合理施用沼渣对土壤钾素有效性影响

通过室内干湿交替培养研究了沼渣对沈阳地区耕地棕壤和草甸土中速效钾含量及其对外源钾固定的影响,结果发现(1)加入沼渣可以明显促进供试土壤中钾素的释放,棕壤和草甸土对照中速效钾含量分别在高于99.24和83.23mg·kg^-1时,干燥导致速效钾含量降低,含6%沼渣的棕壤和草甸土速效钾含量低于130.53和139.29mg·kg^-1时,干燥就会引起层间钾的释放;(2)加入沼渣可以减少土壤对外源钾的固定量,含2%和6%沼渣的棕壤在干湿交替培养15天后,固钾量分别比对照减少了12.51和54.81mg·kg^-1,相应的草甸土分别比对照减少固钾量达62.57和137.66mg·kg^-1,固钾率分别降低了12.93%和28.46%。     

硅酸盐细菌解钾活性的研究

由辽宁南部菜田土中分离出GK,BK2林硅酸盐细菌,在纯培养条件下,用钾长石为底物解钾量可达397％、32．3％;施入土壤中,无作物的情况下,在草甸棕壤上中速效钾可提高110．6％,山地棕壤上中速效钾可提高335．1％;在栽种西红柿条件下,植物总钾与土壤中速钾量高于对照,同时土壤中途钾量比对照降低,并有刺激植物生长和吸收钾的作用。     

干湿交替条件下土壤氨基糖含量的动态变化

通过室内模拟培养试验,研究了恒湿和干湿交替条件下土壤中3种微生物来源氨基糖含量的动态变化,并且利用氨基葡萄糖和胞壁酸的比值分析了干湿交替条件下土壤真菌和细菌对土壤有机质转化的相对贡献.结果表明:恒湿条件下,细菌来源的胞壁酸在土壤中的分解速率大于真菌来源的氨基葡萄糖,氨基半乳糖在土壤中的分解速率较慢;干湿交替改变了土壤中3种氨基糖的分解特征,与恒湿处理相比,干湿交替培养前期以胞壁酸为代表的细菌残余物的分解速率高于以氨基葡萄糖为代表的真菌残余物,随着干湿交替频率的增大,以氨基葡萄糖为代表的真菌残余物分解速率高于以胞壁酸为代表的细菌残余物.可见,干湿交替条件改变了以氨基糖为代表的土壤氮素的微生物转化过程.     

不同干湿交替频率对土壤速效养分、水溶性有机碳的影响

为了探究不同干湿交替频率对速效养分、DOC的影响机理,选择北京褐土(表层0—10cm土壤)为研究对象,采用室内模拟控制实验法,控制其他变量,设计一系列不同频率的干湿交替实验,在58d内设置了10d土壤培育期和48d试验期,其中48d试验期设置0、1、2、3、4次干湿交替,试验结束(第58天)进行速效养分、水溶性有机碳(DOC,Dissolved organic carbon)等主要土壤速效养分指标测定。采用单因素方差分析与LSD多重比较法进行数据分析,研究结果显示:恒湿组的速效钾、硝态氮含量比干湿交替组高;低频率的干湿交替使得土壤速效钾含量减少,高频率可能在后期出现释钾现象,速效钾含量随着干湿交替频率增加可能会有所增加,趋近恒湿组速效钾水平,4次干湿交替频率是出现速效钾回升的临界次数;硝态氮含量随着频率增加也有增加趋势,低频率的1次干湿交替(DW1,1 drying-rewetting cycle)硝态氮含量最低,高频率的4次干湿交替(DW4,4 dryingrewetting cycles)最高,干湿交替频率增加更频繁的打破平衡,促进矿化,干湿交替组也趋近恒湿组的硝态氮水平。经过干湿交替,土壤中速效钾、铵态氮、DOC的含量下降,硝态氮含量增加,速效磷、pH的变化不明显。在固定时间内(48d),随着干湿交替的频率增加(从1次到2、3、4次),周期变短(从48d到24、16、12d),干燥与湿润的持续时间变短(从24d到12、8、6d),干湿交替组的速效钾、硝态氮含量分别趋于恒湿组的速效钾、硝态氮水平。     

