宁南山区植被恢复对土壤团聚体养分特征及微生物特性的影响

测定了宁夏黄土丘陵区植被恢复近30年的天然草地和农地不同粒径团聚体的土壤养分含量、微生物生物量、呼吸特性和生态化学计量比等指标,探索黄土丘陵区植被恢复对不同粒径土壤团聚体的养分特性和微生物学性质的影响.结果表明: 微团聚体(粒径<0.25 mm)质量百分比、各粒径土壤团聚体养分(有机碳、全氮、速效钾)含量、C/N均表现为天然草地大于农地,其中1～2 mm粒径团聚体有机碳、全氮含量在天然草地和农地中均最高,C/N也较高,说明植被恢复能有效促进土壤团粒的形成,适宜养分积累和有机碳的汇集,且在1～2 mm粒径团聚体上表现最为突出;天然草地各粒径土壤团聚体微生物生物量(碳、氮)、基础呼吸强度均高于农地,而呼吸熵低于农地,可见植被恢复措施可有效提高各粒径土壤微生物生物量与活性,并使土壤生境趋于稳定;但由于养分特性的差异,不同粒径团聚体微生物特性对植被修复的响应存在差异,其中天然草地土壤1～2 mm粒径团聚体微生物生物量碳,<0.25、0.25～1、1～2 mm粒径团聚体微生物生物量氮,以及1～2、>5 mm粒径团聚体基础呼吸强度显著高于其他粒径,即上述粒径团聚体的微生物生物量和微生物活性在植被恢复过程中逐渐被改善.表明宁南山区植被恢复有效改善了土壤团聚体的肥力状况与结构特征,且1～2 mm粒径团聚体的改良效果最为突出.     

黄土丘陵区土壤质量评价指标研究

针对黄土丘陵区侵蚀土壤最主要的功能——生产力和抗侵蚀能力,运用敏感性分析、主成分分析和判别分析法,对10种土地利用类型、208个样点的32项土壤属性指标进行了筛选.结果表明,在黄土丘陵区,土壤速效磷含量、抗冲性、渗透系数、活性有机碳、有机质、脲酶作为土壤质量评价的高度敏感指标,是土壤质量恢复与调控的主要目标.土壤生物指标属于高度敏感和中度敏感指标.黄土丘陵区侵蚀土壤的29项理化及生物属性指标可以被归纳为5个土壤质量因子：有机质因子、质地因子、磷因子、孔隙因子和微结构因子.5个因子中,孔隙因子在不同土地利用方式之间差异不显著,其余4个质量因子在不同土地利用方式之间差异极显著.黄土丘陵区侵蚀土壤质量评价指标为有机质、渗透系数、抗冲性、CEC、蔗糖酶、团聚体平均重量直径、速效磷、微团聚体平均重量直径.其中,有机质、渗透系数、抗冲性是表征黄土丘陵区侵蚀土壤质量的关键指标。     

黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响

研究黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征影响有助于深入理解黄土丘陵区不同植被带下土壤和土壤微生物相互作用及养分循环规律.选择黄土丘陵区延河流域3个植被区(森林区、森林草原区、草原区)和5种地形部位(阴/阳沟坡、阴/阳梁峁坡、峁顶)的土壤作为研究对象,利用生态化学计量学理论研究植被和地形对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响.结果表明: 土壤及土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在不同地形之间的差别主要表现在沟坡位置和阴坡高于其他坡位和阳坡.植被类型的变化对两个土层(0～10、10～20 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响均达到显著水平,坡向对表层(0～10 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响强于坡位,而在10～20 cm土层,坡位对土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷影响更显著.植被类型显著影响土壤C∶N、C∶P、N∶P和土壤微生物生物量C∶N、C∶P,坡向和坡位仅影响土壤C∶P和N∶P,植被类型的变化是影响土壤C∶N的主要因素.同时,植被类型对土壤养分和微生物生物量碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征的影响大于地形因子.标准化主轴分析结果表明,黄土丘陵区不同植被带土壤微生物具有内稳性,特别在草原带,土壤微生物生物量生态化学计量学特征具有更加严格的约束比例.在黄土丘陵区,土壤微生物生物量N∶P或许可以作为判断养分限制的另一个有力工具,若将土壤微生物生物量N∶P与植物叶片N∶P配合使用可能有助于我们更加精确地判断黄土丘陵区的土壤养分限制情况.     

