施肥对杉木林土壤酶和活性有机碳的影响

以中亚热带地区的5年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,探讨施肥对土壤酶活性和活性有机碳含量的影响,实验包括对照(CK)、施氮肥(200 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、施磷肥(50 kg P·hm~(-2)·a~(-1))、施氮磷肥(200 kg N·hm~(-2)·a~(-1)和50 kg P·hm~(-2)·a~(-1))等4个处理。结果表明:在表层(0~10 cm)土壤中,施NP肥处理的土壤蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别比CK降低了40.2%和36.5%,β-葡萄糖苷酶活性比施P肥处理降低了31.1%;亚表层(10~20 cm)土壤中,施N肥处理的脲酶活性显著低于CK;施N肥、P肥和NP肥处理的蔗糖酶活性分别比CK降低了46.9%、37.8%和42.4%;施NP肥处理的过氧化氢酶活性比施P肥处理降低了22.6%;在表层土壤中,施N肥、P肥处理的土壤水溶性有机碳含量分别比CK降低24.1%和29.4%;施NP肥处理的微生物生物量碳显著低于CK;土壤活性有机碳组分在不同土层之间差异显著,均表现为表层土壤活性有机碳含量高于亚表层土壤。相关性分析结果显示:蔗糖酶活性与硝态氮含量呈极显著负相关,表明施NP肥增加了硝态氮含量,一定程度上抑制了蔗糖酶的活性;水溶性有机碳与脲酶活性呈显著正相关,土壤微生物生物量碳与脲酶、过氧化氢酶和β-葡萄糖苷酶活性呈显著正相关。研究表明,水溶性有机碳、微生物生物量碳和土壤酶活性的降低可能会抑制土壤碳的释放,从而增加土壤碳的固定。     

玉米/大豆轮作下不同施肥处理对土壤微生物生物量及酶活性的影响

本试验探讨了玉米/大豆轮作下不同施肥措施对土壤酶活性以及微生物生物量的影响。试验设置7个处理:(1)对照(不施肥,CK);(2)有机肥7.5 t·hm~(-2)(M1);(3)有机肥15 t·hm~(-2)(M2);(4)有机肥22.5 t·hm~(-2)(M3);(5)化肥(N 160 kg·hm~(-2)+P_2O_575kg·hm~(-2)+K_2O 75 kg·hm~(-2))(T1);(6)有机肥7.5 t·hm~(-2)+化肥(N 81 kg·hm~(-2)+P_2O_50kg·hm~(-2)+K_2O 67 kg·hm~(-2))(T2);(7)有机肥15 t·hm~(-2)+化肥(N 120 kg·hm~(-2)+P_2O_57kg·hm~(-2)+和K_2O 71 kg·hm~(-2))(T3)。2017年有机肥与2016年施入相同,化肥施用量为2016年的80%。在不同生长时期采集0~20 cm的耕层土样,测定土壤微生物生物量碳、氮及土壤蔗糖酶、过氧化氢酶和脲酶活性。两年的试验数据分析表明,不同处理间土壤微生物生物量碳、氮存在显著差异,各施肥处理均能显著增加土壤微生物生物量碳、氮。在玉米成熟期,T2、T3处理较M1、M2处理的微生物生物量碳分别增加32%和21%,微生物生物量氮分别增加38%和28%,大豆成熟期与玉米成熟期相比,微生物生物量碳增加了13%~51%,微生物生物量氮增加了85%~174%。土壤蔗糖酶活性在作物不同生育时期以T3处理的效果最为显著,过氧化氢酶、脲酶活性以有机无机肥料配施处理较为显著。相对于玉米田,大豆土壤微生物生物量碳、氮及酶活性均有不同程度的提高。各处理间土壤微生物生物量碳、氮及酶活性与土壤有机质、硝态氮、铵态氮、速效磷和速效钾水平显著相关。单施有机肥及有机无机肥配施可显著提高土壤养分、脲酶、蔗糖酶活性及土壤微生物生物量碳、氮,但过氧化氢酶活性与施肥量无显著相关性。     

