转基因高蛋氨酸大豆对根际土壤主要有机元素和酶活性的影响

【目的】为了评估转基因高蛋氨酸大豆ZD91对土壤生态系统的安全性,开展了其对土壤主要有机元素和酶活性影响的实验。【方法】连续2年,在大豆苗期、花期、鼓粒期和成熟期,采用抖落法采集根际土壤样品,通过室内测定,分析了转基因大豆ZD91对根际土壤含水量、pH、主要有机元素和酶活性的影响。【结果】转基因大豆ZD91较之对应的非转基因大豆对根际土壤含水量、pH、主要有机元素和酶活性无显著影响,但同一种酶活在不同年份和不同生育期存在显著差异。【结论】转基因大豆ZD91对土壤生态系统具有安全性。     

生态系统演替过程中土壤与微生物碳氮磷化学计量关系的变化

土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征会显著影响微生物的生长、群落结构、生物量C:N:P化学计量及其代谢活动。然而生态系统演替过程中土壤-微生物C:N:P化学计量的时间格局及其协调关系还不明确。为此, 该研究收集了2016年5月以前发表的文献中19个生态系统演替序列(包括13个森林、6个草地生态系统)的土壤-微生物生物量C:N:P研究结果, 整合分析了其中土壤-微生物生态化学计量的时间动态, 结果表明: (1)生态系统演替过程中土壤C:N没有一致的时间格局, 而土壤C:P和N:P均随演替进程显著增加, 其中土壤C:N:P与演替时间之间线性关系的斜率与相应演替序列的初始土壤有机C含量呈负相关关系。(2)演替进程中土壤-微生物生物量C:N:P没有一致的时间格局。(3)微生物生物量C占土壤有机C百分比(qMBC)、微生物生物量N占土壤全N百分比、微生物生物量P占土壤全P百分比均随着演替进程而显著增加, 即单位资源所能支持的微生物生物量随着演替进程而增加, 这与宏观生态系统演替理论相符。(4) qMBC随着土壤C:N、C:P和N:P以及C:N、C:P和N:P化学计量不平衡性(即土壤C:N、C:P和N:P分别除以微生物生物量C:N、C:P和N:P)的增加而减小; 其中, C:N、C:P和N:P化学计量不平衡性解释了qMBC变异性的37%-57%, 是演替时间解释率的7-17倍, 表明土壤-微生物生态化学计量关系对qMBC演替动态有重要影响。该研究强调了生态化学计量学理论和生态系统演替理论在土壤微生物时间动态研究中的重要作用, 表明适当地融合生态学宏观理论于土壤微生物研究可以加深对土壤-微生物生态过程的认识。     

模拟增温对黄河三角洲滨海湿地非生长季土壤呼吸的影响

冬季土壤呼吸能释放生长季所固存的碳, 因而在陆地碳循环中占有重要地位。随着全球气候变暖, 平均地表温度将升高0.3-4.8 ℃, 且冬季增温更加明显, 而温度的升高会促进更多CO₂的释放。另外, 滨海湿地地下水位浅, 淡咸水交互作用明显, 增温能引起土壤表层盐分升高, 从而影响土壤呼吸。该研究以黄河三角洲滨海湿地为研究对象, 采用红外辐射加热器模拟增温, 研究了该地区非生长季土壤呼吸的日动态及季节动态, 同时探讨了土壤呼吸对环境因子的响应机制。结果显示: 日动态中, 增温与对照的土壤呼吸速率变化趋势一致, 为单峰曲线; 在平均日变化中, 整个非生长季不同处理的土壤呼吸速率无显著差异, 而土壤温度和土壤盐分均为增温大于对照, 并且土壤呼吸峰值时间均比土壤温度提前。季节动态中, 整个研究期分为非盐分限制阶段(2014年11月-2015年2月中旬)和盐分限制阶段(2015年2月中旬-2015年4月)。在整个非生长季, 土壤呼吸速率无显著差异; 在非盐分限制阶段, 当10 cm土壤温度升高4.0 ℃时, 土壤呼吸速率显著提高22.9%, 而土壤呼吸温度敏感性系数(Q₁₀)与对照相比有所降低; 在盐分限制阶段, 尽管土壤温度升高3.3 ℃, 土壤呼吸速率却降低了20.7%, 这可能是由于增温引起了土壤盐分的升高, 同时由增温引起的土壤含水量的升高在一定程度上也限制了土壤呼吸, 而此阶段增温对Q₁₀无显著影响。因此, 在滨海湿地中, 增温除了直接影响土壤温度, 还可通过影响土壤水盐状况来影响土壤呼吸, 进而影响滨海湿地土壤碳库。     