土壤微生物生物量在团聚体中的分布以及耕作影响

了解土壤微生物在土壤结构体内部的分布对于预测相关的土壤生物化学过程具有重要意义。由于气候、土壤以及耕作的影响,该领域的研究结果存在很大的空间和时间变异,因此有待进行更多的在不同气候和土壤类型下的研究。首次报道亚热带紫色水稻土中微生物生物量在长期不同耕作方式的土壤中不同水稳性团聚体中的分布特征。结果表明微生物生物量在紫色水稻土水稳定性团聚体中的分布模式决定于土壤结构本身,而耕作方式的影响不显著;微生物生物量碳在不同粒级土壤团聚体中无显著性差异,微生物生物量氮与可溶性有机碳在0．25～0．053mm微团聚体中含量最高;垄作免耕显著提高土壤团聚体中的微生物生物量及可溶性有机碳含量,而对微生物生物量及可溶性有机碳在土壤团聚体中的分布模式无显著影响。     

洞庭湖典型湿地植被群落土壤微生物特征

以洞庭湖湿地3种典型植被(虉草、苔草、芦苇)为对象,研究了不同植被下土壤微生物生物量和微生物呼吸等特征,并对其主要影响因子进行了分析.结果表明:微生物生物量碳、氮和微生物呼吸以虉草群落最高,苔草群落次之,芦苇群落最低,微生物碳熵变化趋势为虉草群落＞苔草群落＞芦苇群落,微生物呼吸熵具有与微生物碳熵相反的变化趋势.相关分析表明:土壤含水量、容重和有机质是影响土壤微生物特征变化的重要因子,同时,土壤pH和土壤总氮与土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物呼吸等也有较强的关联性.     

喀斯特峰丛洼地植被恢复过程中土壤微生物特性

以喀斯特峰丛洼地草丛、灌丛、次生林和原生林生态系统为对象,研究了植被恢复过程中土壤微生物生物量、土壤微生物碳熵、土壤呼吸及其呼吸熵等微生物特性。结果表明:土壤微生物生物量与土壤微生物碳熵随着植被恢复呈增加趋势(P0.05),土壤呼吸熵变化规律与之相反,土壤呼吸变化不显著,说明随着植被的恢复土壤质量不断提高,顺序为乔木(原生林、次生林)灌丛草丛;同一生态系统中土壤微生物生物量氮、土壤呼吸及其呼吸熵均表现为冬季夏季(P0.05),土壤微生物碳熵为冬季夏季(草丛例外)(P0.05),而土壤微生物生物量碳却未呈现显著性季节变化;土壤微生物生物量氮与微生物碳熵不仅对地上植被及季节变化响应敏感,且与土壤有机质及其他微生物指标相关性较好(P0.05),可以灵敏表征喀斯特峰丛洼地不同植被恢复土壤质量变化。     

亚热带5个生态系统土壤微生物学性质比较

为了解亚热带生态系统土壤微生物学特性,对疏草荒地(Barren grassland)、纯杉木林(Cunninghamia lanceolata forest)、纯樟树林(Cinnamomum camphora forest)、杉木樟树混交林(Cunninghamia lanceolata-Cinnamomum camphora mixed forest)和自然恢复地(Nature recovery)等5种生态系统土壤微生物学性质进行了分析。结果表明,在0~20、20~40和40~60 cm土层,纯樟树林、杉木樟树混交林和自然恢复地的土壤微生物生物量碳氮磷和土壤基础呼吸显著高于疏草荒地和纯杉木林(P0.05),而他们的代谢熵低于疏草荒地和纯杉木林(P0.05);随着土层深度的增加,不同生态系统的土壤微生物生物量碳氮磷和土壤基础呼吸显著减小(P0.05),代谢熵显著增大(P0.05)。土壤容重与土壤微生物生物量碳氮磷和土壤基础呼吸呈显著负相关(P0.05),与代谢熵呈显著正相关(P0.05);土壤微生物生物量碳氮磷和土壤基础呼吸均与土壤总孔隙度、土壤水稳性大团聚体、土壤有机碳、全氮、有效氮、有效磷呈极显著正相关(P0.01),代谢熵与土壤总孔隙度、土壤水稳性大团聚体、土壤有机碳、全氮、有效氮和有效磷呈显著负相关(P0.05)。因此,自然恢复地、纯樟树林和杉木樟树混交林对土壤质量的改善有明显促进作用,而疏草荒地和纯杉木林对土壤改良效果不明显。     