模拟大气氮沉降对温带森林土壤微生物群落结构的影响

本研究以温带森林土壤为研究对象,设置野外模拟氮沉降实验,分析不同施氮形态和施氮水平对微生物群落结构的影响。试验设置对照(Control,0 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、混合态低氮(NH_4NO_3,50 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、混合态高氮(NH_4NO_3,150 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、铵态氮低氮((NH_4)_2SO_4,50 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、铵态氮高氮((NH_4)_2SO_4,150 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、硝态氮低氮(NaNO_3,50 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、硝态氮高氮(NaNO_3,150 kg N·hm~(-2)·a~(-1))7种氮处理,持续施氮3年后,运用磷脂脂肪酸(PLFA)法对土壤微生物群落结构进行测定。结果表明:在不同水平的氮添加下,土壤微生物总量、细菌、土壤革兰阳性细菌(G+细菌)、土壤革兰阴性细菌(G-细菌)和真菌的PLFA含量均随施氮水平的增加而升高;在不同形态的氮添加下,混合态氮添加提高了微生物总量、细菌、真菌和放线菌的PLFA含量。主成分分析(PCA)表明,除铵态氮低氮添加样地外,其他氮添加处理样地中的土壤微生物结构都发生了改变。这些结果表明,模拟大气氮沉降初期,氮添加会增加温带森林土壤微生物生物量,达到一定水平后会改变土壤微生物群落结构。     

长期施氮对太岳山油松林凋落物量的影响

为揭示长期施氮对油松林凋落物量的影响,在山西省太岳山油松天然林和人工林中进行了长达7年的氮添加控制试验,包括对照(CK)、低氮(LN)、中氮(MN)和高氮(HN)4个水平,分别为0、50、100、150 kg N·hm~(-2)·a~(-1)。于2015—2016年对不同处理的凋落物产量组分的月动态进行监测。凋落物产量组分主要分为叶、枝、果、花、皮、杂物(动物残体、芽鳞、碎屑等统称)。结果表明,施氮显著提高了天然林年均凋落物量:HN(3.69 t·hm~(-2)·a~(-1))MN(3.12 t·hm~(-2)·a~(-1))LN(3.02 t·hm~(-2)·a~(-1))CK(2.68 t·hm~(-2)·a~(-1));而人工林年均凋落物量随N添加水平呈现出先升后降的趋势:LN(3.11 t·hm~(-2)·a~(-1))CK(3.08t·hm~(-2)·a~(-1))MN(2.92 t·hm~(-2)·a~(-1))HN(2.60 t·hm~(-2)·a~(-1))。这表明过量的氮输入会降低人工林凋落物的产量。年均叶凋落量所占比重最大,达总凋落量的68.3%～75.4%,果凋落量占总凋落量的6.7%～17.8%。方差分析表明,氮添加处理对叶、果和皮凋落量具有显著影响。凋落物月动态表现为双峰型,高峰期在6月份和10月份。总之,在天然林中,凋落物产量随着施氮浓度的增加显著升高(P0.001);在人工林中,施氮处理未对凋落物产量产生显著影响(P0.05)。     

氮沉降对中亚热带米槠天然林微生物生物量及酶活性的影响

氮沉降对土壤微生物的扰动可能会影响土壤的养分循环,然而关于中亚热带天然林土壤微生物及酶活性对氮沉降的响应鲜有报道。通过3 a的氮沉降模拟实验,研究中亚热带米槠天然林土壤的理化性质、土壤微生物量及土壤酶活性的响应。结果表明:氮沉降并未引起土壤的有机碳和总氮显著性变化;高氮(80 kg N hm~(-2)a~(-1))处理下,土壤p H下降,出现酸化现象;低氮(40 kg N hm~(-2)a~(-1))处理促进淋溶层(A层)中土壤纤维素分解酶(β-葡萄糖苷酶和纤维素水解酶)和木质素分解酶(多酚氧化酶和过氧化物酶)活性升高,同时促进土壤微生物生物量碳、氮的积累。冗余分析(RDA)表示,可溶性有机碳(DOC)是驱动A层土壤酶活性的重要环境因子;而在淀积层(B层),这4种酶活性并未发生显著性差异。施氮处理后,A、B层中土壤的酸性磷酸酶活性增加(P0.05)。研究表明:低水平氮沉降增加了土壤微生物生物量碳氮含量以及土壤有机碳分解相关酶活性,从而加速了土壤碳周转;这为未来氮沉降增长背景下,探索中亚热带天然林土壤碳源汇问题提供了依据。     

