黄土高原植被恢复的水分生态环境研究

水分是制约黄土高原地区植被恢复与生态环境重建的决定性因子,在分析现有关于该区植被建设中的水分生态环境的各项研究的基础上,从水资源,土壤水分背景,土壤水分动态,土壤干层,土壤水分的林草生产力,水分性质分区,林草对策等7个方面,对黄土高原的土壤水分环境进行了阐述,针对该问题的研究现状,指出其中存在的问题,并对今后的研究进展了展望。     

黄土高原区不同植物凋落物搭配对土壤微生物量碳、氮的影响

黄土高原丘陵沟壑区进行的以退耕还林还草为主的生态建设,使得进入土壤生态系统有机物的种类和数量发生变化,不同种类凋落物混合对土壤微生物量碳、氮的影响是值得关注的问题。本文采用室内培养试验方法研究了采自黄土高原地区6种不同植物凋落物及等比例混合后对土壤微生物量碳、氮及矿质态氮含量的影响。结果表明,加入不同植物凋落物均显著提高了培养期间土壤微生物量碳、氮含量。总体平均,添加三种等量混合后植物凋落物的土壤微生物量碳、氮含量高于两种凋落物等量混合处理,而两种凋落物混合高于单种凋落物处理;土壤矿质态氮含量的变化则相反,即单种＞两种混合＞三种混合。单种和两种混合后土壤微生物量碳、氮含量与其碳氮显著相关,而三种凋落物混合后土壤微生物量碳、氮含量与其碳氮比无相关性,说明多种凋落物混合后土壤微生物量碳、氮含量受多种因素共同影响。因此,在黄土高原植被恢复重建中,有必要采用不同种类植物搭配,利用生物多样性促进生态系统健康持续发展。     

不同灌水施肥策略对土壤微生物量碳氮和酶活性的影响

根区局部灌溉形成一个土壤水分分布不均匀的环境,影响了土壤微生物量和酶活性。为探明这种影响,在2种灌水水平(正常灌水和轻度缺水)和2种有机无机N肥配施(单施无机N肥和有机无机N肥配施)下,以常规灌溉(CI)为对照,研究分根区交替灌溉(AI)和固定部分根区灌溉(FI)对土壤微生物量C(MBC)、微生物量N(MBN)和酶活性的影响。与CI相比,AI提高拔节期土壤MBC和抽雄期土壤脲酶活性,但是降低大喇叭口期土壤MBC以及拔节期和抽雄期土壤MBN和拔节期土壤脲酶活性;FI增加抽雄期土壤转化酶活性,但是降低大喇叭口期土壤MBC和可溶性碳(DOC)以及3个时期土壤MBN。与正常灌水相比,AI下轻度亏水增加拔节期和抽雄期土壤DOC,但是降低大喇叭口期土壤MBC和拔节期土壤MBN。与单施无机N肥相比,AI下有机无机N肥配施增加拔节期土壤DOC、MBN和过氧化氢酶活性,而FI下则降低大喇叭口期土壤MBC和转化酶活性。因此,在轻度缺水和有机无机氮配施条件下,分根区交替灌溉可以提高玉米拔节期土壤微生物量碳和可溶性碳。     

冬季作物对稻田土壤微生物量碳、氮和微生物熵的短期影响

研究不同的冬季作物马铃薯、黑麦草、紫云英、油菜在"冬季作物-双季稻"轮作种植制度下短期内对稻田土壤微生物碳、氮和微生物熵的影响,在湖南省土壤肥料研究所的实验网室内设置了小区试验.试验结果表明:几种冬季作物均提高了稻田土壤微生物碳、氮含量,黑麦草明显提高了土壤微生物量碳和微生物熵,紫云英明显提高了土壤微生物量氮.冬季作物对土壤微生物量碳和土壤微生物量氮的季节性影响变化趋势基本一致,紫云英、马铃薯处理的土壤微生物量C、N含量均在水稻生育期间8月中旬达到最大值.     

