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北京大学学报（自然科学版） 2024年第4期60卷 758-766页

作者：秦文宽李晓杰王旭东朱彪北京大学城市与环境学院生态研究中心地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871

针对土壤溶解性有机碳(DOC)特性及其在气候变暖背景下的响应机制这一土壤碳循环研究的关键问题进行综述。首先阐述土壤DOC的特性,并总结其采集和测定方法。土壤DOC主要来源于土壤有机碳的溶解、植物根系和微生物分泌物与残体转化等过程... 详细信息

针对土壤溶解性有机碳(DOC)特性及其在气候变暖背景下的响应机制这一土壤碳循环研究的关键问题进行综述。首先阐述土壤DOC的特性,并总结其采集和测定方法。土壤DOC主要来源于土壤有机碳的溶解、植物根系和微生物分泌物与残体转化等过程,其浓度和组成往往随土层深度和时间发生变化。多种采样方法(如负压法)与分析手段(如傅里叶变换离子共振回旋质谱仪)用于探讨土壤DOC对增温的响应及其机制。进一步梳理有关植物、微生物及土壤性质对土壤DOC特性的影响及其机制的文献,认为增温不仅能直接改变土壤DOC的浓度,还可以通过影响植物、微生物群落以及土壤理化性质等因素,间接地改变土壤DOC的特性。未来的研究中应加强对土壤溶解性有机碳的土层迁移与时间动态的关注,以便完善土壤碳模型,提升未来气候变暖情景下全球碳循环过程变化的预测精度。

关键词：土壤溶解性有机碳土壤碳循环植物–土壤–微生物气候变暖

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10年氮磷添加对海南尖峰岭热带雨林优势植物叶片非结构性碳水化合物的影响

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植物生态学报 2024年第6期48卷 690-700页

作者：俞庆水倪晓凤吉成均朱江玲唐志尧方精云北京大学城市与环境学院生态研究中心地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871

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... 详细信息

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。

关键词：热带雨林次生林氮沉降磷沉降非结构性碳水化合物

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土壤激发效应的机制及影响因素研究进展

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第5期60卷 957-970页

作者：秦文宽冯继广胡云龙张秋芳朱彪地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京大学生态研究中心北京大学城市与环境学院北京100871 福建师范大学地理科学学院福州350117

激发效应在全球土壤中广泛存在,但方向和强度具有极大的分异性。针对土壤激发效应的机制和影响因素进行综述,总结目前较为认可的机制,包括底物优先利用、共代谢、养分挖掘和化学计量分解假说等。探究影响激发效应的方向和强度的生物和... 详细信息

激发效应在全球土壤中广泛存在,但方向和强度具有极大的分异性。针对土壤激发效应的机制和影响因素进行综述,总结目前较为认可的机制,包括底物优先利用、共代谢、养分挖掘和化学计量分解假说等。探究影响激发效应的方向和强度的生物和非生物的因素,将其划分为外源有机物的性质、土壤理化特性、分解者和环境条件四大类。未来应进一步改进研究方法,以便模拟真实环境下激发效应的发生过程,并重点关注土层、时间等的变化对激发效应强度和方向的影响,为改进土壤碳模型提供数据支持。

关键词：激发效应机制有机物土壤环境

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森林粗木质残体分解研究进展

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植物生态学报 2024年第5期48卷 541-560页

作者：常晨晖朱彪朱江玲吉成均杨万勤北京大学城市与环境学院生态研究中心地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871 台州学院生命科学学院浙江台州318000

森林粗木质残体主要包括倒木、枯立木、大枯枝、树桩和粗根等,它们是绝大多数森林生态系统的结构性成分,在全球碳循环和生物多样性保育等方面发挥着不可替代的作用。特别是近些年,极端高温、干旱、热带气旋等极端气候事件正在加速树木死... 详细信息

