基于湿度分布特征的小尺度土壤碳通量空间采样策略

由于土壤碳通量的空间异质性很强,传统的随机抽样方法无法对区域土壤碳通量进行准确估算,而多点采样需耗费大量的人力及设备成本,因此确定适当的采样点数量及分布策略对于区域土壤碳通量的测算非常重要。提出一种基于湿度空间分布特征的小尺度土壤碳通量空间采样策略:首先利用无线传感网密集测量区域的土壤湿度,根据湿度数据的空间分布特征划分监测区域,通过Hammond Mc Cullagh方程计算各子区域内的最优采样点数量,最终确定整个监测区域的空间采样点部署策略。提出的方法考虑了各子区域间土壤碳通量空间分布的差异,使得采样点的部署位置与土壤碳通量的分布具有较好的相关性。研究结果证明:土壤碳通量部署策略能够获得比均匀部署策略、随机部署策略更高的区域土壤碳通量估算准确度。     

刈割对草原化荒漠区驼绒藜(Krascheninnikovia ceratoides)根际土壤特性的影响

在休眠期对草原化荒漠中自然生长的驼绒藜(Krascheninnikovia ceratoides)进行不同频度的刈割处理(连年刈割、隔年刈割、对照),通过测定根际土壤理化性质、土壤微生物数量及土壤酶活性等指标,分析和讨论了不同频度的刈割处理对驼绒藜根际土壤特性的影响。结果表明:(1)连年刈割和隔年刈割都显著提高了根际土壤含水量,隔年刈割使根际土壤全碳含量显著上升、有机质含量显著下降,但刈割对根际土壤pH值和全氮含量的影响不明显;(2)刈割对根际土壤微生物总量的影响不明显,但显著影响细菌、真菌和放线菌的组成,连年刈割使真菌数量显著增加,隔年刈割使放线菌数量显著增加,驼绒藜根际土壤中放线菌所占比例最大,其数量表征了土壤的贫瘠程度;(3)刈割对根际土壤过氧化氢酶和中性磷酸酶活性有显著影响,两种刈割处理会显著提高土壤过氧化氢酶活性、降低土壤中性磷酸酶活性,而对土壤多酚氧化酶、脲酶、转化酶和碱性磷酸酶活性的影响不显著。总之,隔年刈割对植物根际土壤养分供给及土壤分解者的活性更加有利,而且土壤理化因子对土壤微生物数量和土壤酶活性的影响不显著。刈割对驼绒藜根际土壤特性影响的规律性不强,可能是由于半灌木刈割利用的时间较短,根际土壤各个测量指标之间尚未形成显著的相关性。     

晋西北不同年限小叶锦鸡儿灌丛土壤氮矿化和硝化作用

利用PVC管顶盖埋管法研究了晋西北黄土高原区小叶锦鸡儿人工灌丛不同定植年限(5,10,20,30,40a)土壤氮矿化与硝化速率的动态和净矿化与硝化总量。结果表明,⑴小叶锦鸡儿灌丛土壤无机氮主要以NO_-~3-N形式存在,不同生长年限相同月份的土壤硝态氮(NO-3-N)含量分别是铵态氮(NH+4-N)含量的1.5—15.4倍;⑵土壤氮素硝化速率和矿化速率随生长年限延长而加快,30年生时达到高峰,数值达40.2,44.1 mg m~(-2)d~(-1)。从季节性变化看,7—8月份是硝化速率和矿化速率快速增长期,30年生小叶锦鸡儿灌丛土壤硝化速率和矿化速率分别达到86.9,93.1 mg m~(-2)d~(-1),显著高于其它生长年限(P0.05);(3)土壤氮素硝化与矿化总量同样随小叶锦鸡儿生长年限延长而增加,30年生时达到最高,与5年生相比,分别增加了3.7和3.1倍。(4)5—10月份小叶锦鸡儿生长期内,各年限土壤全氮量的2.3%被矿化成无机氮,其中87%最终被转化成NO-3-N形式存在于土体中。     

星星草(Puccinellia tenuiflora)人工草地氮素积累对松嫩盐碱草地植被演替的影响

通过对星星草(Puccinellia tenuiflora)生长不同年数盐碱土壤氮素营养状况的比较,研究氮素积累作用的机理,并探讨其在植被演替中的可能作用.结果表明:在一维生态位空间(土壤氮含量)星星草和羊草(Leymus chinense)之间具有较小的生态位分离值和较大的生态位重叠值,表明羊草对土壤高含氮量具有较强的竞争能力.这些也许是羊草以及其他植物在星星草生长一定年数后能够侵入碱斑土壤的机制.星星草作为盐碱土壤改良和植被恢复的先锋植物,它的生长增强了盐碱草地土壤氮素的矿质化作用和生物固氮强度,并减弱了氮素随地表径流的损失.最终促进了盐碱草地的氮素沉积,达到了适合于其它物种(如羊草)生长的水平,从而使碱斑植被得以恢复.     

