城市土壤活性碳、氮分布特征及影响因素

为揭示城市绿地土壤活性碳氮分布特征及影响因素,选取合肥市不同类型绿地(蜀山森林公园、公园绿地、道路绿地、学校绿地、居住区绿地、工厂绿地)土壤为研究对象,对其0 ～ 30 cm土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)等活性组分进行研究.结果表明,绿地类型对土壤活性碳氮含量影响显著(P＜0.05),各活性碳氮含量随土层深度的增加而降低.城区内各人工绿地土壤活性碳氮含量均低于郊区蜀山森林公园绿地:MBC下降了46.81％ ～ 64.39％,MBN下降了49.90％ ～80.13％,DOC下降了28.95％ ～45.52％,DON下降了5.67％ ～48.90％,表明土地利用变化是导致绿地土壤活性碳氮变化的主要因素.相关分析表明,研究区域内MBC与MBN、DON正相关(P＜0.01),MBN与DOC正相关(P＜0.01),DOC与DON正相关(P＜0.01).研究还发现,土壤pH与活性碳、氮间均呈负相关关系(P＜0.01),表明适当降低城市土壤碱性污染物的侵入有利于土壤活性碳氮的积累.     

利用海拔差异模拟增温对高山森林土壤溶解性有机碳和有机氮含量的影响

在2010年5月—2011年4月和2011年5月—2012年4月2个培养周期内,采用原状土柱野外控制试验,利用海拔梯度变化研究了温度增加对川西高山森林土壤溶解性有机碳(DOC)和有机氮(DON)动态的影响.结果表明: 经模拟增温处理(降低海拔)的土壤有机层和矿质土壤层DOC和DON含量在2个连续培养周期内的各关键时期均呈现明显的动态变化.海拔3300和3000 m样地比海拔3600 m 样地土层DOC含量分别增加6.8和26.6 mg·kg^-1.海拔3600、3300和3000 m样地土层DOC含量均在第1个培养周期的生长季末最高,分别为408.0、317.9和448.2 mg·kg^-1,在第2个培养周期的生长季节中期最低, 分别为33.1、32.4和36.5 mg·kg^-1.与海拔3600 m样地相比,海拔3300和3000 m样地土层DON含量分别增加2.3和30.4 mg·kg^-1.除海拔3000 m样地以外,海拔3600和3300 m样地土层DON含量在第1个培养周期内的生长季节中期最高,分别为65.9和64.6 mg·kg^-1,在第1个培养周期内的融化期最低,分别为31.9和37.1 mg·kg^-1.模拟增温处理增加了样地内土壤有机层DOC和DON含量,降低了矿质土壤层DOC含量、土壤有机层及矿质土壤层DOC/DON值.土壤有机层DOC/DON值与DOC含量呈显著正相关,与DON含量呈显著负相关;矿质土壤层DOC/DON值与DOC含量呈显著负相关,与DON含量呈显著正相关.未来全球气候变暖可能通过影响高寒森林土壤温度和冻融循环格局,增加整个土层DOC和DON含量,进而影响高寒森林土壤碳、氮循环过程.     

黄土高原不同乔木林土壤微生物量碳氮和溶解性碳氮的特征

选取黄土丘陵区子午岭4种不同乔木林下的0—5 cm和5—20 cm的土壤为研究对象,通过氯仿熏蒸浸提方法测定了微生物量碳氮、溶解性碳氮以及土壤的理化性质。研究结果表明,不同乔木林下0—5 cm土层土壤微生物量氮(MBN)土壤微生物量碳(MBC)均表现为:辽东栎侧柏油松刺槐,5—20 cm土层为:侧柏辽东栎油松刺槐,说明不同乔木林对土壤表层和下层的微生物量有明显的影响。上层土壤溶解性碳(DOC)、溶解性氮(DON)大于下层土壤。土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)在4—8之间,MBC/MBN、MBN、MBC均表现为随着土层的深度逐渐降低的趋势。MBC与MBN具有显著的正相关性,MBN、MBC与有机碳(SOC)、土壤全氮(TN)、MBC/MBN、溶解性碳与微生物量碳之和(DOC+MBC)、溶解性氮与微生物量氮之和(DON+MBN)呈现出极显著的正相关性(P0.01)。DOC+MBC、DON+MBN比DOC、DON、MBC、MBN更能反映土壤微生物量与活性碳氮库。总体来说,人工刺槐林对土壤碳氮库的增加有一定的作用,但是相对于辽东栎和侧柏等天然次生林有一定的差距。     