脲酶／硝化抑制剂对土壤有效态氮、微生物量氮和小麦氮吸收的影响

研究了脲酶抑制剂(NBPT)、硝化抑制剂(DCD)及二者组合在草甸棕壤上施用对尿素态N转化及土壤总有效态N、微生物量N的影响．结果表明,尿素配施NBPT、DCD及抑制剂组合能够增加尿素水解后土壤NH4^+含量2％-53％。显著降低了氧化态N的浓度,抑制了土壤中铵态N的氧化,增加土壤总有效N34％-44％,小麦吸N量增加0．26％-6．79％。其中以脲酶抑制剂与硝化抑制剂组合的效果最明显．抑制剂施用增加了微生物在小麦生长初期对有效态N固持,有利于后期土壤有效态N的矿化．     

干湿交替对科尔沁沙地人工林叶凋落物分解和养分释放的影响

在干旱/半干旱地区,土壤干湿交替现象非常明显.在全球气候变化背景下,预测未来科尔沁沙地的土壤干湿交替变化强度将进一步加剧.本研究采用室内原位土柱培养方法,模拟干湿交替对科尔沁沙地小叶杨和樟子松叶凋落物分解速率及养分释放的影响.试验设置3个处理:恒湿处理(CM)、轻度干湿交替处理(DW₁,10 d干燥+20 d湿润)和重度干湿交替处理(DW₂,20 d干燥+10 d湿润).整个培养试验共处理180 d,其中进行4次干湿交替循环处理,并在干湿交替处理结束后,将各处理置于相同土壤水分条件(60%田间持水量)延时培养60 d.结果表明: 小叶杨和樟子松叶凋落物分解及养分释放对干湿交替的响应一致.在干湿交替期间,DW₂处理显著抑制叶凋落物分解及叶凋落物C、木质素和总酚释放;与CM相比,DW₂处理叶凋落物质量、C、木质素和总酚残留率分别增加17.4%、23.8%、35.2%和32.7%,而干湿交替对叶凋落物N和P养分释放无显著影响.干湿交替处理结束和延时培养结束时,不同干湿处理叶凋落物分解及养分残留率的变化具有一致性.而延时培养期间DW₂处理凋落物分解速率、叶凋落物C和木质素释放加快,表明干湿交替对叶凋落物分解及养分释放具有短期延时效应.     

固沙植被区土壤呼吸对反复干湿交替的响应

由降水的不连续性引起的土壤干湿交替是荒漠生态系统土壤呼吸的重要影响因子。在恒温培养条件下,研究了固沙植被区土壤呼吸对不同降雨量(5、10、20 mm)条件下以10 d为降水周期的多重干湿交替过程的响应,结果表明:3个降雨量条件下的多重干湿交替过程中,土壤呼吸速率均在降雨后迅速增大,并在降雨0.5 h后达到最大值,尔后,随着土壤含水量的下降而逐渐减小并恢复到降雨前水平。随着干湿交替过程的依次进行,最大和平均土壤呼吸速率及累积碳释放量均呈现出逐渐减小的趋势。3个干湿循环周期平均呼吸速率和土壤碳释放量均随着降雨量的增加逐渐增大,土壤呼吸速率峰值表现为第1个干湿循环周期土壤呼吸速率峰值随着降雨量的增加而增大,而第2、3个周期各降雨处理下的土壤呼吸速率峰值显示出随着降雨前期土壤含水量的增加而减小的趋势。说明干湿交替过程对土壤呼吸具有显著的激发作用,且干湿交替程度(即降雨前后土壤含水量的变化)以及土壤前期所经历的干湿交替过程是影响荒漠生态系统土壤呼吸对干湿交替响应的重要因素。     

