长白山阔叶红松林土壤无机氮空间异质性

利用地统计学方法,研究了长白山阔叶红松林内土壤表层(0～10cm)铵态氮和硝态氮的空间异质性.结果表明:长白山阔叶红松林内土壤表层铵态氮和硝态氮的半方差函数可用球状模型或高斯模型拟合.土壤表层铵态氮和硝态氮的空间分布均呈现中等程度的空间自相关,结构比范围分别在0.70%～41.47%和32.26%～52.66%;铵态氮的空间自相关尺度小于硝态氮,变程分别为8.87和9.76m.土壤表层铵态氮和硝态氮在空间上呈斑块状分布;铵态氮的空间异质性程度高于硝态氮,硝态氮与土壤水分呈显著负相关关系(r=-0.3743,P0.05),而铵态氮与土壤水分无显著的相关关系.     

不同湿地模型净水效果与基质酶活性相关性的比较研究

为了研究不同植物和基质组合的小型湿地模型净水效果及其与基质酶活性(脲酶和磷酸酶)之间的相关性, 并选出净水效果最佳的模型, 通过对两种植物(茭白和慈姑)和两种基质(石榴石和磁铁矿)进行组合构建不同的湿地模型, 对不同湿地模型进出水口水质和基质酶活性进行测定并加以分析进行优化选择。结果表明: 湿地模型对亚硝态氮的去除率最高, 最高能达到98.87%, 最低也能达到58.06%, 对高锰酸盐的去除率最低, 最高37.91%, 最低2.51%; 湿地模型X5-X6对各污染物的去除率基本上都比X1-X4高, 总氮去除率平均高3%, 氨氮去除率平均高10%, 亚硝态氮去除率平均高10%, 总磷去除率平均高15%, 正磷酸盐去除率平均高20%, 高锰酸盐去除率平均高8%; 在相同种植数量的情况下, 茭白和慈姑混合种植的湿地模型总体上比茭白和慈姑单一种植的湿地模型具有更好的净水效果, 是实验中的最佳湿地模型; 湿地模型的脲酶活性与总氮去除率具有显著的相关性(相关系数为0.903—0.980), 脲酶可作为判定人工湿地去除养殖水体中总氮效能的指标, 湿地模型磷酸酶活性与高锰酸盐去除率总体上具有显著相关性(相关系数为0.821—0.992), 磷酸酶可作为判定人工湿地去除养殖水体中高锰酸盐效能的指标。研究为人工湿地植物和基质优化选择和基质酶活性评价净水效果提供了理论依据。     

人工湿地黑臭水体处理系统微生物脱氮机理研究

以上海市老段浦I、II和北夏3座水平潜流人工湿地黑臭河道处理系统为研究对象,进行了水平潜流湿地处理黑臭河道氨氮的转化及脱氮机理的研究。研究表明,3座人工湿地的pH值均呈弱碱性,且沿湿地水流方向变化较小。溶解氧值在0.09—0.35mg/L范围内波动,氨氮沿湿地的流向呈递减的趋势,亚硝态氮及硝态氮浓度较低。在老段浦人工湿地的同一土样中,亚硝化细菌的数量远大于硝化细菌的数量,北夏人工湿地中,湿地前端的亚硝化细菌与硝化细菌的数量近似相等,但在湿地末端亚硝化细菌数量要远小于硝化细菌的数量。原位曝气抑制反硝化反应试验研究表明,3座人工湿地都发生了"新"的脱氮途径-短程硝化-反硝化反应,其中两座老段浦人工湿地50%的氮以短程硝化-反硝化反应去除。北夏人工湿地中约20%的氮以短程硝化反硝化的途径去除。       

5种湿地植物对生活污水净化效果研究

选择芦苇、水葱、千屈菜、扁秆藨草、长苞香蒲5种常见湿地植物分别构建人工湿地小试系统,测试它们对生活污水的净化作用,分析污水净化过程中氮磷元素在植物体内和土壤中的动态分布,以明确各湿地植物对污水的综合净化能力。结果表明:（1）5种湿地植物对生活污水中的CODcr、铵态氮、总氮和总磷的去除效果显著高于无植物对照;随处理时间延续,污水中CODcr、铵态氮、总氮和总磷浓度均呈下降趋势,定植土壤中的总氮和总磷含量呈先上升后下降的变化趋势。（2）5种植物能够吸收污水中89.7%～97.9%的磷元素,污水中剩余的磷元素量较少（2.1%～10.3%）;污水中氮元素在植物体、污水和土壤中分布因植物种类不同有很大差别,芦苇、水葱和长苞香蒲可吸收污水中76.1%～83.4%的大部分氮元素,而千屈菜和扁秆藨草对氮元素吸收量较少（分别为45.0%和46.8%）,在污水和土壤中滞留的氮元素较多（21.7%～31.6%）。（3）5种植物对氮元素的积累能力显著大于对磷元素的积累能力;5种湿地植物对生活污水的综合净化能力差异较大,从强到弱依次为芦苇＞长苞香蒲＞水葱＞扁秆藨草＞千屈菜。     

基于MaxEnt模型的黄河三角洲滨海湿地优势植物群落潜在分布模拟

采用千米网格的方法,对黄河三角洲滨海湿地进行土壤采样和植被群落调查,利用MaxEnt模型和GIS空间分析技术,模拟该地区优势物种的潜在分布,定量分析优势物种的主导环境影响因子及其生态位参数.结果表明: 黄河三角洲滨海湿地的优势物种为柽柳、芦苇和盐地碱蓬.影响柽柳、芦苇和盐地碱蓬潜在分布的主导环境因子分别为硝态氮、盐分、坡度、镁、海拔和铵态氮,硝态氮、盐分、全磷、pH、海拔和铵态氮,硝态氮、盐分和铵态氮.黄河三角洲滨海湿地优势物种的存在概率与盐分呈正相关,与其他主导环境影响因子呈负相关.黄河三角洲滨海湿地优势物种的潜在核心适生区主要分布在滨海地区,芦苇的分布范围较柽柳和盐地碱蓬更广泛.     

