不同树龄杨树人工林的根系呼吸季节动态

根系呼吸是准确评估森林生态系统土壤碳收支的一个重要依据。基于LI-COR-6400-09土壤呼吸系统连续2a测定的3个生长阶段杨树人工林的根系呼吸数据,分析了根系呼吸的季节变化规律及树龄、土壤水热因子和细根生物量对它的影响。结果表明:3个不同树龄人工林的根系呼吸速率均呈明显的季节变化,最大值出现在夏初,最小值出现在秋末,基本上与表层土壤温度的季节变化相一致。根系呼吸的峰值早于土壤温度和细根生物量的峰值,说明林木根系的季节生长节律、地下碳分配模式都可能影响根系呼吸的季节变化。2年生人工林的根系呼吸速率最高,平均为3.78μmolCO2m-2s-1,并随树龄增长呈下降趋势。3个树龄人工林根系呼吸占土壤呼吸的比例介于38.6%-58.0%之间,且2年生人工林最大。不同林龄之间根系呼吸的差异主要与根系的生长周转速率及代谢活性随生长阶段的变化有关。总的来说,表层土壤温度和细根生物量的协同作用可解释根系呼吸速率变化的76%。此外在评估一个轮伐期内的根系呼吸强度时,应考虑不同生长阶段对它的影响。     

武夷山不同海拔土壤呼吸及其主要调控因子

2005年4月-2006年3月,选择福建武夷山不同海拔高度上的常绿阔叶林、针叶林、亚高山矮林和高山草甸4个不同的群落作为实验地,每月测量1次土壤呼吸,测定影响土壤呼吸变化的土壤生物与非生物因子(包括土壤温度,土壤湿度,土壤有机碳、氮、硫含量,凋落物量,微生物量以及细根生物量等),研究了土壤呼吸的空间异质性.结果表明:随着海拔的升高,年均土壤呼吸速率显著降低,而土壤碳、氮、硫含量,土壤微生物量以及细根生物量等却增大;常绿阔叶林土壤呼吸速率是高山草甸的1.82倍;土壤呼吸的空间变化只与土壤温度呈显著的相关性;证明在影响土壤呼吸的土壤因子中,土壤温度是调控其在海拔高度上变化的主导因子.     

水位调控对崇明东滩围垦区滩涂湿地土壤呼吸的影响

以长江口崇明东滩围垦区滩涂湿地3个地下水位梯度(低水位、中水位和高水位)为对象,于2011年1月至2012年1月测定了湿地的土壤呼吸速率及其主要影响因子.结果表明:围垦区滩涂湿地低水位、中水位和高水位的土壤呼吸速率年变化幅度分别为0.75～11.57、0.70 ～ 12.61和0.83～ 6.67 μmol·m-2·s-1,土壤呼吸速率的最大值出现在7月,最小值出现在1月;在3个梯度下,0～5 cm层土壤温度为驱动围垦区滩涂湿地土壤呼吸季节动态的关键微气象因子,拟合指数模型可以解释其70％以上的季节变异,而各梯度间土壤呼吸温度敏感性(Q10值)无显著差异;高水位的土壤呼吸速率最低,可能与土壤温度较低和土壤体积含水量较高有关,中水位的土壤呼吸速率高于低水位,可能是土壤电导率和容重较低,地上生物量和细根密度较高的结果.合理调控围垦区滩涂湿地水位可以降低土壤呼吸速率,增强该类退化湿地的碳汇功能.     

拉萨河谷杨树人工林细根的生产力及其周转

通过土钻取样和分解袋法对拉萨河谷杨树人工林细根的生长和周转进行了测定.结果表明,在该地区杨树人工林生态系统中,约80%的细根集中分布在0～30cm土壤表层中;接近树木一侧的活(死)细根生物量均高于外侧,但二者未达到显著的差异;在生长季期间,活细根生物量平均为2.576 t · hm-2,死细根生物量平均为1.566 t · hm-2,生长高峰出现在生长季初期.经估算,拉萨河谷杨树人工林细根年生长量为3.030 t · hm-2,年周转率为1.18次;但受高原低温的影响,细根分解缓慢,分解系数k平均为0.0007～0.0008.细根的这种生长特征是杨树对高原地区短暂生长季节和雨热同季气候条件的一种适应性表现.     