森林粗木质残体主要包括倒木、枯立木、大枯枝、树桩和粗根等,它们是绝大多数森林生态系统的结构性成分,在全球碳循环和生物多样性保育等方面发挥着不可替代的作用。特别是近些年,极端高温、干旱、热带气旋等极端气候事件正在加速树木死亡,改变森林粗木质残体形成的方式和分解过程,森林生态系统功能和稳定性也会受到深刻影响,生态学家对此也越来越重视。如今,生态学家通过野外观测和控制实验,围绕粗木质残体的分解特征、调控机制和分解过程中粗木质残体上的生物多样性开展了大量研究,促进了粗木质残体生态学的快速发展。该文首先汇总了最常见的用于森林粗木质残体分解过程的研究方法,并且描述了各研究方法适用的情景。其次,从形态、物理和化学性状方面探讨了粗木质残体的分解特征。然后,围绕着影响森林粗木质残体分解的控制因素,系统梳理和总结了已取得的研究结果。具体来说,粗木质残体分解主要受到基质质量、分解者和环境条件的调控,其中基质质量和分解者在样点尺度上影响着分解过程,基质质量对分解者群落有自下而上的调控作用,环境条件在区域或更大研究尺度上发挥主导作用。粗木质残体在分解的同时孕育了数量巨大、种类丰富的生物,主要类群包括苔藓类附生植物、细菌、真菌和无脊椎动物。无脊椎动物对森林粗木质残体的利用方式最为复杂,可能将其作为栖息地、掩蔽所、繁殖地、取食场所。附生植物的演替过程与分解时间正相关,但与腐烂程度联系不紧密,其他生物类群的演替则更多地受到基质质量的影响。由于以往的综述鲜有涉及不同结构组分(树皮和木质部)分解的研究进展,该文补充和探讨了树皮和木质部的分解特征和潜在的相互作用过程。由于粗木质残体分解缓慢的特点和研究方法的限制,目前许多机理的相关研究仍不够深入,该文围绕粗木质残体分解机制和生物多样性保育功能探讨了未来需要重点关注的研究内容及可能的研究方法。

关键词：分解速率树皮木质部分解时期功能性状大小效应

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氮磷添加对温带和亚热带森林土壤碳氮矿化的影响

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北京大学学报（自然科学版） 2022年第4期58卷 730-738页

作者：李瑞冯继广朱彪北京大学生态研究中心北京大学城市与环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871

选取黑龙江五营温带森林和福建武夷山亚热带森林两个站点,通过120天室内培养实验,探讨氮磷(NH_(4)NO_(3)和NaH_(2)PO_(4))添加对两种森林表层土壤(0~20 cm)碳氮矿化的影响。结果表明,氮添加通过降低土壤微生物的生物量及其碳氮比来降低... 详细信息

选取黑龙江五营温带森林和福建武夷山亚热带森林两个站点,通过120天室内培养实验,探讨氮磷(NH_(4)NO_(3)和NaH_(2)PO_(4))添加对两种森林表层土壤(0~20 cm)碳氮矿化的影响。结果表明,氮添加通过降低土壤微生物的生物量及其碳氮比来降低亚热带森林的土壤碳矿化,但对温带森林的土壤碳矿化没有显著影响;磷添加对两种森林的土壤碳矿化均没有显著影响。磷添加显著地增加温带森林的土壤净氮矿化,氮添加显著地降低温带森林的土壤净氮矿化,氮添加和磷添加均对亚热带森林的土壤净氮矿化没有显著影响。总体而言,可能由于养分可利用性和土壤性质的区别,温带森林和亚热带森林土壤碳氮矿化对氮磷添加的响应存在区别。

关键词：养分添加温带森林亚热带森林土壤微生物土壤碳氮矿化

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氮添加对亚热带常绿阔叶林土壤有机碳及土壤呼吸的影响

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北京大学学报（自然科学版） 2022年第3期58卷 517-525页

作者：苏梓锐曾发旭郑成洋地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京大学生态研究中心北京大学城市与环境学院北京100871

以福建省武夷山亚热带常绿阔叶米槠林为研究对象,开展氮添加实验。采用4个氮添加梯度(CK,N50,N100和N150,分别表示氮添加0,50,100和150 kg/(hm2·a))模拟自然氮沉降变化,探究氮添加对土壤有机碳及土壤呼吸的影响。结果表明,氮添加... 详细信息

以福建省武夷山亚热带常绿阔叶米槠林为研究对象,开展氮添加实验。采用4个氮添加梯度(CK,N50,N100和N150,分别表示氮添加0,50,100和150 kg/(hm2·a))模拟自然氮沉降变化,探究氮添加对土壤有机碳及土壤呼吸的影响。结果表明,氮添加对表层土壤(0~20 cm)总有机碳的影响不显著,对颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)两种不同碳组分含量的影响不同。其中,N100和N150处理分别使土壤POC含量显著上升110.7%和147.9%(p1=0.024,p2<0.001);土壤MAOC含量则随氮添加量升高呈下降趋势,但差异不显著。土壤呼吸速率的年际波动呈单峰式,且在不同观测时间内,各样地土壤呼吸速率对氮添加的响应不同。通过土壤呼吸速率与土壤温度的拟合方程计算,得到2018—2020年CK,N50,N100和N150样地土壤呼吸年均碳排放量分别为1205.31,1191.56,1287.56和1128.61 g C/m^(2)。其中,N50样地与CK样地无显著差异,N100样地显著上升6.82%(p<0.001),N150显著下降6.8%(p<0.001),即N100可以促进土壤呼吸年碳排放,而N150对土壤呼吸年碳排放有抑制作用。

