生物炭施用方式对黑土和潮棕壤养分及氮磷转化相关酶活性的影响

为探明不同生物炭施用方式对农田土壤养分含量及元素转化的影响,通过设置在黑土和潮棕壤的两个为期5年的田间定位试验,研究每年低量施用(AL,22.5 t·hm^-2·a^-1)和间隔性高量施用(IH,112.5 t·hm^-2·5 a^-1)玉米秸秆生物炭对土壤碳、氮、磷含量,土壤生物学性质及氮磷转化相关酶活性的影响,以期为秸秆的资源化利用和农田土壤地力提升提供科学依据。结果表明: 两种施用方式间比较,黑土AL处理的全碳和有机氮含量(31.55和1.89 g·kg^-1)显著高于IH处理(25.77和1.71 g·kg^-1);与对照相比,黑土AL处理脱氢酶活性降幅(26.75 mg·kg^-1·24 h^-1)大于IH处理(17.69 mg·kg^-1·24 h^-1),而潮棕壤AL处理蛋白酶活性增幅(11.77 mg·kg^-1·h^-1)却低于IH处理(29.95 mg·kg^-1·h^-1)。与潮棕壤相比,生物炭施用对黑土全碳和有机氮含量的提升较大。生物炭的施用显著提高了潮棕壤脱氢酶和蛋白酶的活性,却显著降低了黑土脱氢酶活性。土壤类型和生物炭施用方式对土壤碳氮含量、微生物代谢活性及氮磷转化相关酶活性存在显著的交互作用。总体来说,土壤类型和生物炭添加对土壤理化性质和微生物学特性产生了显著的影响,这为秸秆资源化利用和土地管理提供了重要的参考价值。     

林龄对红松和落叶松人工林土壤温室气体通量的影响

探讨人工林发育过程中土壤温室气体排放及其机制,可为森林温室气体通量估算提供理论依据。采用室内培养方法研究了黑龙江省帽儿山地区不同林龄(15、30和50年生)红松(Pinus koraiensis)和落叶松(Larix gmelinii)人工林土壤温室气体排放/吸收速率及其调控因素。结果表明:30年生红松和落叶松人工林土壤CO₂排放速率(红松:(1724.18±98.57)μg C·kg^-1·h^-1;落叶松:(1306.37±142.27)μg C·kg^-1·h^-1)和CH₄吸收速率(红松:(5.12±0.68)μg C·kg^-1·h^-1;落叶松:(1.91±0.85)μg C·kg^-1·h^-1)显著高于15和50年生(P<0.05)。30年生红松人工林土壤N₂O排放速率显著高于15和50年生(P<0.05),而落叶松人工林土壤N₂O排放速率随林龄增加变化不显著。红松和落叶松人工林土壤N₂O排放速率最大值分别为(0.139±0.016)和(0.137±0.056)μg N·kg^-1·h^-1。红松人工林土壤CO₂排放速率均高于同龄落叶松人工林,15和30年生达到显著水平(P<0.05)。红松人工林土壤CH₄吸收速率均显著高于同龄落叶松人工林(P<0.05)。红松人工林土壤N₂O排放速率与同龄落叶松人工林土壤均无显著差异。混合线性模型分析显示,影响红松和落叶松人工林发育过程中土壤CO₂排放速率的主要因素是土壤全碳含量和微生物生物量氮,其中微生物生物量氮受树种和林龄的影响。CH₄吸收速率受到微生物生物量碳、溶解性有机碳和溶解性有机氮含量影响,其中微生物生物量碳受树种和林龄调控。N₂O排放速率受溶解性有机氮、铵态氮和硝态氮影响,其中溶解性有机氮受林龄影响。综上所述,树种和林龄差异造成的土壤理化性质和微生物生物量碳氮的异质性可在一定程度上解释土壤温室气体排放/吸收速率的差异。     