模拟氮沉降对华西雨屏区撑绿杂交竹林土壤呼吸的影响

2008年1月至2009年2月,对华西雨屏区撑绿杂交竹(Bambusa pervariabilis×Den-drocala mopsi)人工林进行模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK,0 g N·m-2·a-1)、低氮(5 g N·m-2·a-1)、中氮(15 g N·m-2·a-1)和高氮(30 g N·m-2·a-1),采用红外CO2分析法测定土壤呼吸速率.结果表明:杂交竹林土壤呼吸呈明显的季节变化,7月最高,1月最低.对照样方土壤呼吸年累积量为(389±34)g C·m-2·a-1.土壤呼吸速率与10 cm土壤温度和气温呈极显著正指数关系,与微生物生物量碳、氮呈极显著正线性关系.模拟氮沉降显著促进了土壤呼吸,低氮、中氮处理与对照之间差异达显著水平,但高氮处理与对照之间差异不显著.自然状态下,杂交竹林土壤表层微生物生物量碳和氮分别为0.460和0.020 mg·g-1,而所有氮处理中土壤微生物生物量碳和氮均显著增加.杂交竹林土壤表层(0～20 cm)细根密度为388 g·m-2,模拟氮沉降对杂交竹林细根密度的影响不显著.基于土壤10 cm深度温度和空气温度计算的杂交竹林土壤呼吸Q10值分别为2.66和1.87,短期模拟氮沉降并未显著影响土壤呼吸温度敏感性.杂交竹林土壤呼吸变异主要受温度和微生物生物量的控制,模拟氮沉降可能通过增加土壤微生物生物量促进了该系统土壤CO2排放.     

三峡库区马尾松细根生产和周转及其影响因子

采用连续根钻法、分解袋法、分室通量模型法计算三峡库区马尾松细根的年生产量和周转率,分析细根生产量和周转率与各影响因子的关系.结果表明: 马尾松<0.5、0.5～1和1～2 mm细根年均生物量分别为0.29、0.59、0.76 t·hm^-2,细根年生产量分别为0.13、0.49、0.37 t·hm^-2,细根年周转率分别为1.49、1.01、0.40 a^-1.各影响因子对不同径级细根生产与周转的影响不同.土壤温度、土壤钙含量显著影响<0.5 mm细根生产量与细根周转,且土壤温度解释生产量和周转率32.8%和25.0%的变异,土壤钙含量解释65.6%和73.1%的变异;细根生物量与细根生产量呈显著正相关,细根生物量分别解释<0.5、0.5～1和1～2 mm细根生产量41.0%、41.1%和54.5%的变异;细根P、K含量与<0.5 mm细根生产量具有显著相关性,分别解释<0.5 mm细根生产量32.2%、39.2%的变异.<0.5 mm细根与各影响因子的关系最为密切,土壤温度、土壤钙含量是细根生物量的主要影响因子.     

次生栎林与火炬松人工林土壤呼吸的季节变异及其主要影响因子

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分.随着全球气候变暖趋势逐渐明显,土壤呼吸的时空变异及其对温度变化的响应已成为生态学研究的重要内容之一.利用LI-6400-09土壤碳通量观测仪,在江苏省南京林业大学下蜀实验基地,采用随机区组实验设计方法,连续两年测定了北亚热带次生栎林和火炬松人工林土壤呼吸的季节动态变化,结果表明:(1)两种林分内土壤呼吸速率均具有明显的季节波动,表现为:在最冷的1月份,土壤呼吸速率最低,随着土壤温度的升高,土壤呼吸速率也逐渐上升,在7、8月份达到最大值,随后又逐渐下降;(2)次生栎林月平均土壤呼吸速率在0.271～3.22μmolCO2 · m-2 · s-1之间,年变异幅度为11.88;火炬松人工林月平均土壤呼吸速率在0.336～3.06μmolCO2 · m-2 · s-1 ,年变异幅度为9.11;(3)次生栎林土壤呼吸的 Q10值在2.19至2.27之间,火炬松人工林土壤呼吸的Q10值在2.02至2.15之间,次生栎林土壤呼吸对温度的敏感性大于火炬松人工林;(4)土壤呼吸速率与不同深度层次土壤温度之间均呈显著性正相关,与土壤微生物生物量之间呈显著性负相关,而与土壤含水率、凋落物输入量之间相关不显著.研究结果初步阐明了江淮流域北亚热带典型森林植被土壤呼吸的季节动态特征及主要影响因子,为进一步揭示该区域森林土壤碳循环特点提供了理论基础.     

