广西典型喀斯特地区深层土壤有机碳矿化及其影响因素

以广西典型峰丛洼地草地和原生林深层土壤(70～100cm)为对象,利用微生物交叉接种培养试验,研究不同土地利用类型、土壤微生物群落和通气条件对深层土壤有机碳矿化的影响。在124d的培养期内,微生物接种改变了0～28d原生林和0～81d草地深层土壤有机碳矿化速率,而通气条件变化对这一过程没有明显影响。3因素方差分析结果显示,深层土壤有机碳累积矿化率受土地利用类型、微生物群落和通气条件的影响显著(P<0.01),且存在3因素间交互效应。研究结果对于深入认识喀斯特深层土壤有机碳稳定机制和评估碳储量及其周转具有重要意义。     

桂西北喀斯特典型土壤有机碳矿化过程中微生物活性的变化

为了研究喀斯特地区典型土壤有机碳积累与转化过程,采取野外取样分析与室内培养相结合的方法,以红壤为对照,采集2种喀斯特典型土壤(即棕色石灰土和黑色石灰土),设置不添加外源物质(CK)、添加14C标记的稻草(T1)、添加碳酸钙粉末(T2)和同时添加14C标记的稻草与碳酸钙粉末(T3)4个处理,进行室内培养试验,以土壤微生物指标(微生物生物量碳、基础呼吸、微生物碳熵和代谢熵)指示土壤有机碳积累与转化过程。结果表明,土壤有机碳矿化过程中,土壤呼吸的累积量依次为黑色石灰土>棕色石灰土>红壤(P<0.05)。微生物碳熵随土壤有机碳矿化变化依次为黑色石灰土>棕色石灰土>红壤(P<0.05)。同时添加外源稻草和钙对提高土壤微生物碳稳定性的效果最强。桂西北喀斯特地区土壤微生物指标的变化因土壤类型不同而存在差异。利用微生物指标来衡量土壤有机碳稳定性较为可靠。     

喀斯特原生土壤与退化生态系统土壤细菌群落结构

运用PCR-RFLP技术,对桂西北喀斯特原生土壤和退化生态系统土壤细菌16S rDNA基因多样性及系统发育关系进行了研究.结果表明：原生土壤比退化生态系统土壤具有更丰富的16S rDNA基因型和更高的多样性指数,两样地共有的基因型仅有2个.从每种基因型中随机选择一个克隆子作为代表进行测序分析,所有序列与GenBank 数据库中序列的同源性为87%～100%,且两样地中均有超过一半的基因型序列与数据库中已知序列同源性低于97%,属于分类在“种”地位上的新发现细菌;通过系统发育研究将两样地的细菌分为10大类群,两样地共同拥有5大类群,但两样地的细菌优势类群明显不同,原生土壤为Proteobacteria,含39种基因型,占总克隆子数的58.0%,退化生态系统土壤为Acidobacteria和Proteobacteria,分别含19种和15种基因型,占总克隆子数的32.5%和30.5%;与原生土壤细菌类群相比,退化生态系统土壤Proteobacteria类群明显减少,Acidobacteria类群明显增加.土壤理化性质及土壤环境因素的差异是引起两类型土壤细菌多样性差异的原因.     

湿润和干旱条件下喀斯特地区洼地表层土壤水分的空间变异性

在桂西北喀斯特洼地,用地统计学方法研究了旱季初期湿润和干旱条件下表层(0～5和5～10 cm)土壤水分的空间结构及其分布特征.结果表明,表层土壤水分存在明显的空间异质性和各向异性,呈现差异显著的斑块状分布格局.湿润条件下,土壤水分具有中等和较强的空间相关性,变程分别为33.15 m和15.75 m,其中0～5 cm层具有明显的趋势效应;干旱条件下,土壤水分则呈现出强烈的空间相关性,而且相似斑块的空间尺度有所减小,变程最小仅为8.22m;在平均含水量较低时(干旱条件)其变异程度较大,实际应用中应根据平均含水量水平采取不同的取样设计.实验区表层土壤水分空间变异及其分布格局的显著差异,主要是受地貌、平均含水量(降水)和地形等因素的影响.     