玉米农田土壤呼吸作用的空间异质性及其根系呼吸作用的贡献

基于4月底到9月底东北地区玉米农田土壤呼吸作用全生长季的观测,阐明了土壤呼吸作用的空间异质性特征,综合分析了水热因子、土壤性质、根系生物量及其测定位置对土壤呼吸作用空间异质性的影响,并对生长季中根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例进行了估算。结果表明,在植株尺度上,土壤呼吸作用存在着明显的空间异质性,较高的土壤呼吸速率通常出现在靠近玉米植株的地方。根系生物量的分布格局是影响土壤呼吸作用空间异质性的关键因素。在空间尺度上,土壤呼吸作用与根系生物量呈显著的线性关系,而土壤湿度、土壤有机质、全氮和碳氮比对土壤呼吸作用空间异质性的影响并不显著。通过建立土壤呼吸作用与玉米根系生物量的回归方程,对根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例进行了间接估算。玉米生长季中,根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例在43．1％～63．6％之间波动,均值为54．5％。     

祁连山典型流域谷地植被斑块演变与土壤性状

植物群落演变与土壤性状变化之间的相互作用和过程研究对于认识生态系统结构和功能演变有着重要的意义.对祁连山谷地灌丛草甸退化演变过程中植物群落物种组成、土壤物理和化学性状特征、及土壤与植被的相互作用进行了研究,结果表明,在祁连山谷地阴坡林线以下较小的空间范围,植被斑块由金露梅群落向金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块演变,植被盖度降低,但物种多样性增加.不同植被斑块之间土壤水分有显著的梯度变化,土壤水分的变化导致植被的退化演替.植被斑块的演变导致土壤性状的明显分异,从金露梅灌丛斑块向金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块演变,土壤容重显著增加,土壤团聚体组成由大粒级的大团聚体(》1mm)破碎为小粒级的大团聚体(1-0.25mm)和微团聚体(《0.25mm),团聚体稳定性降低,表明土壤结构的退化;土壤有机碳含量下降了31.2%和55.9%,干筛各粒级土壤团聚体中有机碳含量金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块显著低于金露梅斑块,土壤团聚体平均重量粒径与有机碳含量存在显著相关,植被退化演变中土壤有机碳的损失部分地由于团聚体的破碎引起;土壤全氮和有效氮不同斑块之间也有显著的差异,植被斑块退化演变使氮的有效性降低;但磷、钾养分对植被变化的响应不敏感.植被的退化演变使土壤团聚体破碎、土壤结构退化,有机碳和全氮含量下降,使其抗侵蚀能力和水源涵养功能显著降低,又进一步加速植被的退化演替.在气候变暖的趋势下,马蔺斑块将进一步向林线逼近,灌丛草甸植被将会进一步退化和萎缩.     

螺旋藻过氧化氢酶的比较研究*

采用碘量法对毛乌素沙地碱湖的钝顶螺旋藻S1 与国外引进的钝顶螺旋藻S2 和极大螺旋藻S3 的过氧化氢酶 (CAT)进行了比较研究。结果表明 :S1 、S2 和S3CAT活性在 2 5℃、pH 7 0时分别为 41 0 7U/g·FW、 550 4U/g·FW和 370 3U/g·FW ;Km值分别为 5 0× 1 0 ^{- 2}mol/L、 5 4× 1 0 ^{- 2} mol/L和 3 8× 1 0 ^{- 2} mol/L ;最适温度分别为 2 5℃     

黄土高原不同土壤微生物量碳、氮与氮素矿化势的差异

以采自于黄土高原差异较大的25个农田石灰性耕层土壤为供试土样,对黄土高原主要类型土壤中微生物量碳(Bc)、微生物量氮(BN)和氮素矿化势(NO)的差异性进行了比较研究.结果表明,Bc、BN和NO在不同类型土壤间存在显著差异,由关中平原至陕北风沙区,BC、Bn和NO总体呈现下降趋势,其中以土垫旱耕人为土最高,简育干润均腐土最低,黄土正常新成土和干润砂质新成土居中:土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土等各土类平均BC分别为305.2μg·g-1,108.4μg·g-1,161.7μg·g-1和125.4μg·g-1,BN分别为43.8μg·g-1,20.3μg·g-1,26.0μg·g-1和30.6μg·g-1,NO分别为223μ·g-1,75μg·g-1,163μg·g-1和193μg·g-1.土壤氮素矿化速率(k)则以简育干润均腐土最大,干润砂质新成土最低,土垫旱耕人为土和黄土正常新成土居中:土垫旱耕人为土、简育干润均腐土、黄土正常新成土和干润砂质新成土的k分别为0.039w-1,0.044w-1,0.031w-1和0.019w-1.不同类型土壤BC、BN与NO的差异,主要与土壤形成过程、输入土壤的植物同化产物和土壤有机质的差异等有关,从较大尺度进一步证明了在黄土高原,土壤有机质是影响BC、BN的主要因子.研究结果对分析黄土高原土壤生产力形成过程具有一定参考价值.     