氮磷添加对杉木林土壤碳氮矿化速率及酶动力学特征的影响

以江西杉木林红壤为研究对象,开展野外长期氮(N)、磷(P)添加控制试验,设置对照(CK)、N(50kg N hm~(-2)a~(-1))、P(50kg P hm~(-2)a~(-1))、NP(50kg N hm~(-2)a~(-1)+50kg P hm~(-2)a~(-1))处理,分析N、P添加对土壤碳矿化速率(C_(min))、氮矿化速率(N_(min))和相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)动力学参数的影响。结果表明:(1)N添加明显降低了C_(min)和N_(min),比CK分别减少了25%和18%;N添加减小了NAG的潜在最大酶活性(V_(max))、半饱和常数(K_m)、催化效率(V_(max)/K_m),但差异不显著(P0.05);N添加显著增加了βG的V_(max)、K_m,但对V_(max)/K_m有抑制作用。(2)P输入(P、NP)较CK使NAG的V_(max)、K_m减小26%—60%;NP同时添加明显提高βG和NAG的V_(max)/K_m(P0.05),但P输入(P、NP)对C_(min)和N_(min)影响不显著(P0.05)。(3)C_(min)与土壤溶解性有机碳正相关,N_(min)与pH显著正相关,与土壤NH_4~+-N、NO_3~--N显著负相关;βG和NAG的V_(max)/K_m均与NH_4~+-N、NO_3~--N负相关(P0.05),K_m均与NH_4~+-N、NO_3~--N正相关(P0.05)。βG的V_(max)与NH_4~+-N、NO_3~--N正相关(P0.05),NAG的V_(max)与有机碳、全氮、全磷、有效磷负相关(P0.05)。研究结果表明,在亚热带杉木人工林中,N添加降低土壤pH,增加土壤有效氮含量,抑制βG和NAG的V_(max)/K_m,对土壤C_(min)和N_(min)产生抑制作用;而NP添加增加土壤有效磷含量,增加土壤βG和NAG的V_(max)/K_m。     

生物炭与氮肥对旱作春玉米农田CO_2和CH_4排放特征的影响

为了研究生物炭与氮肥对旱作春玉米农田CO_2和CH_4排放通量季节变化、累积排放总量及CO_2+CH_4排放强度的影响,试验设置C_0N_0(不加生物炭,不施氮肥)、C_0N_1(不加生物炭,施氮肥225kg·hm~(-2))和C_1N_1(添加生物炭50t·hm~(-2),施氮肥225kg·hm~(-2))3个处理,采用密闭式静态暗箱-气相色谱法对不同生物炭和氮肥输入旱作春玉米农田CO_2和CH_4排放通量进行连续观测,同时对影响通量变化的0~20cm土层温度和水分因子进行测定。结果表明:(1)试验期内不同处理春玉米农田均表现为CO_2累积通量的源,且CO_2排放通量均呈现一定的峰值变化规律。(2)C_1N_1处理减少了春玉米生长季农田CO_2排放通量和累积排放总量,在试验的2个生长季内农田CO_2平均排放通量和累积排放总量各处理均表现为C_0N_0C_0N_1C_1N_1,且C_1N_1处理降低显著。(3)土壤CO_2排放通量与土壤温度变化呈显著正相关关系,可用指数方程和二次方程较好拟合二者关系,且与10cm土层温度的相关性优于0cm土层温度,但土壤CO_2排放通量与土壤含水量呈负相关关系。(4)试验各处理农田土壤CH_4排放通量在-16.08~-73.96μg·m~(-2)·h~(-1)之间,表现为大气CH_4的净吸收库;C_1N_1处理增加了土壤CH_4排放通量和累积排放总量,但作用效果的显著性受年际环境因子的影响;农田土壤CH_4排放通量与土壤含水量呈显著正相关关系,与土壤温度呈显著负相关关系。研究发现,添加生物炭和施氮减少了旱作农田春玉米生长季CO_2排放通量和累积排放总量,增加了CH_4排放通量和累积排放总量,总体上显著增加了春玉米产量,显著减少农田CO_2+CH_4排放强度。     