半干旱黄土小流域不同恢复方式对生态系统多功能性的影响

在黄土高原大规模退耕还林（草）背景下,植被恢复对生态系统功能会产生极大影响。以往研究多为比较不同恢复方式或植被类型的单一生态系统功能,对生态系统多功能性的研究亟待加强。因此,基于甘肃定西龙滩流域3种恢复方式（天然荒草、自然恢复、人工恢复）6种植被类型（长芒草草地、赖草草地、苜蓿草地、柠条灌丛、油松林、山杏林）38个样地调查数据,选取与土壤养分储存与循环、水源涵养、初级生产力、多样性维持等相关的23个功能指标利用平均值法量化生态系统多功能性。研究结果显示,（1）除营养物转化与循环功能外,其余土壤相关的生态系统功能在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。人工恢复植被的土壤肥力显著高于自然恢复植被;人工恢复植被中土壤肥力从高到低依次为柠条灌丛、苜蓿草地、山杏林、油松林。自然恢复植被的水源涵养功能显著高于人工恢复植被。（2）除植物生长策略外,其余植物相关的生态系统功能在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。人工恢复植被中地上初级生产力从高到低依次为山杏林、油松林、柠条灌丛、苜蓿草地,并显著高于自然恢复植被。人工恢复植被中植物养分吸收能力从高到低依次为苜蓿草地、柠条灌丛、油松林、山杏林,并显著高于自然恢复植被。自然恢复植被的物种多样性显著高于人工恢复植被。（3）生态系统多功能性在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。生态系统多功能性表现为人工恢复植被高于自然恢复植被,但人工恢复植被的水源涵养功能与物种多样性均低于自然恢复植被,不利于生态系统的可持续发展。研究认为,在植被恢复具体实践中,应针对不同的恢复目标,根据各植被类型的功能特征,制定因地制宜的植被恢复战略。     

26年长期施肥对土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影响

研究长期小麦连作施肥条件下土壤微生物量碳、氮,土壤呼吸的变化及其与土壤养分的相关性。以陕西长武长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K2SO4提取法、碱液吸收法和化学分析法分析了长达26a不同施肥处理农田土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤呼吸之间的差异及其调控土壤肥力的作用。长期施肥及种植作物,均能提高土壤微生物量碳、氮含量,尤其是施用有机肥,土壤微生物量碳、氮含量高于单施无机肥的处理,土壤呼吸量也提高15.91%—75.73%,而施用无机肥对于土壤呼吸无促进作用。土壤微生物生物量碳氮、土壤呼吸与土壤有机质、全氮呈极显著相关。长期有机无机肥配施可以提高土壤微生物量碳氮、土壤呼吸,氮磷肥与厩肥配施对提高土壤肥力效果最好。微生物量碳氮及土壤呼吸可以反映土壤质量的变化,作为评价土壤肥力的生物学指标。     

植被恢复对土壤碳氮循环的影响研究进展

植被恢复重建是治理水土流失的主要手段之一,能够有效地促进侵蚀土壤发育、提高土壤肥力、增强土壤微生物活性,进一步影响土壤碳氮循环.因此,植被的恢复重建过程对土壤有机碳库、氮库累积以及温室气体的排放具有一定作用.本文综述了植被恢复对土壤碳、氮循环过程的影响以及土壤质量与植被修复之间的协同效应,并提出了今后进一步研究的方向.对评价植被恢复在应对全球气候变化中所起的作用具有借鉴与参考价值,对促进土壤肥力改善和退化生态系统的恢复及可持续发展也有重要的现实意义.     

黄土区六种植物凋落物与不同形态氮素对土壤微生物量碳氮含量的影响

黄土高原丘陵沟壑区进行的以退耕还林还草为主的生态环境建设,使得进入土壤生态系统有机物的种类及数量发生变化,其对土壤微生物量碳、氮的影响是值得关注的问题。采用室内培养法研究了采自该区6种不同植物凋落物（碳氮比在15.1-50.7之间）及其与不同形态氮素（NH+4-N及NO-3-N）配合对土壤微生物量碳、氮及矿质态氮含量的影响。结果表明,加入不同凋落物均显著提高了土壤微生物量碳、氮含量,其中加入柠条、沙打旺等碳氮比低的凋落物在培养的一段时期内土壤微生物量碳、氮均高于碳氮比高的凋落物（刺槐、沙柳和长芒草）。在加入凋落物再施用NH+4或NO-3,也提高了土壤微生物量碳、氮含量,其中铵态氮处理土壤微生物量碳、氮含量的增加达显著水平,说明微生物更易利用铵态氮。加入C/N高的凋落物后土壤中的矿质氮发生固持,矿质态氮固持量与凋落物的C/N比呈显著的正相关关系。建议在黄土高原丘陵沟壑区植被恢复过程中,有必要考虑不同植物凋落物的碳、氮养分含量及转化特性,以协调土壤碳、氮转化过程。     

