不同林龄油茶人工林土壤酶化学计量及其影响因素

土壤酶化学计量比是揭示微生物生长代谢过程及评价土壤养分资源限制状况的重要指标。油茶是中国南方主要的木本油料作物,近年来愈来愈受关注,但鲜有从生态化学计量学的角度深入理解人工经济林的土壤微生物养分限制状况。本文以亚热带地区不同林龄油茶人工林土壤为研究对象,采用时空互代法在区域尺度上随机选取32个不同林龄油茶人工林并将其分为四个林龄组(9年幼龄林;9—20年近熟林;21—60年成熟林; 60年过熟林),通过测定土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)转化酶活性(β-葡糖苷酶(BG)、α-纤维素酶(CBH)、β-乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP))及土壤理化因子,探讨不同林龄油茶人工林土壤C、N、P转化酶化学计量特征及其与土壤理化因子的关系。结果表明:五种C、N、P转化酶活性均有随林龄增大而增加的趋势,且AP活性显著高于其它四种酶活性。相关分析结果表明,五种土壤C、N、P转化酶活性均与土壤有机碳和总氮显著相关,与土壤总磷和速效磷含量不相关。土壤酶化学计量比ln(CBH+BG)∶ln(NAG+LAP)、ln(CBH+BG)∶ln(AP)和ln(NAG+LAP)∶ln(AP)均随林龄增大而一定程度增加。亚热带区油茶人工林土壤酶C∶N∶P化学计量比为1∶1∶1.5,这与全球生态系统土壤酶C∶N∶P化学计量比1∶1∶1相偏离,表明亚热带地区油茶人工林土壤微生物生长受磷素限制。冗余分析(RDA)进一步揭示土壤有机碳含量是影响土壤酶活性和酶化学计量比的主要因子。因此,在油茶人工林经营管理中应考虑磷和外源碳的投入,提高土壤微生物酶活性,缓解油茶人工林生态系统的磷限制。研究结果可为亚热带区油茶人工林土壤养分管理和可持续利用提供基础理论支撑。     

长期施肥下亚热带典型农田(旱地)土壤木质素的积累特性

以广西环江(石灰土)、湖南桃源(红壤)两个亚热带典型农田(旱地)长期定位试验为平台,采用碱性氧化铜-固相萃取-气相色谱法,分析两种长期施肥制度[化肥(NPK)、秸秆还田配施化肥(NPKS)]下土壤中木质素V、S、C等3类单体含量及组成的变化,并阐明影响旱地土壤中木质素积累的主要因子.结果表明:长期施用化肥(NPK)对石灰土木质素总量(SumVSC)无显著影响,而红壤木质素总量显著增加(55±1)%;秸秆还田配施化肥(NPKS)均显著增加了两种土壤木质素总含量(P<0.01),增加比例分别为(328±4)%、(456±9)%.长期施肥处理增加了红壤木质素单体C的比例,石灰土则表现为单体V的比例增加,表明农田土壤中木质素的转化具有单体特异性;长期施肥后木质素单体的酸醛比(Ac/Al)V和(Ac/Al)S均有所降低,其中石灰土高于红壤,说明石灰土的木质素分解矿化程度较红壤高.有机质、全氮与木质素单体含量无显著相关,而对木质素单体V、S、C组成有显著影响;木质素V、S和C类单体含量及组成均与土壤速效养分(碱解氮、速效磷、速效钾)显著相关(P<0.05),由此认为土壤速效养分是木质素积累特性的关键影响因子.     

