，0.79和0.65），而对菊科植物（铁杆蒿）的相对重要值则有消极影响（总效应为-0.75），并且产生上述总效应的直接或间接路径因物种不同而存在一定差异。</p
Drying-wetting cycles consistently increase net nitrogen mineralization in 25 agricultural soils across intensity and number of drying-wetting cycles
No full textAn increase in extreme weather events such as heavy rainfall and extreme drought causes intensive and frequent drying-wetting (DW) cycles, which have strong effects on the availability of nitrogen (N) for plant growth and development. How the effects of DW cycles on N turnover vary with the intensity and number of DW cycles and soil properties has not been clearly addressed, which hinders predicting soil biogeochemical cycles in a changing world. Herein, we examined the response of net N mineralization in agricultural soils measured at a standard temperature (25°C) to DW cycles varying in intensity and number. A total of 25 soils differing in texture and organic matter content were collected to create a soil property gradient. We also established the relationships of DW cycle effects on net N mineralization to soil properties. The DW cycles significantly increased N mineralization by 11.05±0.66 mg kg-1 (+81.7%), and the increase was consistent across DW intensities and numbers for most soils. The release of inorganic N was dependent on soil properties, while the regulation of soil properties on DW effects varied with DW intensity, with stronger regulation under intense DW cycles (60% to 0% field capacity) than under moderate DW cycles (100% to 20% field capacity). The effect of intense DW cycles on NH4+ increased with clay content but decreased with soil pH and sand content. The effect on NO3- has opposite responses to these soil properties when compared with the effects on NH4+. The effect on total inorganic N increased with soil pH and inorganic N concentration. These results indicated that DW cycles have the potential to increase N availability in agricultural soils and highlighted the underestimation of N availability predicted with averaged soil moisture instead of real-time soil moisture under changing soil moisture conditions.</p