施氮磷肥对杉木人工林土壤活性有机碳的影响

为确定施氮、磷肥对中亚热带人工林土壤不同活性组分有机碳的影响,本研究在5年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林中设置氮、磷施肥试验,包括对照(CK)、施氮肥(200 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、施磷肥(50 kg P·hm~(-2)·a~(-1))、施氮磷肥(200 kg N·hm~(-2)·a~(-1)+50kg P·hm~(-2)·a~(-1)) 4个处理。连续施肥5年后,采取(0~10 cm)表层土壤,测定了活性有机碳不同组分的变化。结果表明:施肥对土壤有机碳(SOC)影响不显著,施氮肥和氮磷配施使土壤微生物量碳(MBC)分别降低34.6%和45.8%,施氮肥降低了常温浸提水溶性有机碳(WSOC)含量,且施氮磷肥对WSOC有交互作用,施氮磷肥使热水浸提有机碳(HWC)含量显著提高了31.5%,施肥对易氧化有机碳(LOC)、颗粒有机碳(POC)、热水浸提碳水化合物(HWc C)的影响不显著;在施肥处理下,MBC/SOC对单施磷肥和氮肥不敏感,氮磷配施使MBC/SOC下降了48.4%,与CK相比,施氮磷肥对POC/SOC没有影响,但与氮肥处理相比,施氮磷肥使POC/SOC显著增加了24.3%;经相关性分析,HWC与硝态氮、有效磷呈显著或极显著正相关。     

生物质炭添加对红壤性水稻土重金属有效性及土壤质量的影响

通过田间定位试验探讨了不同生物质炭添加量对红壤性水稻土理化性质、重金属有效性和土壤质量的影响。生物质炭于2017年水稻种植前一次性添加于耕作层(0~17cm),分别设置5个不同处理:CK:0 t·hm^-2,A10:10 t·hm^-2,A20:20 t·hm^-2,A30:30t·hm^-2和A40:40 t·hm^-2,经种植两季水稻后于2018年9月采集耕作层(0~17 cm)和犁底层(17~29 cm)土壤,计算土壤质量指数(SQI),评价土壤质量。结果表明:在耕作层(0~17 cm)和犁底层(17~29 cm),随着生物质炭添加量的增加,土壤容重逐渐降低;土壤孔隙度、pH值、有机质和可溶性有机碳含量增加,铵态氮和有效磷分别在添加量为20和30 t·hm^-2时达到最大值;土壤中脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性降低;生物质炭能够降低有效态Cd、As和Pb的含量,在生物质炭添加量为40 t·hm^-2时最低;在土壤耕作层(0~17cm),有效态Cd、As和Pb含量分别与脲酶、土壤pH值和蔗糖酶呈显著线性相关;在土壤犁底层(17~29 cm),有效态Cd、As和Pb含量分别与脲酶、过氧化氢酶和有效磷含量呈显著线性相关;各处理的SQI由高到低依次为A40>A30>A20>A10>CK,对应的指数值分别为0.641、0.638、0.579、0.533和0.464。这表明,红壤性水稻土的土壤质量在生物质炭添加量为40 t·hm^-2时,达到最佳。综上所述,生物质炭在添加第二年后,能够显著降低红壤性水稻土的有效态重金属含量,提高土壤质量。     

小陇山不同林龄锐齿栎林土壤有机碳和全氮积累特征

以甘肃小陇山林区3个林龄阶段(中龄林、近熟林和成熟林)的锐齿栎(Quercus aliena var.acuteserrata)天然次生林为对象,研究了土壤中有机碳和全氮的垂直分布及其积累特征。结果表明:林地土壤有机碳和全氮含量在各龄级土壤剖面中的垂直变化规律一致,表层土壤中含量最高,随着土层深度逐渐降低。1 m土层范围有机碳和全氮密度随着林龄的增加而增加,中龄林、近熟林和成熟林的碳密度分别为122.92、242.21t/hm~2和280.53 t/hm~2,龄组之间差异显著(P0.05);3个林龄阶段的土壤全氮密度分别为10.37、18.94t/hm~2和24.76 t/hm~2,差异显著(P0.05)。有机碳和全氮密度在0—20 cm土层中占有很高比重,达37%—56%。土壤有机碳与全氮含量呈极显著的线性正相关(P0.0001)。土壤有机碳和全氮积累速率随林龄阶段存在差异,在生长旺盛期(中龄林-近熟林)的土壤有机碳(10.84 t hm~(-2)a~(-1))和全氮(0.78 t hm~(-)2a~(-1))的积累速率要大于成熟期(近熟林-成熟林)的土壤有机碳(1.92 t hm~(-2)a~(-1))和全氮(0.29 t hm~(-2)a~(-1))积累速率。     