桂西北喀斯特土壤对生态系统退化的响应

在桂西北喀斯特地区选取玉米 红薯轮作地（KMS）、放牧+冬季火烧草地（KGB）、自然恢复地（KNR）和原生林地（KPF）4种典型生态系统,研究了土壤有机碳、全氮、全磷,微生物生物量碳、氮、磷和土壤结构对生态系统退化的响应.结果表明：KPF土壤有机碳、全氮、全磷和微生物生物量碳、氮、磷均极显著高于其他3种土壤;其他3种土壤中,有机碳和全氮为：KNR > KGB > KMS,但差异不显著;KMS土壤全磷含量（0.87g·kg^-1）分别是KNR和KGB的2.07和9.67倍 (P<0.01);KGB和KNR土壤微生物生物量碳、氮、磷含量均显著大于KMS;KGB中微生物生物量碳显著大于KNR,但二者间微生物生物量氮和磷含量差异不显著.说明减少人为干扰后喀斯特退化生态系统可以缓慢增加土壤有机碳含量,适当放牧和自然恢复都可以作为退化生态系统恢复的方式;土壤微生物生物量对生态系统的变化响应较灵敏,可以作为喀斯特地区土壤养分变化或生态系统退化的一个敏感指标.土壤结构以>0.25 mm水稳性大团聚体为主（>70%）(KMS除外,以2～0.25 mm团聚体为主),并以>2 mm团聚体为主;土壤结构破坏率KMS（51.62%）大于KGB（23.48%）,KNR和KPF较小（分别为9.09%和9.46%）.说明人为干扰或农业耕作破坏了土壤水稳性大团聚体,使其向小粒级转变,土壤结构破坏率增大.对喀斯特地区退化严重的生态系统应减少人为干扰,以自然恢复等保护性措施为主.     

不同施肥处理下水稻根际和非根际土壤中氨基糖积累特征

以水稻长期定位施肥试验土壤为研究对象,选取不施肥(CK)、化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(NPKS)、30%有机肥+70%化肥(LOM)和60%有机肥+40%化肥(HOM)5种处理,分析水稻分蘖旺期根际土和非根际土中氨基糖积累特征.结果表明: 与CK和NPK处理相比,长期施用有机物料(NPKS、LOM、HOM)显著增加了水稻根际土和非根际土中有机碳、总氨基糖及其氨基单糖(胞壁酸、氨基葡萄糖和氨基半乳糖)含量.不同施肥处理下3种氨基单糖的积累规律不同,说明不同微生物对施肥处理的响应趋势和强度有所不同.受稻田翻耕等均匀化土壤的农事操作影响,各处理总氨基糖含量在根际土与非根际土间无显著差异.氨基糖碳对土壤有机碳积累的贡献范围为24.0～28.3 mg·g^-1,且以NPKS处理最高,HOM和CK处理最低.真菌氨基葡萄糖/胞壁酸比值范围为24.4～36.6,说明该试验点所有处理的根际土与非根际土中有机质的降解与转化过程以真菌为主导,且与NPK和CK相比,NPKS处理的真菌参与度提高,而施用HOM处理的细菌参与度提高.     

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.     

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。     

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.     

丛枝菌根真菌侵染率对喀斯特坡地坡位与灌木物种的响应

明确丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)侵染率对喀斯特坡地坡位与物种的响应及其关键影响因子，是合理利用土壤AMF促进喀斯特植被恢复的前提。该研究在充分调查喀斯特峰丛洼地典型灌丛坡地环境背景信息的基础上，采用曲利苯蓝染色-镜检法检测并计算典型灌木黄荆(Vitex negundo)、红背山麻杆(Alchornea trewioides)和火棘(Pyracantha fortuneana)根系AMF侵染频度、侵染强度和丛枝丰度等侵染率参数。结果表明：(1)相同坡位火棘的侵染频度、侵染强度和丛枝丰度均显著低于红背山麻杆和黄荆；下坡位黄荆和火棘的侵染强度均高于中、上坡位，而中坡位红背山麻杆的丛枝丰度显著高于上、下坡位(P<0.05)。(2)物种显著影响AMF侵染频度、侵染强度和丛枝丰度，坡位显著影响AMF侵染强度，物种与坡位的交互作用仅对AMF丛枝丰度有显著影响(P<0.05)。(3)影响AMF侵染率的关键土壤因子是土壤深度和全钾含量(P<0.05)。因此，合理利用土壤AMF促进喀斯特地区植被恢复需要考虑地形与物种的选择，并应注重兼...     

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。