减氮配施有机肥对滴灌棉田土壤生物学性状与团聚体特性的影响

本文通过新疆绿洲棉田连续4年定位施肥试验,研究了不同处理[对照CK、常规化肥CF、减氮配施普通有机肥OF(80%CF+OF和60%CF+OF)、减氮配施生物有机肥BF(80%CF+BF和60%CF+BF)]对土壤生物学性状和团聚体特性的影响,探讨了土壤生物学性状与有机碳及团聚体之间的关系.结果表明:与单施化肥(CF)相比,配施生物有机肥的80%CF+BF和60%CF+BF处理均可显著提高土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶和芳基硫酸酯酶活性,其增幅分别为55.6%～84.0%、53.1%～74.0%、15.1%～38.0%、38.2%～68.0%、29.6%～52.0%和35.4%～58.9%,高量配施有机肥效果优于低量配施.各施肥处理明显提高了土壤基础呼吸,具体表现为BF>OF>CF>CK.与CF相比,60%CF+BF处理的土壤有机碳、微生物生物量碳分别增加22.3%和43.5%,但微生物生物量碳氮比显著下降.>0.25 mm的水稳性团聚体在配施普通有机肥的80%CF+OF、60%CF+OF处理比对照(CK)分别增加7.1%和8.0%.80%CF+BF处理较80%CF+OF处理机械稳定性团聚体的几何平均直径(GMD)增加了9.2%.冗余(RDA)分析和聚类分析均表明,减氮增碳可明显调控滴灌棉田土壤生物活性与团聚体结构.连续4年化肥减量配施有机肥或生物有机肥,提高了土壤有机碳含量,并对团聚体稳定性和生物学性状有协同改善效应,是维持与提升绿洲滴灌棉田土壤肥力的有效途径.     

黄土丘陵沟壑区坡面上土壤微生物生物量碳、氮的季节变化

对黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域退耕后2种典型植被类型刺槐(Robinia pseudoacacia)林和撂荒草地夏、秋和春3个季节土壤微生物生物量及其主要影响因子(土壤有机碳、土壤温度和水分及空气温湿度)进行了研究,旨在揭示土壤微生物生物量的季节变化规律及其主控因子.结果表明,2种植被类型下,土壤微生物生物量均存在明显的季节变化趋势,刺槐林土壤微生物生物量碳夏季和春季高于秋季,而撂荒草地土壤微生物生物量碳在秋季最高,土壤微生物生物量氮与微生物生物量碳季节变化趋势不同,2种类型均表现为夏季＞秋季＞春季.土壤微生物生物量碳季节变化受有机碳、空气及土壤温度的变化影响较大,而土壤微生物生物量氮与土壤水分和空气湿度具有显著的相关性.     

