模拟氮沉降对中亚热带森林土壤Ni、Cu、Zn含量的影响

通过野外模拟实验,研究3个氮沉降水平,CK(对照,0 kg·hm^-2·a^-1)、LN(低氮,30 kg·hm^-2·a^-1)和HN(高氮,100 kg·hm^-2·a^-1)处理对亚热带针叶(杉木)和阔叶(罗浮栲、浙江桂)森林土壤中微量元素Ni、Cu、Zn含量的影响。结果表明:就不同的林分来看,3种微量元素的含量大致呈杉木林>罗浮栲林>浙江桂林,施氮3 d后,浙江桂林和罗浮栲林土壤中3种微量元素在各处理之间差异不显著,仅发现杉木林土壤中的Ni含量在CK处理与LN及HN处理之间和无凋落物土壤中Cu含量在HN与CK及LN之间的差异显著; 3片林分中土壤表面有无凋落物处理总体对3种微量元素含量的影响不大。与施氮前相比,3片林分土壤中的Ni、Cu、Zn含量均有所下降,且浙江桂林在LN处理的降幅最大。     

新鲜土壤样品储存温度和时间对不同形态氮素的影响

土壤氮素形态及含量具有重要的生态学研究意义,而土壤样品的储存对土壤氮素含量的准确测定有很大影响.为了选择合理的土壤样品储存方法,本研究以福建省建瓯市万木林保护区罗浮栲林土壤为研究对象,测定在不同温度(25、4和-20 ℃)、不同储存时间(0、7和30 d)下土壤铵态氮、硝态氮、总氮、可溶性有机氮、氨基酸氮含量和微生物生物量氮,以及冷冻后常温培养过程中的氮素含量.结果表明: 在7 d的储存时间内,除氨基酸氮以外,常温培养样品下其余的氮素含量均有所增加;与新鲜样品相比,冷藏、冷冻样品的所有氮素含量之间均无显著性差异,且氮素含量变化较常温培养下更加稳定.因低温储存样品有刺激氮矿化的效果,在30 d储存时间内,与新鲜样品相比,除可溶性有机氮外,冷藏、冷冻样品的所有氮素含量均显著升高;两种冷储存方法之间无显著差异.因此,新鲜样品带回实验室后应及时处理;如需要冷储藏,时间不要超过半个月.如果需要较长的储存时间,则需将样品放置于更低的温度(-40或-80 ℃).在对储存土壤样品进行培养试验之前,需要进行预培养处理.在预培养过程中,除硝态氮含量呈现先下降再迅速升高的趋势外,其余氮素均随着培养时间逐渐趋近于新鲜土壤样品含量,在培养一周左右恢复到与新鲜土壤样品氮含量最为接近的状态.结合已有研究,对野外取样和风干样品需要5～14 d的预培养,冷储存样品预培养时间不应少于一周.     

凋落物去除和氮添加对亚热带阔叶林土壤不同组分碳、氮的影响

人类活动显著增加了氮沉降,对森林生态系统产生了不同程度的影响;凋落物在其分解过程中输入的大量有机碳、氮也会影响土壤碳氮的形成、稳定及转化.本研究选择亚热带常绿阔叶林,对样地进行8年氮添加[对照(0)、低氮(75 kg·hm^-2·a^-1)、高氮(150 kg·hm^-2·a^-1)]和控制凋落物处理(保留凋落物、去除凋落物),之后采集土壤样品,通过K₂SO₄、Na₂B₄O₇、Na₄P₂O₇、NaOH、H₂SO₄、Na₂S₂O₄、HF等化学试剂逐级浸提土壤,测定各浸提液和残渣中的碳、氮含量,研究凋落物及氮添加对土壤矿物结合态碳、氮的影响.结果表明: 整体上,胡敏素(humin,H)组分的土壤碳、氮含量均为最高,分别占土壤全量的33.5%和33.3%.Na₂B₄O₇溶液提取的土壤可溶性碳、氮含量最高,其次是NaOH和Na₄P₂O₇溶液,3种试剂提取的土壤可溶性总碳、可溶性总氮以及可溶性有机氮分别占提取总量的46.2%、47.9%和76.5%.与对照相比,氮添加增加了Na₂S₂O₄和H组分碳、氮含量;与保留凋落物比较,去除凋落物降低了Na₂B₄O₇、H₂SO₄、Na₂S₂O₄和H组分的碳含量,以及NaOH、HF和H组分的氮含量.保留凋落物和氮添加显著增加了K₂SO₄组分氮含量.可见,保留凋落物和外源氮通过影响化学稳定性不同的土壤组分的碳氮变化来改变土壤碳氮过程.     