北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤碳组分对模拟增温的响应机制

中国北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤有机碳库对全球气候变暖的响应趋势存在较大不确定性。作为温性盐碱性草地的典型分布区，山西右玉农牧交错带是探索相关研究的理想生境。基于山西农业大学野外观测研究站开顶式气室模拟增温实验平台，通过采集生长旺季土壤样品，探索温性盐碱化草地不同土层有机碳、氮组分对模拟增温的响应与适应机制。结果表明：(1)不同增温处理对土壤有机碳(C)、总氮(N)、颗粒性有机碳(POM-C)和氮(POM-N)、矿物结合态有机碳(MAOM-C)和氮(MAOM-N)、可溶性有机碳(DOC)和氮(DON),以及微生物量碳(MBC)和氮(MBN)等组分无显著影响，但显著降低了MAOM-C/MBC的比值；(2)除土壤可溶性有机碳和微生物量碳外，土壤碳、氮各组分均随土层深度加深而呈现递减趋势，土壤碳、氮各组分之间的比值，除MAOM-N/N和MBC/C外，均随土层深度的增加而呈现显著上升趋势；(3)增温对POM-N/MBN和MAOM-N/MBN的影响与土层深度存在明显的交互效应；(4)不同土层氮组分比值对增温的响应与禾草丰度、杂类草丰度、凋落物量、土壤pH值及土壤含水量等因素有关。其中，凋落物...     

马尾松林采伐迹地火烧黑炭对土壤活性碳氮库的影响

黑炭是火烧过程中不完全燃烧的产物,在火烧迹地的分布具有异质性。为了解黑炭输入量对土壤活性碳氮库的影响,选取中亚热带33年生马尾松人工林采伐迹地为研究对象,对比炼山1年后移除(B0)、单倍(B1)和双倍黑炭输入(B2)处理和未火烧对照土壤可溶性有机碳氮含量(DOC和DON)、矿质氮、土壤微生物量碳氮含量(MBC和MBN)之间的差异。结果表明:炼山对土壤DOC和DON含量的影响因土层而异,在0—10 cm土层,火烧土壤DOC和DON含量与对照土壤没有显著差异,而在10—20 cm土壤要显著低于对照土壤(P0.05)。火烧土壤矿质氮、土壤MBC和MBN含量均低于对照土壤,但差异未达到显著性水平(P0.05)。火烧土壤含水率、pH、全碳和全氮、铵态氮、土壤MBN含量均与黑炭输入量成正比,特别是在10—20 cm土层,B2处理土壤铵态氮含量显著高于B0和B1处理(P0.05)。对于土壤MBN,黑炭输入处理(B1和B2)火烧土壤MBN含量与对照土壤没有显著差异,而去除黑炭处理(B0)火烧土壤MBN含量则显著低于对照土壤(P0.05)。结果说明黑炭输入对火烧土壤的微生物群落恢复和N素保持具有积极意义,因此亚热带人工林管理过程中应重视黑炭的利用。     

温度和CO2浓度升高下转Bt水稻种植对土壤活性碳氮和线虫群落的短期影响

全球气候变化下转Bt水稻种植对土壤生态系统的影响仍是未知领域。利用野外开顶式气室(OTC)模拟气候变化,探讨了温度和CO2浓度([CO2])升高后种植转Bt(华恢1号)水稻对土壤活性碳氮和线虫群落的影响。结果表明:(1)温度和[CO2]升高条件下种植转Bt水稻显著影响土壤可溶性碳(DOC)、可溶性氮(DON)和硝态氮(NO-3-N)含量,同时DOC和DON受到升温和[CO2]升高与转Bt水稻的交互影响;在正常温度和[CO2]下,转Bt水稻显著降低了土壤微生物量碳氮含量(MBC、MBN),但在温度和[CO2]升高后转Bt水稻种植使土壤MBC和MBN含量显著高于亲本水稻。(2)在温度和[CO2]升高条件下,转Bt水稻土壤线虫总数呈高于亲本水稻的趋势,植食性线虫的比例随[CO2]和温度升高呈增大的趋势。此外,升温和转Bt水稻种植提高了土壤线虫群落的能流通道指数,而[CO2]升高和转Bt水稻种植则提高了土壤线虫群落的富集指数。总之,在模拟全球气候变化下,种植转Bt水稻在短期内对土壤活性碳氮和线虫群落均产生影响,但短期研究并未发现转Bt水稻种植对土壤生态系统的不利影响。     

