长期不同施肥对红壤碳、氮、磷循环相关酶活性的影响

试验采用微孔板荧光法,选取不施肥(CK)、单施氮肥(N)、化学施肥(NPK)、单施粪肥(M)和粪肥与化学肥料混施(MNPK)5个处理,研究了长期不同施肥对祁阳旱地红壤碳、氮、磷循环相关酶[β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、纤维二糖水解酶(CBH)、β-1,4-木糖苷酶(βX)、β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶(AP)]活性的影响.结果表明:与CK处理相比,长期N处理对βG、βX、CBH和NAG活性无影响,但降低了AP活性,而NPK、M、MNPK处理均显著增加了5种酶活性;相关性分析表明,5种土壤酶活性与硝态氮(0.465~0.733)、有效磷(r=0.612~0.947)、土壤呼吸(r=0.781~0.949)和作物产量(r=0.735~0.960)均呈显著正相关,βG、CBH和AP与p H显著正相关(r=0.707~0.809),而仅有AP与土壤可溶性有机碳显著相关(r=-0.480).表明所测5种土壤酶活性可作为评估不同施肥处理对红壤生产力影响的重要指标,但5种酶对氮肥引起的严重酸化的指示作用均非常有限.     

增温和降雨减少对杉木幼林土壤酶活性的影响

土壤酶在土壤过程中扮演着一个重要的角色,其通过参与凋落物和土壤有机质的分解过程从而驱动着土壤养分循环和碳循环,而影响这个过程的因素很多,主要包括温度和土壤含水量。本研究在中亚热带杉木人工幼林进行对照、增温、隔离降雨以及增温+隔离降雨联合处理实验,探究温度和水分变化对土壤胞外酶活性的影响,包括参与碳循环的β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、酚氧化酶(PHO)、过氧化物酶(PEO),和参与氮循环的β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)以及参与磷循环的酸性磷酸酶(AP)。结果表明:增温和隔离降雨以及两者的交互作用使土壤含水量、微生物生物量氮、可溶性有机氮和可溶性有机碳(DOC)显著下降(P0.05)。此外,增温显著增加了铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮含量(P0.05),以及βG、CBH和NAG酶活性(P0.05);隔离降雨在一定程度上对βG、CBH和NAG(P 0. 05)酶活性起到促进作用;而增温+隔离降雨处理下,βG、CBH、NAG、PHO、PEO酶活性都略微上升(P 0.05); AP酶活性在各个处理后均剧烈下降(P 0.05)。冗余分析结果显示,全氮、NH_4~+-N和DOC是驱动土壤酶活性变化的主要影响因子。研究表明,参与碳、氮循环的土壤酶在温度升高和降水减少下响应较为积极,酶活性有所上升,从而加速了土壤碳分解,但参与磷循环的土壤酶活性却显著下降,未来该地区的磷限制情况将进一步加剧。本研究将为未来气候变暖和降水减少下对预测养分循环和碳循环提供一定的科学依据。     

自然生草制苹果园土壤微生物、酶活性和养分含量对行间草耕翻还田的响应

果园生草是提高果园生产力、促进果园可持续生产的有效措施。为探究自然生草制苹果园行间草耕翻还田对土壤生物学性状和养分含量的影响,本试验以清耕(CK)为对照,设置草被刈割还田(NG)和草被刈割耕翻还田处理(NGR),研究不同草被还田方式对行间0~20 cm土层土壤微生物数量、酶活性以及不同形态氮、钾含量的影响。结果表明: 苹果园土壤中微生物以细菌占绝对优势,放线菌次之,真菌数量最少;与CK相比,NG和NGR处理均显著提高了土壤细菌和真菌数量,以NGR处理提升效果最显著,显著提高了土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性,增幅分别为59.0%、20.7%、38.3%和73.5%、45.9%、67.8%。NGR处理显著提高了土壤氮、钾养分含量,铵态氮、硝态氮、颗粒有机态氮、微生物生物量氮及速效钾和水溶性钾含量分别为CK的1.5、1.8、1.6、2.0、1.3和1.4倍,显著提高了果实可溶性糖含量和糖酸比,进而提高了果实品质。综上,NGR可提高苹果园土壤微生物数量、酶活性、氮钾养分含量和果实品质,是生草制苹果园一种可行的行间草被还田方式。     