退化红壤区人工林土壤的可溶性有机物、微生物生物量和酶活性

以江西省泰和县退化红壤区18年生马尾松纯林(Ⅰ)、马尾松 枫香 木荷混交林(Ⅱ)、木荷纯林(Ⅲ)和枫香纯林(Ⅳ)4种人工林林分为对象,并以自然恢复的无林荒草地为对照(CK),研究其土壤的可溶性有机碳(SOC)、氮(SON),微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)和土壤酶活性的变化.结果表明： 在0～10 cm土层,各林分类型的土壤SOC、SON含量分别为354～1007 mg·kg^-1和24～73 mg·kg^-1,MBC、MBN含量分别为203～488 mg·kg^-1和24～65 mg·kg^-1,脲酶和天门冬酰胺酶活性分别为95～133 mg·kg^-1·d^-1和58～113 mg·kg^-1·d^-1.不同林分类型之间SOC、SON含量为Ⅳ>CK > Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ,MBC、MBN含量为CK>Ⅳ>Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ,天门冬酰胺酶活性为Ⅳ>CK>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,差异显著,而脲酶活性没有显著差异.随着土层加深,SOC、SON、MBC、MBN、脲酶及天门冬酰胺酶活性下降.在0～20 cm土层,SOC、SON、MBC、MBN、全碳和全氮两两之间达极显著相关.天门冬酰胺酶活性与SOC、SON、MBC、MBN、TSN、全碳、全氮极显著相关;而脲酶活性与SON、MBCMBN、TSN、全碳显著相关.     

粤北低山林地改建梯田对土壤碳、氮、磷及其化学计量特征的影响

为了阐明土地利用方式转变对土壤碳、氮、磷及其化学计量特征的影响,以粤北低山区4种土地利用方式:自然林地、坡地果园、旱作梯田和稻作梯田为研究对象,探索20年生林地向梯田转变后土壤有机碳(OC)、全氮(TN)和全磷(TP)的含量、储量及化学计量变化特征。结果表明: 土地利用转变明显改变了土壤碳、氮、磷含量和化学计量特征,随着土壤深度增加,旱作梯田和稻作梯田OC、TN含量呈显著下降趋势,自然林地和坡地果园呈“V”字型变化趋势,4种土地利用方式TP变化趋势不明显。土壤剖面OC含量以稻作梯田最高,均值为12.36 g·kg^-1,其次为林地(10.32 g·kg^-1)和旱作梯田(8.80 g·kg^-1),坡地果园最低(5.96 g·kg^-1);TN含量表现为稻作梯田(1.01 g·kg^-1)>旱作梯田(0.78 g·kg^-1)>林地(0.66 g·kg^-1)>坡地果园(0.33 g·kg^-1);TP含量以旱作梯田(0.71 g·kg^-1)最高,坡地果园(0.22 g·kg^-1)最低。4种土地利用方式土壤C∶N为8.87～22.94,以坡地果园土壤最高;C∶P为8.73～81.74,N∶P为0.77～5.13,均以林地土壤最高。土地利用方式、土壤深度及两者交互作用显著影响土壤碳、氮、磷及其化学计量特征,而土壤容重、pH值和黏粒含量也是重要的影响因素。研究结果可为粤北低山林地的土地利用和梯田生态系统的合理施肥提供科学依据。     

亚热带杉木林土壤有机碳及其活性组分对氮磷添加的响应

通过野外氮、磷添加,分析N₀(0 kg N·hm^-2·a^-1)、N₁(50 kg N·hm^-2·a^-1)、N₂(100 kg N·hm^-2·a^-1)、P(50 kg P·hm^-2·a^-1)、N₁P和N₂P等6种处理3年后对亚热带杉木人工林土壤有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)和水溶性有机碳(WSOC)的影响.结果表明:氮、磷添加对0～20 cm土层SOC含量无显著影响.磷添加显著降低0～5 cm土层POC含量,与无磷处理相比,加磷处理POC含量降低26.1%.WSOC含量对氮、磷添加的响应主要表现在0～5 cm土层,低水平氮添加和磷添加显著提高WSOC含量.在0～5 cm土层,氮添加对POC/SOC值无显著影响,而与无磷添加相比,POC/SOC值在磷添加处理下显著降低15.9%.在5～10和10～20 cm土层,氮、磷添加处理对POC/SOC值无显著影响.在亚热带地区,森林土壤碳稳定性主要受磷含量的调控,短期磷添加易导致表层土壤活性有机碳分解,增加土壤碳稳定性.     

