利用混合厌氧堆肥进行污水处理的研究

目的：采用堆肥技术处理城市污泥以实现城市污泥的农用资源化进行了研究。方法：重点分析了污泥与粉煤灰混合厌氧堆肥过程中重金属铜稳定化的效果,分别按照污泥与粉煤灰质量比为1∶1;3∶1和4∶1进行混合,在常温下进行厌氧堆肥17d。结果：实验表明污泥与粉煤灰3∶1混合堆肥过程中铜的稳定化效果最佳。结论：堆肥过程有利于污泥的资源化利用。     

根系分泌物C∶N对刺槐林地土壤理化特征和土壤呼吸的影响

为探究根系分泌物C∶N对土壤养分循环及微生物活性的影响,本研究以黄土高原人工刺槐林为对象,在生境条件基本一致的15、25、35、45 a刺槐林地取原位土壤,通过模拟不同C∶N的根系分泌物(只添加N、C∶N=10、C∶N=50、C∶N=100和只添加C)添加至土壤,以去离子水作为对照,分析根系分泌物C∶N对土壤碳、氮、磷、pH值等理化特征和土壤呼吸的影响。结果表明: 1)有机碳含量与根系分泌物C∶N呈正相关,根系分泌物C∶N=10时土壤有机碳(SOC)分解较快,高根系分泌物C∶N(C∶N=100)能延缓SOC分解,而只添加C处理对SOC无显著影响。2)不同C∶N根系分泌物处理对全氮的影响不明显,碳添加能促进微生物对铵态氮的吸收,氮添加能促进铵态氮的硝化,随着根系分泌物C∶N增加,土壤中铵态氮含量下降。3)氮添加会导致土壤pH值下降,增加土壤全磷含量。4)刺槐林地土壤呼吸值与根系分泌物C∶N呈正相关,随着C∶N增加,根系分泌物对25和35 a人工刺槐林土壤呼吸的促进作用更显著。综上,根系分泌物C∶N值越高,对人工刺槐林土壤呼吸的促进作用越显著。研究结果进一步加深了对森林根系-土壤-微生物互作过程的认识。     

石油污染土壤中不同人工林木根际丛枝菌根真菌与球囊霉素的研究

以陕西延长县石油污染区常见的13种人工种植林木为材料,测定了各人工种植林木根际丛枝菌根(AM)真菌发育状况、污染土壤的理化性质、土壤酶活性和球囊霉素含量,探讨AM真菌在石油污染土壤生态修复中的作用。结果表明,13种林木均能形成AM,其定殖率平均为63.2%,孢子密度平均为1.93个.g-1干土,其中受污染程度最低的柠条AM真菌定殖率和孢子密度最高,分别为91.6%和4.73个.g-1干土;毛白杨、狼牙刺和刺槐的根际土壤养分(有机碳、碱解氮、速效磷)含量相对较高;各种人工种植林木的根际土壤球囊霉素含量、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性随根际土壤石油烃污染浓度的增加而明显升高,其中刺槐、狼牙刺和酸枣根际土壤的过氧化氢酶和多酚氧化酶活性都较高,同时这3种林木的球囊霉素含量也较高。因此,林木根际土壤球囊霉素含量、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性可以作为石油污染的敏感指标。     