干旱区杨树、榆树人工防护林地土壤CO_2释放通量研究

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。随着全球气候变暖趋势逐渐明显,土壤呼吸的时空变异及其对温度变化的响应已成为生态学研究的重要内容之一。利用LI-8100自动土壤CO2通量测量系统,连续两年生长季测定了准噶尔盆地新垦绿洲杨树(Populus sp.)、榆树(Ulmus pumila)人工防护林地土壤呼吸的时间动态,并分析了土壤水热因子及光合作用对土壤呼吸的影响。研究结果表明:两种林分土壤呼吸日变化波动呈现一定的不规则性;季节变化表现为明显的单峰格局。杨树林地土壤呼吸速率显著高于榆树林地,生长季平均土壤呼吸速率分别为3.71和1.82μmol CO2·m–2·s–1。两种林分土壤呼吸的季节变化与气温、不同深度层次土壤温度间均呈显著的指数相关,而与土壤含水量之间相关不显著。50和35cm土壤温度可以分别解释两种林分土壤呼吸时间变化的78.5%和64.4%,与土壤温度和含水量的共同解释率接近。林分间土壤呼吸速率差异受到林木生长状况、光合作用及土壤盐分等的影响。研究结果初步阐明了准噶尔盆地干旱区典型绿洲防护林植被土壤呼吸的季节动态特征及主要影响因子,为进一步揭示该区域林地土壤碳循环特点提供了一定的理论基础。     

枫香(Liquidambar formosana)和樟树(Cinnamomum camphora)人工林土壤呼吸及其影响因子的比较

2007年1月至12月,采用LI-COR-6400-09气室连接到LI-COR-6400便携式CO2/H2O分析系统测定枫香(Liquidambar formosana)和樟树(Cinnamomum camphora)人工林的土壤呼吸,并分析了土壤水热因子及其根生物量对土壤呼吸的影响.研究结果表明:枫香和樟树人工林中土壤呼吸的季节动态存在明显的季节性变化,都呈现不规则的曲线格局.全年土壤呼吸速率平均值分别为1.501 ìmol 和2.800 ìmol s-1.枫香和樟树林土壤呼吸的季节变化与土壤温度呈显著的指数相关,土壤温度可以分别解释土壤呼吸变化的92.7%和77.4%,与土壤含水量呈二次方程关系,土壤含水量可以解释土壤呼吸变化的10.6%和18%.在P＝0.05水平上多元回归分析,分别得出枫香和樟树土壤呼吸与土壤温度和含水量方程:y=0.4728e0.122tw0.002;y=0.061e0.235tw0.086,土壤温度和含水量共同可以解释土壤呼吸变化的94.5%和88.5%.枫香和樟树林中全年土壤呼吸的Q10值分别为2.62和3.26,Q10值在随着季节温度升高,而逐渐减小.两种人工林群落土壤呼吸季节变化表现出受非生物因子温度和水分变化的调控,同时也受森林植被的根生物量、凋落物量的影响.     

桂西南石漠化区蚬木林土壤呼吸空间变异研究

通过对石漠化区蚬木林土壤呼吸及其影响因子的测定和分析,研究蚬木林土壤呼吸的空间变异性。结果表明:随取样面积增大,土壤呼吸速率变异系数从25.64%增至48.48%;土壤呼吸空间变异幅度为46.84%,高于其他环境因子,土壤温度和pH变异幅度最小。土壤呼吸仅与土壤温度间存在显著相关关系,与其他因子无显著相关性。在95%置信水平、85%估计精度下,蚬木林土壤呼吸测定取样需大于37个,而土壤温度、土壤pH仅需1个取样即可,样本容量计算可明显降低取样工作量。     

A parametric distribution for the fraction of outdoor soil in indoor dust

For a chemical that does not have a source inside a house, the ratio of its dust concentration indoors to its soil concentration outdoors is equal to the fraction of house dust that is composed of soil. To estimate the fraction of soil in house dust, we compiled ratios of the concentrations of a chemical in dust and soil from the scientific literature. We find that a lognormal distribution fits the data extremely well. This distribution is suitable for use in public health risk assessments for single‐family homes in temperate climates.     