崇明岛不同土地利用类型河岸带土壤反硝化酶活性特征

以崇明岛河岸带为研究对象,采用乙炔抑制法,研究了不同土地利用类型河岸带(农田河岸带、林地河岸带、草地河岸带)土壤反硝化酶活性及其影响因素.结果表明：河岸带反硝化酶活性在(0.69±0.11)～(134.93±33.72) μg N·kg^-1·h^-1,不同土地类型河岸带土壤反硝化酶活性存在明显差异,整体趋势为林地河岸带>农田河岸带>草地河岸带.河岸带表层土壤(0～10 cm)反硝化酶活性与其他土层(10～30、30～50和50～70 cm)呈显著差异(P<0.05).反硝化酶活性与土壤有机碳、土壤全氮和土壤硝态氮呈极显著正相关关系(P<0.01).土地利用类型的变化主要通过改变河岸带土壤自然结构和理化性质、降低土壤有机质的积累、影响土壤氮素的转化,从而抑制河岸带土壤反硝化作用的发生.     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳和氮的影响

为理解模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)的影响,通过一年野外模拟氮(NH₄NO₃)沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮沉降(L, 5 g N·m^-2·a^-1)、中氮沉降(M, 15 g N·m^-2·a^-1)和高氮沉降(H, 30 g N·m^-2·a^-1),研究了氮沉降对天然常绿阔叶林土壤MBC和MBN的影响.结果表明: 氮沉降显著降低了0～10 cm土层MBC和MBN,且随氮沉降量的增加,下降幅度增大;L和M处理对10～20 cm土层MBC和MBN无显著影响,H处理显著降低了10～20 cm土层土壤MBC和MBN;氮沉降对MBC和MBN的影响随土壤深度的增加而减弱.MBC和MBN具有明显的季节变化,在0～10和10～20 cm土层均表现为秋季最高,夏季最低.0～10和10～20 cm土层土壤微生物生物量C/N分别介于10.58～11.19和9.62～12.20,表明在华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物群落中真菌占据优势.     

胶州湾互花米草湿地氮、磷元素的垂直分布及季节变化

为了研究胶州湾互花米草湿地N、P的垂直分布及季节变化特征,分别于2015年4、7、9、10、11和12月对该区域互花米草湿地和光滩土壤全氮(TN)、铵态氮(NH₄⁺-N)、全磷(TP)、速效磷(AP)、总有机碳(TOC),以及pH、盐度、含水量进行了测定.结果表明: 胶州湾互花米草湿地土壤TN、NH₄⁺-N、TP、AP含量平均值分别为0.396 g·kg^-1、12.14 mg·kg^-1、0.419 g·kg^-1、16.52 mg·kg^-1,光滩平均值分别为0.385 g·kg^-1、8.13 mg·kg^-1、0.423 g·kg^-1、19.57 mg·kg^-1.总体来说,它们的含量随着土壤深度(0～60 cm)的增加逐渐降低;互花米草湿地N、P含量的季节变化明显,互花米草湿地土壤全氮含量在春季最高,秋季最低,而光滩土壤随着季节变化逐渐降低;二者土壤全磷含量的季节变化趋势相反,而速效磷含量的季节变化趋势一致;胶州湾互花米草湿地土壤TN、TP与土壤TOC含量呈显著相关,而在光滩土壤中无显著相关关系.pH、盐度显著影响互花米草湿地和光滩土壤N、P含量.     

罗浮栲林土壤微生物碳利用效率对短期氮添加的响应

作为调节土壤碳矿化过程的重要参数,微生物碳利用效率(CUE)对理解陆地生态系统中的碳循环至关重要。本研究在戴云山罗浮栲林设置对照(0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(40 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1) 3个氮添加水平以模拟氮沉降,测定了表层(0～10 cm)土壤基本理化性质、有机碳组分、微生物生物量和酶活性;并利用¹⁸O标记水方法测定土壤微生物CUE,以更好地理解氮沉降加剧对微生物CUE的影响及其影响因素。结果表明: 短期氮添加显著降低了土壤微生物的呼吸速率、碳和氮获取酶活性,但显著增加了土壤微生物CUE。β-N-乙酰氨基酸葡糖苷酶(NAG)/微生物生物量碳(MBC)、微生物呼吸速率、β-葡萄糖苷酶(BG)/MBC、纤维素水解酶(CBH)/MBC和土壤有机碳含量是影响CUE的主要因素,且CUE与NAG/MBC、微生物呼吸速率、BG/MBC和CBH/MBC呈显著负相关,与土壤有机碳呈显著正相关。综上,短期氮添加导致土壤微生物获取碳和氮的成本降低,减少微生物呼吸,从而提高了土壤微生物CUE,这将有助于提高罗浮栲林土壤碳固存潜力。     

