不同熟化措施对黑土母质发育的新成土壤有机碳库的影响

基于8年田间定位试验,采用土壤团聚体分组和闭蓄态微团聚体分离技术,将土壤有机质分为总粗颗粒有机质(活性碳库)、总细颗粒有机质(慢性碳库)和总粉黏粒(惰性碳库) 3个组分,探讨不同熟化措施对黑土母质发育而成的新成土壤总有机碳库及不同活性有机碳库的影响,为黑土严重侵蚀地区母质表露后土壤肥力的快速恢复提供依据。试验设置自然恢复(NatF)、苜蓿种植(Alfa)、无肥(F0C0)、化肥(F1C0)、低量有机肥与化肥配施(F1C1)、高量有机肥与化肥配施(F1C2)等6个熟化处理。结果表明:黑土母质经过8年不同熟化处理后,土壤总有机碳和各组分有机碳含量均显著提高;与NatF相比,有机肥与化肥配施(F1C2和F1C1)对土壤总有机碳的提升作用最为明显,增幅分别为60.7%和41.2%;Alfa其次,增幅18. 2%;F0C0或F1C0处理土壤总有机碳与NatF间无显著差异;F1C2和F1C1处理土壤3个组分有机碳含量均显著高于其他熟化处理,与F1C1相比,F1C2处理对各组分有机碳提升作用更为明显;与NatF相比,Alfa处理土壤有机碳的增加主要表现为粉黏粒结合有机碳的增加;F1C0和F0C0处理土壤总细颗粒有机质和总粉黏粒中有机碳与NatF间无显著差异,总粗颗粒有机质中有机碳含量低于NatF。研究表明,在米豆轮作和传统耕作体系下,农田生态系统高量有机物料投入配施化肥能够加速黑土母质的熟化进程,快速提高土壤中活性碳库和惰性碳库的容量,是严重退化黑土有机质快速提升的有效措施。     

国家重点生态功能区城市与毗邻非生态功能区城市绿色发展水平测度与时空差异

以黑龙江省为主体的中国北方森林湿地生态功能区及毗邻地区作为实证研究区域,从绿色生产、绿色生活、绿色生态三个维度构建绿色发展水平测度指标体系,运用熵权-TOPSIS评价法、障碍度模型、趋势移动平均模型等方法,对2009—2018年期间长白山森林生态功能区、三江平原湿地生态功能区、大小兴安岭森林生态功能区及毗邻的非生态功能对照区绿色发展水平进行了动态测度和时空差异比较、评估了绿色转型发展速度、识别并分析了障碍因素作用,预测了绿色发展趋势水平。主要结论如下：(1)区域自然生态本底优质,但各功能区绿色发展水平相对较低,绿色指数均低于0.6;十年间各功能区绿色发展水平呈小幅上升趋势。城市间绿色发展整体水平的最大差距徘徊在0.16—0.17之间,呈微弱缩小态势。(2)从3个时间节点各功能区整体绿色发展空间格局上看,长白山森林生态功能区处于较高水平,三江平原湿地生态功能区水平偏低。大小兴安岭森林生态功能区绿色发展水平上升幅度较大,毗邻对照区则较小。高水平类型城市数量有所增加,由1个增加至3个,低水平地区数量下降,由4个下降至2个,并呈向高水平转变的趋势。(3)区域绿色转型效果总体不显著,转型速度缓慢...     

中国农田土壤动物长期监测样地科学调查监测的实施方法

我国农田土壤动物面临严峻的多样性丧失问题, 建设监测样地并开展长期监测是解决该问题的重要途径, 但至今国内外仍缺乏农田土壤动物长期监测样地科学调查监测的实施方法。依据BCI 50 ha大型固定样地建设规范, 参照我国已建成的森林和农田土壤动物大型固定样地监测经验, 本文提出了农田土壤动物长期监测样地科学调查监测的实施方法。首先, 需要明确科学问题, 确定科学调查监测应遵守的基本原则。其次, 需要规范长期调查监测涉及的专业术语, 依据研究目的和实际情况选择地点和样地, 参照建设规范和农田特征建立农田土壤动物大型固定样地。第三, 以研究农田土壤动物多样性为核心, 揭示土壤动物在农田生态系统健康和功能中的作用, 有选择性地开展4类27项科学指标的长期监测工作, 要求按照统一的、规范化的工作流程开展野外调查和室内实验。最后, 要科学规范地完成标本的鉴定描述和保存保管, 研发体现农田土壤动物特征的数据库和管理信息系统。希望本文的研究结果能推动我国乃至世界范围的规范化样地建设和标准化网络监测, 为我国农田土壤动物评估与保护提供长期可靠的数据支撑。     