高山林线土壤微生物群落结构对模拟增温的响应

研究土壤微生物群落结构对模拟增温的响应,对预测全球气候变化背景下土壤碳氮磷循环具有重要意义.采用开顶式生长室(OTC)模拟增温,研究了土壤有机质层和矿质土壤层真菌(F)、细菌(B)、革兰氏阳性菌(G⁺)和革兰氏阴性菌(G^-)PLFAs微生物量,以及真菌/细菌(F/B)和革兰氏阴性菌/革兰氏阳性菌(G^-/G⁺)比值对模拟增温的响应.结果表明: OTC模拟增温使空气温度增加0.87 ℃,土壤有机质层温度增加0.5 ℃,矿质土壤层温度增加0.23 ℃.土壤有机质层微生物群落组成比矿质土壤层对模拟增温的响应更敏感.细菌比真菌对模拟增温的响应更加敏感,模拟增温显著影响了土壤有机质层的F/B和G^-/G⁺比值,对矿质土壤层的所有PLFAs含量或比值均没有显著影响.微生物的PLFAs含量及真菌/细菌和G^-/G⁺比值总体呈现非生长季低于生长季前期和生长季后期.冗余分析表明,土壤中的碳含量(可溶性有机碳DOC 12.1%、凋落物可溶性碳DC 9.5%和全碳TC 3%)是微生物群落结构的决定性因素,可溶性组分(DOC和DC)对微生物群落结构的影响大于全量养分(全碳和总氮).     

去除根系和凋落物对滨海沙地3种防护林土壤碳氮库的短期影响

以福建长乐滨海沙地上3种人工林(尾巨桉、纹荚相思、木麻黄)土壤为研究对象,设置去除凋落物、去除根系和对照3种处理,观测1年后分析改变地上、地下有机质输入对沙地土壤碳氮储量、可溶性有机碳(DOC)氮(DON)和微生物量碳(MBC)氮(MBN)的影响。结果表明:不同树种人工林间土壤碳氮储量无显著差异;不同树种人工林间土壤活性碳氮组分差异显著,木麻黄土壤DOC含量显著高于纹荚相思,纹荚相思土壤DON显著高于木麻黄和尾巨桉,尾巨桉土壤MBN显著高于木麻黄和纹荚相思。改变地上地下有机质输入对滨海沙地土壤碳氮库有显著影响且这种影响随树种而异。去除凋落物后纹荚相思、木麻黄土壤碳储量分别下降38.0%、25.1%,氮储量分别下降12.9%、12.5%;去除凋落物后尾巨桉、纹荚相思、木麻黄土壤DOC分别下降37.5%、30.6%、52.9%,MBC分别下降31.0%、56.9%、29.7%,MBN分别下降50.7%、34.9%、42.2%;去除根系后尾巨桉、纹荚相思土壤MBC分别下降57.7%、15.4%。回归分析显示,滨海沙地土壤DOC、MBC与土壤碳储量呈显著正相关,土壤DOC和MBC分别能够解释土壤碳储量变化的47.7%和57.7%。研究表明:树种通过调控地上、地下输入影响可溶性有机碳氮和微生物量碳氮,进而影响土壤碳氮库。     

小兴安岭6种森林类型土壤微生物量的季节变化特征

土壤微生物是森林生态系统的重要调节者和分解者,其微生物量是陆地生态系统碳氮循环的重要组成部分。采用氯仿熏蒸浸提法测定了小兴安岭6种森林类型不同季节的土壤微生物量碳(MBC)和氮(MBN),并分析了其与土壤环境因子的关系,探讨根系去除对土壤微生物量的影响。结果表明:MBC和MBN的季节变化因森林类型的差异而有所不同,但最高值多发生在8月中旬;MBC和MBN在根系去除后均有不同程度的减少;MBC和MBN分别与土壤有机碳、全氮及含水量呈显著正相关(P0.05);MBN与土壤温度呈极显著正相关(P0.01)。显然,研究区的土壤微生物量受土壤温度、湿度及土壤有效养分综合作用的影响。     