渭北旱塬苹果园土壤紧实化现状及成因

本研究通过分析渭北旱塬苹果园土壤的紧实化现状及其诱导因素,找出影响当地苹果园健康发展的土壤退化隐性因素,为果园科学管理提供理论依据。分别选取种植年限＜10年(4～6年)、10～20年(14～16年)和＞20年(24～26年)的苹果园各4个,分析0～60 cm土层土壤容重和紧实度随土层深度的变化规律,探明果园土壤内部紧实化发生的部位和退化程度,同时,通过分析土壤团聚体数量及其稳定性、土壤黏粒和有机质含量,揭示引起渭北果园土壤内部紧实化的原因。结果表明: 渭北果园0～60 cm土层土壤容重和紧实度均随植果年限和土层深度的增加而显著增大。以20 cm土层为界,渭北各园龄段苹果园土壤具有明显的“上松下实”变异特征,20 cm以上土层上述各指标基本满足苹果树的正常生长需求,20 cm以下土层土壤则已超出了苹果树健康生长的阈值。造成渭北苹果园亚表层以下土壤紧实化的原因主要是土壤团聚作用差、有机质含量低,加之植果期间人为扰动少,土壤中分散的黏粒会向下层移动。此外,随着植果年限的增加,土壤紧实化过程更加明显。     

黄土和风沙土藓结皮土壤呼吸对模拟降雨的响应

生物结皮土壤呼吸是干旱和半干旱生态系统碳循环的重要组成部分,但目前其对降雨的响应规律尚不明确。针对黄土高原黄土和风沙土上发育的藓结皮,分别进行2、4、6、10、20、30、40 mm的模拟降雨,并使用便携式土壤碳通量分析仪测定雨前和雨后藓结皮的呼吸速率,对比分析降雨量对藓结皮呼吸速率的影响;同时,在40 mm降雨后的0—24 h连续测定藓结皮的呼吸速率变化,分析藓结皮呼吸速率随雨后历时的变化规律。结果显示,7种降雨量后两种土壤上藓结皮的呼吸速率均显著升高,黄土上藓结皮呼吸速度的增幅为2.89—6.38倍,风沙土上藓结皮呼吸速率的增幅为0.73—4.38倍。0—6 mm降雨中,两种土壤上藓结皮的呼吸速率均随降雨量增加而迅速升高,二者成显著线性正相关关系;6—40 mm降雨中,黄土上藓结皮的呼吸速率随降雨量增加而缓慢升高,但风沙土上藓结皮的呼吸速率随降雨量增加而快速降低。两种土壤上藓结皮的呼吸速率随雨后历时表现出相似的变化规律,即雨后迅速升高、之后逐渐降低,并在24 h左右回归到雨前水平;但黄土上藓结皮的呼吸速率在雨后即刻达到峰值,而风沙土上藓结皮的呼吸速率在雨后30 min左右方达到峰值。黄土上藓结皮的呼吸速率一致高于风沙土上的藓结皮,前者在不同降雨量和雨后历时中平均比后者高150.0%和59.6%。此外,藓结皮呼吸速率与表层土壤含水量存有显著相关关系,在含水量较低(小于约4%)时二者显著正相关,在含水量较高(大于约4%)时二者对于黄土上藓结皮为正相关、对于风沙土上藓结皮为负相关。研究表明,黄土高原藓结皮土壤呼吸对降雨响应快速而直接,但其响应规律对于黄土和风沙土上的藓结皮是不同的,总体而言黄土上藓结皮对降雨的响应更为持久有效。     

Various Applications of Soil Contaminant Database Developed for the Central Artery/Tunnel Project

