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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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生态系统稳定性及其与生物多样性的关系

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植物生态学报 2021年第10期45卷 1127-1139页

作者：李周园叶小洲王少鹏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 北京大学生命科学学院北京100871

在全球变化背景下,生态系统能否长期有效地维持功能并提供服务,有赖于其稳定性。生态系统稳定性及其与生物多样性的关系,是生态学研究的核心问题,生物多样性能否促进生态系统稳定性曾引起很多争论。该文在前期国内外综述和研究的基础上... 详细信息

在全球变化背景下,生态系统能否长期有效地维持功能并提供服务,有赖于其稳定性。生态系统稳定性及其与生物多样性的关系,是生态学研究的核心问题,生物多样性能否促进生态系统稳定性曾引起很多争论。该文在前期国内外综述和研究的基础上,重点从以下三个方面对近期进展做了总结。第一,介绍了近期理论研究在生态系统稳定性的内涵及不同稳定性指标间的内在关联方面取得的新认识。第二,梳理了最近基于生物多样性实验开展的多项整合分析研究和理论探索,以及在多维度框架下开展的多样性-稳定性关系研究。第三,详细介绍了最近发展起来的多尺度稳定性理论框架,对稳定性的尺度依赖、多样性-稳定性的多尺度关系等新议题做了探讨。最后,提出了本领域有待进一步研究的关键问题和方向建议。

关键词：稳定性生物多样性超产效应保险效应抵抗力恢复力变异性多尺度

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生物炭施用对农田土壤团聚体及有机碳影响的整合分析

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环境科学 2023年第12期44卷 6847-6856页

作者：孟艳沈亚文孟维伟王旭清李宗新刘开昌代红翠山东省农业科学院小麦玉米国家工程研究中心济南250100 北京大学生态研究中心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

生物炭作为一种土壤改良剂,已广泛用于农田土壤的改善.为明确生物炭对我国农田土壤固碳效应的影响,基于已公开发表的文献数据,利用Meta分析法研究生物炭施用在不同试验条件下对土壤团聚体、团聚体碳和土壤有机碳的响应.结果表明,与不施... 详细信息

生物炭作为一种土壤改良剂,已广泛用于农田土壤的改善.为明确生物炭对我国农田土壤固碳效应的影响,基于已公开发表的文献数据,利用Meta分析法研究生物炭施用在不同试验条件下对土壤团聚体、团聚体碳和土壤有机碳的响应.结果表明,与不施生物炭相比,施用生物炭显著增加土壤大团聚体比例(10.8%)和平均重量直径(MWD,13.3%),对土壤微团聚体和粉黏粒组分无显著作用;施用生物炭能够显著增加土壤各粒径团聚体碳和土壤总有机碳含量,土壤有机碳增幅为56.9%.通过亚组分析和Meta回归分析表明,华北地区施用生物炭土壤有机碳增幅最大(39.4%);不同试验类型下施用生物炭均能显著提高土壤有机碳含量;相比不施肥,施肥条件下施用生物炭能显著改善土壤结构,提升土壤肥力;生物炭在施用>2 a条件下,能显著提高大团聚体比例(15.7%)、MWD(21.2%)、大团聚体碳(31.7%)和土壤有机碳含量(40.0%);相比木材、木屑等原料制备的生物炭,农作物秸秆制备的生物炭对土壤的改良效果更佳;在高氮土壤中施用生物炭更有利于提高土壤团聚体稳定性.综上所述,生物炭施用可以改善土壤团聚结构,促进土壤有机碳积累,对农田肥力维持与提升具有重要意义.

关键词：生物炭土壤团聚体平均重量直径(MWD) 土壤团聚体碳土壤有机碳(SOC) 整合分析

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植物功能生物地理学的研究进展与展望

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植物生态学报 2023年第2期47卷 145-169页

作者：李耀琪王志恒北京大学城市与环境学院北京大学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 西交利物浦大学理学院江苏苏州215123

功能生物地理学研究性状及其多样性的时空分布变化、生态成因及其对生态系统功能的影响。近十来年,功能生物地理学领域发展迅速,性状数据呈指数增长,基于性状探索物种分布、群落结构和组成以及生态系统功能对环境变化响应的研究取得了... 详细信息

功能生物地理学研究性状及其多样性的时空分布变化、生态成因及其对生态系统功能的影响。近十来年,功能生物地理学领域发展迅速,性状数据呈指数增长,基于性状探索物种分布、群落结构和组成以及生态系统功能对环境变化响应的研究取得了重要进展。该文综述了植物功能生物地理学的核心内涵、发展历史、主要研究进展和未来展望。性状是功能生物地理学的研究核心,该文先总结了植物叶、茎、根、花、果实和种子等器官和整株关键性状的地理格局及其与环境间的关系,表明性状变异是植物适应进化和环境筛选的结果;概述了功能多样性的常用指标、地理分布与生态成因;介绍了性状数据的主要来源与性状缺失值的填充方法。随后,综述了植物性状间的关联与权衡,重点介绍了叶经济谱和植物经济谱的发展,指出其反映了植物对关键资源(如碳、养分和水分)的获取与分配策略;概述了基于性状预测物种分布的依据与进展,以及性状多样性与生态系统功能间的关系。在此基础上,提出了功能生物地理学研究所面临的挑战,强调未来研究要关注多性状在种内和种间的协同与权衡关系,将研究精度从物种水平推进到个体水平,采用性状网络等方法定量化性状间的关系及其对环境变化的响应,关注植物跨尺度的适应;并指出如何将现有的研究进展应用于新一代植被模型的改进,指导基于功能的植物多样性保护等是未来研究的重点和难点。