黄土高原典型植被恢复过程土壤与叶片生态化学计量特征

为揭示黄土高原典型人工植被恢复过程中植物叶片与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)元素变化特征及其交互作用,以延安庙咀沟流域恢复20—40a的刺槐(Robinia pseudoacacia)、柠条(Caragana korshinskii)、草地和坡耕地(对照)为研究对象,分析了各样地植物叶片和土壤C、N、P化学计量的变化特征及相互关系。结果表明:从20a到40a的恢复过程中,3种植被叶片C含量均显著增加,草地叶片P含量显著升高,而刺槐、柠条叶片N和P含量则显著降低。刺槐、柠条及草地土壤C、N、P含量随着恢复年限的延长而增加,比耕地分别增加了70%—349%、27%—202%、13%—62%(P0.05),其中刺槐的增幅最大。从增速来看,刺槐和柠条林土壤表层C、N增速表现为前期(0—20a)大于后期(20—40a),而草地则相反。在20—40a的恢复过程中,刺槐、柠条叶片C∶N、C∶P均显著增加,草地叶片C∶P、N∶P则显著降低。恢复过程中,土壤C∶P在刺槐和草地中显著增加,而土壤N∶P仅在草地中显著增加,土壤C∶N则没有显著变化。相关性分析显示叶片C和土壤C、N、P显著正相关,叶片N、P和土壤N显著正相关,叶片和土壤N∶P显著正相关,叶片P、C∶P与土壤C、N增速显著相关,表明叶片P可以指示土壤C、N增速的变化,而N∶P可以将植物和土壤联系起来。植被恢复过程中,叶片和土壤C、N、P含量及增速均发生显著变化,且存在密切的联系,这种变化的趋势在刺槐、柠条和草地中有所不同。     

黄土丘陵区刺槐与油松人工林生态系统生态化学计量特征

为阐明不同人工林生态系统间生态化学计量特征的差异,采用野外采样与室内分析相结合的方式分析了陕北黄土丘陵区落叶阔叶树种刺槐和常绿针叶树种油松人工林乔木、灌草、枯落物和土壤(土层深度0—100cm)C、N、P化学计量特征。结果表明:1)刺槐乔木各器官(叶、枝、干、皮、根)C含量显著低于油松,但N和P含量显著高于油松。因此,油松的C∶N和C∶P显著大于刺槐,而N∶P小于刺槐。2)刺槐林下枯落物N和P含量显著高于油松,但C含量显著小于油松。此外,油松林下枯落物C∶N(70.21)大于刺槐林下枯落物C∶N(19.71),说明油松林下枯落物分解较慢,有利于养分的存储。3)刺槐和油松人工林土壤C、N含量均随土壤深度增加而减少,P含量则基本保持不变。刺槐人工林土壤中C含量低于油松,N、P含量在两者之间无显著差异。4)刺槐人工林内乔灌草叶、枯落物与土壤C、N、P及其计量比的相关性多集中在10—20、20—30cm土层,而油松林中各组分与土壤营养元素的相关性相对较小,其中20—30cm土层中无显著相关性,说明相比刺槐人工林而言,油松人工林内土壤层N、P供应量对植物叶片N、P含量影响不显著。本研究为深入了解黄土丘陵区生态系统养分耦合循环机制奠定了基础,同时也为黄土丘陵区的植被恢复工作提供了一定的指导意义。     

黄土丘陵沟壑区植被恢复对土壤微生物生物量碳和氮的影响

对典型黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域5年生刺槐、沙棘和杏树人工林及5、15和25年生刺槐人工林土壤进行比较研究,以揭示不同植被及恢复年限对土壤微生物生物量碳和氮的影响.结果表明： 在5年生的3种人工林中,以沙棘林土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)含量最高;刺槐林土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量显著高于其他两种林地,分别为99.56和28.81 mg·kg^-1,其中MBC含量依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,MBN含量依次为：刺槐林>杏树林>沙棘林;土壤MBC/SOC依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,而MBN/TN为：刺槐林>杏树林>沙棘林,且差异均达到显著水平(P<0.05).随植被恢复年限增长,3种林龄刺槐林的土壤pH值下降,SOC、TN含量、电导率(EC)、MBC和MBN均呈增加趋势.在黄土丘陵沟壑区,种植刺槐比沙棘和杏树更有利于MBC和MBN含量的提高;随着刺槐种植年限的增长,MBC、MBN以及SOC和TN含量均呈增加趋势.     