桂林会仙喀斯特湿地不同植物群落土壤养分分布差异与微生物活性特征

以桂林会仙喀斯特湿地8种植物群落为研究对象,分析了群落土壤含水率、pH、土壤养分(有机碳SOC、全氮TN、全钾TK、速效氮AN、速效钾AK)和微生物活性指标(微生物生物量碳MBC、微生物生物量氮MBN、土壤基础呼吸BR、土壤呼吸势PR、微生物熵qMB和代谢熵qCO_2)的变化及其相互关系,探讨水位梯度下不同植物群落类型对土壤养分和微生物活性特征的影响。结果表明:(1)会仙湿地大部分植物群落土壤pH呈弱碱性,含水量随着土层的加深而降低,且土壤pH值和含水量随着群落积水深度的增加而升高;(2)各植物群落土壤有机碳、全氮、速效氮和速效钾含量在垂直剖面上均表现出随土壤深度的增加而减少的趋势;土壤微生物生物量碳氮含量(除铺地黍群落外)、土壤基础呼吸和呼吸势均随着土壤深度的增加而降低,且各土层之间差异显著(P0.05),而土壤微生物熵和代谢熵在垂直剖面的分布并无明显规律;(3)8个植物群落中,华克拉莎群落的土壤有机碳、全氮、速效氮、速效钾和微生物生物量碳氮含量、土壤基础呼吸速率和呼吸势均最高;田间鸭嘴草群落的土壤微生物熵显著高于其它群落(P0.05);(4)会仙湿地土壤微生物生物量碳氮、基础呼吸、呼吸势与土壤有机碳、全氮之间均呈极显著的正相关关系(P0.01),微生物熵和全钾、速效氮均显著正相关(P0.05),表明在水位梯度变化的驱动下,会仙喀斯特湿地不同植物群落土壤养分和微生物活性特征存在差异,土壤微生物活性特征反映了不同植物群落的环境适应和土壤质量的状况。     

Effects of land use and environmental factors on the variability of soil quality indicators in hilly Loess Plateau region of China

Classical statistics methods were adopted to analyze the soil quality variability, its affecting factors, and affecting degree at a regional scale (700 km2) in the central part of hilly Loess Plateau region of China. There existed great differences in the variability of test soil quality indicators. Soil pH, structural coefficient, silt content, specific gravity, bulk density, total porosity, capillary porosity, and catalase activity were the indicators with weak variability; soil nutrients (N, P, and K) contents, CaCO3 content, cation exchange capacity (CEC), clay content, micro-aggregate mean mass diameter, aggregate mean mass diameter, water-stable aggregates, respiration rate, microbial quotient, invertase and phosphatase activities, respiratory quotient, and microbial carbon and nitrogen showed medium variation; while soil labile organic carbon and phosphorus contents, erosion-resistance, permeability coefficient, and urease activity were the indicators with strong variability. The variability of soil CaCO3, total P and K, CEC, texture, and specific gravity, etc. was correlated with topography and other environmental factors, while the variability of dynamic soil quality indicators, including soil organic matter content, nitrogen content, water-stable aggregates, permeability, microbial biomass carbon and nitrogen, enzyme activities, and respiration rate, was mainly correlated with land use type. Overall, land use pattern explained 97% of the variability of soil quality indicators in the region. It was suggested that in the evaluation of soil quality in hilly Loess Plateau region, land use type and environmental factors should be fully considered.     

科尔沁沙地不同土地利用和管理方式对土壤质量性状的影响

研究了科尔沁沙地退化草地开垦后,在14年不同的土地利用和管理方式下土壤物理、化学和生物学性状的特征。结果表明,农林(林草)复合利用模式在土壤粒级组成、孔隙分布、持水性能、有机质和N、P养分、酶活性等方面表现出较好的质量性状特征。有机无机配施、精细管理的灌溉农田次之,而粗放管理的旱作农田。土壤质量性状严重恶化,逐步向流沙方向演变,与科尔沁原生景观草地土壤相比,管理良好的利用系统,土壤物理性状、P含量和一些酶活性指标提高,但有机质和全氮含量明显低,表明已退化生态系统C、N库的恢复和重建需要较长的时间。研究结果表明,不同的土地利用方式和管理措施显著影响土壤质量变化的程度和方向;调整土地利用结构,基本农田实行精细管理,旱作农田退耕还草还林是保护土地资源。实现区域生态恢复和重建的根本选择。     

Indicating soil quality in cacao-based agroforestry systems and old-growth forests: The potential of soil macrofauna assemblage