关键词：性状地理格局经济谱权衡生物地理学生物多样性

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不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系

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生物多样性 2021年第5期29卷 575-585页

作者：邵晨李耀琪罗奥王志恒席祯翔刘建全徐晓婷四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室成都610065 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

基因组大小在被子植物物种之间存在着巨大的变异,但目前对不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系缺乏统一的认识。本研究基于被子植物245科2,226属11,215个物种的基因组大小数据,探讨了不同生活型物种种子重量、最大植株高度和... 详细信息

基因组大小在被子植物物种之间存在着巨大的变异,但目前对不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系缺乏统一的认识。本研究基于被子植物245科2,226属11,215个物种的基因组大小数据,探讨了不同生活型物种种子重量、最大植株高度和叶片氮、磷含量4个功能性状与基因组大小之间的关系。结果表明,被子植物最大植株高度和种子重量与基因组大小间的关系在草本和木本植物中存在显著差异。草本植物最大植株高度与基因组大小的关系不显著,但种子重量与其呈极显著的正相关关系。木本植物最大植株高度与基因组大小显著负相关,但种子重量与其关系不显著。木本植物叶片氮含量与基因组大小呈显著正相关,但其他生活型植物的叶片氮、磷含量与基因组大小均无显著相关性。本研究表明被子植物功能性状与基因组大小的相关性在不同生活型间存在差异,这为深入研究植物多种功能性状和植物生活型与基因组大小的权衡关系在植物演化和生态适应中的作用提供了重要依据。

关键词：基因组大小生活型叶片氮含量叶片磷含量植物功能性状种子重量最大植株高度

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氮磷添加对土壤有机碳的影响:进展与展望

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植物生态学报 2022年第8期46卷 855-870页

作者：冯继广张秋芳袁霞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 杭州师范大学生命与环境科学学院杭州311121

土壤有机碳库是陆地生态系统最大的碳库,在调控全球碳循环和气候变化中起着重要的作用。人为活动所导致的氮、磷输入和大气氮、磷沉降提高了陆地生态系统的氮、磷可利用性,进而会通过调控植物生长和微生物活性对土壤有机碳动态产生重要... 详细信息

土壤有机碳库是陆地生态系统最大的碳库,在调控全球碳循环和气候变化中起着重要的作用。人为活动所导致的氮、磷输入和大气氮、磷沉降提高了陆地生态系统的氮、磷可利用性,进而会通过调控植物生长和微生物活性对土壤有机碳动态产生重要影响。目前,在全球范围内已经开展了很多氮磷添加调控土壤有机碳动态的野外控制实验,并取得了一些突破和进展,但还缺乏较为系统全面的梳理与总结。该文以氮磷添加对土壤碳输入和输出的影响为切入点,从土壤有机碳的碳库大小、组分和分子组成3个方面系统阐述了氮磷添加对土壤有机碳的影响及其潜在机制。根据以往的研究结果,氮添加、磷添加和氮磷共同添加对土壤有机碳库的影响总体上表现为促进作用。其中,氮添加引起的促进作用是微生物对土壤有机碳的分解输出降低和/或植物碳输入增加所致,而磷添加引起的促进作用可能主要是由于植物碳输入的增加。对于土壤有机碳组分(粒径分组或密度分组)而言,氮添加虽然同时促进了活性有机碳组分(颗粒态有机碳或轻组分有机碳)和稳定性有机碳组分(矿物结合态有机碳或重组分有机碳),但降低了稳定性碳组分占土壤总有机碳的比例。此外,氮添加对土壤有机碳分子组成的影响较为复杂,受到土壤氮有效性、氮添加量和氮形态等因素的调节。与氮添加相比,磷添加和氮磷共同添加对土壤有机碳组分和分子组成影响的研究十分有限,其影响机制尚不清楚。基于已有研究中存在的不足,该文提出了未来需要加强的4个方面的研究内容:磷添加对不同类型生态系统尤其是热带森林土壤有机碳的影响,氮磷添加下植物和微生物在调控土壤有机碳及其组分变化中的作用与相对贡献,长期氮磷添加及其交互作用对土壤有机碳的影响,氮磷添加对深层土壤有机碳的影响。

关键词：土壤有机碳矿物结合态有机碳颗粒态有机碳分子组成微生物群落结构密度分组氮沉降磷沉降

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农田土壤碳循环过程及其量化方法

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环境科学 2023年第12期44卷 6857-6868页