N添加对油松幼苗土壤酶活性和微生物生物量的影响

通过连续6年对盆栽油松(Pinus tabuliformis)幼苗进行不同水平N添加(0、2.8、5.6、11.2、22.4和44.8 g N·m~(-2)·a~(-1)),研究了N添加对土壤酶活性(蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶)和微生物生物量碳、氮的影响。结果表明:N添加水平低于11.2 g N·m~(-2)·a~(-1)时,对油松幼苗土壤蔗糖酶和脲酶活性均有促进作用,但过量N添加,尤其超过22.4 g N·m~(-2)·a~(-1)时,蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性均不再提高,甚至表现为抑制作用;N添加为5.6 g N·m~(-2)·a~(-1),微生物生物量碳显著增加,微生物生物量氮无显著变化,而当N添加达到11.2 g N·m~(-2)·a~(-1)时,微生物生物量氮呈显著增加的趋势;土壤蔗糖酶、脲酶活性与微生物生物量碳和微生物生物量氮间均有显著相关关系,而3种酶活性间、微生物生物量碳、氮间均无显著相关性;土壤酶活性和微生物生物量与地上生物量、土壤有机碳和全氮含量显著相关。油松在5.6~11.2 g N·m~(-2)·a~(-1)水平下生长达到最佳。目前黄土高原地区N沉降水平(2.06 g N·m~(-2)·a~(-1))有利于该地区油松林生长;可以通过适当增施N肥的方式提高油松生长。     

生物炭及炭基硝酸铵对土壤微生物量碳、氮及酶活性的影响

以小麦-玉米轮作交替种植下的田间试验为平台,探讨施用生物炭及3种炭基硝酸铵氮肥对土壤主要化学肥力因子、土壤微生物量碳、氮和酶活性的影响。田间试验共设6个处理,依次为:对照(施磷、钾肥,CK);生物炭(BC);硝酸铵氮肥(AN);掺混型生物炭基氮肥(CH);固-液吸附型生物炭基氮肥(XF);化学反应型生物炭基氮肥(FY)。结果表明,生物炭及3种生物炭基氮肥均显著提高土壤有机碳含量,并有效降低了有效磷和速效钾的含量。与CK处理相比较,CH、BC处理的土壤微生物量碳含量分别增加了22.10%、17.45%,而AN、XF、FY 3个处理则分别减少了9.09%、10.86%、1.46%;不同施肥处理土壤微生物量氮较CK均有增加,且BC、XF处理差异达显著水平,BC处理的增幅最大,达66.53%,XF处理的增幅次之,达到了62.78%,AN处理的增幅最小,为24.86%。与CK处理比较而言,FY、XF、CH均增加土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性,且增加效应均依次减弱,FY、XF处理均增加碱性磷酸酶活性,而CH处理降低了碱性磷酸酶活性。FY、XF、CH较CK处理均可显著增加小麦产量,增产率分别为36.61%、22.58%、20.72%,且增产效果依次减弱。     