氮添加对湿地松林土壤水解酶和氧化酶活性的影响

通过3个水平野外氮添加控制试验(0、40、120 kg N·hm^-2·a^-1),研究氮添加对亚热带湿地松林土壤水解酶和氧化酶活性的影响.结果表明: 氮添加显著抑制了土壤有机质中碳、氮、磷水解酶和氧化酶的活性,导致β-1,4-葡糖苷酶(BG)、纤维素二糖水解酶(CBH)、β-1,4-乙酰基-葡糖胺糖苷酶(NAG)、过氧化物酶(PER)活性下降16.5%～51.1%,并且高水平氮添加对酶活性抑制效果更明显;氮添加导致α-1,4-葡糖苷酶(aG)、β-1,4-木糖苷酶(BX)、酸性磷酸酶(AP)、多酚氧化酶(PPO)活性降低14.5%～38.6%,不同水平氮添加处理间差异不显著.土壤酶活性存在明显的季节性差异,BG、NAG、BX、CBH、AP、PPO活性表现为3月>6月>10月,aG、PER活性表现为10月>3月>6月.多数土壤水解酶和氧化酶与pH呈显著正相关,与NO₃^--N含量呈显著负相关,表明氮添加导致pH降低和土壤中硝化作用增强,抑制了土壤水解酶和氧化酶活性.氮添加不利于亚热带土壤有机质的矿化和周转,并且随着氮添加量的增加,效果更明显.     

川西亚高山不同演替阶段天然次生林土壤碳氮含量及酶活性特征

为了解次生林自然更新演替过程中土壤碳氮含量及酶活性的变化规律, 采用空间代替时间的方法, 在川西亚高山米亚罗林区选取环境条件基本一致的20世纪60、70和80年代采伐迹地自然更新演替的次生林(60-NSF、70-NSF和80-NSF)和岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林(对照, CK)为对象, 研究了表层(0-20 cm)土壤碳氮含量和土壤酶活性的关系。结果表明: 表层土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)含量均随森林植被更新演替呈显著降低趋势, 而全氮(TN)和可溶性有机氮(DON)含量则表现为60-NSF < 80-NSF < 70-NSF, 但70-NSF和80-NSF间差异不显著; 次生林表层土壤有机碳氮及其活性组分含量均低于CK, 其中80-NSF的DOC和DON含量与CK差异不显著。次生林的β-葡萄糖苷酶(βG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和多酚氧化酶(PHO)活性均显著低于CK, 纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO)活性与CK无显著差异; 天然次生林中, 60-NSF的βG和CBH活性显著低于70-NSF和80-NSF; 80-NSF的NAG活性显著高于60-NSF和70-NSF; 4种林型之间的PEO活性无显著性差异。Pearson相关分析和冗余分析显示, 土壤TN、LFOC和DOC含量与土壤酶活性显著相关, 其中TN含量解释了酶活性变化的65.4%, 说明土壤氮含量变化可能会影响到土壤碳的水解酶活性, 同时也表明土壤微生物优先利用易分解碳和氮。因此, 次生林近60年的天然更新演替引起了TN、LFOC及DOC含量的显著下降, 导致表层土壤某些胞外酶(如βG、CBH和NAG)活性降低。从土壤酶活性角度看, 岷江冷杉原始林比早期演替阶段的次生林(<60 a)更有利于川西亚高山高海拔森林生态系统的碳氮循环。     