作者：孙昭安朱彪潍坊学院种子与设施农业工程学院山东省高校生物化学与分子生物学重点实验室潍坊261061 北京大学生态研究中心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

已有研究表明除了作物碳(根际沉积碳和秸秆碳)对农田土壤有机碳(SOC)的输入外,土壤碳还来源于土壤自养微生物固定SOC的贡献以及土壤无机碳(SIC)的固定(无机化学途径和微生物的生物矿化途径).农田SOC的高低主要受到外源作物碳输入和原有... 详细信息

已有研究表明除了作物碳(根际沉积碳和秸秆碳)对农田土壤有机碳(SOC)的输入外,土壤碳还来源于土壤自养微生物固定SOC的贡献以及土壤无机碳(SIC)的固定(无机化学途径和微生物的生物矿化途径).农田SOC的高低主要受到外源作物碳输入和原有SOC分解的平衡作用.作物碳输入在短期内通常促进SOC的分解,呈现正(根际)激发效应.通过整合分析主要作物的根际激发效应和秸秆还田的激发效应的研究,发现作物根系生长和秸秆还田引起的(根际)激发效应大小平均值分别为75%和67%.尽管秸秆还田通过激发效应引起SOC分解的额外释放,但是土壤残留秸秆碳通常大于激发效应导致SOC的额外损失,因此秸秆还田可能增加SOC的储量.在农田系统中,秸秆碳和根际沉积碳往往共存,这导致土壤碳输入和输出至少有3个碳源(根际沉积碳、秸秆碳和土壤碳),由于多碳源体系的区分方法存在挑战,目前这两种作物碳(根际沉积碳和秸秆碳)对SOC分解的激发效应影响是不清晰的.最后,提出了新量化方法,可以多源区分根际CO_(2)排放以及SOC中作物碳输入的碳源,以及区分碱性土壤中无机化学和微生物途径对SIC的贡献.研究有助于提高对农田土壤SOC和SIC输入和输出途径的理解,以及农田土壤碳平衡评估的精确度.

关键词：土壤碳根际沉积碳激发效应秸秆还田多碳源体系

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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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植物生态化学计量特征及其主要假说

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植物生态学报 2021年第7期45卷 682-713页

作者：田地严正兵方精云森林培育与保护教育部重点实验室北京林业大学林学院香港大学生物科学学院北京大学生态研究中心地表过程分析与模拟教育部重点实验室城市与环境学院

植物生态化学计量学是生态化学计量学的重要分支,主要研究植物器官元素含量的计量特征,以及它们与环境因子、生态系统功能之间的关系。19世纪,化学家们通过室内实验,分析了植物器官的元素含量,开始了对植物化学元素之间关系的探索。如今... 详细信息

植物生态化学计量学是生态化学计量学的重要分支,主要研究植物器官元素含量的计量特征,以及它们与环境因子、生态系统功能之间的关系。19世纪,化学家们通过室内实验,分析了植物器官的元素含量,开始了对植物化学元素之间关系的探索。如今,生态学家通过野外采样和控制实验,探索植物化学元素计量特征的变化规律、对全球变化的响应以及与植物功能属性之间的关系,促进了植物生态化学计量学的快速发展。该文在概述植物生态化学计量学发展简史的基础上,综述了19世纪以来该领域的研究进展。首先,该文将植物生态化学计量学的发展历程概括为思想萌芽期、假说奠基期和理论构建期3个时期,对各个时期的主要研究进行了简要回顾和梳理。第二,概述了植物主要器官的化学计量特征,尤其是陆生植物叶片氮(N)和磷(P)的计量特征。总体上,全球陆生植物叶片N、P含量和N:P(质量比)的几何平均值分别为18.74mg·g–1、1.21mg·g–1和15.55(与16:1的Redfield比一致);在物种或群落水平上,叶片N和P含量一般呈现随温度升高、降水增加而降低的趋势。不同生活型植物叶片N和P计量特征差异明显,尤其是草本植物叶片N和P含量高于木本植物,落叶阔叶木本植物叶片N和P含量高于常绿木本植物。与叶片相比,细根和其他器官化学计量特征研究较少。第三,总结了养分添加实验对植物化学元素计量特征的影响。总体上, N添加一般会提高土壤N的可利用性,使植物器官中N含量和N:P升高,在一定程度上提高植物生产力; P添加可能会缓解过量N输入导致的N-P失衡问题,提高植物器官P含量。但是,长期过量施肥会打破植物器官原有的元素间计量关系,导致元素计量关系失衡和生产力下降。第四,梳理总结了植物生态化学计量学的重要理论、观点和假说,主要包括刻画化学计量特征与植物生长功能关系的功能关联假说、刻画化学计量特征与环境因子关系的环境关联假说或理论以及刻画化学计量特征与植物进化历史关系的进化关联假说。最后,指出了植物生态化学计量学研究中存在的问题,展望了10个未来需要重点关注的研究方向。

关键词：化学计量氮磷生态植物假说简史

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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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