黄土丘陵沟壑区植被恢复对土壤微生物生物量碳和氮的影响

对典型黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域5年生刺槐、沙棘和杏树人工林及5、15和25年生刺槐人工林土壤进行比较研究,以揭示不同植被及恢复年限对土壤微生物生物量碳和氮的影响.结果表明： 在5年生的3种人工林中,以沙棘林土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)含量最高;刺槐林土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量显著高于其他两种林地,分别为99.56和28.81 mg·kg^-1,其中MBC含量依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,MBN含量依次为：刺槐林>杏树林>沙棘林;土壤MBC/SOC依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,而MBN/TN为：刺槐林>杏树林>沙棘林,且差异均达到显著水平(P<0.05).随植被恢复年限增长,3种林龄刺槐林的土壤pH值下降,SOC、TN含量、电导率(EC)、MBC和MBN均呈增加趋势.在黄土丘陵沟壑区,种植刺槐比沙棘和杏树更有利于MBC和MBN含量的提高;随着刺槐种植年限的增长,MBC、MBN以及SOC和TN含量均呈增加趋势.     

外来物种刺槐对土壤微生物功能多样性的影响

以延河流域不同植被区内人工刺槐(Robinia pseudoacacia)群落和乡土植物群落的土壤微生物为研究对象,利用Biolog微平板技术对土壤微生物功能多样性进行测定,分析人工引种刺槐在不同环境梯度(3个植被区)下对土壤微生物功能多样性的影响。结果表明:刺槐对不同环境梯度下的土壤微生物的影响明显不同。从草原区到森林区,刺槐林之间土壤微生物群落的平均颜色变化率(AWCD)和土壤微生物功能多样性指数均没有显著变化;但与乡土植物群落比较,草原区、森林草原区和森林区土壤AWCD分别表现为刺槐乡土植物、刺槐乡土植物、刺槐乡土植物;在草原区和森林草原区刺槐林土壤微生物群落的群落丰富度指数(S)、Shannon-Wiener指数(H)、Simpson指数(D)、Mc Intosh指数(U)均大于乡土植物,森林区刺槐林群落丰富度指数(S)、Shannon指数(H)、Simpson指数(D)均小于乡土植物;刺槐林和乡土植物群落下土壤微生物碳源利用存在差异,主要体现在对糖类、氨基酸类的利用上。PCA分析显示主成分1贡献较大的碳源有24种,在主成分分离中起主要贡献作用的是糖类、氨基酸类和羧酸类。土壤碳氮含量能影响土壤微生物功能多样性指数,土壤含水量和温湿度能够影响碳源的利用类型。刺槐对土壤微生物功能多样性的影响存在区域差异,在评价刺槐对土壤生态过程与功能的影响时必须要考虑这种空间差异性。     

城市污泥应用于陆地生态系统研究进展

随着城市化进程加快和人口剧增,城市污泥已成为世界许多城市面临的主要环境问题之一,且不合理的管理可引发严重的环境污染.城市污泥含有大量、微量元素和有机质,可能对土壤及其生产力有利,特别对退化土壤能进行有机修复,并改善土壤理化特性,譬如土壤结构和营养含量.目前,污泥作为一种有机肥料已成为普遍措施.但来自工业及生活污水的污泥常含有重金属、病原物及有毒有机物等,潜在的毒性可能对生态系统构成危险,因此必须经过污泥预处理才可安全施用.评述了近年来国内外污泥应用于陆地生态系统4个方面的主要研究进展:(1)污泥处理与处置方法;(2)污泥应用于农田、草地及森林生态系统;(3)污泥对土壤生态系统的影响,包括污泥对土壤理化性质、土壤酶及微生物的影响;(4)污泥应用的环境效应.提出未来我国污泥处置及利用需要重视的研究领域和方向.     

北方地区铁矿废弃地基质改良及植被恢复技术

北方地区铁矿围岩硬度大,采选后形成大面积立地条件恶劣的排岩场。该类废弃地主要由砂砾组成,粉砂含量占比99%左右,持水保肥能力差,养分贫瘠。通过添加城市生活污泥、粉煤灰及黏土配比的人工基质进行矿地土壤改良。结果表明:人工基质中总氮含量为4.37~6.60 g·kg~(-1),有效磷、有效钾含量也属于高肥力水平,且重金属Zn、Ni、Cr、Mn和Hg含量低;采用鱼鳞坑模式种植乔灌木刺槐与棉槐,生长2年后,植株茎干、根系生长迅速,周围有大量草本植物出现,植被盖度显著增加;矿渣中重金属主要富集在植物根部,且随着生长时间的增加,向地上转移的量越来越少;在铁矿排岩场植被恢复2~3年后,废弃地肥力及养分的补充是制约其恢复效果的关键。     