One of the largest environmental assessment programs in the United States was initiated in the early 1990s to determine the chemical characteristics of soil located within the planned alignment for the Central Artery (I-93) / Tunnel (I-90) (CA/T) Project in Boston, Massachusetts. The primary purpose of the program was to support management of the handling and disposal of over 17 million cubic yards of soil to be excavated during construction of the CA/T Project. As part of this work, more than 8,000 soil samples were collected from more than 2,600 soil borings and analyzed for a range of chemical contaminants, including volatile organic compounds, acid/base neutral compounds, total petroleum hydrocarbons, polychlorinated biphenyls, and heavy metals. The soils encountered during the investigations exhibited properties influenced by numerous anthropogenic activities. These activities, such as vehicular emissions, historic industrial/manufacturing operations, and waterfront filling with both building rubble and dredge spoils from Boston Harbor, resulted in soils primarily contaminated with petroleum hydrocarbons and metals. As a result of this program, an extensive database of the chemical constituents present in urban soils in downtown Boston was developed. These results were primarily used to delineate the limits of contaminated areas affecting the planned construction. In addition, the database has been used by the Project to support various soil management activities, as well as by the regulatory community in developing guidelines and criteria governing the management of contaminated soils in Massachusetts. This paper focuses on the various applications of this database throughout the course of the Project, and with the additional aim of stimulating potential future applications by both the regulatory and scientific communities.     

恩诺沙星残留对土壤微生物功能的影响

研究了恩诺沙星残留对土壤呼吸作用、纤维分解作用、氨化作用、硝化作用的影响 ,结果表明 ,相对较低浓度恩诺沙星残留(0 .0 1μg/ g土 ,0 .1μg/ g土 )刺激土壤呼吸作用 ,相对较高浓度恩诺沙星残留 (1μg/ g土 )对土壤呼吸作用产生抑制 ,药物作用活性维持期为 6 d;恩诺沙星残留对土壤纤维分解作用影响较不明显 ;较低浓度恩诺沙星残留 (0 .0 1μg/ g土 ,0 .1μg/ g土 )对土壤氨化作用有刺激作用 ,而较高浓度恩诺沙星残留 (1μg/ g土 ,10μg/ g土 )则会对其起抑制作用 ,药物作用活性期为 9d;不同浓度恩诺沙星对土壤硝化作用影响极其显著 ,当恩诺沙星浓度达到 1μg/ ml时 ,在 3～ 9d内 ,对土壤硝化作用有一定抑制作用。当恩诺沙星浓度达到 10μg/ ml时 ,强烈抑制了土壤硝化作用 ,直到本试验结束时 ,其抑制作用未见减弱。结果表明恩诺沙星残留影响了土壤微生物这些功能 ,因而可能影响到土壤特性和土壤中一些生态过程     

Concept,Components, and Strategies of Soil Health in Agroecosystems

The terms ''''soil health'''' or ''''soil quality'''' as applied to agroecosystems refer to the ability of soil to support and sustain crop growth while maintaining environmental quality. High-quality soils have the following characteristics: (i) a sufficient, but not excess, supply of nutrients; (ii) good structure (tilth); (iii) sufficient depth for rooting and drainage; (iv) good internal drainage; (v) low populations of plant disease and parasitic organisms; (vi) high populations of organisms that promote plant growth; (vii) low weed pressure; (viii) no chemicals that might harm the plant; (ix) resistance to being degraded; and (x) resilience following an episode of degradation. Management intended to improve soil health involves creatively combining a number of practices that enhance the soil''s biological, chemical, and physical suitability for crop production. The most important general strategy is to add plentiful quantities of organic matter—including crop and cover crop residues, manures, and composts. Other important strategies include better crop rotations, reducing tillage and keeping the soil surface covered with living and dead residue, reducing compaction by decreasing heavy equipment traffic, and using best nutrient management practices. Practices that enhance soil quality frequently reduce plant pest pressures.     