关键词：氮沉降亚热带常绿阔叶林土壤有机碳土壤呼吸

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长期氮添加对温带落叶阔叶林优势植物叶片次生代谢产物的影响

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植物生态学报 2024年第12期48卷 1576-1588页

作者：赵常提夏青霖田地陈冰瑞朱瑞德刘宵含俞果吉成均北京林业大学林木资源高效生产全国重点实验室北京100083 北京大学城市与环境学院生态研究中心地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871

植物次生代谢产物(PSM)与植物的生长发育、抵御生物与非生物胁迫的能力密切相关,在植物对环境的适应策略中发挥至关重要的作用。然而,目前森林生态系统中植物叶片PSM如何响应长期氮添加尚不清晰,限制了对氮沉降背景下树木抗性及森林生... 详细信息

植物次生代谢产物(PSM)与植物的生长发育、抵御生物与非生物胁迫的能力密切相关,在植物对环境的适应策略中发挥至关重要的作用。然而,目前森林生态系统中植物叶片PSM如何响应长期氮添加尚不清晰,限制了对氮沉降背景下树木抗性及森林生态系统稳定性变化的理解。该研究基于连续12年的氮添加实验平台,选取了北京东灵山温带落叶阔叶林中的乔灌层优势植物,包括白桦(Betula platyphylla)林的优势植物白桦和毛榛(Corylus mandshurica),以及蒙古栎(Quercus mongolica)林的优势植物蒙古栎和大花溲疏(Deutzia grandiflora),旨在探究两种林型的土壤理化性质、4种植物的叶片酚类PSM(总酚、黄酮和单宁)含量及乔木生长对长期氮添加的响应。结果表明,白桦林土壤水分和养分含量均高于蒙古栎林;氮添加显著降低了白桦林的土壤pH和蒙古栎林的土壤含水量,并增加了蒙古栎林的土壤全磷含量。整体上,白桦林和蒙古栎林的优势植物的叶片酚类PSM含量对氮添加的响应并不一致,表现为白桦林呈上升趋势,而蒙古栎林则呈下降趋势,尤其是在高氮添加处理下较为显著。4种植物的叶片酚类PSM含量与叶片养分含量存在权衡关系,并受到土壤水分和养分的调控。此外,氮添加后,白桦的相对生长速率呈下降趋势,而蒙古栎则呈上升趋势。这些结果暗示氮沉降背景下不同林型差异化的养分分配及生长-抗性平衡策略。相较于白桦林,水分和养分相对贫瘠的蒙古栎林在长期氮沉降的影响下很可能较早出现脆弱性相关(如昆虫植食性水平增加,病原菌丰度上升等)的问题。

关键词：氮沉降温带落叶阔叶林植物次生代谢产物土壤理化性质养分分配策略

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土壤有机碳动态对增温的响应及机制研究进展

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植物生态学报 2024年第4期48卷 403-415页

作者：秦文宽张秋芳敖古凯麟朱彪北京大学生态研究中心北京大学城市与环境学院北京大学地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871 福建师范大学地理科学学院福州350117

陆地生态系统碳循环对气候变暖的响应受到土壤有机碳动态的调控。以往的研究开发了多样化的增温方法(如室内培养实验、野外增温实验和温度梯度采样等)来探究土壤有机碳动态对气候变暖的响应及其机制。然而,由于不同增温方法都存在一定... 详细信息

陆地生态系统碳循环对气候变暖的响应受到土壤有机碳动态的调控。以往的研究开发了多样化的增温方法(如室内培养实验、野外增温实验和温度梯度采样等)来探究土壤有机碳动态对气候变暖的响应及其机制。然而,由于不同增温方法都存在一定的局限性,目前有关增温对土壤有机碳动态影响的研究无法形成一致结论。从过程上看,土壤有机碳动态主要包括碳输入与碳分解两个过程,并受到碳稳定性的调控,这三者的变化共同决定了土壤有机碳动态对增温的响应。先前的研究表明,碳输入和碳分解对增温存在积极响应,这与植物和土壤微生物活性的增强有关。但也有研究指出,由增温导致的土壤理化性质改变(如土壤水分含量降低)以及生物过程变化(如土壤微生物热适应),可能会影响碳输入和碳分解对增温的响应。需要注意的是,表层(0-30 cm)与深层(>30 cm)土壤有机碳动态对增温的响应机制可能存在差异,这是因为深层土壤有机碳的输入和分解过程受环境因子的限制,且稳定性与表层土壤存在较大差异。未来的研究应致力于开发新的增温方法,增加对深层土壤有机碳动态和气候敏感的生态系统的研究,引入新技术研究土壤有机质的来源、结构、保护机制等,关注植物-土壤动物-土壤微生物体系对增温的响应及其对土壤有机碳动态的调控作用,以改善碳循环模型中的不确定性,更准确地预测全球碳循环对气候变暖的反馈。