小兴安岭阔叶红松林地表甲虫Beta多样性

Beta多样性用来衡量集群内物种组成的变异性,可以被分解为空间物种转换和物种集群镶嵌两个组分,是揭示群落构建机制的重要基础。目前开展了较多的地上生态系统beta多样性研究,然而地下生态系统beta多样性进展缓慢。以小兴安岭凉水和丰林自然保护区为研究地区,于2015年8、10月采用陷阱法对阔叶红松林进行调查,揭示地表甲虫(步甲科、隐翅虫科、葬甲科)的beta多样性。结果表明:(1)凉水共发现39种、856只地表甲虫,丰林共发现43种、1182只地表甲虫。8月凉水明显具有较高的全部甲虫(三个科的总和)物种多样性和丰富度,10月正好相反。(2)凉水和丰林之间地表甲虫beta多样性的差异仅发现于8月的步甲科和葬甲科之间。(3)凉水和丰林地表甲虫的beta多样性主要由空间物种转换组成,物种集群镶嵌对beta多样性的贡献很小,说明地表甲虫物种组成变异主要由本地物种之间较高的转换引起。研究表明小兴安岭阔叶红松林地表甲虫的beta多样性主要由空间物种转换组成,在揭示群落构建机制过程中,其内部物种交换和环境调控不容忽视。     

典型黑土区不同生态系统土壤团聚体有机碳分布特征

基于团聚体分组和闭蓄态微团聚体分离技术,利用典型黑土区27年长期定位试验,研究草地生态系统、农田生态系统和裸地生态系统下土壤团聚体及团聚体内部组分中有机碳的分布,以解析不同生态系统下土壤团聚体和有机碳固持间的关系,揭示黑土有机碳的物理稳定性机制。结果显示:与农田相比,草地土壤有机碳含量显著提高7.6%;裸地土壤有机碳含量显著下降14.1%。草地促进了大团聚体(250μm),尤其2000μm团聚体的形成,提高了土壤团聚体的稳定性;裸地则降低了土壤的团聚化程度及稳定性,大团聚体和微团聚体含量下降,粉粘粒含量相应增加。草地大团聚体中有机碳含量显著高于农田,且内部各组分有机碳含量均有显著提高,其中粗颗粒有机质、闭蓄态微团聚体和粉黏粒有机碳含量增幅分别为600%、54%和65%;裸地增加了粉粘粒结合有机碳含量,降低了大团聚体和微团聚体中有机碳含量,且大团聚体和微团聚体内部各组分有机碳含量均有所下降。3种生态系统类型土壤均以总粉粘粒结合有机碳为主,占土壤总有机碳52%—79%,其作为惰性碳库是黑土有机碳的重要组成部分。黑土有机碳的累积或损失主要表现为活性较强的有机碳库-团聚体中颗粒有机质的增加或减少,与农田相比,草地土壤有机碳的累积主要归因于大团聚体中粗颗粒有机质的增加,为总有机碳增量的3倍;裸地土壤有机碳的损失主要归因于微团聚体中总细颗粒有机质的减少,对总有机碳损失的贡献率为60%。     

三江平原农田地表和地下土壤螨类丰富度与环境因子的空间关联性

地表和地下土壤动物群落空间格局及其与环境因子的空间作用关系,是揭示地表-地下生态系统格局与过程及生物多样性维持机制的重要基础。于2011年在三江平原农田生态系统,在50m×50m的空间尺度内,基于地统计空间分析方法,揭示地表和地下土壤螨群落及不同螨类物种丰富度的空间格局,并分析这种空间格局与土壤含水量、土壤p H值及大豆株高空间格局的空间关联性。半方差函数和普通克里格插值表明,8月份地表、地下和10月份地下螨群落及这些群落内大部分螨类物种在特定空间尺度内形成集群,表现为空间异质性特征,且这种空间分异多由结构性因素或结构性因素和随机性因素共同调控。交叉方差函数表明,土壤螨群落和不同螨类物种的空间格局与环境因子的空间格局在多种尺度上表现出复杂的空间关联性(正的或负的)。但简单Mantel检验仅发现8月份地表中气门亚目未定种1(Mesostigmata unidentified sp.1)和大豆株高存在明显的正的空间关联性。研究结果表明地下螨群落和生长季节的地表螨群落具有明显的空间异质性结构,地表和地下螨群落及大多数螨类物种丰富度与土壤含水量、土壤p H值及大豆株高的空间关联性并不显著。促进地表-地下生态系统土壤动物群落空间格局研究,为地表-地下格局与过程研究奠定基础。     

环境筛选和扩散限制在地表和地下螨群落物种共存中的调控作用

识别扩散限制和环境筛选在群落物种共存中的相对作用,是土壤动物群落物种共存机制研究的重要内容,然而少有针对地表和地下土壤动物群落的探讨。在三江平原农田生态系统,设置一个50 m×50 m的空间尺度,探讨环境筛选和扩散限制对地表和地下土壤螨群落物种共存的调控作用。基于Moran特征向量图(MEMs)和变差分解的方法来区分环境筛选和扩散限制的调控作用;采用偏Mantel检验进一步分析环境距离和空间距离的相对贡献;使用RDA分析环境因子对螨群落物种组成的解释能力。变差分解结果表明,空间变量对地表、地下和地表-地下土壤螨群落具有较大的显著方差解释量,而环境变量和空间环境结构的解释量相对较小且不显著;偏Mantel检验没有发现环境距离或空间距离的显著贡献;RDA分析表明土壤p H值、大豆株高和土壤含水量对土壤螨群落具有显著的解释能力,说明环境变量对螨群落物种组成的重要作用。研究表明,在三江平原农田生态系统,地表和地下土壤螨群落物种共存主要受到扩散限制的调控作用,同时环境筛选的调控作用也不容忽视。     