施用控释氮肥对稻田土壤微生物生物量碳、氮的影响

借助农业部望城红壤水稻土生态环境野外观测试验站的控释氮肥试验,研究了施用控释氮肥对水稻不同生育期间稻田土壤微生物生物量碳、氮动态变化的影响。试验共设5个处理:①CK,(不施氮肥);②Urea(施用尿素);③CRNF(施用与处理②等氮量的控释氮肥);④70%CRNF(施用控释氮肥,用氮量为处理②的70%);⑤50%CRNF+M(施用控释氮肥和猪粪,总氮量为处理②的70%,其中控释氮肥用量为处理②的50%,猪粪含氮量为处理②的20%)。结果表明,施肥后10 d,施氮处理土壤微生物生物量碳和氮均达最高,随生育进程推进逐渐下降,成熟期有一定的回升;施肥初期,施用等氮量的控释氮肥处理(CRNF)土壤微生物量碳、氮含量较尿素处理(Urea)分别增加5.4%和22.5%,而水稻生育中后期,控释氮肥处理(CRNF)土壤微生物量碳、氮含量较尿素处理(Urea)下降幅度大,该处理向地上部提供氮素营养较尿素处理高;施氮量较高的CRNF处理,土壤微生物生物量碳低于控释氮肥节氮处理(70%CRNF),但在大多数取样时期,土壤微生物量氮高于控释氮肥节氮处理(70%CRNF);控释氮肥配施有机肥的节氮处理较其他单施化肥处理显著增加土壤微生物生物量碳、氮含量。控释氮肥与有机肥配施,不仅能节约氮肥用量,而且能明显地提高土壤微生物生物量碳、氮的含量。     

黄土高原不同气候区刺槐林恢复年限对水、碳及植物多样性的影响

分析植被恢复对黄土高原人工林生态系统服务的影响,对黄土高原新一轮植被恢复和可持续发展有重要意义。通过文献搜索对已发表的92篇文献中的241组对照试验结果运用整合分析方法,以黄土高原不同气候区内不同恢复年限的刺槐林为代表,选取土壤水分、碳和植物多样性三个指标评价黄土高原刺槐林的生态系统服务变化。结果表明:与对照相比,种植刺槐林后整体上显著提高了土壤碳储量和植物多样性,相对增长率分别为81.30%和32.60%(P<0.05),而土壤储水量显著下降,相对变化率为-35.58%(P<0.05);半湿润地区土壤储水量相对变化率(-22.98%)(P<0.05)和植物多样性相对增长率(149.1%)(P<0.05)显著高于半干旱地区,土壤碳储量相对增长率(57.21%)(P<0.05)低于半干旱地区;刺槐林土壤储水量、碳储量和植物多样性的相对变化率随恢复年限增加依次为-27.57%、-41.80%、35.92%,16.84%、78.58%、156.27%和51.38%、26.37%、27.56%。     

黄壤稻田土壤微生物生物量碳磷对长期不同施肥的响应

本研究以进行了22年的黄壤稻田长期定位试验为依托,分析了不同施肥模式下土壤碳(C)、磷(P)与微生物生物量C(MBC)、P(MBP)的变化及其耦合特征,旨在探讨黄壤地区合理培肥模式以提高土壤磷素有效性.试验包括10个处理,分别为不施肥(CK)、单施氮肥(N)、磷钾配合(PK)、氮钾配合(NK)、氮磷配合(NP)、氮磷钾配合(NPK)、单施有机肥(M)、3种有机无机肥配施(1/4M+3/4NP、0.5MNP、MNPK).结果表明:与不施肥相比,N和NK处理土壤有机碳(TOC)、全磷(TP)、MBC、MBP均有不同程度的降低,施磷处理(PK、NP、NPK)则有不同程度的提升;与不施肥和施用无机肥相比,施用有机肥各处理TOC、MBC、MBP及MBP/TP均显著增加,其中M和MNPK处理增幅最大.MBC/MBP、TOC/MBP、MBC/TP以施用有机肥处理最低,N处理最高.土壤MBC、MBP及其耦合关系与土壤TOC和有效磷均呈极显著相关,TOC是影响MBC、MBP、MBP/TP的直接因素,而有效磷则是影响MBC/MBP、TOC/MBP、MBC/TP的直接因素.土壤MBP及碳、磷耦合关系各指标可以有效区分单施化肥和施用有机肥的不同施肥方式,可作为评价黄壤稻田磷素肥力的生物学指标.配施有机肥是增加黄壤稻田磷有效性、提高土壤供磷潜力和保持土壤生物健康的有效途径.     