Historical Small‐Scale Surface Structures as a Model for Post‐Mining Land Reclamation

Historical land use provides long‐term field experiments that give valuable clues for ecosystem management and habitat restoration. We hypothesized that remnants of a small‐scale charcoal‐ore industry that ceased more than a century ago still affect soil properties and the litter‐dwelling fauna of a beech forest on rendzina soil (pH 4–6.5). We sampled the remains of charcoal kilns, small mining pits, and mounds of dugout material. Soils from kilns displayed increased carbon and nutrient contents and soils from kilns and in pits tended to be moister than that from all other locations. Leaf litter accumulated in the pits. Most mesofauna taxa occurred independent of the modifications, whereas larger‐sized Collembola and many macrofauna taxa (Aranea, Chilopoda, Diplopoda, Isopoda, Coleoptera, and Gastropoda) were more abundant in the pits. Snails are highly sensitive to microclimatic fluctuations and structural changes and thus were used to compare man‐made structures with natural ones: assemblages from kilns equaled those from the unmodified forest floor, assemblages from pits resembled those from adjacent to coarse woody debris (CWD), and assemblages from mounds resembled those from outcrops and tree bases. The outcrops were the local keystone structure, but mining pits and CWD added to species richness as they provided shelter for hygrophilous species. We thus recommend maintaining or creating a diversified soil surface structure in post‐mining land reclamation to accumulate organic matter and nutrients and to buffer microclimatic extremes.     

沙地土壤种植杨树-刺槐混交林后持水特性变化的研究

通过对比法研究了沙地土壤种杨树刺槐混交林后持水特性的变化。结果表明,沙地土壤种植杨树,刺槐纯林和混交林后,土壤持水特性,孔隙分布状况和水容量得到了改善和提高,提高和改善的幅度均以混交林最大,无林地植被覆盖后土壤持水性能改善的根本原因在于土壤有机质含量的增加,从而改善了土壤的孔隙状况。     

子午岭人工林土壤微生物生物量及酶活性

数十年来,黄土高原的生态恢复取得了显著的效益,不仅遏制了当地的土壤流失,改善了土壤质量,同时也减少了向黄河的输沙量.但是,区域森林物种和群落演替还远未得到充分发展.子午岭林区及其高度发达的森林群落,作为先进的生态区,可以将实践经验和知识借鉴到中国黄土高原的其他地区,有助于确定最有效的人工林树种,以便今后更好地进行生态恢复.为了系统地了解典型的当地树种对土壤性质的潜在影响,本研究以黄土高原子午岭天然次生林区生长状况较好的人工林(刺槐、油松和侧柏)为研究对象,并以子午岭林区顶极群落辽东栎天然林为对照,这4种林型具有较一致的树龄(25年)、立地条件等.采用传统方法测定4种乔木林0～20 cm土壤理化性质、土壤酶活性(蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶)和土壤微生物生物量碳、氮.结果表明: 1)土壤蔗糖酶活性为16.94～64.49 mg·g^-1·24 h^-1,脲酶活性为0.15～0.26 mg·g^-1·24 h^-1,碱性磷酸酶为0.65～1.23 mg·g^-1·24 h^-1,且侧柏土壤的3种酶活性均显著高于刺槐和油松土壤.从3种酶活性几何平均值来看,侧柏土壤酶活性甚至高于辽东栎;2)土壤微生物生物量碳、氮变化范围分别为247.37～529.84 mg·kg^-1、41.48～77.91 mg·kg^-1,均为侧柏>油松>刺槐,且侧柏显著高于油松和刺槐.辽东栎土壤微生物生物量碳高于侧柏,而微生物生物量氮低于侧柏,但差异均不显著;3)油松土壤溶解性碳、氮含量较高,甚至高于土壤微生物生物量碳、氮,说明油松土壤中溶解性有机物是较微生物生物量更主要的活性养分;4)土壤微生物生物量碳、氮与土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关性,刺槐和油松土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性分别与土壤有机碳、全氮和全磷含量呈显著正相关;5)主成分分析结果表明,植被类型对土壤微生物生物量碳和氮、有机碳、全氮、碳磷比、氮磷比、脲酶影响较大,土壤微生物生物量碳、氮、碳磷比、氮磷比和氮与磷呈负相关,土壤溶解性碳、氮与碳氮比呈负相关.表明侧柏是较油松和刺槐更适用于南部森林带的造林树种.     

