川西高山林线土壤活性碳、氮对短期增温的响应

随着温室效应的加剧,受低温限制的高山林线生态系统对全球气候变暖较为敏感,可能直接影响到植物的生长和土壤碳氮过程.本研究假设气候变暖会改变高山生态系统土壤活性碳氮含量,在四川省理县米亚罗高山生态系统定位站,采用开顶式模拟增温装置(OTC)模拟增温对土壤活性碳、氮的短期影响.分别于2017年4、7和10月,采集OTC以及对照样地(CK)内土壤有机层和矿质土壤层的原状土壤,测定土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤微生物生物量碳(MBC)、土壤可溶性有机氮(DON)和土壤微生物生物量氮(MBN)含量.结果表明: 模拟增温使年均气温升高0.88 ℃,土壤有机层和矿质土壤层的年均温度分别提高0.48和0.23 ℃.模拟增温没有显著改变土壤有机质和含水量,但显著提高了矿质土壤层的pH值,同时显著降低了非生长季矿质土壤层的DOC、DON含量;季节变化对两个层次的DOC、DON和MBN含量有极显著影响,而MBC没有明显的季节动态;增温和季节交互作用对矿质土壤层的DOC和DON有显著影响.土壤有机层的MBC、MBN含量显著高于矿质土壤层.土壤活性碳、氮与土壤有机质和含水量呈极显著正相关,MBC、MBN与土壤pH呈极显著正相关,MBN与土壤温度呈显著负相关.     

塔里木盆地北缘盐土有机碳含量的贝叶斯地统计预测

准确预测土壤有机碳的空间分布,对于土壤资源开发和保护、应对气候变化和生态系统健康都具有重要意义.本文以塔里木盆地北缘盐土1300 m×1700 m样地为试验区,采集5～10 cm深度土壤样品144个,构建土壤有机碳含量的贝叶斯地统计空间预测模型,并以普通克里格、序惯高斯模拟和逆距离加权方法为对照,评价贝叶斯地统计对土壤有机碳含量的预测性能.结果表明: 研究区土壤有机碳含量处于1.59～9.30 g·kg^-1,平均值为4.36 g·kg^-1,标准偏差为1.62 g·kg^-1;半方差函数符合指数模型,空间结构比参数值为0.57;利用贝叶斯地统计方法,获得了土壤有机碳含量的空间分布图以及评价预测不确定性的预测方差、上95%分位数、下95%分位数分布图;与普通克里格、序惯高斯模拟和逆距离加权方法相比,贝叶斯地统计方法具有更高的土壤有机碳含量空间预测精度,显示出该方法对土壤有机碳含量预测的优越性.     

川西亚高山不同海拔森林土壤活性氮库及净氮矿化的季节动态

研究了川西理县毕棚沟不同海拔梯度(3600 m、3300 m和3000 m)森林群落土壤活性氮库及土壤净氮矿化速率的季节动态.结果表明: 研究区森林土壤活性氮库(铵态氮、硝态氮、微生物生物量氮和可溶性有机氮)及净氮矿化速率存在明显的季节变化,但不同形态土壤活性氮库的季节动态有一定差异.4个采样时期(非生长季与生长季初期、中期及末期)各海拔土壤硝态氮浓度(8.38～89.60 mg·kg^-1)均显著高于铵态氮浓度(0.44～8.43 mg·kg^-1).生长季初期各海拔梯度的土壤净氮矿化速率均表现为负值(-0.77～-0.56 mg·kg^-1·d^-1),而非生长季、生长季中期和末期均为正值.除硝态氮外,不同海拔的土壤铵态氮、微生物生物量氮和可溶性有机氮浓度的差异极显著,海拔对它们的影响与季节变化有关.该区土壤净氮矿化以硝化为主,且氮矿化过程不受海拔梯度的影响.冬季土壤净氮矿化明显(0.42～099 mg·kg^-1·d^-1),早春高的土壤无机氮可能为植物生长提供基础养分,也可能通过淋溶方式从系统中丢失.     