不同培肥措施对红壤茶园土壤微生物量碳的影响

研究了经过4年不同培肥措施后红壤茶园土壤微生物量碳变化.结果表明:稻草覆盖后不同比例有机无机肥配施、间作三叶草以及全施化肥处理对土壤微生物量碳均有明显提高;全年土壤微生物量碳年变化都呈现"低-高-低-高"的趋势,且在不同时期对微生物量碳的影响不同;与对照(CK)相比,稻草覆盖 100%有机肥(T1)、稻草覆盖 75%有机肥 25%化肥(T2)、稻草覆盖 50%有机肥 50%化肥(T3)、稻草覆盖 25%有机肥 75%化肥(T4)、100%化肥(T5)和间作三叶草 不施肥(T6)土壤微生物量碳全年平均值分别高出17.05%、32.38%、32.05%、24.30%、26.23%和24.63%,且差异均达到显著水平(P＜0.05);土壤微生物量碳与活性有机质、土壤全氮、微生物量氮、微生物量磷呈显著正相关,与速效氮、土壤全磷、土壤全钾、土壤含水量之间关系不显著;与单施化肥和全量投入有机物料相比,有机物和化肥配合施用更有利于提高土壤肥力.     

不同施肥模式下稻田土壤微生物生物量磷对土壤有机碳和磷素变化的响应

通过15年的红壤稻田长期定位试验,研究了不同施肥模式下土壤微生物生物量磷(MB-P)对土壤有机碳和磷素变化的响应.结果表明红壤稻田有机碳源的长期投入和土壤有机碳的逐年升高使土壤微生物生物量碳(MB-C)维持在较高水平(＞800 mg·kg-1),是稻田土壤MB-P(＞16.0 mg·kg-1)提高的主要原因.长期不施磷肥条件下,土壤全磷含量与试验前相比显著降低(P＜0.05),而土壤有机磷含量平均提高了29.3%;土壤亏损的磷形态主要是无机磷(Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P),其中Al-P含量处于最低水平(平均0.5 mg·kg-1).另外,长期不施磷肥土壤的MB-P远高于Olsen法提取态磷(Olsen-P)(＜7.0 mg·kg-1),而稻田土壤MB-P与Al-P呈显著相关(P＜0.05),表明土壤微生物对稻田土壤Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P的利用是促进其向有效磷方向转化的关键途径.磷肥配合有机养分循环利用不仅提高了土壤磷库的积累,而且通过土壤微生物的活化有效地提高了土壤磷的有效性.     

不同施肥制度对潮棕壤微生物量碳的影响

利用长期定位试验研究了下辽河平原地区不同施肥处理下潮棕壤微生物量碳的变化。结果表明:不施肥处理的微生物量碳含量最低,化肥均衡施用和施用循环肥均能显著提高土壤微生物量碳含量(P<0.05),以化肥N、P、K 循环猪圈肥处理效果最好;各处理的微生物量碳均呈现出春冬季较低,夏秋季较高的趋势;化肥均衡施用配合循环肥能显著提高土壤微生物量碳的周转强度,缩短周转时间(P<0.05),以化肥N、P、K 循环猪圈肥处理土壤微生物量碳的周转时间最短,1年可周转1.03次。     