长白山天然次生林土壤微生物量对氮沉降的响应

土壤微生物作为土壤养分的生物驱动因素,氮沉降会改变其活性和生物量,从而打破土壤养分循环动态平衡。氮沉降对热带、亚热带森林以及温带原始林生态系统土壤微生物量影响的研究较多,但对温带天然次生林影响的研究鲜有报道。于2016年5月(春)、7月(夏)和9月(秋)分别对长白山模拟10年氮沉降的控制试验样地——白桦山杨次生林进行了野外调查。控制试验分为3个氮添加处理,对照(CK 0 kg N hm~(-2)a~(-1))、低氮(LN 25 kg N hm~(-2)a~(-1))和高氮(HN 50 kg N hm~(-2)a~(-1)),按照土壤层(0—10 cm和10—20 cm)分别测试了不同处理的土壤微生物量碳(MBC)和氮(MBN)、土壤全碳(TC)、全氮(TN)和全磷(TP)、p H、土壤可溶性有机碳(DOC)和氮(DON)等指标。结果表明:1)土壤p H在氮沉降的作用下显著降低;上层土壤TC、TN在氮沉降下变化较小,下层土壤TC、TN的含量显著增加;氮沉降下春、夏两季土壤TP含量上升,LN处理在秋季对TP有抑制作用;氮沉降对DOC、DON的影响不显著。2)上层土壤MBC春季到秋季呈现递减的趋势,下层土壤呈现先升后降的趋势,HN对MBC有抑制作用,LN对下层土壤MBC有促进作用;土壤MBN由春季到秋季呈现递减的趋势,且上、下层土壤MBN差异显著;氮处理对春、秋两季MBN有促进作用,夏季有抑制作用;氮沉降使春、秋两季MBC/MBN降低,夏季土壤MBC/MBN升高。3)氮处理、季节变化和土层深度对MBC、MBN存在显著影响,其交互影响也显著。总之,长期氮沉降在生长季对土壤微生物量的影响具有季节性差异,且受到土层深度的影响。未来研究在重视年际变化的同时,也要注重时空动态对氮沉降作用表现出的差异性。     

菌渣化肥配施对稻田土壤微生物量碳氮和可溶性碳氮的影响

菌渣作为一种养分丰富的有机物料还田,可减少化肥施用,同时保持土壤肥力;而土壤微生物量碳、氮和可溶性碳、氮是土壤活性碳氮库的重要组成部分,其含量和比例变化对土壤肥力均具有重要作用。因此,探讨不同比例菌渣化肥配施对土壤微生物量碳、氮及可溶性碳、氮的影响,评价菌渣在优化土壤肥力方面的生态作用具有重要意义。本研究在水稻田间定位试验条件下,设置3个化肥水平(C) 0%、50%、100%,菌渣相对用量(F) 0%、50%、100%,共9个处理,分析了各处理土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)和可溶性碳(DOC)、氮(DON)的变化特征,及其占土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)的比例与相关关系。结果表明:菌渣化肥配施后,微生物量碳和可溶性碳、氮均在C100F50最高,微生物量氮在C50F100最高,与不施肥处理相比,分别显著增加了49.40%、43.65%、83.52%、207.19%;MBC/SOC和DOC/SOC均随着菌渣化肥配施量的增加而减少,MBN/TN和DON/TN均在C100F50最高。相关分析表明,MBC、DOC与SOC,MBN与TN均呈极显著正相关,DON和TN呈显著正相关。总体来讲,菌渣化肥配施能够显著提高土壤微生物量碳、氮和可溶性碳、氮含量,但不是随着用量的增加一直呈增加趋势,高量菌渣或者化肥下会有降低趋势;菌渣化肥配施降低了土壤微生物量和可溶性碳氮比,因此适宜的菌渣化肥配施是提高土壤有机碳周转速度、微生物活性及其氮素供应能力和有效性的最佳选择。     