内蒙古草甸草原土壤理化性质和微生物学特性对刈割与氮添加的响应

频繁的刈割和氮输入增加是导致草地生态系统退化的重要原因.土壤微生物学特性作为评估土壤质量的重要生物学指标,对草地刈割和氮输入增加的响应规律仍不十分明确.本研究依托内蒙古呼伦贝尔草原刈割复合氮添加野外实验平台,分析了土壤理化性质、土壤微生物生物量、土壤呼吸和土壤酶对刈割、氮添加的响应及其生长季动态变化.结果表明: 刈割显著降低了土壤微生物生物量碳、氮、磷和土壤呼吸(基础呼吸和底物诱导呼吸),与刈割后导致的水分限制及碳限制有关.刈割显著降低了氮磷获取酶(N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶和酸性磷酸单酯酶)的活性,符合“资源分配假说”.氮添加显著降低土壤pH值,但土壤微生物生物量对氮添加和pH降低均无显著响应,表明氮输入增加引起的土壤酸化不是影响微生物生物量的主要因素.氮添加对土壤呼吸和酶活性也无显著影响,与以往在典型草原的大多数研究结果不一致.刈割和氮添加复合处理显著降低了土壤微生物生物量磷,但提高了土壤中有效磷含量,降低了酸性磷酸酶活性.微生物生物量碳、氮、磷和土壤呼吸等的相关参数均在7月最高,这与夏季高温多雨有关.土壤酶活性在春夏季较高,生长季末期较低.这表明在该草甸草原,刈割将导致土壤碳氮磷养分失衡,从而加剧草原退化;而氮添加在短期内并未对土壤微生物生物量和活性产生显著影响.     

凋落物和林下植被对杉木林土壤碳氮水解酶活性的影响机制

凋落物和林下植被在森林生态系统土壤碳、氮循环过程中发挥重要作用,目前关于亚热带杉木人工林凋落物和林下植被对土壤碳氮水解酶活性影响机制还不清楚。在亚热带杉木人工林设立去除凋落物+去除林下植被(LR+UR)、去除凋落物+保留林下植被(LR+U)、凋落物加倍+保留林下植被(LD+U)、凋落物加倍+割倒林下植被归还(LD+UC)处理。通过研究各处理对土壤环境因子(土壤温度(ST)、土壤含水量(SWC)、土壤酸度(p H)、硝态氮(NO_3~--N)、氨态氮(NH_4~+-N)、溶解性有机碳(DOC))和土壤碳氮水解酶(β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG))活性的影响,揭示凋落物和林下植被对杉木林土壤碳氮水解酶活性影响机制。结果表明:(1)通过比较LR+U和LD+U处理发现,短期内添加凋落物有增加土壤p H、NH+4-N含量和提高βG、NAG活性的趋势,但未达到显著水平(P0.05);(2)LR+UR与LR+U处理间的比较发现,去除林下植被有降低SWC、p H、NH+4-N含量、NAG活性的趋势,并显著降低了土壤DOC含量和βG活性(P0.05);(3)将LR+UR分别与LD+U、LD+UC处理进行比较表明,添加凋落物同时保留林下植被显著增加了SWC、p H、DOC和NH+4-N含量,并增强了βG和NAG活性(P0.05),而且林下植被割倒归还比林下植被正常生长更有利于土壤βG、NAG活性的提高和SWC、DOC含量的增加,但是对ST和NO-3-N含量没有显著影响(P0.05);(4)土壤水解酶活性与SWC、DOC表现为极显著正相关关系(P0.01)。总之,凋落物和林下植被影响碳氮水解酶活性的机制,主要是通过调节SWC、增加DOC含量,影响βG、NAG活性;βG、NAG活性增强也会加快土壤有机质(SOM)分解,增加土壤DOC含量。     