阜新市农田土壤重金属含量及其分布特征

通过对辽宁省阜新市城郊区县180处农田土壤的取样调查分析,初步了解了农田土壤重金属As、Cu、Zn、Ni的含量特征及其空间分布,并探讨了当地矿业开采活动对农田土壤重金属积累及空间分布的影响.结果表明,研究区域内农田土壤Cu、Zn和Ni的几何平均含量均高于背景值,且这3种重金属存在普遍累积的现象;不同种植类型土壤中,菜地土壤Cu、Zn、As含量显著高于粮田,且重金属积累更为明显;4种重金属的空间分布均呈城区高于郊县的趋势;重金属含量较高的区域与矿山开采区域基本重叠.研究区域内采矿活动是农田重金属的重要来源,同时畜禽养殖业所产生的畜禽粪便可能对农田土壤中Cu、Zn和As的增加有一定作用.当地农牧业生产和布局应适当考虑土壤污染的风险.     

Development of plant communities after restoration of the Antaibao mining site,China

To investigate the dynamic changes in the artificial vegetation in an abandoned mining site,we analyzed the relationships among community types,environmental variables and community structure in the process of vegetation restoration in the Antaibao mining site,China by survey of the communities and use of biological dating methods.By means of the quantitative classification method (two-way indicator-species analysis,TWINSPAN) and the ordination technique (de-trended correspondence analysis,DCA; and de-trended canonical correspondence analysis,DCCA),the plant communities were classified into seven groups:community Ⅰ,Robinia pseudoacacia + Pinus tabulaeformis-Caragana korshinskii-Agropyron cristatum; community Ⅱ,Robinia pseudoacacia-Hippophae rhamnoides-Artemisia capillaries; community Ⅲ,Ulmus pumila-Elaeagnus angustifolia-Artemisia capillaries;community Ⅳ,Caragana korshinskii-Agropyron cristatum+Artemisia capillaries;community Ⅴ,Hippophae rhamnoides-Elymus dahuricus;cornrnunity Ⅵ,Elaeagnus angustifolia+Hippophae rhamnoides-Brassica jucea;community Ⅶ,Hippophae rhamnoides+Elaeagnus angustifolia-Salsola collina.We conclude that the community types and diversity are mainly influenced by the succession time and the soil organic matter content.The forest community is more adaptable to the special inhabitation than the shrub community.     

Soil Properties and Species Richness of Invertebrates on Afforested Sites after Brown Coal Mining

Variation in soil properties may influence diversity of invertebrate communities, a crucial component of every ecosystem, and their impact should be considered also in restoration management. Although most spoil heaps have been reclaimed after brown coal mining, some post‐mining sites are left to natural succession. Little is known, however, about the effects of these two fundamentally different approaches on diversity of invertebrates inhabiting these stands. While controlling for habitat characteristics, we analyzed the effects of soil properties on species richness of seven invertebrate groups representing various trophic levels and diverse spatial niches at afforested spoil heaps and adjacent pits managed under these two basic restoration approaches in the North Bohemia Brown Coal Basin (Czech Republic, central Europe). Forty‐seven percentage of 140 invertebrate species occurred on both reclamations and successions, but many were found exclusively on successions (37%) or reclamations (16%). The species richness of various groups was affected by different soil properties either independently of other variables or in interaction with microclimatic conditions or management history. These results imply a need for diverse management approaches in post‐mining areas to support the diversity of invertebrate communities. Technical reclamations with artificial plantations and spontaneous forest development on bare substrate (thus creating mosaics of open patches and afforested stands with different soil deposit materials) were found to be reasonable alternatives to support invertebrate richness on post‐mining forested stands. We conclude that these two approaches should properly be combined in practice.     