罗浮栲天然林土壤可溶性有机碳的剖面分布及季节变化

对罗浮栲天然常绿阔叶林土壤1m剖面内可溶性有机碳(DOC)进行了研究,结果表明:林地土壤DOC的平均含量随土层深度增加呈下降趋势,表层(0～5cm)土壤DOC的平均含量为55.69 mg·kg-1,分别与其他土层间含量存在显著性差异(P<0.01);不同土层的DOC含量占土壤有机碳的比例也随土层深度增加而降低,1m剖面内DOC的平均含量占土壤有机碳含量的0.14%;各季节土壤剖面DOC含量随土层深度增加均呈下降趋势,冬季下降趋势最为显著,夏季下降趋势相对平缓.土壤剖面DOC含量的季节变化为:冬季>秋季>春季>夏季,各季节不同土层DOC含量占土壤有机碳比例的变化趋势均不明显;不同土层土壤DOC含量的季节变化差异显著(P<0.01),表层(0～5cm)土壤间差异最为明显.     

川西高山森林不同时期土壤转化酶和脲酶活性对模拟气候变暖的响应

为了解气候变化对不同时期川西高山森林土壤生态过程的影响,于2010年5月—2011年4月期间,通过原状土柱移位实验,模拟理论增温1.78℃和3.52℃对岷江冷杉原始林(3582 m)土壤转化酶和脲酶活性的影响。结果表明,海拔下降284 m和559 m分别使全年平均气温实际增高1.39℃和2.64℃,但由于季节性雪被的影响,海拔降低559 m后土柱的土壤有机层和矿质土壤层的全年平均温度分别增加了0.84℃和0.82℃,而海拔降低284 m后土柱的土壤有机层和矿质土壤层的全年平均温度分别降低了0.55℃和0.56℃。随着海拔降低,土壤有机层和矿质土壤层的转化酶和脲酶活性均表现出明显的变化,且土壤有机层的变化幅度大于矿质土壤层。海拔降低284 m显著提高了两个土层生长季初期和冻结阶段(冻结初期和深冻期)的转化酶活性,而海拔降低559 m则显著提高了两个土层冻结阶段的脲酶活性。采样时期均温也在一定程度上影响了土壤转化酶和脲酶的活性,土壤有机层和矿质土壤层转化酶活性表现为从生长季初期到生长季末期显著下降,随后在冻结阶段和融化期显著升高并分别在深冻期和融化期达到全年最高;土壤脲酶活性表现为从生长季初期到深冻期显著增加,随后在融化期显著下降的过程。可见,受季节性雪被影响,不同关键时期的高山森林土壤转化酶和脲酶活性对模拟增温的响应不同。     

高山森林土壤微生物群落结构和功能对模拟增温的响应

将高山森林土壤装入PVC管中(土壤有机层在上、矿质土壤层在下)培养10周,以高山森林土壤年均温为对照,采用室内人工气候箱分别模拟增温2和4 ℃,研究土壤微生物群落和土壤酶活性对温度升高的响应.结果表明: 温度升高显著降低了土壤有机层中细菌、矿质土壤层中革兰氏阴性菌(G^-)PLFAs含量,但对土壤真菌无显著影响.温度升高引起革兰氏阳性菌和阴性菌比值(G⁺/G^-)升高,改变了微生物群落结构.增温对漆酶、β-葡萄糖酶、酸性磷酸酶和N-乙酰葡糖胺糖苷酶活性没有显著影响.土壤微生物群落之间呈现出协同增长的趋势,真菌、细菌、G⁺、G^-等微生物群落之间均呈显著正相关.土壤有机层中β-葡萄糖苷酶与土壤微生物群落对碳源利用的竞争,导致β-葡萄糖苷酶活性与土壤有机层细菌、真菌、G⁺呈显著负相关.高山森林不同土壤微生物类群对增温的响应不同,细菌比真菌对温度的响应更敏感,真菌对增温有一定的耐受能力.     

氮素添加和CO2浓度升高对白羊草根际和非根际土壤水溶性有机碳、氮的影响

采用盆栽控制试验对黄土丘陵区白羊草在不同CO₂浓度(400和800 μmol·mol^-1)和施氮水平(0、2.5、5.0 g N·m^-2·a^-1)条件下根际和非根际土壤水溶性有机碳(DOC)和水溶性有机氮(DON)的变化特征进行研究.结果表明: CO₂浓度升高对白羊草根际和非根际土壤DOC、水溶性总氮(DTN)、DON、水溶性铵态氮(NH₄⁺-N)、水溶性硝态氮(NO₃^--N)含量均无显著影响.施氮显著提高了根际和非根际土壤DTN、NO₃^--N含量和根际土壤DON含量,显著降低了根际土壤DOC/DON.在各处理条件下,根际土壤DTN、NO₃^--N和DON含量均显著低于非根际土壤,根际土壤DOC/DON显著高于非根际土壤.短期CO₂浓度升高对黄土丘陵区土壤水溶性有机碳、氮含量无显著影响,而氮沉降的增加在一定程度上改善了土壤中水溶性氮素缺乏的状况,但并不足以满足植被对水溶性氮素的需求.     