长期施肥对玉米生育期土壤微生物量碳氮及酶活性的影响

以小麦-玉米轮作长期肥料定位试验为平台,探讨不同养分管理对玉米生育期塿土微生物量碳、氮和酶活性动态变化的影响。试验包括6个处理,分别为不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配合(NP)、氮磷钾配合(NPK)、NPK+秸秆(SNPK)以及有机肥+NPK(MNPK)。结果表明玉米生育期土壤微生物量碳、氮变化显著。不同施肥管理下土壤微生物量碳、氮的高低显著性分别为MNPK>SNPK、NP、NPK>N、CK。玉米生育期内土壤酶活性也变化显著,蔗糖酶、脲酶和纤维素酶在玉米抽雄期达到活性高峰,而磷酸酶在玉米拔节期出现活性高峰。不同施肥管理对土壤酶活性的影响总体表现为MNPK处理最高,其次为SNPK处理,再次为NPK和NP处理,N和CK处理最低。不同施肥处理间土壤微生物量碳、氮以及酶活性与土壤有机碳、全氮、速效磷水平密切相关。塿土长期施用氮磷或氮磷钾化肥可以提高土壤微生物量碳、氮以及酶活性。一季作物秸秆还田配合氮磷钾化肥与氮磷钾相比有提高土壤微生物量碳、氮以及酶活性的趋势。在等氮量下,有机肥配合化肥与其他施肥模式相比,均显著提升土壤化学肥力因素、微生物量碳氮和酶活性。因此,塿土上建议进行有机无机肥配合以提高土壤肥力,保持土壤生物健康。     

Characteristics of soil enzyme activities and stoichiometry and its influencing factors in Quercus aliena var. acuteserrata forests in the Qinling Mountains

研究微尺度海拔梯度土壤酶活性与化学计量学比值的动态变化及驱动因素对于探讨生态系统养分循环过程具有重要意义。该研究以秦岭太白山6个海拔(分别为1 308、1 403、1 503、1 603、1 694和1 803 m)的锐齿栎(Quercus aliena var. acuteserrata)林作为研究对象, 测定锐齿栎叶片、凋落物、细根和土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量以及碱性磷酸酶(AKP)、β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、纤维二糖水解酶(CBH)、木糖苷酶(βX)与β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)的活性, 探究不同海拔植物、土壤、酶含量如何变化及驱动土壤酶活性变化的主要因子。结果表明: 5种土壤酶活性在海拔梯度上表现出不同的变化趋势, CBH和βG活性随海拔升高整体呈先增后减趋势, βX与之相反; NAG与AKP活性在1 408-1 694 m呈下降趋势, 在1 803 m处有所升高; 土壤总体酶活性随海拔上升整体表现为降低趋势。相关性分析表明, 土壤酶活性及其化学计量比不同程度上受到植物和土壤C、N、P资源及土壤水热条件等的调控, 其中与土壤有机碳含量的相关性较高, 土壤有机碳含量可被认为是锐齿栎林中影响土壤酶活性变化的主要因子。总之, 土壤酶活性及化学计量比在微尺度海拔梯度上具有差异性, 且受到植物和土壤C、N、P资源的综合影响。     

秦岭锐齿栎林土壤酶活性与化学计量比变化特征及其影响因素

研究微尺度海拔梯度土壤酶活性与化学计量学比值的动态变化及驱动因素对于探讨生态系统养分循环过程具有重要意义。该研究以秦岭太白山6个海拔(分别为1 308、1 403、1 503、1 603、1 694和1 803 m)的锐齿栎(Quercus aliena var. acuteserrata)林作为研究对象, 测定锐齿栎叶片、凋落物、细根和土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量以及碱性磷酸酶(AKP)、β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、纤维二糖水解酶(CBH)、木糖苷酶(βX)与β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)的活性, 探究不同海拔植物、土壤、酶含量如何变化及驱动土壤酶活性变化的主要因子。结果表明: 5种土壤酶活性在海拔梯度上表现出不同的变化趋势, CBH和βG活性随海拔升高整体呈先增后减趋势, βX与之相反; NAG与AKP活性在1 408-1 694 m呈下降趋势, 在1 803 m处有所升高; 土壤总体酶活性随海拔上升整体表现为降低趋势。相关性分析表明, 土壤酶活性及其化学计量比不同程度上受到植物和土壤C、N、P资源及土壤水热条件等的调控, 其中与土壤有机碳含量的相关性较高, 土壤有机碳含量可被认为是锐齿栎林中影响土壤酶活性变化的主要因子。总之, 土壤酶活性及化学计量比在微尺度海拔梯度上具有差异性, 且受到植物和土壤C、N、P资源的综合影响。     