几种豆科树木结瘤固氮的初步研究

 作者通过野外调查和盆栽试验,探讨了几种豆科树种的结瘤固氮特征,土壤条件的影响和植株生长。木豆、山毛豆、刺槐在南亚热带褐红土种植,山合欢、刺槐在中亚热带紫色土种植,对绿化荒山荒地、改良土壤和促进生态平衡具有重要意义。     

北方泥质海岸防护林生态工程的研究

对泥质海岸防护林体系建设中造林树种选择、土壤改良和生态工程造林技术措施的分析表明,在轻度盐碱地可栽植绒毛白蜡、群众杨、刺槐、109柳;在中度盐碱地修台田并压沙后可栽植沙枣、群众杨、刺槐、绒毛白蜡及辽河杨耐盐品系;在苏打盐渍土地修台田压稻乱后栽植沙枣、辽河杨耐盐品系;在重盐土地上进行土壤改良及工程措施后栽植柽柳、沙枣.     

人工与天然云杉林土壤真菌群落多样性及菌群网络关系特征

土壤真菌群落多样性和菌群关系是维持生态系统的多样性及稳定性的关键。本文以粗枝云杉人工林和天然林为研究对象,利用高通量测序技术和生物信息学分析方法,研究了云杉根际和非根际土壤真菌群落组成、多样性及菌群网络关系。结果表明: 从群落组成上看,人工林中相对丰度最高的科是丝盖伞科,而天然林中是蜡壳耳科,两处林型下占比最高的属均为丝盖伞属。群落的β多样性在两处林型的根际、非根际下存在显著差异。环境变量与真菌类群的相对丰度和α多样性相关关系不显著,而草本覆盖度、土壤含水率、总有机碳和植被丰富度是群落β多样性的主要影响因素。网络分析显示,天然林土壤真菌菌群之间以负相关关系为主,表明天然林土壤中菌群之间主要存在竞争作用。比较两处林型下的根际、非根际土壤真菌菌群关系发现,非根际区域菌群之间负相关性均较高,表明非根际土壤中菌群的种间竞争作用可能要强于根际土壤。结合差异丰度分析,两处林型下根际和非根际之间存在显著差异的物种中仅有蜡壳耳科为真菌网络中共有的关键菌群,表明人工林和天然林土壤真菌群落结构中差异种群的变化可能对其群落稳定性影响较小。     

Seedling and Sapling Dynamics of Treefall Pits in Puerto Rico1

Seedling and sapling dynamics in a Puerto Rican rain forest were compared between forest understory and soil pits created by the uprooting of 27 trees during Hurricane Hugo. Soil N and P, organic matter, and soil moisture were lower and bulk densities were higher in the disturbed mineral soils of the pits than in undisturbed forest soils ten months after the hurricane. No differences in N and P levels were found in pit or forest soils under two trees with N–fixing symbionts (Inga laurina and Ormosia krugii) compared to soils under a tree species without N–fixing sym–bionts (Casearia arborea), but other soil variables (Al, Fe, K) did vary by tree species. Forest plots had greater species richness of seedlings (<10 cm tall) and saplings (10–100 cm tall) than plots in the soil pits (and greater sapling densities), but seedling densities were similar between plot types. Species richness and seedling densities did not vary among plots associated with the three tree species, but some saplings were more abundant under trees of the same species. Pit size did not affect species richness or seedling and sapling densities. Recruitment of young Cecropia schreberiana trees (>5 m tall) 45 months after the hurricane was entirely from the soil pits, with no tree recruitment from forest plots. Larger soil pits had more tree recruitment than smaller pits. Defoliation of the forest by the hurricane created a large but temporary increase in light availability. Recruitment of C. schreberiana to the canopy occurred in gaps created by the treefall pits that had lower soil nutrients but provided a longer–term increase in light availability. Treefall pits also significantly altered the recruitment and mortality of many understory species in the Puerto Rican rain forest but did not alter species richness.