中亚热带4种森林类型土壤活性有机碳的季节动态特征

2011年12月至2012年9月, 在湘中丘陵区杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林、马尾松(Pinus massoniana)-石栎(Lithocarpus glaber)针阔混交林、南酸枣(Choerospondias axillaries)落叶阔叶林、石栎(Lithocarpus glaber)-青冈(Cyclobalanopsis glauca)常绿阔叶林1 hm²的长期定位观测样地, 采集0-15 cm、15-30 cm土层土壤样品, 测定土壤微生物生物量碳(MBC)、可矿化有机碳(MOC)、易氧化有机碳(ROC)、水溶性有机碳(DOC)含量, 分析4种森林土壤MBC、MOC、ROC、DOC含量的季节变化特征, 为揭示天然林保护与恢复对土壤有机碳(SOC)库的影响机理过程提供基础数据。结果表明: 森林土壤MBC、MOC、ROC、DOC含量具有明显的季节动态, 且不同森林同一土壤活性有机碳组分的季节变化节律基本一致, MBC、MOC、ROC含量表现为夏、秋季较高, 春、冬季较低; DOC含量表现为春、夏、冬季较高, 秋季最低; 同一森林不同土壤活性有机碳组分含量的季节变化节律不同; 土壤MBC、MOC、ROC、DOC含量与土壤自然含水率、SOC、全N、水解N、全P (除杉木人工林土壤MBC、MOC、ROC外)、速效P含量显著或极显著正相关, 与土壤pH值、全K、速效K含量相关性不显著, 表明不同森林类型外源碳库投入和土壤理化性质的差异是导致不同森林类型土壤活性有机碳含量差异显著的主要原因, 该区域森林土壤活性有机碳各组分含量的季节变化与各森林类型组成树种生长节律及其土壤水分含量和SOC、N、P的可利用性, 以及土壤活性有机碳各组分的来源有关, 森林土壤MBC、MOC、ROC、DOC含量可作为衡量森林土壤C、N、P动态变化的敏感性指标。     

不同轮伐期对杉木人工林碳固存的影响

在全球气候变化背景下, 科学的经营管理是人工林碳汇提升的主要途径。合理轮伐期从一定程度上反映了人工林集约经营的理念, 是实现森林结构调整的主要影响因素之一。杉木(Cunninghamia lanceolata)多代连栽出现立地生产力下降与轮伐期的选择密切相关, 开展不同轮伐期对杉木人工林碳固存影响的研究, 可为其可持续经营提供理论依据。通过设置不同年龄序列的杉木人工林野外观测样地, 应用野外观测数据对FORECAST模型进行验证, 在此基础上模拟不同轮伐期对其碳固存的影响。结果表明: (1)短轮伐期(15年)在150年间的总固碳量较高, 但固碳持久性较低, 每个轮伐期之间的固碳量下降幅度较大, 是一种不可持续的经营模式。(2)正常轮伐期(25年)和长轮伐期(50年)的总固碳量低于短轮伐期, 但长轮伐期固碳持久性更强, 有利于维持每个轮伐期内固碳量的稳定。(3)在好的立地条件下(立地指数(SI) = 27), 轮伐期越短对地力消耗影响越大, 为了碳固存的持久性, 建议杉木人工林的生态轮伐期选择在25年以上。(4)应用FORECAST模型可以定量地评估人工林的固碳能力, 且该固碳能力是基于不同经营管理措施下的可持续固碳能力。     

中亚热带杉木人工林和米槠次生林凋落物添加与去除对土壤呼吸的影响

在未来大气CO₂浓度升高的背景下, 植被净初级生产力的增加将促使森林土壤碳输入增多。凋落物是土壤碳库的重要来源, 对土壤呼吸会产生重要影响。为了模拟植物净初级生产力提高、凋落物产量增加情景下凋落物对土壤呼吸和土壤碳库的影响, 2013年1月到2014年12月, 在福建省三明市陈大镇国有林场, 在杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林和米槠(Castanopsis carlesii)次生林, 通过设置去除凋落物、添加凋落物和对照(保留凋落物, 不做任何处理)处理, 研究了土壤呼吸和土壤碳库的动态变化。研究发现: 土壤含水量在10%-25%范围内, 土壤呼吸温度敏感性指数(Q₁₀)随着土壤含水量的增加呈递增趋势, 当含水量<10%时, 由于干旱胁迫打破了土壤呼吸与温度之间的耦合, 改变了Q₁₀值, 使得Q₁₀值小于1。土壤呼吸与凋落物输入量呈显著的线性正相关关系, 杉木人工林对照和添加凋落物处理及米槠次生林对照处理, 土壤呼吸与2个月前的凋落物输入量相关性最好。而米槠次生林添加凋落物处理, 土壤呼吸与当月的凋落物输入量相关性最好, 不同林分凋落物呼吸对土壤呼吸的贡献率不同, 米槠次生林凋落物层呼吸年通量明显大于杉木人工林, 分别占各林分土壤总呼吸的34.4%和15.1%, 添加凋落物后, 杉木人工林和米槠次生林的土壤呼吸速率增加, 但添加凋落物处理的土壤呼吸年通量与对照的差值小于年凋落物输入量。因此, 在未来全球CO₂升高背景下, 植被碳储量的增加、凋落物增加并没有引起土壤呼吸成倍增加, 更有利于中亚热带地区土壤碳吸存。     