木麻黄和桤木离体根瘤和立地土壤的固氮酶与N2O还原酶活性的研究

为了解非豆科固氮树种的固氮酶和N_2O还原酶(Nos)活性,采用乙炔还原法和乙炔抑制技术对细枝木麻黄(Casuarina cunninghamiana)和江南桤木(Alnus trabeculosa)离体根瘤及立地土壤的两种酶活性进行了研究。结果表明,离体根瘤只在厌氧条件下有固氮酶活性,在好氧条件下有Nos活性。根瘤区根际土和非根瘤区根际土的固氮酶活性在好氧条件大于厌氧条件,Nos活性只表现在厌氧条件下。在好氧条件下,根瘤区根际土和非根瘤区根际土的固氮酶活性无显著差异;根瘤区根际土的Nos活性显著大于非根瘤区根际土。除离体根瘤在好氧条件下不表现固氮酶活性外,细枝木麻黄和桤木的离体根瘤、根瘤区根际土和非根瘤区根际土的固氮酶活性均都大于Nos活性。好氧条件下根瘤区根际土的固氮酶活性与非根瘤区根际土的呈极显著正相关,而厌氧条件下根瘤的固氮酶活性与好氧条件下根瘤区根际土和非根瘤区根际土固氮酶活性、好氧条件下根瘤的Nos活性与厌氧条件下根瘤区根际土和非根瘤区根际土Nos活性均呈极显著负相关。这为研究弗兰克氏菌结瘤植物共生固氮体系对N2O汇强度的影响和调控奠定基础。     

中亚热带地区两种森林植被类型土壤微生物群落结构

利用磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记法分析了中亚热带地区罗浮栲天然林和相邻的杉木人工林土壤微生物群落结构特点.结果表明: 两种植被类型的磷脂脂肪酸总量、细菌特征脂肪酸、真菌特征脂肪酸、放线菌特征脂肪酸、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌特征脂肪酸含量均为0～10 cm高于10～20 cm土层,罗浮栲天然林高于杉木人工林.在两种植被类型的两个土层中,细菌PLFAs含量均显著高于真菌PLFAs含量.两种植被类型中,细菌PLFAs含量约占PLFAs总量的44%～52%,而真菌仅占6%～8%,表明细菌在该地区两种植被类型土壤中处于优势地位.主成分分析表明,土壤微生物群落结构差异主要由植被类型差异引起,土层深度的影响相对较小.相关分析显示,革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌以及细菌的PLFAs含量与pH呈显著负相关,与含水量呈显著正相关;土壤微生物主要类群PLFAs含量与总氮、有机碳、C/N和铵态氮均呈显著正相关.     

水分状况与不同形态氮添加对亚热带森林土壤氮素净转化速率及N2O排放的影响

通过室内模拟试验,研究40%、70%和110%土壤饱和持水量(WHC)下,不同形态氮(硝态氮和铵态氮)添加对亚热带森林红壤氮素转化的影响.结果表明:70%WHC下土壤净矿化和氨化速率最高,40%WHC下最低;与对照相比,70%WHC下添加硝态氮使土壤净矿化和氨化速率分别降低56.1%和43.0%,110%WHC下分别降低68.2%和19.0%,但提高了氨化速率占矿化速率的比例,表明添加硝态氮抑制了硝化.110%WHC下,添加硝态氮后,土壤净硝化速率最低,但氧化亚氮(N2O)浓度最高,最大值出现在第3~7天,表明N2O产生自反硝化途径,硝态氮也在同时段降低;而40%WHC和70%WHC下,N2O浓度在培养初期最大,即使在铵态氮和硝态氮添加处理下,试验后期N2O浓度也没有显著变化,表明自氧硝化是试验前期N2O产生的主要途径.40%WHC下,土壤可溶性有机碳含量增加最多,且在铵态氮添加处理下增加最多,可见添加铵态氮促进土壤有机质矿化,增加可溶性有机碳,但是土壤水分含量增多不利于有机质矿化.在40%WHC和110%WHC下,铵态氮添加处理土壤可溶性有机氮(SON)变化速率分别显著高于对照73.6%和176.6%,而在硝态氮添加处理下,只有40%WHC下显著高于对照78.7%,表明高水分条件和添加铵态氮有利于SON的形成.     

