矿区不同复垦措施对土壤碳矿化和酶活性的影响

矿区废弃地生态退化形势严峻,生态修复已成为矿区可持续发展的主要措施,目前关于矿区复垦后土壤碳矿化和酶活性变化的研究较少。以山西省孝义市露天矿区复垦区为研究对象,植被恢复类型包括了百脉根、苜蓿、油松和柳树-圆柏混交林,并对其分别进行不施肥(对照)、无机肥、复合肥和有机肥处理,从而研究植被类型与施肥方式对矿区土壤碳矿化和酶活性的影响。结果表明,乔本比草本恢复类型的土壤有机碳矿化潜势大,不同施肥条件的土壤有机碳矿化潜势和累积量趋势基本为:对照无机肥复合肥有机肥;4种土壤酶活性因植被恢复类型和施肥处理的不同而差异显著,不同土壤酶与降解特性不同的有机碳间相关性有所不同。土壤碳矿化累积量和酶活性均受植被恢复类型、施肥处理及两者交互作用的显著影响,因此对复垦措施敏感的土壤有机碳矿化和酶活性可作为评价复垦措施的指标。     

三江平原不同湿地类型土壤活性有机碳组分及含量差异

土壤活性有机碳对土壤干扰的反应较快,是土壤有机碳早期变化的敏感性指标。近50年来,三江平原湿地土壤有机碳库受农事活动影响较大。为了探讨不同湿地类型土壤活性有机碳主要组分土壤可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和易氧化有机碳(Easily oxidized organic carbon,EOC)的分布差异及主要影响因子,选择了三江平原洪河自然保护区4种典型的湿地类型(小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地)为研究对象。分析了不同湿地类型土壤可溶性有机碳,微生物量碳和易氧化有机碳在0—30 cm土层内的分布特征和分配比例及其与有机碳、土壤养分和酶活性指标(蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶)之间的相关关系。结果表明:(1)4种湿地类型土壤DOC、MBC和EOC含量均随土层深度的增加而减少。不同湿地类型之间土壤活性有机碳含量在0—30 cm土层内存在显著性差异(P0.05),相对于长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地而言,未淹水的小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地具有较高的DOC,MBC和EOC含量。(2)土壤DOC、MBC和EOC占有机碳比例分别为0.27%—0.63%,1.27%—5.94%和19.63%—41.25%。土壤DOC所占比例呈先增后减的变化趋势,最大的比例均出现在10—20 cm。MBC所占比例在土壤剖面上则未表现出一致的变化规律,而EOC所占比例则随土层深度的增加而逐渐减少。(3)土壤DOC占SOC比例以小叶章湿地最高,MBC和EOC占SOC的比例则以小叶章+沼柳湿地最高。而长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地则具有更低的DOC,MBC和EOC比例。(4)综合分析表明,4种湿地类型土壤DOC,MBC和EOC两两之间存在极显著相关性关系,它们除了与碳氮比相关性不显著外,与土壤有机碳,全氮,全磷养分和酶活性指标间相关性均达到极显著水平,尤其是与有机碳和全氮的相关性系数更高,此外DOC与纤维素酶,MBC与过氧化氢酶相关性更大。由此可见,土壤碳氮磷养分和酶活性是影响土壤活性有机碳组分分布的重要因素。     