土壤矿物与微生物相互作用的机理及其环境效应

土壤矿物与微生物相互作用是地球表层系统中重要的生态过程.微生物或生物分子与矿物间的吸附(粘附)是两者相互作用的基础.吸附(粘附)是一个由分子间力、静电力、疏水作用力、氢键和空间位阻效应等多种作用力或作用因素共同决定、影响的物理化学过程.因此,微生物和矿物的表面性质如表面电荷、疏水性和它们所处的环境条件如pH、电解质浓度、温度等,都影响着矿物-微生物吸附(粘附)过程.微生物细胞或酶可吸附于矿物表面,其结果是细胞代谢或酶活性会发生明显变化,并进一步影响土壤中诸多相关的生态、环境过程.结合4种典型的初始吸附理论:表面自由能热力学理论、DLVO理论、吸附等温线理论和表面复合物理论及本课题组近年来的研究成果,对土壤矿物与微生物相互作用的类型、机理、作用力和现代研究技术等方面的最新研究进展进行了较为全面的论述,对土壤矿物-微生物相互作用的环境效应进行了讨论,并就该领域今后研究工作的特点及应关注的问题进行了展望.     

田野菟丝子(Cuscuta campestris)寄生对薇甘菊(Mikania micrantha)入侵群落土壤微生物 生物量和酶活性的影响

比较分析了广东省内伶仃岛薇甘菊未入侵群落、薇甘菊入侵群落、田野菟丝子刚寄生的薇甘菊入侵群落和田野菟丝子寄生3a的薇甘菊入侵群落的土壤化学特性、微生物生物量碳氮磷及土壤酶活性的变化,旨在探讨薇甘菊入侵如何改变土壤特性及田野菟丝子的寄生如何改变薇甘菊入侵地土壤特性.薇甘菊入侵群落土壤的pH值(6.046)、有机碳(35.937 g·kg-1) 、全氮(2.449 g·kg-1)、有机氮(2.383 g·kg-1)和氨态氮(0.051 g·kg-1)含量要显著地高于薇甘菊未入侵群落土壤(5.593,29.512 g·kg-1, 0.800 g·kg-1, 0.722 g·kg-1, 0.043 g·kg-1),而土壤硝态氮含量(0.015 g·kg-1)要显著地低于薇甘菊未入侵群落土壤(0.033 g·kg-1),土壤全磷和有效磷没有明显的差异;薇甘菊入侵群落土壤的微生物生物量碳、氮、磷、土壤酸性磷酸酶、脲酶和β-D-葡萄糖苷酶活性要显著地高于薇甘菊未入侵群落土壤.田野菟丝子寄生可以使薇甘菊入侵地的土壤pH值(5.634)、有机碳(27.225 g·kg-1) 、全氮(1.836 g·kg-1)、有机氮(1.793 g·kg-1)和氨态氮(0.024 g·kg-1)含量显著性下降,对于全磷、有效磷和硝态氮则无明显影响;同时田野菟丝子寄生可以使土壤微生物生物量碳、氮、磷、土壤酸性磷酸酶、脲酶及β-D-葡萄糖苷酶活性显著下降,但改变后的土壤与未入侵地之间仍具有一定的差异.田野菟丝子寄生达3a的薇甘菊入侵地的土壤总有机碳(35.719 g·kg-1)、全氮(2.356 g·kg-1)、有机氮(2.304 g·kg-1)和氨态氮(0.040 g·kg-1)含量相对于寄生早期显著增加,有机碳、全氮、有机氮等含量恢复到薇甘菊入侵地的水平,与未入侵地之间存在显著性差异;田野菟丝子寄生时间对土壤微生物生物量氮磷及土壤酸性磷酸酶和β-D-葡萄糖苷酶活性无显著性影响,但微生物生物量碳及脲酶活性显著升高,甚至超出薇甘菊入侵地.薇甘菊入侵可以改变土壤微生物生物量和酶活性,最终改变土壤化学特性,有利于其入侵;而田野菟丝子寄生可以打破土壤微生物生态系统的动态平衡,引起土壤微生物生物量和酶活性的改变,而最终又引起土壤化学特性的改变.此研究结果对于评价薇甘菊入侵的后果、田野菟丝子防治的可能机制及带来的后果具有重要的意义.