固沙植被区两类结皮斑块土壤呼吸对不同频率干湿交替的响应

由降水的不连续性引起的土壤干湿交替是荒漠生态系统土壤呼吸的重要影响因素。本文研究了腾格里沙漠东南缘天然固沙植被区以藓类和藻类为优势的2类结皮斑块土壤呼吸对相同总降雨量(20 mm)不同降雨频率(10和20 d)条件下的多重干湿交替的响应。结果表明:2类结皮斑块土壤呼吸速率均在降雨后迅速升高,并在0.5~2 h达到峰值,然后逐渐下降并恢复到降雨前水平;随着干湿交替过程的依次进行,土壤呼吸速率峰值、平均值以及累积碳释放量均呈现逐渐减小的趋势,但随着干旱期的延长,这种减小的程度降低;两类结皮斑块土壤10 d循环条件下的累积碳释放量均低于20 d循环;相同条件下的藓类结皮斑块土壤碳释放量均高于藻类结皮斑块土壤。说明地表覆盖和干湿交替频率均是影响荒漠生态系统土壤呼吸对干湿交替响应的重要因素。     

干湿交替对半干旱区沙地樟子松人工林土壤C和N矿化速率影响

在干旱/半干旱地区,土壤干湿交替是非常普遍的自然现象。近年来,随着极端降水和极端干旱气候事件增加,干湿交替对土壤C和N循环过程影响受到广泛重视。本研究以我国北方半干旱地区科尔沁沙地樟子松人工林为对象,模拟土壤干湿交替对土壤C和N矿化速率影响及其延时效应。结果表明,土壤呼吸CO2释放速率随土壤干旱化增加不断降低,干旱土壤重新湿润后,土壤呼吸速率能够迅速恢复到初始水平。与恒湿处理相比,干湿交替变化能够降低土壤呼吸CO2释放累积量和土壤硝态氮含量;而干湿交替处理土壤呼吸CO2释放累积量、土壤硝态氮含量和净硝化速率均显著高于恒干处理。在干湿交替结束后延时期间,土壤呼吸CO2释放速率、累积释放量对干湿交替变化表现出延时性,而土壤净硝化速率在不同处理间差异不显著。研究表明,土壤水分是影响半干旱地区沙地樟子松人工林土壤C和N循环的重要环境因子,且土壤C和N矿化速率对土壤干湿交替变化的延时响应存在差异。     

干湿交替频率对不同土壤CO2和N2O释放的影响

干旱、半干旱和地中海气候区,乃至一些湿润地区,由干湿交替引起的土壤碳、氮的短暂脉冲式释放很大程度上决定着长时间尺度温室气体释放的总量,是土壤碳、氮温室气体释放的关键过程.选择我国降雨梯度下的森林、农田、草地和荒漠生态系统,采集土样进行实验室统一控制条件下的多重干湿交替循环,对比探讨不同生态系统土壤干湿交替频率对CO2和N2O释放的影响模式.结果表明:(1)干湿交替能够显著的激发土壤中CO2和N2O的释放,森林、农田、草地和荒漠土壤CO2和N2O释放速率对干湿交替的响应模式基本一致,其响应强度与土壤本底中碳和氮的含量有关;(2)在一定培养时间内,随着干湿交替频率的增加,土壤再湿润阶段CO2释放速率降低,但是,气体释放的总量较之于恒湿对照组有所增加.(3)不同土壤N2O的释放总量对于湿交替频率的响应模式表现出很大的差异,其中农田和荒漠土壤响应模式类似.     

