增施氮肥能够缓解麦田土壤线虫群落对O3浓度升高的响应

在辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站,利用运行2a的开顶式气室,研究了臭氧(O3)浓度升高和不同氮肥施用水平对土壤线虫群落的影响。结果表明:(1)O3浓度升高降低了成熟期小麦根生物量。O3浓度升高和不同氮肥施用水平的交互作用改变了小麦成熟期土壤微生物生物量碳、氮和水溶性有机碳的含量。低氮条件下,O3浓度升高降低了土壤微生物生物量碳、氮和水溶性有机碳的含量;而高氮条件下则表现出相反的趋势。(2)O3浓度升高和不同氮肥施用水平对土壤线虫总数没有产生显著影响,而在灌浆期,食细菌线虫和食真菌线虫中c-p值为4(Ba4 and Fu4)的功能团对O3浓度升高和不同氮肥施用水平的响应敏感;与对照相比,不同氮处理中,O3浓度升高均降低了灌浆期Ba4功能团线虫的数量。灌浆期,O3浓度升高条件下,与对照相比Fu4功能团线虫数量在高氮条件下表现出增加的趋势,而在低氮条件表现出降低的趋势。(3)O3浓度升高和不同氮肥施用水平的交互作用显著影响了小麦灌浆期线虫的成熟度指数(MI)和结构指数(SI)。与对照相比,线虫成熟度指数和结构指数在低氮条件下随O3浓度升高而降低;而在高氮条件下随O3浓度升高而升高。上述结果表明,氮肥的施用能够缓解O3浓度升高对土壤食物网的扰动。     

大兴安岭不同火烧年限森林凋落物和土壤C、N、P化学计量特征

测定大兴安岭林区不同火烧年限(火后4、14、40、70和120年内未火烧)、不同坡度(坡地、平地)凋落物和土壤C、N、P含量及其化学计量比,分析火烧对凋落物和土壤养分的长期影响及两者之间的关系.结果表明: 不同火烧年限凋落物和土壤C、N、P化学计量特征差异显著,凋落物C含量变化不大.凋落物N、P含量随火烧年限的增加而增加,在火后4和14年较低,在火后40年恢复到对照(未火烧)水平.凋落物C∶N和C∶P值随火烧年限增加而下降,N∶P值则呈上升趋势.土壤C、N、P含量及其比值随土层深度增加而降低.坡地土壤C含量随火烧年限增加而增加,在火后70年显著高于对照,在平地差异不显著.火烧年限和坡度的交互作用影响土壤P含量和C∶P值.坡地土壤P含量在火后4年高于对照,而平地在火后40年高于对照;坡地C∶P值在火后14年达到对照水平,而平地与对照差异不显著.冗余分析表明,有机质层土壤的坡度效应大于年限效应,矿质层土壤主要受年限效应影响.火后4和14年凋落物及土壤养分含量低于对照,随着火烧年限的增加,植被生长迅速同时凋落物分解加快,凋落物质量及土壤养分质量不断提高,在火后40年恢复到未火烧水平,趋于稳定状态.     