贵州山区3种木本植物无机碳利用特性的比较

以生长在喀斯特高原地区玉舍国家森林公园内的成熟银鹊树(Tapiscia sinensis)、白栎(Quercus fabri)和亮叶桦(Betula luminifera)为实验材料,通过对光合作用、叶绿素含量、叶绿素荧光参数、羧化效率(CE)、呼吸速率(Resp)、碳酸酐酶活性(WA)以及稳定碳同位素组成(δ13 C)等指标的测定,分析3种植物不同的无机碳利用特性,为该区生态环境修复选择合适的建群植物种提供依据。结果显示:(1)银鹊树、白栎和亮叶桦分布都较为广泛,银鹊树生长的最佳土壤pH是4.5~5.5,而白栎更倾向于中性到弱酸性土壤,肥沃的酸性土壤则更有益亮叶桦生长;白栎和亮叶桦都能忍受干旱和贫瘠,但是银鹊树不能忍受干旱和高温。(2)银鹊树叶片的Pn、Tr和Gs显著大于白栎和亮叶桦,亮叶桦和白栎的Pn、Tr和Gs分别是银鹊树的69.5%、48.2%、66.7%和28.6%、21.7%、22.2%;亮叶桦叶绿素含量均为银鹊树和白栎的2倍,但3种植物间的WUE则无显著差异。(3)3个树种叶片净光合速率均随着CO2浓度升高呈持续上升的趋势,但它们之间的CO2补偿点和饱和点明显不同。其中,银鹊树和亮叶桦的CO2补偿点均低于50μmol·mol-1,而白栎的则在250~300μmol·mol-1之间;银鹊树的CO2饱和点在1 200μmol·mol-1左右,亮叶桦则在2 300μmol·mol-1左右,而白栎的CO2饱和点明显高于2 300μmol·mol-1。(4)3个树种的CE、Resp和WA均为银鹊树>亮叶桦>白栎;而δ13 C值则以银鹊树最低,亮叶桦和白栎较高。其中,白栎和亮叶桦的CE、Resp、WA分别为银鹊树的5.1%、25.7%、4.0%和45.3%、54.6%、6.8%,且树种间差异显著;白栎和亮叶桦的δ13 C值显著高于银鹊树。研究表明,银鹊树能够吸收大气中的CO2或者在高活性碳酸酐酶作用下转化利用细胞内的HCO3-,它拥有较高的CO2利用能力及无机碳同化效率,因而能够拥有较高的产能;亮叶桦只能获取大气中的CO2作为无机碳源,但它对CO2的利用能力也较高,其产能仅次于银鹊树;白栎同样只能获取大气中的CO2作为无机碳源,同时它对大气中CO2的捕获、利用能力均低于银鹊树和亮叶桦,因而白栎生长非常缓慢,造成其本身对无机碳的需求也最低,所以其产能最低。     

碳离子辐照对菘蓝药性品质和分子水平的诱变效应

以野生菘蓝种子为材料,以不同剂量的碳离子(12 C6+)进行辐照处理(辐照剂量分别为30Gy、60Gy、90Gy、120Gy),分析12 C6+辐照对菘蓝种子萌发、幼苗生长、主要药用成分含量及其基因和蛋白质多态性变化的影响,为菘蓝品质育种、分子生物学研究和重离子辐照诱变的应用提供依据。结果显示:(1)12 C6+辐照处理后菘蓝的成苗率和根鲜重均随辐照剂量增加而逐步显著降低,其中30Gy处理对菘蓝生长抑制程度最小,但处理后菘蓝根中的主要药效成分4(3H)喹唑酮和靛玉红的含量增加幅度最大且最高,分别为野生型的2.2倍和2.3倍。(2)SRAP分子标记分析表明,菘蓝基因组的变异度随着辐照强度的增强而增大,其中30Gy处理的突变体与野生型相比有33.59%的多态性变异。(3)SDS-PAGE考马斯亮蓝染色和磷酸化染色分析表明,菘蓝的总蛋白和磷酸化蛋白表达水平均随辐照剂量变化出现了不同程度的改变,但并不与辐照强度呈正相关,说明植物在防御重离子辐照伤害时存在补偿机制。研究发现,30Gy的12 C6+辐照是菘蓝诱变的最佳剂量,能够显著提高其有效成分的含量,为优质菘蓝诱变育种奠定了基础。     