长白山原始阔叶红松林土壤有机质组分小尺度空间异质性

土壤有机质(SOM)对于维持生态系统生产力具有非常重要的意义,有机质的组成、空间分布和空间关联性是影响和控制诸多生态系统过程的重要因素。应用地统计学方法,对长白山原始阔叶红松林局部尺度内0—20 cm土壤有机质与活性有机质的空间异质性进行了研究,并通过交叉半方差分析探讨了二者之间的相关性。研究结果表明:(1)总体上来说,土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、颗粒态有机碳(POC)和颗粒态有机氮(PON)空间异质性较小;而土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)和表层(0—10 cm)溶解性有机碳(DOC)的空间异质性较大;(2)SOC、TN、MBC、DOC、POC和PON随着深度的增加空间自相关性增加;而溶解性有机氮(DON)的空间自相关性随深度的增加变化不大;(3)SOC与TN在表层和下层(10—20 cm)均存在空间上的正相关关系;(4)SOC、TN在表层和下层分别与MBC、MBN、DOC、DON和POC呈空间上的正相关性,但是与PON之间的空间相关关系较差;(5)不同土层深度的土壤活性有机质之间的相关关系存在差异。在表层,除POC,PON外,其余土壤活性有机质组分在空间上两两相关;但是随着土壤深度的增加,活性有机质变量之间在空间上两两相关。研究结果表明土壤有机质组分在长白山原始阔叶红松林小尺度内存在不同空间异质性和空间关联性,这为人们更好的理解森林生态系统功能(如土壤养分循环)提供了重要的理论依据。     

放牧强度对华北农牧交错带典型草地土壤化学计量特征的短期影响

放牧是天然草地的主要利用方式之一,不同放牧强度可能通过影响家畜的选择性采食、凋落物输入和微生物的组成及结构等影响草地土壤化学计量特征。本研究通过在华北农牧交错带典型草地一个连续3年(2017—2019年)的生长季放牧试验,测定了土壤全碳(TC)、全氮(TN)、可溶性有机碳(DOC)和可溶性氮(DN)含量,以及土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN),分析这些参数间的化学计量特征,研究放牧强度对该地区草地土壤计量化学特征的影响。结果表明: 连续3年不同强度的放牧(1、2、4 sheep·0.2 hm^-2)对土壤TC含量没有显著影响,2019年中度放牧显著降低了10～20 cm土层中TN含量,轻度、中度和重度放牧显著提高10～20 cm层土壤的C/N。连续3年不同强度的放牧对土壤DOC、DN含量以及DOC/DN均没有显著影响,而DOC和DN含量在2019年呈现出随放牧强度增加而减少的趋势,表明持续高强度的放牧可能会引起土壤可溶性养分减少。随着放牧年限的增长,轻度放牧显著增加了土壤MBC,重度放牧显著降低了土壤MBC,而土壤MBN及MBC/MBN在不同放牧强度下变化不显著。     

Effects of dissolved organic matter from different plant sources on soil enzyme activities in subtropical forests

探究不同植物来源可溶性有机质(DOM)进入土壤后对酶活性的影响, 可以为降水淋溶下亚热带地区不同森林生态系统土壤碳循环提供科学依据。该研究提取杉木(Cunninghamia lanceolata)、木荷(Schima superba)和楠木(Phoebe zherman) 3种植物鲜叶中的DOM分别输入杉木人工林土壤中, 以等量的去离子水添加为对照, 进行25天的室内培养。培养结束后测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性等指标。结果表明: 与对照处理(CT)相比, 添加3种叶片DOM后, 土壤总有机碳(SOC)、总氮(TN)含量和碳氮比均无显著变化。杉木叶片DOM添加处理(CL)的TN含量显著低于木荷叶片DOM添加处理(SL)和楠木叶片DOM添加处理(PL), 碳氮比显著高于SL和PL。3种叶片DOM输入整体上提高了土壤溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的含量。叶片DOM输入后土壤微生物生物量碳(MBC)含量无显著变化, 然而CL和SL的土壤微生物生物量氮(MBN)含量分别比CT降低了50.9%和51.1%, PL的MBN含量比CT提高了54.0%。与CT相比, 不同植物来源DOM输入后, β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO) 3种酶活性均显著上升, 而多酚氧化酶(PPO)活性则显著下降; 此外, βG和CBH活性均表现出CL > SL > PL的特征。相关性分析的结果表明, 添加叶片DOM 3种处理的SOC、TN、MBN含量和βG、CBH活性都与所输入DOM的DOC含量和腐殖化指数(HIX)显著相关, 此外, 土壤MBN含量和PPO活性与输入叶片DOM的pH呈正相关关系。冗余分析(RDA)结果表明, 叶片DOM输入后引起土壤酶活性变化的关键因子是DON和DOC含量。总体来说, 不同植物来源DOM性质的差异会影响土壤碳循环水解酶的活性, 而叶片DOM输入后增加了土壤碳和氮的有效性, 引起4种碳循环酶的不同响应。