扎龙湿地不同生境土壤微生物生物量碳氮的季节变化

为从土壤微生物生物量角度分析扎龙湿地不同生境的土壤肥力状况,对扎龙芦苇生境和草甸生境不同土层(0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm)微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)季节变化进行监测,并分析了土壤微生物生物量碳氮与土壤环境因子的关系。结果表明:两种生境土壤MBC、MBN含量均表现出明显的垂直分布特征,即0—10 cm10—20 cm20—30 cm,且草甸生境显著大于芦苇生境。在整个生长季节内,两种生境土壤微生物量碳、氮均大致呈现出"W"型变化格局,其变化幅度均随着土层的加深而减小,且草甸生境的变化幅度显著大于芦苇生境。相关分析表明:芦苇生境土壤MBC与土壤含水率呈极显著正相关(P0.01),与土壤pH呈极显著负相关(P0.01),MBN与土壤含水率、有机碳、水解性氮呈极显著正相关(P0.01),与土壤pH呈极显著负相关(P0.01);草甸生境土壤MBC则均与土壤含水率、有机碳、有效磷、水解性氮呈极显著正相关(P0.01),与土壤pH值呈显著正相关(P0.05),MBN则均与土壤含水率、有效磷呈极显著正相关(P0.01),与有机碳呈显著正相关(P0.05)。     

长期施肥对稻田土壤有机氮、微生物生物量及功能多样性的影响

以位于湖南省新化和宁乡县两个稻田肥力长期定位试验点的土样为材料,研究了不同施肥处理对稻田土壤有机氮组分、微生物生物量及功能多样性的影响.结果表明：与不施肥处理（CK）相比,化肥配施有机肥处理提高了稻田土壤酸解总氮（TAHN）及其组分中氨基糖氮（ASN）、氨基酸氮（AAN）和酸解氨态氮（AN）的含量,不同施肥处理对组分中酸解未知氮（HUN）的影响不尽相同.与CK相比,单施化肥处理对土壤微生物生物量碳、氮（MBC、MBN）含量的影响较小,化肥配施有机肥处理则显著提高了土壤MBC和MBN的含量.采用BIOLOG法对土壤微生物群落功能多样性进行测定,结果表明：中、高量有机肥处理提高了稻田土壤微生物的碳源利用率和微生物群落功能多样性;土壤微生物碳源利用的类型因长期不同施肥处理而产生差异.     

不同林龄落叶松人工林土壤微生物生物量碳氮的季节变化

为从土壤微生物生物量角度分析不同林龄落叶松人工林的土壤肥力状况,对辽宁东部山区两种林龄(9年生,幼龄林;43年生,成熟林)落叶松人工林不同土层(腐殖质层和矿化层)微生物生物量碳、氮季节变化进行了监测,并分析了微生物生物量碳氮的季节变化与土壤养分及水分的关系.结果表明:两种林龄落叶松腐殖质层微生物生物量碳、氮含量均高于矿化层;在腐殖质层,幼龄林微生物生物量碳、氮含量高于成熟林.方差分析表明,在春、秋季节,同一土层两林龄土壤微生物生物量碳、氮含量之间差异达到显著水平(P<0.01).在观测的3个季节内,幼龄林腐殖质层的微生物生物量碳基本无变化,而成熟林的微生物生物量碳在秋季达到最高;两种林龄落叶松微生物生物量氮均在夏季达到最高.在矿化层,两种林龄落叶松微生物生物量碳、氮均在秋季达到最大.相关分析发现,微生物生物量碳、氮之间以及土壤微生物生物量碳、氮与土壤有机碳、全氮呈显著正相关,而与土壤水分无相关性;另外,落叶松人工林内的灌木种类和数量以及季节性温度变化对土壤微生物生物量碳氮也有影响.上述结果表明,研究区域土壤微生物生物量碳、氮的季节波动与土壤养分状况密切相关,幼龄林土壤养分状况优于成熟林.     

施肥对落叶松和水曲柳人工林土壤微生物生物量碳和氮季节变化的影响

2007-2008年,采用氯仿熏蒸浸提法测定了落叶松和水曲柳人工林土壤微生物生物量,研究施N肥对土壤微生物生物量碳、氮,以及细菌、真菌和放线菌数量季节变化的影响.结果表明：落叶松林地土壤微生物生物量碳、氮两年平均值分别比水曲柳林地低13.8%和18.3%,但两种林分土壤微生物生物量碳、氮具有相同的季节变化规律：5月最低,9月最高;表层（0～10 cm）土壤微生物生物量碳、氮及微生物数量均高于亚表层（10～20 cm）土壤.但细菌、真菌和放线菌数量的季节变化格局与生物量不同.施肥降低了两种林分的微生物生物量碳、氮,以及细菌、真菌和放线菌数量,其中,落叶松林地微生物生物量碳和氮分别降低了24%和63%,水曲柳分别降低了51%和68%.说明施N肥限制了土壤微生物生物量,改变了土壤微生物的群落结构.