秸秆全量还田对稻田土壤溶解有机碳含量和水稻产量的影响

以南粳44为供试材料,在粘土和砂土土壤中,设置麦秸秆不还田和全量还田(6000 kg·hm^-2)及3种施氮量(0、225、300 kg·hm^-2)试验,研究了麦秸秆全量还田的腐解率和有机碳释放量动态变化,及其对稻田0～45 cm土壤溶解有机碳(DOC)含量和水稻产量的影响.结果表明： 麦秸秆还田的前期(0～30 d)其腐解率和有机碳释放量最高,腐解率为35.0%(粘土)和31.7%(砂土),有机碳释放率为34.1%(粘土)和33.1%(砂土);30 d后两者均减小.施用氮肥可显著促进秸秆腐解和有机碳释放量,粘土中麦秸秆腐解率和有机碳释放量明显大于砂土.麦秸秆还田后土壤DOC含量逐渐增加,至25 d达最大值,粘土和砂土分别为60.18和56.62 mg·L^-1,此后逐渐减小并趋于稳定.麦秸秆还田处理15 cm处土壤DOC含量显著高于未还田处理,但两者在30和45 cm处土壤DOC含量差异不显著,说明秸秆还田主要增加了稻田0～15 cm土层DOC含量.与不施氮处理相比,施氮处理土壤DOC含量降低,2种施氮处理间差异不显著.秸秆还田减少了水稻前期分蘖发生量,显著降低了有效穗数,增加了穗粒数、结实率和千粒重,显著提高了水稻产量.     

树种组成对北亚热带11年生常绿阔叶人工林碳储量的影响

以中国北亚热带退化灌木林改造而来的木荷-青冈栎混交林和杜英纯林为对象,研究树种组成对常绿阔叶人工林生态系统碳储量的影响。结果表明:(1)退化灌木林改造成两种人工林生长11年后,生态系统植被、土壤碳储量均显著增加;植被碳储量的增加主要来自乔木层。(2)两种人工林碳积累能力有差异。杜英林植被碳储量比木荷-青冈栎林高99.4%,其中杜英林的乔木层碳储量比木荷-青冈栎林高27.75t·hm-2,是后者的2倍;杜英林土壤有机碳储量(0~50cm)显著高于木荷-青冈栎林10.17t·hm-2,其中在0~10、20~30cm土层杜英林均显著高于木荷-青冈栎林。研究表明,退化灌木林人工改造成常绿阔叶林后生态系统碳储量显著增加,杜英纯林碳蓄积能力明显高于木荷-青冈栎混交林,说明在以增加碳储量为目的的退化生态系统改造过程中,树种选择非常重要。     

亚热带天然阔叶林转换为杉木人工林对土壤呼吸的影响

采用静态箱-气相色谱法对浙江省临安市玲珑山风景区天然阔叶林和由天然阔叶林改造的杉木人工林的土壤呼吸进行1年的定位监测.结果表明：天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率均呈现一致的季节性变化规律即夏秋季高、冬春季低;天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率分别为20.0～111.3和4.1～118.6 mg C·m^-2·h^-1;天然阔叶林土壤CO₂年累积排放通量（16.46 t CO₂·hm^-2·a^-1）显著高于杉木人工林（11.99 t CO₂·hm^-2·a^-1）.天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率与土壤含水量均没有显著相关性,而与5 cm处土壤温度呈显著指数相关,Q₁₀值分别为1.44和2.97;天然阔叶林土壤CO₂排放速率与土壤水溶性碳（WSOC）含量无显著相关性,杉木人工林土壤CO₂排放速率与WSOC含量呈显著相关.天然阔叶林转换为杉木人工林显著降低了土壤CO₂排放,提高了土壤呼吸对环境因子的敏感性.
     