长期免耕不同秸秆覆盖量对玉米产量及其稳定性的影响

阐明长期免耕不同秸秆覆盖量下玉米产量变化趋势及其稳定性差异,可为建立和评价长期保护性耕作模式、促进粮食持续生产提供理论支撑。本研究基于我国东北黑土区长期保护性耕作定位试验(始于2007年),以传统垄作(RT)为对照,分析了免耕无秸秆覆盖(NT₀)、免耕33%秸秆覆盖(NT₃₃)、免耕67%秸秆覆盖(NT₆₇)和免耕100%秸秆覆盖(NT₁₀₀)下2013—2019年玉米产量的年际变化、变异系数和稳定性指数。结果表明: 与传统垄作相比,长期免耕秸秆覆盖处理可提高玉米产量,其中,NT₁₀₀处理增幅最明显,为11.4%,其次为NT₆₇和NT₀处理,增幅分别为11.0%和10.4%,可见玉米产量并不随秸秆覆盖量的增加而线性增加;多年免耕不同秸秆覆盖量处理玉米产量的变异系数表现为NT₆₇100330,产量可持续性指数表现为NT₆₇>NT₀>NT₁₀₀>RT>NT₃₃,说明NT₆₇处理较传统垄作可明显减少玉米产量的年际波动,具有较好的产量可持续性;免耕秸秆覆盖明显提高了土壤全碳、全氮含量,且两者与玉米产量呈极显著正相关。综上,与传统垄作相比,免耕秸秆覆盖可以增加玉米产量,并能提升土壤碳、氮含量,适当的秸秆覆盖量(NT₆₇处理)具有提高玉米产量稳定性和可持续性的潜力。     

免耕不同秸秆覆盖量对黑土微生物群落及其残留物的影响

为探究免耕和不同秸秆覆盖量下土壤微生物群落组成及残留物的变化规律,依托中国东北黑土区的玉米保护性耕作长期平台(始建于2007年),以传统耕作(翻耕+无秸秆还田)为对照(CT),对免耕结合不同秸秆覆盖量[免耕+无秸秆还田(NT0)、免耕+1/3秸秆覆盖还田(NT1/3)、免耕+2/3秸秆覆盖还田(NT2/3)和免耕+全量秸秆覆盖还田(NT3/3)]下不同土层(0～5、5～10、10～20 cm)土壤理化性质、磷脂脂肪酸和氨基糖的变化特征进行分析。结果表明：与CT相比,免耕无秸秆还田处理(NT0)对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、含水量、微生物群落及其残留物等均无显著影响;免耕结合秸秆覆盖还田主要影响了土壤表层各指标,与CT相比,0～5 cm土层中NT1/3、NT2/3、NT3/3处理SOC含量分别显著提高了27.2%、34.1%、35.6%,NT2/3和NT3/3处理磷脂脂肪酸含量分别显著提高了39.2%和65.0%,NT3/3处理氨基糖含量(微生物残留物)显著提高了47.2%;免耕不同秸秆覆盖量的土壤理化性质和微生物群落差异随土壤深度...     

玉米秸秆覆盖还田量对免耕土壤有机碳中红外光谱特征的影响

依托位于中国东北黑土地区长期免耕玉米秸秆还田试验平台,分析了不同秸秆还田量(0、33%、67%和100%)连续归还8年后表层(0～5 cm)、中层(20～40 cm)和深层(60～100 cm)土壤有机碳中红外光谱特征,评价了玉米秸秆还田量对免耕土壤碳化学组成和稳定性的影响。结果表明: 与免耕无秸秆覆盖还田相比,33%与100%秸秆还田均有利于表层和中层多糖组分的积累,但前者降低了表层土壤碳组成多样性,而后者有利于各层次土壤碳化学稳定性的维持;67%秸秆还田提高了深层土壤碳化学稳定性。综上,当秸秆资源充足时,免耕结合100%全量秸秆还田可在提高0～40 cm土层微生物可利用碳底物的基础上,维持土壤碳的化学稳定性。秸秆还田量与土壤中红外光谱特征间无线性关联,表明亟需挖掘不同秸秆还田量处理下土壤碳周转的微生物参与机制。     