生物质炭添加对毛竹林土壤呼吸动态和温度敏感性的影响

为探讨生物质炭添加对森林原位土壤呼吸动态及温度敏感性的影响,于2014年5月至2016年4月对浙江省杭州市富阳区庙山坞林区毛竹(Phyllostachys edulis)林进行了为期两年的生物质炭添加试验,生物质炭施加量分别为0(CK)、5(LB)、10(MB)和20 t·hm~(–2)(HB)。利用LI-8100土壤碳通量系统测定土壤呼吸速率时空动态。结果表明:添加生物质炭会降低毛竹林土壤呼吸速率且呈现明显的季节动态,土壤呼吸速率在6–7月最高(林分1中LB处理除外),1月或2月最低,添加生物质炭对毛竹林土壤呼吸的影响显著;CK、LB、MB和HB处理的年平均土壤呼吸速率分别为3.32、2.66、3.04和3.24μmol·m~(–2)·s~(–1);与对照相比,LB、MB和HB处理下年平均土壤呼吸速率分别降低2.33%–54.72%、1.28%–44.21%和0.09%–39.22%。添加生物质炭使LB、MB、HB处理的土壤水分含量分别增加了0.97%–75.58%、0.87%–48.18%和0.68%–74.73%。土壤呼吸速率与5 cm土壤温度呈现显著的指数相关关系,与5 cm土壤水分含量没有显著相关性,但与温度和水分呈显著相关关系。生物质炭添加影响土壤呼吸温度敏感性,LB、MB处理明显增加土壤温度敏感性。LB、MB和HB处理下年平均累积土壤呼吸CO_2排放分别降低7.98%–35.09%、1.48%–20.63%和–4.71%–7.68%。添加生物质炭显著降低毛竹林土壤碳排放和土壤温度敏感性,对缓解气候变化具有一定意义。     

东北地区4种林分土壤呼吸及温、湿度敏感性对氮添加的短期响应

全球变化中氮沉降日益严重,已对森林生态系统的各个过程产生了重要影响。因此,通过研究氮添加对森林生态系统土壤碳输出的影响,对分析全球变化背景下土壤碳吸存具有重要意义。对黑龙江省帽儿山实验林场白桦(Betula platyphylla)次生林,以及水曲柳(Fraxinus mandschurica)、红松(Pinus koraiensis)、长白落叶松(Larix olgensis)人工林通过2年氮添加(对照(0 kg N hm~(-2) a~(-1)),低氮(50 kg N hm~(-2) a~(-1)),中氮(100 kg N hm~(-2) a~(-1))和高氮(150 kg N hm~(-2) a~(-1)))试验,测定根生物量密度、土壤微生物量碳浓度、土壤呼吸速率及温、湿度敏感性等指标,旨在探讨森林生态系统土壤呼吸对氮添加的短期响应。结果表明:(1)低氮处理对白桦和水曲柳林土壤呼吸速率影响不显著,但显著提高了红松和长白落叶松林土壤呼吸速率;水曲柳林分中高氮处理土壤呼吸速率显著降低于低氮和中氮处理,而其他林分高氮处理土壤呼吸速率仅显著低于低氮处理。(2)氮添加处理下,4种林分中林分土壤呼吸速率与根生物量密度呈极显著正相关,Pearson相关系数为0.81。(3)低氮处理下5 cm和10 cm处土壤呼吸温度敏感性系数Q_(10)值较CK处理分别提高了2.65%和3.12%,高氮处理较CK处理分别降低了6.29%和5.46%。但氮添加处理对土壤呼吸和土壤湿度间的相关性无影响。综上所述,阔叶林与针叶林土壤呼吸速率对氮添加的响应存在差异。根生物量密度是影响不同林分土壤呼吸对短期氮添加响应的主要因素,同时氮添加处理显著改变了土壤温度敏感性系数。     

氮添加对亚热带毛竹林土壤微生物群落结构的影响

氮沉降会影响森林生态系统地上(如植物生产力和组成)和地下特性(如土壤养分循环),进而影响土壤微生物群落结构和功能。本研究以亚热带戴云山毛竹林为对象,设置N0(0 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、N20(20 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、N80(80 kg N·hm~(-2)·a~(-1)) 3个施氮水平,进行3年的氮沉降模拟实验。通过测定土壤基本理化性质、腐殖化指数和微生物磷脂脂肪酸等指标,研究氮添加对毛竹林土壤养分、腐殖化指数和微生物群落结构的影响。结果显示,N20显著增加土壤腐殖化指数,降低土壤中碱性阳离子总量(K~+,Na~+,Ca~(2+),Mg~(2+))、革兰氏阳性菌(G~+)、革兰氏阴性菌(G~-)、总磷脂脂肪酸含量和G~+/G~-。与N20相比,N80处理土壤NO_3~-、G~+、G~-、总磷脂脂肪酸含量和G~+/G~-均显著提高(P0.05)。相关分析结果表明,G~+、G~-和总磷脂脂肪酸均与土壤腐殖化指数呈负相关。冗余分析结果表明,碱性阳离子总量和有效氮含量是驱动微生物群落结构改变的重要因子。因此,氮添加可能会改变毛竹林土壤微生物养分需求,进而影响土壤微生物群落结构。     