耕作方式对潮土土壤团聚体微生物群落结构的影响

为探究不同耕作方式对潮土土壤团聚体微生物群落结构和多样性的影响,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法测定了土壤团聚体中微生物群落。试验设置4个耕作处理,分别为旋耕+秸秆还田(RT)、深耕+秸秆还田(DP)、深松+秸秆还田(SS)和免耕+秸秆还田(NT)。结果表明:与RT相比,DP处理显著提高了原状土壤和>5 mm粒级土壤团聚体中真菌PLFAs量和真菌/细菌,为真菌的繁殖提供了有利条件,有助于土壤有机质的贮存,提高了土壤生态系统的缓冲能力;提高了5～2 mm粒级土壤团聚体中细菌PLFAs量,降低了土壤革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌,改善了土壤营养状况;提高了<0.25 mm粒级土壤团聚体中微生物丰富度指数。总的来说,深耕+秸秆还田(DP)对土壤团聚体细菌和真菌生物量有一定的提高作用,并且在一定程度上改善了土壤团聚体微生物群落结构,有利于增加土壤固碳能力和保持土壤微生物多样性。冗余分析结果表明,土壤团聚体总PLFAs量、细菌、革兰氏阴性菌和放线菌PLFAs量与土壤有机碳相关性较强,革兰氏阳性菌PLFAs量与总氮相关性较强。各处理较大粒级土壤团聚体微生物群落主要受碳氮比、含水量、pH值和团聚体质量分数的影响,较小粒级土壤团聚体微生物群落则主要受土壤有机碳和总氮的影响。     

生物质炭对水稻土团聚体微生物多样性的影响

生物质炭施用对土壤微生物群落结构的影响已有报道,但土壤团聚体粒组中微生物群落对生物质炭施用的响应的研究还相对不足。以施用玉米秸秆生物质炭两年后的水稻土为对象,采用团聚体湿筛法,通过高通量测序对土壤团聚体的微生物群落结构与多样性进行分析,结果表明:(1)与对照相比,生物质炭施用显著促进了大团聚体(2000—250μm)的形成,并提高了团聚体的稳定性。(2)不同粒径团聚体间微生物相对丰度存在显著差异。在未施生物质炭的处理(C0)中,随着团聚体粒径增大,变形菌门、子囊菌门、β-变形杆菌目、格孢腔菌目的相对丰度逐渐降低,而酸杆菌门、担子菌门、粘球菌目、类球囊霉目的相对丰度逐渐升高。(3)生物质炭施用显著改变了团聚体间的微生物群落结构。与C0处理相比,生物质炭施用处理的大团聚体中变形菌门、鞭毛菌门和β-变形杆菌目的相对丰度分别显著提高了14.37%、33.28%和33.82%;微团聚体(250—53μm)中酸杆菌门、子囊菌门和粘球菌目的相对丰度分别显著降低了20.15%、19.93%和17.66%;粉、黏粒组分(53μm)中担子菌门的相对丰度升高90.25%,而子囊菌门和鞭毛菌门的相对丰度分别降低12.15%和12.58%。由此可见,生物质炭不仅改变土壤团聚体组成和分布,同时伴随着土壤微生物群落结构的改变。     

生物炭添加对土壤呼吸和有机碳含量的影响

以菜地和果园土壤为研究对象,通过室内培养实验,向土壤中分别添加不同材料制备的生物炭(马尼拉草、阔叶和竹叶),热解温度为350℃,研究不同材料制备生物炭添加对土壤呼吸和有机碳含量的影响.结果表明：不同生物炭施入土壤后,土壤 CO 2释放速率总的趋势是前期分解速率快,后期缓慢.在整个培养过程中(28 d),随着培养时间的延长,土壤 CO 2释放速率下降趋势逐渐降低.在不同土壤培养条件下,均是添加阔叶生物炭后土壤 CO 2-C 累计释放增多,果园和菜地土壤 CO 2-C 累计分别达到482．57和424．72 mg·kg-1.添加不同的生物炭均能提高土壤有机碳含量,但只有添加阔叶生物炭之后,差异才会达到显著(P ＜0．05).研究结果为正确利用生物炭和评价其在土壤碳库作用提供科学依据.     