Soil quality or health is a fuzzy concept that has been vigorously criticized due to the extreme variability of soil and the difficulty of linking soil indicators to soil functions and sustainability. In most soil quality studies some obvious factors or typologies are used as a basis to select the “best indicators” of soil quality, i.e. those that best explain the differences among the plots under study. This is not the case for a variety of natural or agro-ecosystems including the Talamanca cacao-based agroforestry systems (AFS), which present neither a pre-established typology nor a clear framework to evaluate their soil quality. This situation required a selection of indicators based on the literature that was oriented by the non-equilibrium thermodynamic theory. A framework was elaborated through full and minimum indicator sets of baseline soil physical and chemical indicators, along with macrofauna groups. A minimum set of four well-accepted abiotic soil quality indicators (bulk density, sum of bases, pH and carbon) was able to separate cacao AFS plots and forests into five distinct clusters along a low-to-high “soil quality” gradient. The AFS rated as “good” soil quality did not differ from the forest. Abundances of selected macrofauna groups were well correlated with these indicators and helped elucidate the soil quality clusters identified. In particular, high predator abundance indicated proper energy flow and confirmed the high abiotic soil quality, thus confirming the potential of macrofauna groups as apt soil quality indicators. However, these indicators need to be tailored to local conditions. Consequentially, cacao-based AFS in Talamanca are able to conserve soil and provide a high level of soil-related ecological services. Considering the soil an open system where the non-equilibrium thermodynamic theory applies successfully guided indicator selection and could help to reformulate the soil quality definition.     

黄土高寒区典型植被类型土壤入渗特征及其影响因素

为了研究黄土高寒区典型植被在不同坡位下土壤入渗性能差异及其影响因素,采用恒定水头法测定了不同植被类型的土壤入渗过程,并分析了土壤孔隙状况、机械组成、水稳性团聚体等与渗透速率的相关性。结果表明:(1)初渗速率和稳渗速率均表现为青海云杉祁连圆柏华北落叶松荒草地,且差异性显著;同一植被类型的土壤入渗速率沿坡面向下逐渐增大,但差异性不显著;(2)对不同植被类型的土壤入渗过程模拟发现Horton模型拟合效果最好,决定系数均在0.8以上,通用经验模型拟合精度较差,决定系数在0.614—0.982之间;(3)土壤入渗性能与孔隙状况、水稳性团聚体质量分数、有机质含量均有极显著相关性;0.25 mm团聚体质量分数是影响稳渗速率的主要决策因素;总孔隙度是影响初渗速率的最主要的决策因素,而毛管孔隙度是主要的限制因子。为高寒地区土壤入渗模拟以及植被配置等提供了科学依据。     

青藏高原东北缘不同土地利用类型土壤质量综合评价

土壤质量评价是合理利用土壤资源的重要前提。通过采集青藏高原东北缘甘肃省天祝县境内林地(n=9)、草地(n=18)和耕地(n=38)土壤样品,并测定土壤容重、田间持水量和有机质等13项土壤理化性质指标,采用主成分分析和相关性分析构建最小数据集(MDS),建立土壤质量评价指标体系,对3个不同土地利用类型的土壤质量进行综合评价。结果表明: 林地的总孔隙度、毛管孔隙度、田间持水量、毛管持水量、饱和含水量、有机质、全氮和速效钾含量显著高于草地和耕地。林地土壤质量评价指标体系包括田间持水量、有机质、全氮、速效氮和速效钾,土壤质量指数(SQI)介于0.329～0.678,平均值为0.481;草地土壤质量评价指标体系包括田间持水量和速效氮,SQI介于0.302～0.703,平均值为0.469;耕地土壤质量评价指标体系包括毛管持水量、非毛管孔隙度、速效氮、速效磷和速效钾,SQI介于0.337～0.616,平均值为0.462。影响林地、草地和耕地土壤质量的最大障碍指标分别为速效钾、田间持水量和毛管持水量。基于MDS的土壤质量指数能够实现研究区不同土地利用类型土壤质量的准确评价,土壤质量整体上表现为林地>草地>耕地,评价结果对该区域土壤可持续管理具有重要参考价值。     