氮素添加和CO2浓度升高对白羊草根际和非根际土壤水溶性有机碳、氮的影响

采用盆栽控制试验对黄土丘陵区白羊草在不同CO₂浓度(400和800 μmol·mol^-1)和施氮水平(0、2.5、5.0 g N·m^-2·a^-1)条件下根际和非根际土壤水溶性有机碳(DOC)和水溶性有机氮(DON)的变化特征进行研究.结果表明: CO₂浓度升高对白羊草根际和非根际土壤DOC、水溶性总氮(DTN)、DON、水溶性铵态氮(NH₄⁺-N)、水溶性硝态氮(NO₃^--N)含量均无显著影响.施氮显著提高了根际和非根际土壤DTN、NO₃^--N含量和根际土壤DON含量,显著降低了根际土壤DOC/DON.在各处理条件下,根际土壤DTN、NO₃^--N和DON含量均显著低于非根际土壤,根际土壤DOC/DON显著高于非根际土壤.短期CO₂浓度升高对黄土丘陵区土壤水溶性有机碳、氮含量无显著影响,而氮沉降的增加在一定程度上改善了土壤中水溶性氮素缺乏的状况,但并不足以满足植被对水溶性氮素的需求.     

不同海拔云南松林土壤养分及其生态化学计量特征

以云南东北部不同海拔云南松天然次生林为研究对象,比较不同海拔土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)、全钾(K)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)及其化学计量特征。结果表明:海拔间土壤C、N、P、K、AN、AP、AK的值分别为7.85~31.61 g·kg^-1、1.08~2.11 g·kg^-1、0.19~1.41 g·kg^-1、3.65~15.10 g·kg^-1、51.33~144.35 mg·kg^-1、0.56~2.42 mg·kg^-1、0.03~0.35 g·kg^-1;随海拔的升高,土壤C、N、P、P∶K、C∶N均主要呈现先升高后降低的趋势,而C∶P、N∶P呈现的趋势与C∶N相反;土壤C与N、AN、AP、AK、C∶N、C∶P、C∶K、N∶K、P∶K均呈显著正相关,而与K含量呈显著负相关。研究表明,该地区云南松林土壤主要养分及其化学计量特征随海拔变异明显,总体上表现为少氮低磷。土壤养分在中海拔处偏高,这与中海拔地段云南松较好的生长表现相符。这些结果可为解析云南松的生长和分布提供一定的基础。     

蚯蚓活动对红壤磷素主要形态及有效磷含量的影响

通过盆钵生物试验和采用Hedley磷素分级方法研究了秉氏环毛蚓(Pheretima pingi)对红壤磷素主要形态和红壤有效磷含量的影晌.结果表明,在蚯蚓和有机物料(稻草、花生秸、油菜秸)的共同作用下,经过100d培养后土壤有效磷含量显著提高.统计分析结果表明,花生秸接种蚯蚓处理与不接种蚯蚓处理和油莱秸接种蚯蚓处理与不接种蚯蚓处理之间的土壤有效磷含量差异均达显著水平.采用Hedley磷素分级法测得的树脂磷由原土的痕量增加到10.5～17.8 mg·kg^-1,NaHCO₃溶解态磷由原土的14.5 mg·kg^-1增加到23.5～53.6 mg·kg^-1,微生物细胞磷由原土的1.0 mg·kg^-1增加到6.8～9.7 mg·kg^-1,土壤有机磷含量由原土的37.9 mg·kg^-1增加到50.7～59.3 mg·kg^-1,而土壤中活性最低的残留磷含量则有所降低.蚯蚓活动对红壤磷素具有较强的活化作用.     

氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响

化肥减施增效有助于农业的可持续发展。本研究用等氮量生物炭替代化肥氮,设置0、10%、20%、30%、40%(CK,T₁～T₄) 5个替代比例,在水稻收获后采集土壤样品进行室内分析,研究氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响。结果表明: 氮肥减量配施生物炭均可显著提高土壤有机碳(SOC)含量,且与生物炭配施量呈正比。氮肥减施20%条件下,土壤微生物生物量碳(MBC)和易氧化碳(ROC)含量均最高,分别为293.68和250.00 mg·kg^-1,土壤可溶性碳(DOC)含量最低。SOC矿化速率在培养的第3天达到最高,前期(第3~6天)迅速下降,中期(第6~18天)缓慢下降,后期(第18~30天)趋于稳定,矿化速率随时间的动态变化符合对数函数;SOC累积矿化量和累积矿化率分别为0.66～0.86 g·kg^-1和2.9%～4.0%,均以T₂处理最低。稻谷产量随氮肥减施比例的增加呈先增加后下降趋势,T₂处理最高,比CK显著增加了13.4%。本试验条件下,化学氮肥减量20%配施适量生物炭(5 t·hm^-2)可有效提高SOC、MBC、ROC含量和水稻产量,降低SOC累积矿化量和累积矿化率,增强土壤固碳能力,是贵州黄壤稻田土壤固碳培肥的较好选择。     

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.     

我国北方几种玉米和设施菜地土壤的N2O和N2排放特征

为了探究旱地土壤施入氮肥后的气态氮(N₂O和N₂)损失规律,本研究通过室内好氧培养试验(60 d,25 ℃,80%孔隙含水量),运用¹⁵N同位素示踪技术,研究了4个玉米地土壤(哈尔滨、沈阳、栾城、寿光)和2个设施菜地土壤(沈阳、寿光)在施入尿素后的氮转化、N₂O和N₂排放动态。试验中尿素添加量为167 mg N·kg^-1,以模拟田间氮肥施用量200 kg N·hm^-2。结果表明: 在4个玉米地土壤中,尿素施用60 d内N₂O累积排放量为寿光(20 mg N·kg^-1)>栾城(14 mg N·kg^-1)>沈阳(5 mg N·kg^-1)>哈尔滨(0.5 mg N·kg^-1),N₂累积排放量为栾城(176 mg N·kg^-1)>沈阳(106 mg N·kg^-1)>寿光(75 mg N·kg^-1)>哈尔滨(12 mg N·kg^-1);在2个设施菜地土壤中,寿光土壤N₂O累积排放量(21 mg N·kg^-1)是沈阳(2 mg N·kg^-1)的10倍,而两个站点N₂累积排放量分别为28和24 mg N·kg^-1。不同土壤N₂O排放占两种气体排放总量的5%～40%,其中寿光土壤(30%～40%)显著高于其他样地土壤(1%～10%)。在土壤排放的N₂O和N₂中,土壤氮库分别贡献了56%和61%,高于添加当季氮肥的贡献率。相关分析表明,N₂O累积排放量与本底土壤pH呈正相关,说明土壤本底pH可能是调控不同旱地土壤N₂O和N₂排放的重要环境因子。在华北碱性土壤区,采用能降低土壤pH值的措施可能具有较好的气态氮减排效果。     

农田栽参土壤改良中肥料对土壤元素及酶活性的影响

为探究农田栽参土壤改良中肥料对土壤元素与土壤酶活性的影响, 于2019年5月21日采集经混合肥、土地乐、腐殖酸、木醋液、益生源处理过的土壤样品, 对其土壤养分与土壤酶活性进行研究。结果表明: 不同肥料在土壤中发挥出不同的作用, 施用混合肥的土壤SOM、ACa含量最高分别为139.51 g·kg-1、848.9 mg·kg-1。施用土地乐生物有机肥后土壤中AP和AMn含量最高分别为36.7 mg·kg-1、126.12 mg·kg-1。施用腐殖酸后土壤中AFe、电导率、AK数值最高分别为737.36 mg·kg-1、59.67 mg·kg-1、794.87 mg·kg-1。施用木醋液与益生源菌剂后各养分均有不同程度增加; 过氧化氢酶活性在混合肥处理后最低, 对照处理最高。漆酶活性在腐殖酸处理后最低, 木醋液处理最高。蔗糖酶活性在腐殖酸处理最低, 混合肥处理最高。脲酶活性在腐殖酸处理最低, 益生源处理后最高; 相关性分析表明, 土壤养分与土壤酶活性有密切关系, 存在不同程度的相关性。五种肥料在土壤改良中都有显著效果     