花椒(Zanthoxylum bungeamun)种植对喀斯特山区土壤水稳性团聚体分布及有机碳周转的影响

以贵州西南部喀斯特山区35年生和14年生花椒林为研究对象,并以未退耕旱地为对照,研究表层土壤(0~20 cm)水稳性团聚体分布及有机碳矿化特征,探讨土壤有机碳周转对不同花椒种植年限的响应。结果表明:随团聚体粒径的降低,两种年龄花椒林土壤水稳性团聚体含量呈现先增加后减少的倒"V"形分布,土壤水稳性团聚体分布主要出现在5~2、2~1和1~0.5 mm 3个粒级中;与旱地相比,花椒种植明显增加了全土和团聚体中有机碳和活性有机碳含量,并以14年生花椒林较高,而35年生花椒林存在较明显的衰减;随花椒种植年限的增加,土壤有机碳矿化累积量呈递减趋势,但土壤有机碳周转半衰期以14年生花椒林较长,显著高于旱地和35年生花椒林,表明14年生花椒林土壤有机碳更易累积,表现出较好的土壤碳固存能力;喀斯特山区种植花椒后,土壤有机碳存在"汇-源"的转换过程,因此花椒种植应注重长期维护管理,防止土壤质量的衰退。     

不同秸秆还田和耕作方式对夏玉米农田土壤呼吸及微生物活性的影响

采用基质诱导呼吸法和CO2释放量法,研究了冬小麦季长期不同耕作方式(常规翻耕、免耕和深松)和秸秆处理(秸秆还田和无秸秆还田)对夏玉米田土壤呼吸及微生物活性的影响.结果表明:秸秆还田和保护性耕作主要在O～ 10 cm土层起作用.秸秆还田能明显提高土壤微生物生物量碳和微生物活性,降低呼吸熵,在苗期和开花期提高土壤呼吸,而在灌浆期、腊熟期和收获期降低土壤呼吸;在相同秸秆处理条件下,深松和免耕比常规翻耕能显著降低土壤呼吸和呼吸熵,提高微生物生物量碳和微生物活性.整个生育期,秸秆还田结合保护性耕作能显著提高微生物生物量碳和微生物活性,降低呼吸熵,与常规翻耕无秸秆还田相比,深松秸秆还田和免耕秸秆还田0～10 cm土层微生物生物量碳平均提高了95.8％和74.3％,微生物活性提高了97.1％和74.2％.     

不同浓度石灰氮对黄瓜连作土壤微生物生物量及酶活性的影响

为分析比较不同浓度石灰氮对连作黄瓜田土壤环境的作用效果,通过2年温室定位试验,在黄瓜秸秆还田的基础上以不施石灰氮为对照(CK),研究施用\[高浓度石灰氮1350 kg·hm^-2(CaCN₂ 90)、中浓度石灰氮900 kg·hm^-2(CaCN₂ 60)、低浓度石灰氮450 kg·hm^-2(CaCN₂ 30)\]对连作黄瓜土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)及酶活性的影响.结果表明：与其他处理相比,CaCN₂ 90显著降低苗期0～10 cm 土层SMBC,但增加了初瓜期后0～20 cm土层SMBC.施用石灰氮处理均显著提高了末瓜期0～20 cm土层SMBC及盛瓜期至末瓜期0～10 cm土层SMBN,但第1年（2012年）不同石灰氮用量间无明显规律,第2年(2013年)盛瓜期后SMBN随着石灰氮施用浓度的增加而升高.施用石灰氮有利于秸秆的腐熟,提高土壤有机质含量,且石灰氮浓度越高越有利于秸秆的腐熟.相比对照,施用石灰氮能有效提升土壤脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性,其中脲酶活性随石灰氮浓度的增加升高,而多酚氧化酶活性随石灰氮浓度的增加而降低,CaCN₂ 60可有效提高过氧化氢酶活性.相关分析表明：土壤有机质、脲酶及过氧化氢酶活性与SMBC、SMBN呈极显著正相关,多酚氧化酶活性与SMBC、SMBN呈显著负相关.表明黄瓜秸秆还田后施用石灰氮900 kg·hm^-2能够改善温室黄瓜连作田土壤环境,有效减缓温室黄瓜连作障碍.