油松 辽东栎混交林地表凋落物与氮添加对土壤微生物生物量碳、氮及其活性的影响

2010年9月-2011年10月,在山西省灵空山油松和辽东栎混交林样地采取随机区组设计,研究了地表凋落物和氮添加处理对土壤微生物生物量碳、氮和微生物活性的影响.凋落物处理包括: 剔除凋落物(N)、叶凋落物加倍(L)、枝果凋落物加倍(B)和混合凋落物加倍(LB);氮添加量分别为0(N₀)、5 g·m^-2·a^-1(N₁)和10 g·m^-2·a^-1(N₂).结果表明: 剔除地表凋落物且无氮添加时,油松和辽东栎混交林地的土壤有机碳(SOC)含量显著降低,其他试验处理间对SOC的影响无显著差异.土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)及其活性(MR)的变化范围依次为: 262.42～873.16 mg·kg^-1、73.55～173.85 mg·kg^-1和2.38～3.68mg·kg^-1·d^-1.MBC、MBN和MR两两间呈极显著正相关.氮添加对MBC、MBN和MR均无显著影响;凋落物处理对MR影响显著,表现为混合凋落物加倍处理的MR最高,叶凋落物加倍处理次之,剔除凋落物处理最低,而对MBC和MBN无显著影响.凋落物和氮添加处理在整个试验过程中未表现出交互作用.短期的氮添加处理和森林地表凋落物变化对土壤微生物过程的影响有限.     

火烧迹地不同恢复方式土壤有机碳分布特征

以大兴安岭1987年重度火烧后恢复的兴安落叶松人工林、樟子松人工林、人促杨桦林和天然次生杨桦林为对象,研究不同恢复方式林分土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳的分布特征.结果表明: 4种恢复方式林分的土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳分别为9.63～79.72 g·kg^-1、33.21～186.30 mg·kg^-1和200.85～1755.63 mg·kg^-1,且随土层深度增加而降低.不同恢复方式间土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳差异显著,以人促杨桦林最高,兴安落叶松人工林和天然次生杨桦林次之,樟子松人工林最低.各恢复方式林分的土壤微生物熵为1.1%～2.3%,以人促杨桦林最高,樟子松人工林最低,不同林分土壤微生物熵的垂直分布特征不同.土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、土壤可溶性有机碳含量均呈显著正相关.人促杨桦林土壤有机碳活性高于其他林分,火烧迹地采用人工促进天然恢复的方式较人工恢复和天然恢复的土壤碳循环能力更强.     

小兴安岭原始阔叶红松林和枫桦次生林土壤有机碳库比较研究

土壤有机碳含量是全球生态系统碳储量变化的重要指标之一,本研究以空间替代时间序列的方法,分别选取了小兴安岭地区原始阔叶红松林和枫桦次生林并测定土壤有机碳库、土壤全氮含量、土壤微生物量碳及土壤相关理化性质,结果表明,土壤有机碳含量(SOC)、土壤全氮含量(TN)、土壤微生物量碳(MBC)、土壤含水率等指标随着土壤层的深度增加而逐渐减少最后趋于稳定,而土壤容重随着土壤层的加深而增大。在原始林中0~10和10~20cm层的SOC、TN含量差异不显著,而次生林则差异显著。原始阔叶红松林和枫桦次生林的土壤有机碳密度(SOCD)分别为21.46和21.3 kg·m^-2,差异不显著。原始林和次生林的平均有机碳含量分别为35.79,28.6 g·kg^-1,土壤全氮含量分别为2.86,1.83 g·kg^-1,枫桦次生林MBC与SOC的线性相关性高于原始林。结果表明原始林土壤肥力高于次生林,在今后次生林的管理中应适当混栽针叶树种,原始林中应适当间伐使地下碳储量增加。     