小兴安岭酸性泥炭土硝化作用的类型及其驱动因子

以小兴安岭酸性森林泥炭土为研究对象,通过加入10 mL·L^-1乙炔及不同浓度的外源硫酸铵(0、1.2、6.0 mmol N·kg^-1)进行硝化培养试验,探究酸性泥炭土中硝化作用类型及主要驱动因子.结果表明:无论有无外加氮源,酸性泥炭土均存在较强的矿化作用(0.9～1.4 mg N·kg^-1·d^-1),经过2周的培养均发生了硝化作用(0.4～0.6 mg N·kg^-1·d^-1),且不同浓度硫酸铵处理之间无显著差异;而乙炔处理虽有较强的矿化作用(0.8 mg N·kg^-1·d^-1),但未发生明显的硝化作用(0 mg N·kg^-1·d^-1),说明该酸性泥炭土以自养硝化为主,外源无机氮源浓度对硝化作用无显著影响,硝化底物NH₃的主要来源不是外源硫酸铵,更可能来源于土壤中有机氮的矿化.培养0～14 d,无论有无外加氮源,酸性泥炭土氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)丰度均显著增加,但不同浓度硫酸铵处理间无显著差异,表明外源无机氮浓度对氨氧化微生物的生长无显著促进作用.与不加乙炔的对照相比,乙炔处理AOB和AOA丰度随时间均无显著变化,推测AOA与AOB在该酸性泥炭土的硝化过程中都可能起一定的作用.     

短期CO2浓度升高和干旱胁迫对白羊草土壤碳氮和微生物根际效应的影响

采用人工气候室和盆栽控水试验研究黄土丘陵区典型草本植物白羊草在倍增CO₂浓度(800 μmol·mol^-1)下和充分供水(75%～80%的田间持水量)、轻度干旱胁迫(55%～60%的田间持水量)和重度干旱胁迫(35%～40%的田间持水量)下根际和非根际土壤碳氮含量和微生物群落结构及其根际效应.结果表明: CO₂浓度升高和干旱胁迫对白羊草根际和非根际土壤有机碳、全氮和水溶性有机碳(DOC)含量及其根际效应均无显著影响.轻度干旱胁迫下CO₂浓度升高显著促进了根际土壤水溶性有机氮(DON)的消耗,导致DOC/DON升高,提高了DON的负根际效应和DOC/DON的正根际效应.干旱胁迫和CO₂浓度升高对土壤总磷脂脂肪酸(总PLFA)和细菌PLFA的根际效应无显著影响.CO₂浓度升高条件下干旱胁迫显著提高了根际土壤G⁺/G^- PLFA,降低了非根际土壤G⁺/G^- PLFA,导致其根际效应显著提高,表明根际微生物群落由自养微生物群落向异养微生物群落的转变.     

短期CO2浓度升高和干旱胁迫对白羊草土壤碳氮和微生物根际效应的影响

采用人工气候室和盆栽控水试验研究黄土丘陵区典型草本植物白羊草在倍增CO₂浓度(800 μmol·mol^-1)下和充分供水(75%～80%的田间持水量)、轻度干旱胁迫(55%～60%的田间持水量)和重度干旱胁迫(35%～40%的田间持水量)下根际和非根际土壤碳氮含量和微生物群落结构及其根际效应.结果表明: CO₂浓度升高和干旱胁迫对白羊草根际和非根际土壤有机碳、全氮和水溶性有机碳(DOC)含量及其根际效应均无显著影响.轻度干旱胁迫下CO₂浓度升高显著促进了根际土壤水溶性有机氮(DON)的消耗,导致DOC/DON升高,提高了DON的负根际效应和DOC/DON的正根际效应.干旱胁迫和CO₂浓度升高对土壤总磷脂脂肪酸(总PLFA)和细菌PLFA的根际效应无显著影响.CO₂浓度升高条件下干旱胁迫显著提高了根际土壤G⁺/G^- PLFA,降低了非根际土壤G⁺/G^- PLFA,导致其根际效应显著提高,表明根际微生物群落由自养微生物群落向异养微生物群落的转变.     

镉在莲各器官中累积规律的研究

莲子是我国重要的特产优质资源, 但莲等水生植物容易吸收积累重金属。为了探究莲对重金属镉的吸收积累特点, 利用盆栽外施不同浓度的镉(0, 1.0 mg·kg-1, 2.5 mg·kg-1)培养两个莲子品种, 检测分析镉对莲子生物量的影响及莲各器官中镉的含量。结果表明: 随着外施镉浓度的增加, 两种莲子生物量下降, 各器官中镉含量增加, 且与土壤镉含量呈正相关。各器官中镉含量差异明显, 根部镉含量最高, 莲壳中最低。根据GB 2762-2017, 当镉浓度为1 mg·kg–1时, 莲子中镉含量符合食品中污染物限量标准, 故莲可以在镉低污染区域种植。