施用生物质炭和羊粪对宿根连作茶园根际土壤微生物的影响

茶树长期宿根连作会导致土壤酸化严重、土壤营养不平衡、根际土壤微生态结构恶化.研究生物质炭、羊粪对宿根连作茶树生长以及土壤微生物群落结构和功能的影响,探讨其对宿根连作茶树土壤环境的调节效果,可为宿根连作茶园土壤微生态的改善提供理论依据.本研究以宿根连作20年的茶园土壤为对象,利用Biolog技术和磷脂脂肪酸(PLFA)方法,研究施用生物质炭(40 t·hm^-2)和羊粪替代部分化肥对连作茶树产量和品质、土壤化学性质、根际土壤微生物群落功能和结构的影响.结果表明:施用生物质炭、羊粪1年后酸化茶园土壤的p H和土壤养分显著提高,并提高了茶叶产量.与常规施肥相比,施用生物质炭、羊粪替代部分化肥处理显著提高了茶树根际土壤微生物的碳源代谢活性和微生物多样性,对胺类、碳水化合物和聚合物的相对利用有所增加.生物质炭和羊粪处理的根际土壤总PLFA含量分别比常规施肥处理提高了20.9%和47.5%,羊粪处理还显著降低了总饱和/总单一不饱和脂肪酸比例.生物质炭和羊粪可改善茶园土壤酸化状况和土壤肥力,对宿根连作茶树的生长具有促进作用,两种措施均不同程度地增加了土壤微生物的代谢活性和微生物量、提高了多样性指数、改善了微生物群落结构.施用生物质炭和羊粪可作为调节宿根连作茶园根际土壤微生态的有效措施.     

氮添加对巴音布鲁克高寒湿地土壤微生物量和酶活性的影响

随着全球氮沉降速率的快速增加,已对陆地生态系统微生物群落活性和代谢产生了深刻的影响。因此迫切需要了解全球气候变化敏感区土壤中微生物量和酶活性对氮添加的响应。为此,以中亚干旱区巴音布鲁克高寒湿地为研究对象,在保护良好的高寒湿地选择沼泽(S)、沼泽草甸(SM)和草甸(M)3种湿地类型布设野外原位氮添加试验(施氮浓度分别为0、8、16 kg N hm^-2 a^-1),探究短期氮添加对土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量碳/氮(MBC/MBN)、微生物商(QMB)、土壤蛋白酶、脲酶、碱性磷酸酶、H₂O₂酶和蔗糖酶活性的影响。结果表明:(1)高寒湿地不同湿地类型土壤微生物量和酶活性存在显著差异,其中SM土壤MBC、MBN、MBC\\N、QMB较S和M区高,对酶活性而言,SM和M区土壤蛋白酶和碱性磷酸酶活性较高,M区H₂O₂酶和脲酶活性较高。(2)氮添加显著增加了3种湿地类型中土壤MBC和MBN,其中MBC增加了7.00%-119.00%,MBN增加了8.03%-38.26%。氮添加仅显著增加了S和SM区土壤MBC/N和QMB (增加了24.68%-113.10%),但抑制了M区土壤MBC/N和QMB (抑制了8.93%-10.36%)。(3)氮添加显著增加了3种湿地类型土壤中脲酶、蛋白酶和H₂O₂酶活性,分别增加了7.25%-59.63%、4.71%-58.55%和34.70%-157.27%。但是氮添加对土壤碱性磷酸酶活性无显著影响。对蔗糖酶而言,N1处理增加了S区土壤蔗糖酶活性(增加了58.58%),而N2处理显著降低了22.72%。氮添加对SM和M区蔗糖酶活性无显著影响。(4)结构方程模型的结果显示,氮添加直接增加了土壤微生物量和酶活性。而随着湿地类型的变化(S-SM-M)直接和间接(通过pH)增加了酶活性;湿地类型的变化还通过影响pH、有机碳和有效养分间接增加了土壤微生物量。总之,氮添加和湿地类型可直接或间接的影响着土壤微生物量和酶活性。其中,土壤pH和有机碳是微生物量和酶活性变化的主要影响因素。本研究可为中亚干旱区高寒湿地应对未来气候变化的措施的制定提供技术参考。     