红壤丘陵区水田和旱地土壤可溶性有机碳矿化对水分的响应

以亚热带红壤丘陵区典型水田和旱地土壤为研究对象,向土壤中添加¹⁴C标记稻草,培养30 d后,提取与原位土壤中结构相似的¹⁴C可溶性有机碳(DOC);将¹⁴C DOC加入水田和旱地土壤中,并设置45%、60%、75%、90%和105%田间持水量(WHC)5个水分梯度,在标准状态下(25 ℃)培养100 d,监测¹⁴C DOC在土壤中的矿化过程.结果表明: 培养100 d后,两种土壤中28.7%～61.4%的标记DOC被矿化为CO₂,且5个水分条件下,水田土壤DOC的矿化率均显著高于旱地,这主要是由于水田土壤DOC的结构组成比旱地土壤更简单.好气条件(56%～75%WHC)有利于两种土壤DOC的分解,淹水条件(105%WHC)则有利于DOC的积累.土壤处于好气条件(45%～90%WHC)时,DOC的生物可分解率及易分解态所占比例均随着含水量的增加而增加.100 d内,水田和旱地易分解态DOC分别占其累积矿化量的80.5%～91.1%和66.3%～72.4%,说明DOC的生物可分解率主要由其易分解态组分所占比例决定.     

新建果园几种作物间种模式生态系统结构及功能研究

从荒坡地新建果园10多种农作物间种模式中筛选出5种优化模式,分析和评价了各种种植模式的生态系统的结构和功能．结果表明,随着重复种植的增加,5种间种模式土壤有机质年增加5％一20％,全氮年增加7％一40％,全磷年增加8％一70％,全钾年增加15％一80％;水土保持最好的是花生-秋大豆、春大豆-秋大豆,其次为西红柿-白菜、辣椒-西红柿和早稻-红萝卜,土壤平均侵蚀量和地表径流量与对照相比分别降低44．19％、38．24％、39．52％、37．56％、37．30％和22．40％、9．28％、24．11％、21．60％、15．93％;在5种模式中,生物量最高的是辣椒—西红柿,年均达到100276kg.hm^-2,其次是花生-秋大豆,年均达到77026kg.hm^-2;而生产力最高的是花生—秋大豆,达到15619kg.hm^-2,其次是西红柿—白菜,为15394kg.hm^-2;投能效率最高的是辣椒—西红柿,年均达到3．06,其次为西红柿—白菜、花生—秋大豆、春大豆—秋大豆、早稻-红萝卜,分别为2．16、2．15、2．06和0．71．同时,有机、无机能输入效应表明,以生物能为主源输入进行转化利用太阳光能和水土资源,维护了果园生态系统的能量盈余,生态效益较高．     

人为干扰对喀斯特土壤团聚体及其有机碳稳定性的影响

以桂西北喀斯特原生林地、自然恢复地、放牧+火烧草地和玉米-红薯轮作地为对象,研究了不同人为干扰方式下4种生态系统中土壤团聚体含量及其有机碳的稳定性.结果表明:除玉米.红薯轮作地土壤的水稳性团聚体(>0.25 mm)含量为37.7%外,其余样地土壤水稳性团聚体(>0.25 mm)含量均大于70%;土壤团聚体结构破坏率为玉米-红薯轮作地(54.9%)>放牧+火烧草地(23.2%)>自然恢复地(9.8%)和原生林地(9.6%),差异显著.随培养时间的延长,团聚体有机碳的矿化速率先增加后减小,20 d后趋于平稳,而且随团聚体粒级的减小逐渐增大;相同粒级团聚体中有机碳的矿化速率为原生林地>放牧+火烧草地和自然恢复地>玉米-红薯轮作地;原生林地有机碳矿化率在1.7%～3.8%,显著高于自然恢复地、放牧火烧草地和玉米-红薯轮作地;有机碳的累积矿化量与矿化速率变化规律一致.土壤有机碳和团聚体中有机碳含量分别与矿化速率和累积矿化量呈极显著正相关,与矿化率极显著负相关.     