不同地表覆盖方式对苹果园土壤性状及果树生长和产量的影响

以黄土高原9年生红富士果园生态系统为对象,研究不同地表覆盖模式(清耕、生草覆盖、地膜覆盖、秸秆覆盖和砂石覆盖)对果园土壤性状及果树生长和产量的影响.结果表明:生草覆盖土壤水分剖面分异最低,砂石覆盖土壤水分剖面分异最高;砂石覆盖提高了根层水分含量,有利于果树对水分的利用.不同地表覆盖模式土壤热量状况变化显著,处理间差异明显,极端最高温度下降,但地膜覆盖处理夏季地温超过果树根系生长的上限温度,对果树根系生长和生理功能发挥不利.除地膜覆盖外,其他地表覆盖模式均能提高土壤CO2释放速率,其中生草覆盖的效果最为显著.不同地表覆盖模式对果树枝条类型比例及产量影响较大,砂石覆盖处理的中短枝比例和果实产量最高;生草覆盖处理的果实产量最低.因子分析结果表明,对于黄土高原沟壑区盛果期果园,砂石覆盖处理是较为适宜的地表覆盖模式.     

A rapid,cost-effective procedure for the extraction of microbial DNA from soil

Here we describe a DNA extraction method that is based on a simple, rapid polyvinylpolypyrrolidone–calcium chloride precipitation to release microorganisms from the soil combined with lysozyme–proteinase–SDS lysis of the microbial community. The extracted DNA is of high quality and allows direct detection of specific genes by the polymerase chain reaction (PCR) as well as cloning of indigenous microbial DNA. This method facilitates the extraction of 36 500-mg soil samples simultaneously in a 2-h period by one person. The procedure is safe, inexpensive, and does not require specialized equipment or generate hazardous wastes.     

Trajectories of change: riparian vegetation and soil conditions following livestock removal and replanting

Riparian zones provide critically important ecological functions, including the interception of nutrients and sediments before they enter waterways. Consequently, riparian zones, and the vegetation they support, are often considered as an important ‘final buffer’ between waterways and adjacent land. In agricultural ecosystems, riparian zones are therefore increasingly recognized as an important component of strategies aimed at minimizing the flow of nutrients and sediments into waterways. Accordingly, riparian zones are increasingly afforded protection and are targeted for restoration. Here we present results of a study in which we aimed to identify patterns of change in soil and vegetation properties in riparian zones, under different management regimes, adjacent to tributary streams in one of south‐eastern Australia's main agricultural regions. We compared riparia that were heavily impacted by agricultural activities, were in remnant condition or had undergone some restoration activities and were thus in a transitional state. There was an increase in plant cover and soil C concentration between impacted through to remnant sites, with transitional sites intermediate, suggesting that improvements in soil conditions were becoming evident following restoration activities. In our assessment of soil physicochemical properties we investigated the relationships between riparian condition and soil properties, taking into account the influence of adjacent land use on these relationships. Importantly, the concentrations of NO₃^‐ and plant available P in riparian surface soils were more or less influenced by concentrations in the adjacent land depending upon riparian condition. This will, in turn, have consequences for nutrient inputs into streams. This study emphasizes that riparian zones need to be managed within their wider landscape context. Furthermore, the results of this study will inform efforts seeking to minimize impacts of agricultural activities on waterways, through the conservation and/or restoration of riparian ecosystems.     

土壤微生物资源管理、应用技术与学科展望

土壤中蕴藏着高度的微生物多样性,在陆地生态系统中发挥着非常重要的功能,加强对土壤微生物资源的综合管理与开发应用是提升生态系统稳定性与生产力及农产品质量的重要途径。首先,土壤微生物多样性具有全球性的重大意义,有待完善对土壤微生物的检测与监测技术研究,进而实现土壤微生物多样性与土壤功能的耦合以及对土壤质量的评定;其次,土壤微生物作为一种宝贵的生产资料和可持续资源,要加强其在土壤肥力强化与保育、土壤障碍消减与调节、土壤污染控制与修复等3个领域的应用研究。最后,未来土壤微生物学发展将会形成土壤微生物系统学、土壤微生物过程学与土壤微生物功能学3个子学科,要建立土壤微生物种质资源库与遗传信息库,推进土壤微生物生理代谢过程、生物化学过程及生态行为过程的研究,联结土壤微生物与土壤功能的关系,并从土壤中的功能微生物出发对环境变化作出积极响应和主动调控。此外,原创性方法的建立与应用是限制土壤微生物学发展的技术瓶颈,联合生物地理学与生物信息学破译重要基因的特定生态功能,并将其应用到生态模型以及生态系统未知领域的研究中去,是土壤微生物学面临的挑战。