毛乌素沙地固沙林发育过程中土壤有机碳库稳定性特征

为揭示固沙林发育过程中土壤固碳效应与有机碳库稳定性特征,基于时空替代法,采集陕北毛乌素沙地治沙区从半固定沙地到林龄分别为22、32、53年乔木和灌木林地表层土壤,分析了土壤总有机碳、氧化活性碳和惰性有机碳含量,以及矿化碳排放、分解比例的变异特征.结果表明:相比半固定沙地,22~53年灌木和乔木林土壤总有机碳增幅来自惰性碳,分别为3.5~6.2和3.2~7.7 g·kg^-1,来自氧化活性碳的分别为2.8~3.4和1.3~2.8 g·kg^-1,并且灌木和乔木林土壤氧化活性碳所占比例未发生显著变化,分别维持在37.0%和26.8%,但土样经恒温培养60 d后,该比例分别下降至25.7%和17.4%.培养结束时,2种林地22~53年土壤有机碳矿化率无显著差异;所有固沙林样地矿化碳的损失有76.9%~98.7%来自于氧化活性碳,仅1.3%~23.5%来自于惰性碳.与最高碳分解速率相比,土壤碳累积释放量与β-葡萄糖苷酶、脱氢酶活性的相关性更强,但酶活性在32~53年林地无显著差异.综上,随着固沙林林龄增加,土壤有机碳趋向少排多存碳的稳定性特征,乔木固沙林固碳效果优于灌木固沙林.     

若尔盖草甸退化对土壤碳、氮和碳稳定同位素的影响

为了解不同退化阶段高寒草甸土壤碳、氮和碳稳定同位素的差异,对若尔盖湿地内沼泽草甸、草原化草甸、退化草甸3个阶段土壤的碳、氮和碳稳定同位素进行了分析.结果表明:若尔盖湿地草甸土壤δ¹³C 值介于-26.21‰～-24.72‰之间,土壤δ¹³C 值随土层加深而增大.土壤δ¹³C 值与有机碳含量对数值呈线性负相关.表层土壤(0～10 cm)δ¹³C值大小顺序为草原化草甸>退化草甸>沼泽草甸,β值大小顺序为草原化草甸>沼泽草甸>退化草甸.沼泽草甸、草原化草甸、退化草甸0～30 cm 土壤碳含量分别为105.32、42.11和31.12 g·kg^-1,氮含量分别为8.74、3.41和2.81 g·kg^-1,C/N分别为11.26、11.23和10.89.随着草甸的退化,土壤碳、氮呈降低趋势,退化草甸C/N值低于沼泽草甸和草原化草甸.随着土层深度加深,碳、氮含量呈现降低趋势.草甸退化导致的土壤δ¹³C 值差异主要发生在表层0～10 cm.3个退化阶段中,退化草甸土壤的β值和C/N最低,表明退化草甸土壤矿化作用较强.     

毛乌素沙地区域尺度生物结皮有机碳

生物结皮在旱区荒漠养分循环和碳氮固存等生态系统功能方面发挥着重要作用,尤其能通过光合作用固定CO₂,从而提高土壤有机碳含量。目前有关区域尺度生物结皮土壤有机碳认知的缺乏在一定程度上制约了土壤碳库的精准预测。本研究选取毛乌素沙地全域(4.22万km²)内45个样地,测算了藓结皮和藻结皮两类典型生物结皮及其下土壤的有机碳含量(SOC)和密度(SOCD),并结合气候、土壤和植被等指标,深入探讨了区域尺度下生物结皮有机碳的空间分布特征及其主控因素。结果表明: 1)与裸沙相比,生物结皮显著提升了土壤有机碳含量和密度,且藓结皮及其下土壤有机碳含量(4.93 g·kg^-1)和密度(0.41 kg·m^-2)均高于藻结皮(1.89 g·kg^-1、0.18 kg·m^-2)。2)区域尺度上,生物结皮的有机碳含量和密度具有明显的空间分布特征,呈现出由东北-中部、西部-东南方向递减的带状分布与块状镶嵌分布。3)生物结皮及其下土壤有机碳含量和密度主要受气候、土壤和植被的综合影响,并因生物结皮类型而异,藓结皮主要受年均最高温和蒸散力的影响,而藻结皮主要受水蒸气分压的影响。