氮添加对湿地松林土壤水解酶和氧化酶活性的影响

通过3个水平野外氮添加控制试验(0、40、120 kg N·hm^-2·a^-1),研究氮添加对亚热带湿地松林土壤水解酶和氧化酶活性的影响.结果表明: 氮添加显著抑制了土壤有机质中碳、氮、磷水解酶和氧化酶的活性,导致β-1,4-葡糖苷酶(BG)、纤维素二糖水解酶(CBH)、β-1,4-乙酰基-葡糖胺糖苷酶(NAG)、过氧化物酶(PER)活性下降16.5%～51.1%,并且高水平氮添加对酶活性抑制效果更明显;氮添加导致α-1,4-葡糖苷酶(aG)、β-1,4-木糖苷酶(BX)、酸性磷酸酶(AP)、多酚氧化酶(PPO)活性降低14.5%～38.6%,不同水平氮添加处理间差异不显著.土壤酶活性存在明显的季节性差异,BG、NAG、BX、CBH、AP、PPO活性表现为3月>6月>10月,aG、PER活性表现为10月>3月>6月.多数土壤水解酶和氧化酶与pH呈显著正相关,与NO₃^--N含量呈显著负相关,表明氮添加导致pH降低和土壤中硝化作用增强,抑制了土壤水解酶和氧化酶活性.氮添加不利于亚热带土壤有机质的矿化和周转,并且随着氮添加量的增加,效果更明显.     

秸秆还田对耕作黑土中小型土壤动物群落的影响

为了考察秸秆还田对耕作黑土中土壤动物群落结构的影响,2009年到2011年在黑龙江省海伦市进行了定点实验,调查了样地A(17kg秸秆+含高浓度催腐剂还田)、样地B(8.5kg秸秆+含低浓度催腐剂还田)、样地C(对照样地),样地D(8.5kg秸秆还田),样地E(17kg秸秆还田)的中小型土壤动物群落结构。共获取中小型土壤动物21779只,分别隶属于58个类群。其中,甲螨亚目、姬跳虫科、棘跳虫科与驼跳科4个类群土壤动物在本地区是最适应环境变化的土壤动物类群。土壤动物群落结构分析表明,对照样地C中土壤动物密度最高(46591.67只/m~2),土壤动物类群最多(17.17),土壤动物优势度指数最大(0.37),样地D中土壤动物丰富度指数最多(2.63),样地A中土壤动物多样性指数最高(1.72),样地B中土壤动物均匀性最高(0.64)。同时,各样地土壤动物基本都具有表聚性,样地A中土壤动物更趋于生存于上层土壤。综合比较分析表明,样地A秸秆还田方式相对来说最利于土壤动物生存。主成分分析表明,不同秸秆还田方式对土壤动物密度、甲螨亚目动物类群、节跳虫科类群、前气门亚目类群影响较大,是耕作黑土中对秸秆还田方式反应敏感的土壤动物指标,今后可以作为考察耕作黑土秸秆还田肥力效应的评价指标。另外,CAA分析表明:受土壤环境因子影响较大的土壤动物类群多为研究区域内优势类群与常见类群,土壤动物的密度与土壤中有机质、有机碳、碳氮比与全磷的含量关系最为密切。     

冻融季温带森林土壤真菌群落结构及功能类群对不同土壤有机碳输入的响应

根系与凋落物有机碳输入变化对土壤生物群落的影响研究是目前学术界关注的热点问题,但冻融季不同有机碳输入方式将对土壤真菌群落结构及功能类群产生何种影响尚不明确。土壤真菌群落是调节森林生态系统稳定性的重要因素,有助于维持生态系统生产力时间尺度的稳定性。为了探索冻融季温带森林土壤真菌群落对控制根系和凋落物有机碳输入方式的响应特征,通过在帽儿山生态站设置4种碳源输入控制处理植物残体添加去除(DIRT):去除凋落物仅根系输入处理、去除根系仅凋落物输入处理、无碳源输入处理和同时进行根系与凋落物输入处理,采用ITS rDNA高通量测序技术和FUNGuild功能预测平台,来分析控制根系和凋落物有机碳输入方式对温带森林土壤真菌群落结构和功能类群的影响。研究结果显示：(1)不同有机碳输入方式改变了土壤真菌类群的多度：与自然生长状态下有机碳输入方式相比,根系有机碳输入比凋落物有机碳输入对土壤真菌类群多度影响更明显,去除根系碳源输入处理使真菌群落中子囊菌门含量升高19.52%,担子菌门含量下降16.77%。(2)有机碳输入方式对土壤真菌群落功能类群产生影响：与自然生长状态下有机碳输入方式相比,去除根系碳源输入处...