稻作系统有机肥替代部分化肥的土壤氮循环特征及增产机制

采用有机肥替代部分化肥是实现化肥使用零增长和作物稳产增产的重要途径。基于近年来的研究进展,探讨了稻作系统有机肥替代部分化肥对水稻产量、氮素利用效率、土壤氮库组分和微生物固氮、氨化、硝化和反硝化等氮循环关键过程的影响。同时,就单施化肥与有机肥替代部分化肥的氮素循环特征进行了比较。有机肥替代部分化肥通过改变稻田土壤氮素循环多个环节(增强氨化过程、协调硝化和反硝化过程、降低氨挥发和减少氮素损失等),改善土壤氮素供给状态(提高小分子有机氮供给、协调无机氮组分与比例、提高土壤微生物量氮和总氮固持),进而促进水稻氮素吸收并协调植株氮素分配过程,最终实现水稻稳产增产。     

不同林龄油茶人工林土壤-叶片碳氮磷生态化学计量特征

油茶是世界四大木本油料植物之一,在我国有着2000多年的栽培和利用历史。碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量元素是近年来研究的热点,通过C、N、P化学计量我们可以深入了解植物-土壤间元素相互关系,并能揭示土壤养分限制状况。为了解油茶人工林生态系统C、N、P化学计量特征及油茶人工林养分元素限制因素,以长江中下游油茶适宜栽培区湖南、江西和湖北三省油茶林为研究对象,采用空间代替时间的研究方法,在区域尺度上随机选择32个典型油茶人工林并分为4个林龄组(9年低龄林;9—20年高产林;21—60年低产林; 60年生产退化林)。测定油茶人工林土壤与油茶叶片中的C、N、P含量并分析其化学计量特征。研究结果表明:(1)随林龄增加,油茶人工林土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量增大,而土壤全磷(TP)和速效/kg和5.43 mg P在一定的林龄(60 a)内具有增加的趋势。(2)随林龄增加,油茶人工林叶片C含量无显著变化,N、P含量降低,叶片的C、/kg、11.66—15.46 g增大。此外,叶片N∶P阈值分析发现,叶片N∶P比在四个林龄段均16。(3)相关分析结果表明,油茶人工林土壤SOC和TN具有显著正相关,油茶叶片N和P具有显著正相关。同时,叶片N含量与土壤TN无相关性,而油茶叶片P含量与土壤Olsen-P显著正相关。油茶人工林土壤化学计量C∶N、C∶P和N∶P与叶片C∶N、C∶P呈显著正相关,以及叶片N∶P与土壤C∶P、N∶P呈显著正相关(P0.05)。由以上可见,油茶人工林土壤主要受P养分限制,且随林龄增加,P限制增加。此外油茶叶片N、P吸收具有协同效应,且油茶叶片与土壤元素存在广泛的计量耦合关系。本研究综合分析油茶林叶片与土壤的C、N、P计量特征及其关系,有助于全面系统的揭示油茶人工林生态系统的养分状况,对油茶林高效培育、养分补充或退化林诊断等具有指导意义。     

湿润和干旱条件下喀斯特地区洼地表层土壤水分的空间变异性

在桂西北喀斯特洼地,用地统计学方法研究了旱季初期湿润和干旱条件下表层（0—5和5～10cm）土壤水分的空间结构及其分布特征．结果表明,表层土壤水分存在明显的空间异质性和各向异性,呈现差异显著的斑块状分布格局．湿润条件下,土壤水分具有中等和较强的空间相关性,变程分别为33．15n,和15．75m,其中0～5cm层具有明显的趋势效应;干旱条件下,土壤水分则呈现出强烈的空间相关性,而且相似斑块的空间尺度有所减小,变程最小仅为8．22m;在平均含水量较低时（干旱条件）其变异程度较大,实际应用中应根据平均含水量水平采取不同的取样设计．实验区表层土壤水分空间变异及其分布格局的显著差异,主要是受地貌、平均含水量（降水）和地形等因素的影响．