长期氮添加对东北地区兴安落叶松人工林土壤酶的影响

全球氮沉降持续增加导致的氮沉降量上升,已成为森林中物质循环的重要生态因子。为探讨氮沉降增加对东北地区兴安落叶松人工林土壤酶的影响,对长期人工添加无机氮(NH4NO3)和未添加无机氮的兴安落叶松人工林土壤酶活性进行了比较分析。实验分为2个处理,分别为对照处理(CK:0kg·N·hm^-2·a^-1)和无机氮处理(IN:10kg·N·hm^-2·a^-1),每个处理含3个重复。结果表明,在连续8年添加无机氮的情况下,β-1,4-糖苷酶(BG)、酸性磷酸酶(AP)和过氧化物酶(PER)活性上升(5.56%、8.66%和0.61%);纤维素二糖水解酶(CBH)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和多酚氧化酶(POX)活性下降(10.71%、3.85%和12.30%)。与之相对应的土壤碳、氮和磷元素含量也有变化(0.80%、12.66%和-2.25%)。因此,在氮沉降量逐年增加的情况下,研究土壤酶活性变化,能更好的解释森林生态系统物质循环特性,理解生物地球物质循环机理并预测未来土壤碳库变化。     

调亏灌溉和生物炭对大豆生长、产量及水分利用效率的影响

为了解生物炭及调亏灌溉对大豆的影响,以大豆"开育12号"为试验材料,采用随机区组试验设计,利用盆栽栽培条件,研究不同生物炭添加量B_0(0 t·hm~(-2))、B_1(6t·hm~(-2))、B_2(12 t·hm~(-2))和不同程度调亏灌溉W_1(充分灌溉,70%田间持水量)、W_2(轻度调亏,55%～60%田间持水量)、W_3(重度调亏,45%～50%田间持水量)对大豆生长、产量及水分利用的影响。结果表明:轻度调亏灌溉不会影响大豆叶面积指数及地下部分干物质累积量,而大豆叶面积指数和地下部分干物质累积量随着生物炭使用量的增加而增加;地上部分干物质累积量随着调亏程度的加重而降低,而生物炭施用量为12 t·hm-2时,才会提高地上部分干物质累积量。调亏灌溉和生物炭均能影响大豆的耗水量,其中耗水量随着调亏程度的加剧而减少,而添加6 t·hm~(-2)生物炭耗水量最高,但有利于产量的形成。与充分灌溉不施用生物炭相比,在轻度调亏灌溉下添加6 t·hm~(-2)生物炭可提高产量16%和水分利用效率21.4%。因此,在轻度调亏灌溉下,施加6 t·hm~(-2)生物炭可以有效提高水分利用效率,提高大豆产量。     

秸秆生物质炭对土壤结构体与活性碳分布、转化酶动力学参数及小麦生长的影响

为探明生物质炭输入土壤后与水稳性团聚体的作用机理,及对土壤活性碳库、微生物活性、作物生长的促进作用。以生物质炭和秸秆碳为外源碳材料,两者等碳量添加条件下,在小麦不同生育期采用湿筛法、电镜扫描、酶动力学方程等方法,测定土壤结构、酶活性、活性有机碳、及小麦产量等指标的响应情况。结果表明:生物质炭添加下,土壤0.25 mm大颗粒团聚体显著增加了16.9%—45.8%;土壤结构体分布以土壤大颗粒团聚体为主,含量约为小颗粒团聚体的2倍。生物质炭少量或适量添加(0.8%或2.4%),土壤微生物量碳增加了9.7%—33.6%,溶解性有机碳降低了12.6%—27.5%;而过量添加下(8%),则呈现正好相反的规律。生物质炭输入下,转化酶动力学参数Km、Vmax、k分别下降了17.3%、17.0%、16.1%。生物质炭适量添加下,小麦产量增加了14.9%—19.1%;秸秆3%和10%添加水平下,小麦产量则下降了37.3%和90.1%。整体而言,生物质炭通过增加0.25 mm大颗粒团聚体的形成及土壤转化酶的活性来促进土壤结构和作物的生长的改善,且生物质炭在2.4%水平下的生物质炭添加改善作用最为突出,有助于研究区域过剩秸秆资源的资源化利用。