基于土壤三相的广义土壤结构的定量化表达

以基于土壤固、液、气三相为研究对象的广义土壤结构为切入点,借鉴微观经济学中柯布-道格拉斯生产函数边际递减效益的思想,通过构建旱作土壤条件下土壤三相"投入"与土壤结构"产出"的土壤结构生产函数,定义了广义土壤结构指数(GSSI),GSSI=[(XS-A)XL XG]k.同时根据二维三系图中土壤结构相对理想三相点变化的趋势,计算了土壤三相结构距离(STPSD).结合典型黑土区马铃薯耕地土壤深松整地前后土壤结构的变化与广义土壤结构指数和土壤三相结构距离的计算结果,验证了广义土壤结构指数可以有效反映土壤结构特征及其动态变化.在此基础上,采用281个旱作土壤样本数据对广义土壤结构指数与土壤三相结构距离之间的关系进行了拟合,二者之间存在极显著的线性关系(R2 = 0.86* *).可以认为,广义土壤结构指数与土壤三相结构距离均能作为定量描述土壤结构变化的综合指标,不仅为深入研究广义土壤结构提供了一种新方法,而且为定量研究土壤结构、功能与质量奠定了基础.     

Effects of plant hedgerows on soil erosion and soil fertility on sloping farmland in the purple soil area

Effect of using plant hedgerows on controlling soil and water losses has received wide recognition and this technology has been applied in many areas in the world. Yet, studies on the effect of using plant hedgerows on soil fertility on sloping lands are rare. Carrying out an eight-year fixed field experiment, the authors investigated the effect of two different hedgerows against the control treatment on soil fertility. Results showed that clay particles tended to accumulate in front of the plant hedgerows and began to erode downward below the hedgerows along the contour lines across the field. Distribution of soil organic matter and all plant nutrients except potassium (K) showed the same pattern as the clay particles. Potassium, however, was evenly distributed in the field without any noticeable influence from the hedgerows. Since the fixed experiment started, soil phosphorus (P) kept accumulating, while soil organic matter and K were in depletion. The results accordingly suggested better nutrient management practices on the sloping lands by using properly reduced rates of P and increased rates of farm manure and K. Taking the sloping field as a whole, special attention in nutrient management should be given to the soil strips —the portions below the plant hedgerows suffering from more serious soil erosion.     

Effects of plant hedgerows on soil erosion and soil fertility on sloping farmland in the purple soil area

Effect of using plant hedgerows on controlling soil and water losses has received wide recognition and this technology has been applied in many areas in the world. Yet, studies on the effect of using plant hedgerows on soil fertility on sloping lands are rare. Carrying out an eight-year fixed field experiment, the authors investigated the effect of two different hedgerows against the control treatment on soil fertility. Results showed that clay particles tended to accumulate in front of the plant hedgerows and began to erode downward below the hedgerows along the contour lines across the field. Distribution of soil organic matter and all plant nutrients except potassium (K) showed the same pattern as the clay particles. Potassium, however, was evenly distributed in the field without any noticeable influence from the hedgerows. Since the fixed experiment started, soil phosphorus (P) kept accumulating, while soil organic matter and K were in depletion. The results accordingly suggested better nutrient management practices on the sloping lands by using properly reduced rates of P and increased rates of farm manure and K. Taking the sloping field as a whole, special attention in nutrient management should be given to the soil strips —the portions below the plant hedgerows suffering from more serious soil erosion.     

植物篱对紫色土区坡耕地水土流失及土壤肥力的影响

植物篱的水土保持效果已得到广泛的认可，并在世界很多地方推广应用，然而，到目前为止，植物篱对坡耕地土壤肥力的影响规律研究却很少。利用长期定位小区试验，研究了植物篱对坡耕地土壤肥力的影响规律，旨在弄清植物篱提高土壤肥力的作用与效果，不断完善植物篱技术。研究发现，坡耕地在建立植物篱后，土壤粘粒在篱前富积，篱下加剧侵蚀，粘粒的富积与侵蚀沿等高线成水平带状分布;土壤有机质、N、P等主要营养元素出现与土壤颗粒相同的分布规律;对K来说，其分布不受植物篱的影响，表现出较为均一分布的特点。从土壤养分的绝对数量来看，P呈高度富积，而有机质和K则是高度耗竭。因此，坡耕地施肥时可以适当减少P的施用量，增加有机物和K的施用量。针对植物篱带对坡耕地肥力影响的特点，即篱前肥力升高，篱下肥力下降，在坡耕地管理上应特别加强篱下土壤带的培肥，以提高坡面整体生产能力。     