中亚热带地区米槠天然林土壤微生物群落结构的多样性

为了解土壤微生物群落的结构,采用磷脂脂肪酸方法对武夷山和建瓯的米槠(Castanopsis carlesii)天然林土壤微生物群落的结构多样性进行了研究。结果表明,两地米槠天然林的土壤微生物群落组成十分丰富,多样性指数、丰富度指数和均匀度指数分别为2.92~3.01、25.84~28.23 和0.88~0.90。0~10 cm土层的磷脂脂肪酸总量、细菌特征脂肪酸、真菌特征脂肪酸、放线菌特征脂肪酸、革兰氏阳性菌和阴性菌特征脂肪酸含量均高于10~20 cm土层的,且建瓯万木林自然保护区的高于武夷山国家级自然保护区。10~20 cm土层的革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌高于0~10 cm土层的;细菌特征脂肪酸含量显著高于真菌,表明细菌在土壤微生物群落结构中处于优势地位。主成分分析表明,土壤微生物群落结构的差异主要是由采样地点的不同引起。     

中亚热带森林土壤真菌多样性的案例研究

为了解中亚热带森林土壤的真菌多样性,利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术对武夷山国家级自然保护区和建瓯万木林自然保护区内的米槠(Castanopsis carlesii)天然林土壤真菌进行研究。结果表明,中亚热带地区森林土壤真菌群落丰富,土壤真菌的多样性指数、丰富度指数和均匀度指数分别为3.37~3.80、26~29和0.977~0.984。经测序及同源性比对,真菌以担子菌类(Basidiomycota)最多,占总数的35.9%;其次为子囊菌类(Ascomycota),占总数的15.4%;接合菌类(Zygomycota)和半知菌类(Deuteromycota)分别占总数的10.3%和7.7%。主成分分析表明,地点和土层深度共同影响真菌群落组成,其中由地点引起的真菌群落组成差异大于土层深度。土壤真菌多样性指数与土壤铵态氮呈显著正相关,与土壤碳氮比呈显著负相关;丰富度指数和均匀度指数与土壤因子间没有显著的相关性,因此,土壤碳、氮含量是影响土壤真菌群落结构的重要因子。     

大气CO2浓度升高对稻麦根系周围土壤C、P、K的影响

利用FACE(free air carbon dioxide enrichment)技术平台,在两种氮肥施用(低氮,LN和常规氮,NN)水平下,研究CO2浓度升高对水稻和小麦收获后根际和非根际土壤可溶性碳、有机磷、速效磷和速效钾的影响.结果表明,相对于对照CO2浓度处理,高CO2浓度处理在显著增加作物生物量的前提下,土壤速效磷和速效钾不但没有降低反而增加,增加幅度小麦季大于水稻季,根际大于非根际;水稻季土壤可溶性碳含量增加,且NN水平下水稻和小麦季进入土壤的可溶性碳增加,导致土壤有机磷降低幅度低于LN水平,且水稻季根际土壤大于非根际土壤,有机磷的降低是保证有效磷升高的一个重要因素,增加氮肥施用将有利于土壤有机磷的增加,对维持土壤磷的供给有积极作用,有利于作物对高CO2浓度的持续响应.     

水稻生长及其体内C、N、P组成对开放式空气CO2浓度增高和N、P施肥的响应

采用FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)技术,研究了不同N、P施肥水平下,水稻分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期根、茎、叶、穗生长,C/N比,N、P含量及N、P吸收对大气CO₂浓度升高的响应.结果表明,高CO₂促进水稻茎、穗和根的生长.增加分蘖期叶干重,对拔节期、抽穗期和成熟期叶干重没有显著增加.降低茎、叶N含量;增加抽穗期穗N含量,降低成熟期穗N含量;对分蘖期根N含量影响不显著,而降低拔节期、抽穗期和成熟期根N含量.增加拔节期、抽穗期和成熟期叶P含量,对茎、穗、根P含量影响不显著.水稻各组织C含量变化不显著.C/N比增加.显著增加水稻地上部分P吸收;增加N吸收,但没有统计显著性.N、P施用对水稻各组织生物量没有显著影响.高N(HN)比低N(LN)增加组织中N含量,而不同P肥水平间未表现出明显差异.高N条件下高CO₂增加水稻成熟期地下部分/地上部分比.文中还讨论了高CO₂对N、P含量及地下部分/地上部分比的影响机制.