土壤和植物对冬虫夏草寄主昆虫规模化饲养的影响

冬虫夏草大量人工培植的关键之一是寄主昆虫的规模化饲养,本文对西藏林芝地区冬虫夏草生境中不同土壤基质在室内对蝙蝠蛾幼虫生长的影响以及寄主幼虫对5种植物的取食行为、嗅觉反应进行了系统研究。结果表明蝙蝠蛾幼虫偏好土质疏松、渗透性好的土壤,土壤因子中湿度和有机质含量与蝙蝠蛾幼虫存活率成正相关。蝙蝠蛾3龄幼虫对适生地植物的取食选择性与嗅觉反应趋性顺序为鹅绒委陵菜>珠芽蓼>小大黄>圆穗蓼>羊角天麻;进一步Spearman相关分析显示,幼虫对各植物的选择系数与可溶性糖（R=0.850,P<0.05）和粗蛋白（R=0.898,P<0.05）都存在显著的正相关关系,而与粗纤维（R=-0.952,P<0.05）有着显著的负相关关系,与粗灰分（R=-0.391,P=0.516）之间没有显著的相关关系;取食鹅绒委陵菜、珠芽蓼后的幼虫单头虫重显著大于取食其他植物的幼虫。这一研究结果为冬虫夏草寄主昆虫规模化饲养提供了理论依据。     

三叶鬼针草与不同本地植物竞争对土壤 微生物和土壤养分的影响

入侵植物三叶鬼针草(Bidens pilosa)对我国农牧业生产造成了重大的损失。本文主要研究三叶鬼针草入侵与不同本地植物竞争对土壤微生物群落结构和土壤养分的影响。利用磷脂脂肪酸方法(phospholipid fatty acids, PLFAs)测定土壤微生物群落组成, 同时测定土壤养分和酶活性, 并利用Canoco4.5软件分析了土壤微生物、土壤养分和土壤酶活性的相关性。结果表明: (1)三叶鬼针草对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、丛枝菌根真菌等土壤微生物具有较强的聚集能力, 且其根际土壤聚集的微生物类群与本地植物种类密切相关。(2)三叶鬼针草入侵显著增加了入侵地土壤的有机碳含量, 降低了铵态氮的含量; 土壤中的速效钾、速效磷和硝态氮的含量则与本地植物种类密切相关。(3)相关性分析表明, 16:00和16:1 ω5c对铵态氮的含量影响较大, 而三叶鬼针草入侵地16:00和16:1 ω5c的含量显著高于裸土对照, 进而推测这一状况导致了铵态氮含量的降低。(4) 15:1 anteiso A和18:1 ω5c与速效钾的含量呈显著正相关, 而其含量在狗尾草(Setaria viridis)中显著高于其他处理, 三叶鬼针草与狗尾草混种处理中土壤中速效钾的含量高于其他处理。以上结果说明, 三叶鬼针草通过改变土壤微生物群落结构影响了土壤酶活性和土壤养分, 且这种改变与入侵地本地植物种类有关。     

武功山退化山地草甸土壤种子库的研究

采用典型样地法研究了武功山重度退化、中度退化和无退化三种类型山地草甸的土壤种子库特征。结果表明:武功山山地草甸主要建群种为五节芒(Miscanthus floridulus)和毛秆野古草(Arundinella anomala); 草甸生活型以多年生草本为主, 其物种多样性表现为菊科>禾本科>唇形科>毛茛科。重度和中度退化草甸上物种数仅占无退化草甸的8.3%和19.4%。重度退化、中度退化和无退化三种类型草甸表层土壤(0-10 cm)种子密度差异极显著(P<0.01), 分别为764 粒m–2、1371 粒m–2、2355 粒m–2。三种退化类型土壤种子库在空间垂直分布上表现为随土壤深度的增加而减少, 随着海拔高度的增加而降低。     

粤北某矿区横石河流域耕作土壤剖面重金属空间分布及生态风险评价

通过对粤北某矿尾矿库下游农耕区土壤剖面重金属含量及其理化性质进行分析测试, 探讨农耕区剖面土壤重金属的分布特征及其与理化性质之间的关系, 采用Hakanson 潜在生态风险指数法对剖面土壤污染进行评价。结果显示, 研究区各剖面中Cd 含量的平均值均超过国家二级土壤标准, 最大超标倍数达9.37, Cu、Pb 和Zn 含量的平均值最大超标倍数分别为23.10、2.82 和3.15 倍; 随着与尾矿库距离的增加, 各剖面中重金属含量逐渐降低, Cd、Cu、Pb、Zn 的迁移累积受到土壤理化性质参数的影响; 潜在生态风险评价显示剖面中重金属生态风险程度排序为Cd、Cu、Pb、Zn, 华屋、凉桥和水楼剖面综合潜在生态风险指数达到中度至重度的生态风险。研究结果可为研究区农用地的安全利用及土壤改良提供理论依据。