长期不同施肥方式对黄潮土肥力特征的影响

依托黄潮土35 年长期定位试验,以2种土壤物理肥力指标、8种土壤化学肥力指标和5种土壤生物肥力指标进行主成分分析,最后将各主成分得分系统进行聚类分析.结果表明: 不同施肥方式对土壤肥力指标影响显著.施用有机肥处理(M、MN、MNP、MNPK)与NPK处理相比,土壤容重显著降低,而土壤孔隙度、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、微生物生物量和过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶活性均显著增加;通过主成分分析可将原15个土壤指标降维,提取出2个主成分,反映了原信息量的85.5%,且无原变量丢失.土壤容重、孔隙度、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、速效钾、微生物生物量、过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性在第1主成分上有较高因子负荷,全钾和pH在第2主成分上有较高因子负荷;以2个主成分得分为新指标进行聚类,得到长期不同施肥方式对黄潮土的培肥效果排序为MNPK＞MNP＞M、MN＞NPK＞N、NP＞CK.可见施用有机肥对黄潮土培肥效果更显著,以有机肥配施氮磷钾化肥方式效果最优.     

不同肥料对稻田红壤碳、氮、磷循环相关酶活性的影响

采用中国科学院千烟洲生态站1998年开始的定位试验数据,研究不同肥料(猪粪、秸秆、化肥)对稻田红壤碳、氮、磷养分及相关酶活性\[β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、β 1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)\]的影响.结果表明：施用猪粪(OM)土壤中的βG、NAG和LAP活性显著高于其他处理,比对照(不施任何肥料)分别高1.4、2.6和1.9倍;土壤C/N提高、βG/(NAG+LAP)降低,说明施用猪粪有利于土壤中纤维素的降解和有机碳的积累.施用化肥提高了土壤中βG、NAG和LAP活性,而AP活性比对照低34%;土壤βG/AP和(NAG+LAP)/AP较高,而C/P和N/P较低,说明施用化肥导致稻田红壤无机磷的积累,抑制了土壤中分解磷酸多糖和磷脂的微生物功能.     

长期施肥对红壤和黑土硫形态演变的影响

以红壤和黑土肥力与肥料效益监测站土壤为研究对象,研究了长期(21年)不同施肥(不施肥对照、施用氮磷钾、氮磷钾配施有机肥)处理下,表层(0～20 cm)和亚表层(20～40 cm)土壤硫素形态组成、分布及演变规律.结果表明: 长期施用化肥及化肥配施有机肥处理下,表层土壤全硫比对照分别增加42%、33%(红壤)和6%、76%(黑土);除红壤氮磷钾处理外,亚表层土壤全硫受施肥影响较小,且明显低于相应表层土壤.有效硫和盐酸可提取态硫分别为红壤和黑土中的主要无机硫形态.施用化肥及化肥配施有机肥的红壤表层有效硫比对照分别增加了447%和102%,并促进了有效硫向亚表层的迁移、累积;而施用化肥及化肥配施有机肥处理的黑土表层有效硫仅比对照分别增加54%和93%,其对亚表层土壤有效硫的影响也不大.有机硫形态在两种土壤中都以酯键硫和残渣态硫为主.长期施肥影响下的表层和亚表层土壤中残渣态硫含量比对照分别增加了32%和55%以上;土壤中性质相对活跃的酯键硫和碳键硫受施肥影响不显著,而与土壤有机碳含量呈显著正相关关系(P<0.05).此外,长期施肥试验表明大气硫沉降对土壤硫素输入的影响值得重视.     