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。     

生物土壤结皮对荒漠土壤线虫群落的影响

在干旱的沙漠生态系统中,生物土壤结皮对于沙丘的固定和土壤生物的维持起着相当重要的作用.土壤线虫能敏感的指示土壤的恢复程度,是衡量沙区生态恢复与健康的重要生物学属性,而目前关于生物土壤结皮与土壤线虫的关系研究很少.为探明生物土壤结皮对土壤线虫的影响,以腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区藻结皮和藓类结皮覆盖的沙丘土壤为研究对象,根据固沙年限的不同将样地分为4个不同的区进行采样(1956、1964、1981和1991年固沙区),以流沙区作为对照;同时,在不同季度(4、7、9和12月)分别采集腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区藻结皮和藓类结皮覆盖下不同土层(0-10、10-20和20-30 cm)的沙丘土壤,以沙坡头地区的红卫天然植被区为对照,分析生物土壤结皮下土壤线虫的时空变化.采用改良的Baermann漏斗法进行分离线虫,用光学显微镜鉴定并统计.研究表明:1956、1964、1981和1991年人工植被固沙区的藻结皮和藓类结皮均可显著提高其下土壤线虫多度、属的丰富度、Shannon-Weaver多样性指数、富集指数和结构指数(P＜0.05),这可能是因为生物土壤结皮的存在为土壤线虫提供了重要的食物来源和适宜的生存环境;固沙年限与结皮下土壤线虫多度、属的丰富度、Shannon-Weaver多样性指数、富集指数和结构指数存在显著的正相关关系(P＜0.05),这说明固沙年限越久,越有利于土壤线虫的生存和繁衍;结皮类型显著影响土壤线虫群落,相对于藻结皮而言,藓类结皮下土壤线虫多度与属的丰富度更高(P＜0.05),这说明演替后期的藓类结皮比演替早期的藻结皮更有利于土壤线虫的生存和繁衍.此外,藻结皮和藓类结皮均可显著增加其下0-10、10-20和20-30 cm土层线虫多度和属的丰富度(P＜0.05),但随着土壤深度的增加,这种影响逐渐减弱,表明生物土壤结皮更有利于表层土壤线虫的生存;而且,随着季节的变化,藻结皮和藓类结皮下土壤线虫多度基本表现为秋季＞夏季＞春季＞冬季,这些反映了生物土壤结皮的生物量、盖度和种类组成随着季节变化而变化.因此,腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区生物土壤结皮的存在与演替有利于土壤线虫的生存和繁衍,增加了线虫数量、种类和多样性,这指示了生物土壤结皮有利于该区土壤及其相应生态系统的恢复.     

坡耕地紫色土养分空间变异对土壤侵蚀的响应

坡耕地土壤侵蚀导致土壤质量降低,并因此造成对作物产量的不利影响。利用土壤侵蚀测定的^137Cs示踪技术,结合土壤理化分析,研究了川中丘陵区紫色土坡耕地土壤侵蚀所引起的土壤再分配对养分空间变异性的影响。结果表明,川中丘陵区坡耕地土壤侵蚀是水蚀和耕作侵蚀共同作用的结果,强烈的耕作导致坡上部发生最为严重的土壤侵蚀。土壤侵蚀对土壤特性的空间变异性产生深刻影响,坡上部土壤有机质和养分贫瘠,而在坡下部相对富集;土壤有机质、全N、碱解N、有效P、K以及土壤粘粒含量在不同坡位之间出现显著差异。反映净余土壤再分配速率的^137Cs面积浓度与这些土壤理化特性均有密切的相关性。因此,^137Cs面积浓度可以作为表征侵蚀坡地土壤综合质量的指标。