保护性耕作对土壤微生物群落及其介导的碳循环功能的影响

农田生态系统耕作方式显著影响土壤微生物群落结构和功能,进而影响土壤微生物介导的土壤碳循环过程。以免耕结合作物秸秆还田为核心的保护性耕作是提升土壤碳汇功能和肥力的重要措施,其中土壤微生物发挥了关键作用。尽管有较多关于保护性耕作下微生物群落结构与功能的研究,但由于土壤系统的复杂性、环境因素以及微生物群落评价方法的差异性,尚未形成对保护性耕作下土壤微生物群落响应规律的系统认知。此外,研究多关注土壤微生物作为分解者的作用以及植物源碳对土壤碳库形成的贡献,而忽略了微生物源碳对土壤碳库形成和稳定的贡献。本文在归纳土壤有机质形成和稳定理论体系演变的基础上,梳理了土壤微生物研究方法的进展,重点阐述了保护性耕作对土壤微生物生物量、群落多样性和组成、碳代谢活性以及微生物源有机碳截获的影响,并对未来该领域的研究方向进行展望,以期为探索农田生态系统土壤微生物群落响应规律及其介导的土壤碳循环功能提供参考。     

覆盖作物的种植现状及其对下茬作物生长和土壤环境影响的研究进展

覆盖作物指的是在农业生产间隙种植,使土壤在时间或空间上减少或避免裸露的一种作物。其能使农田土壤免受风蚀、水蚀和人为扰动的影响,被认为是一种新型的保护性耕作方式。本文简要介绍了农田覆盖作物的种植管理情况,包括种植品种、耕作模式和绿肥作物的灭生还田方式等,可为推广覆盖作物在农田休闲期的高效大面积种植提供参考。基于国内外研究综述了绿肥种植对经济作物、土壤质量、杂草抑制、温室气体排放和土壤微生物等的影响及研究进展,阐明了覆盖作物对农田生态系统的诸多益处。尽管覆盖作物存在局限性,例如短期收益不明显、管理措施不当会造成作物减产等,但其在改善土壤质量、实现农业可持续发展方面仍然具有重要的应用价值。     

森林次生演替和土壤层次对微生物群落结构的影响

森林次生演替与生态系统结构和功能的动态变化密切相关。大多数研究主要关注植物群落以及土壤有机碳(SOC)的变化,然而土壤微生物群落如何响应森林次生演替还需要进一步探究。本研究以长白山森林次生演替序列(20、80、120、200和≥300年)和两个土壤层次为对象,采用磷脂脂肪酸微生物标志物,探究温带森林次生演替过程中地下微生物群落结构变化。森林次生演替改变了土壤微生物群落结构,主要归因于某些特定微生物类群的变化,演替前期革兰氏阴性菌和腐生真菌占主导,而在演替后期革兰氏阳性菌和丛枝菌根真菌占主导。另外,土壤有机质数量和质量差异是影响微生物群落结构和生物量的主要环境因素。森林演替前期和中期增加的SOC含量促进了微生物生物量,而演替后期增加的难分解芳香族有机组分抑制了微生物生物量合成。土壤层次间理化性质的差异导致微生物群落变化,有机质层高的SOC以及氮含量导致更多微生物生物量的合成。微生物群落在时间和空间尺度的变化及其驱动因素反映了生态系统结构和功能对环境变化的响应。     

东北黑土区覆盖作物-玉米间作保护性耕作的生态系统服务价值

科学评估覆盖作物种植体系的生态系统服务价值可以为东北地区保护性耕作模式构建提供重要参考。本研究基于实证分析，以生态系统服务价值为理论基础，选取禾本科作物黑麦草、豆科作物紫花苜蓿和毛苕子作为覆盖作物分别与玉米间作，以玉米单作模式为对照，从产品供给、气体调节、养分循环和水土保持四大生态系统服务方面进行生态系统服务价值的核算。结果表明：覆盖作物-玉米间作模式的生态系统服务价值均高于玉米单作，其中养分循环价值最高，其次是产品供给价值，占比分别为67.3%和29.3%。覆盖作物-玉米间作模式的养分循环价值均高于玉米单作模式；紫花苜蓿-玉米、毛苕子-玉米的产品供给价值显著高于黑麦草-玉米，分别增加了18.7%和21.0%;种植覆盖作物具有增加气体调节价值的潜力，但对水土保持价值的影响较小。综合生态系统服务价值，选择豆科覆盖作物-玉米间作可以获得最大效益。