不同施肥处理黑土覆膜后秸秆碳氮在团聚体中的固存特征

地膜覆盖是提高作物产量的重要措施,理解覆膜条件下黑土团聚体中外源碳和氮的固存特征,为深刻认识地膜覆盖措施的可持续应用提供理论依据。选取长期定位试验站(29年)不施肥(CK)、单施化肥(NPK)和有机肥配施化肥(MNPK)3个典型施肥处理,表层土壤(0—20 cm)添加¹³C¹⁵N双标记玉米秸秆后设置裸地和覆膜的田间原位微区培养试验,探讨不同施肥处理结合覆膜黑土团聚体中有机碳和全氮对秸秆来源碳和氮的响应。结果表明,与裸地相比,所有处理覆膜后微团聚体(<0.25 mm)中秸秆来源碳和氮的含量平均降低了26.49%和32.05%。覆膜MNPK与裸地处理相比大团聚体(>0.25 mm)中秸秆来源碳和氮的含量显著降低了35.58%和15.97%,但大团聚体中原土壤有机碳的含量提高了9.16%。在CK和NPK处理微团聚体中,秸秆来源碳占该粒级团聚体有机碳的比例表现为覆膜>裸地,而在MNPK处理各粒级团聚体中则表现为裸地>覆膜。无论覆膜与否,秸秆来源碳对团聚体有机碳和秸秆来源氮对团聚体全氮的贡献率受施肥处理的影响表现为CK>N...     

贺兰山不同海拔土壤酶活性及其化学计量特征

探讨干旱区脆弱山地森林生态系统土壤酶活性及其化学计量比沿海拔的变化特征及影响机制,对研究脆弱生态系统养分循环具有重要意义。本研究以贺兰山不同海拔(1380～2438 m)土壤为对象,分析土壤理化性质、土壤酶活性及酶化学计量比沿海拔的变化及其影响因素。结果表明: β-葡萄糖苷酶(βG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、土壤C/N和土壤C/P酶活性比值均随海拔升高表现出先增后减的变化趋势,在海拔2139 m处均处于较高水平;碱性磷酸酶(AKP)活性随海拔的升高整体上呈递增的趋势,在海拔2438 m处最高;亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性和土壤N/P酶活性比值随海拔升高变化趋势不显著。通过对比全球土壤酶化学计量值发现,贺兰山存在一定程度的N限制。除LAP外,其余3种酶活性均与土壤有机碳/全氮、土壤有机碳/全磷和全氮/全磷呈极显著正相关,与土壤pH值呈极显著负相关;LAP、土壤C/P和土壤N/P酶活性比值均与全磷呈极显著负相关。此外,AKP与土壤容重呈极显著负相关。     

不同施肥措施下亚热带稻田土壤碳、氮演变特征及其耦合关系

在湖南省稻田生态系统长期定位监测点研究了不同施肥措施下稻田土壤碳、氮演变及其耦合特征.结果表明：1986—2003年,无肥处理（对照,CK）稻田土壤有机碳和全氮含量略呈下降趋势;化肥（NPK）处理有机碳和全氮含量基本保持稳定,而有机 无机肥配施处理有机碳和全氮含量均呈增加趋势.与对照相比,化肥处理的土壤有机碳和全氮含量分别提高13%和18%,低量有机肥（LOM）处理分别提高54%和45%,高量有机肥（HOM）处理分别提高89%和67%.统计分析表明,土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关（P<0.01）.稻田土壤C/N为8.5～12.9,多数分布在10左右.研究表明,有机-无机肥配合施用能在一定程度上促进稻田土壤碳、氮的固定与积累;稻田土壤碳、氮具有较好的耦合关系.