关键词：气候变暖土壤有机碳输入土壤有机碳分解土壤有机碳稳定性深层土壤

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北京东灵山白桦和蒙古栎的根际效应及其季节动态

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植物生态学报 2024年第4期48卷 508-522页

作者：付粱晨丁宗巨唐茂曾辉朱彪北京大学生态研究中心北京大学城市与环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871 北京大学深圳研究生院城市规划与设计学院广东深圳518055

为了探究木本植物根际效应的季节动态及其驱动因素,以北京市东灵山地区两种主要植被类型——白桦(Betula platyphylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林中的优势树种为研究对象,于2017年的春(5月)、夏(7月)、秋(9月)、冬(12月)4个季节... 详细信息

为了探究木本植物根际效应的季节动态及其驱动因素,以北京市东灵山地区两种主要植被类型——白桦(Betula platyphylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林中的优势树种为研究对象,于2017年的春(5月)、夏(7月)、秋(9月)、冬(12月)4个季节分别测定根际土壤与非根际土壤的理化性质、微生物生物量、碳矿化速率及净氮矿化速率、胞外酶活性和矢量特征以及植物的根系、叶片功能性状,分析根际效应的季节变化动态。结果发现:(1)土壤pH及铵态氮含量、微生物生物量、碳氮矿化速率、胞外酶活性和矢量特征指标在根际土壤与非根际土壤之间存在显著差异,根际效应主要呈现为正效应,即根际土壤高于非根际土壤。(2)根际效应存在显著的季节动态,表现为秋季的根际效应最强。(3)根际效应与植物根系和叶片功能性状之间存在显著相关关系。细根生物量与可提取有机碳、土壤总碳、总氮含量的根际效应显著正相关;叶干物质含量、叶碳氮比与微生物生物量碳含量、微生物生物量氮含量、碳矿化速率、酸性磷酸酶活性的根际效应显著正相关。研究结果表明,植物功能性状对于植物的根际效应具有重要作用;在东灵山的温带落叶阔叶林,可能由于秋季植物地下碳输入量最高,导致根际微生物数量和活性增加,从而出现秋季微生物生物量及活性的根际效应高于其他季节的现象。

关键词：根际效应季节动态植物功能性状土壤胞外酶森林

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近30年来中国气温、降水和水分盈亏的趋势及其变化

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气候与环境研究 2023年第1期28卷 1-16页

作者：宋文起王志恒北京大学城市与环境学院生态研究中心北京100871 北京大学地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871

解析气候变化的主要特征可为认识气候变化如何影响生态系统过程提供基础数据,也可为气候变化应对提供科技支撑.近几十年来,中国区域内的气温快速升高,对生态系统造成了极大的影响.但关于温度和降水时间变化趋势是否存在转折以及区域上... 详细信息

解析气候变化的主要特征可为认识气候变化如何影响生态系统过程提供基础数据,也可为气候变化应对提供科技支撑.近几十年来,中国区域内的气温快速升高,对生态系统造成了极大的影响.但关于温度和降水时间变化趋势是否存在转折以及区域上是否存在差异的研究还较少.并且过去几十年的气温和降水变化已引起了水分盈亏的显著改变,而关于我国水分盈亏变化趋势的研究仍显不足,充分了解不同地区水分盈亏的变化,可以帮助我们更好地理解该地区的干湿变化,提升水资源的管理和利用效率.本文基于中国2479个气象站点的观测数据,利用分段回归方法分析了1981-2015年间年平均温度、年降水量以及水分盈亏的时间变化趋势及其转折点的时空格局,主要结果如下:(1)1981-2015年全国平均温度显著增加,且具有明显的阶段变化特征和地区差异:1991-1995年云南、东北北部温度变化发生转折,云南1991年之后开始显著增温.东北南部、华北大部分地区温度发生转折的时间为1996-2000年,南部沿海地区温度发生转折的时间为2001-2005年,转折点之前温度显著增加,转折点之后温度增加停滞.(2)1981-2015年中国降水量的时间变化趋势在不同地区之间具有显著差异,西部干旱地区及山东半岛等地区,年降水量显著增加,而西南地区降水量显著减少.在陕西、山西等地降水量时间变化趋势发生转折,降水量在转折点之前显著降低,转折点之后显著增加.全国大部分地区降水日数减少,降水强度增加,极端降水事件的频率增加.(3)1981-2015年中国大部分地区的水分盈亏量、标准化降水蒸散指数显著下降,中国整体上呈现干旱化的趋势.水分盈亏量的时间变化趋势在山西、陕西、云南等地发生转折,陕西、山西等地水分盈亏转折点之前减少,转折点之后增加;云南等地水分盈亏转折点之前增加,转折点之后减少.

关键词：温度降水水分盈亏

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