六盘山小流域地形、植被特征与土壤水文物理性质的关系

利用多元统计方法,分析了六盘山分水岭沟小流域107个样地的地形、植被特征与土壤水文物理性质的关系。结果表明:饱和持水量、总孔隙度、毛管持水量、容重、石砾体积含量、非毛管孔隙度可作为土壤水文物理性质类型划分的6项重要指标,同时土壤毛管持水量还是一个敏感指标。将所有调查样地划分为土壤物理性质组间差别较大但组内接近的3组样地,发现各组样地的植被类型相近。土壤水文功能最好的第III组是以桦树和山杨为主的天然阔叶次生林样地,其主要分布在阴坡、中坡位;华北落叶松人工林为第Ⅱ组,其土壤水文功能次之;土壤水文功能最差的第Ⅰ组多是位于陡坡悬崖的华山松天然林及杂灌丛样地。土壤孔隙性受到地形和植被特征的共同影响,影响显著的地形特征主要是相对高程、坡向和坡位;植被特征主要是胸径、乔木高度和灌木层盖度。     

不同植被恢复类型的土壤肥力质量评价

科学确定森林土壤肥力指标并进行肥力质量的评价,对立地生产力和多目标森林经营的研究有着重要意义。以采伐(径级12 cm择伐)迹地上发育来的稀树灌丛、针叶林、针阔混交林和常绿阔叶林为研究对象,进行每木调查与群落分析,并比较各群落土壤因子间的差异,用典范对应分析(CCA)和因子分析对土壤肥力质量进行定量评价。结果表明,CCA可以有效地筛选土壤肥力质量指标,有助于质量指标的科学确定;土壤肥力质量综合评价分值为稀树灌丛(0.438)常绿阔叶林(0.414)针阔混交林(-0.170)针叶林(-0.331);演替初期(19 a)的植被恢复并未使土壤结构发生明显变化,土壤肥力质量是下降的;无人为干扰的3种群落类型,针叶林表现为更高的生物量积累,而天然更新的常绿阔叶林则更有利于生物多样性的增加与土壤养分的保蓄。     

Investigation of ecological factors controlling quality of flue-cured tobacco (Nicotiana tabacum L.) using classification methods

The growth and quality of tobacco are associated with ecological conditions, such as soil, climate or weather, and geographical attributes. Tobacco, especially flue-cured tobacco, is an important cash crop and widely cultivated in southwestern China. However, knowledge about critical ecological indicators affecting quality of flue-cured tobacco is limited in this region. In the current study, two well-known clustering algorithms, i.e., k-means and classification and regression trees (CART), were applied to investigate the critical ecological indicators controlling quality of flue-cured tobacco. On the basis of six quality indices and Davis–Bouldin index, a total of 142 flue-cured tobacco leaf samples were classified into three groups with low, medium, and high quality using k-means algorithm. The results obtained by CART model showed that geographical attributes (altitude, latitude, and longitude) and weather indicators had high effects on the quality of flue-cured tobacco followed by soil properties and varieties. Flue-cured tobacco plants with high quality preferred to be grown in areas with low values of altitude, rainfall and relative humidity, high values of latitude, longitude, sunshine hours, and temperature-related indices (mean, maximum and minimum temperatures and their difference), and low concentrations of soil nutrients in this study area. Nevertheless, further study should be conducted to understand the interaction among the ecological variables.     

广东省桉树人工林土壤有机碳密度及其影响因子

研究了广东省粤北、粤东、粤西和珠江三角洲4个地区桉树人工林土壤有机碳含量和有机碳密度,以及土壤有机碳密度的主要影响因子.结果表明:土壤A层和B层有机碳含量分别为(23.94±2.97)g·kg-1和(9.68±1.05)g·kg-1,二者差异显著;A层和B层有机碳密度分别为(27.64±7.72)t·hm-2和(108.36±9.37)t·hm-2,有显著差异;0～50 cm土层有机碳密度为(66.72±6.53)t·hm-2,略高于同一地区马尾松和杉木人工林.有机碳密度与海拔、A层和B层土壤总孔隙度、毛管孔隙度、毛管持水量和全氮含量呈显著正相关;土壤毛管孔隙度、毛管持水量和pH值是影响有机碳密度的主导因子.