不同人工湿地植物对生活污水净化效果研究

探讨不同湿地植物对COD、总氮、总磷和铵态氮的去除能力,为生活污水净化的相关植物筛选提供依据。选择美人蕉(Canna indica)、香蒲(Typha latifolia)、再力花(Thalia dealbata)、菖蒲(Acorus calamus)、水葱(Scirpus validus)、千屈菜(Lythrum salicaria)和芦苇(Phragmites australis)共7种常见湿地植物作为研究对象,通过建立人工湿地污水处理系统,考察不同植物在7个月内对COD、总氮、总磷和铵态氮的去除率,同时考察7种湿地植物的氮磷累积能力。结果显示,香蒲、芦苇和水葱具有较高的COD去除率,水葱、千屈菜和芦苇具有较高的总氮去除率,香蒲、水葱和千屈菜对总磷的去除率较高,水葱、香蒲和千屈菜对铵态氮的去除率较高。7种植物对COD的去除率在4~8月份呈逐渐上升趋势,此后开始下降;而对总氮的去除率则从4~8月份整体呈上升趋势,8~10月去除率稳定保持在较高水平;随着时间的延长,不同植物对总磷的去除率基本呈升高的趋势;不同植物对铵态氮的去除率在4~7月期间显著上升,此后去除率均维持在较高水平。7种湿地植物对氮的累积能力均显著高于磷。香蒲、水葱、芦苇和千屈菜对4种污染物具有较好的去除能力。不同植物对4种污染物的去除过程至少需要3个月,并且均在7和8月份具有较高的去除能力。美人蕉和芦苇与其他湿地植物相比,具有更高的氮磷累积能力。     

进水碳氮比对CANON型人工湿地脱氮性能的影响

通过逐步提高进水中的有机碳源浓度,探讨进水碳氮比(C/N)对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)脱氮效能及其微生物特性的影响.结果表明: 进水C/N可显著影响CANON型TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.当进水C/N由0.0增至6.0时,TFCW中反硝化功能基因的丰度随之增加,系统反硝化性能提高,TFCW中逐渐形成同步亚硝化、厌氧氨氧化与反硝化(SNAD)耦合反应体系,其脱氮效果得以强化.当进水C/N＞6.0时,好氧氨氧化菌活性受到抑制,数量逐渐减少,TFCW中的厌氧氨氧化作用与反硝化作用受阻,系统脱氮性能恶化.当进水C/N为6.0时,TFCW中的SNAD作用可得到最大限度的强化,其总氮(TN)去除率和去除负荷分别达(93.3±2.3)%和(149.30±8.00) mg·L^-1·d^-1,高于CANON系统中TN去除率的理论值.     

大兴安岭北部多年冻土区河岸森林湿地土壤性质和微生物呼吸活性特征

多年冻土区河岸森林湿地是水文、生态和生物化学过程的关键区域。本研究以河岸森林湿地及其与泥炭地的交错带土壤为对象,分析了腐殖质层和不同深度土壤理化性质、生态化学计量和微生物呼吸活性( 微生物生物量碳、基础呼吸、微生物熵和代谢熵)特征。结果表明: 与大兴安岭多年冻土区泥炭地和河岸森林湿地的交错带相比,河岸森林湿地土壤理化性质主要分异在20 cm土层以下,其总碳、总氮含量和碳磷比、氮磷比显著降低,生态化学计量特征的变化主要是由于氮含量变化引起的,说明河岸森林湿地土壤氮转移相对较快,存在氮限制;交错带湿地土壤中钠、镁、钾和钙含量主要在30 cm土层发生分异,而河岸森林湿地土壤中钠、镁、钾和钙含量主要在20 cm土层发生分异,其镁含量与土壤总碳、总氮和总磷含量显著相关,说明土壤镁含量是大兴安岭河岸森林湿地的重要营养元素;河岸森林湿地和交错带腐殖质层微生物呼吸活性高于其他层土壤,说明其易分解的碳组分含量高;河岸森林湿地和交错带土壤微生物呼吸活性与土壤理化性质、生态化学计量特征及营养元素的相关性存在差异,而河岸森林湿地土壤总氮含量与微生物呼吸活性显著相关,说明大兴安岭河岸带湿地土壤微生物活性受氮的限制。     

植被不同退化状态下尕海湿地土壤氮含量及酶活性特征

土壤中氮素的吸收、转化及含量的变化是影响植被生长的关键因素。为探讨湿地植被不同退化状态对土壤氮组分含量和相关酶活性的影响,以及土壤氮组分含量与相关酶活性之间的关系,以甘南尕海湿地不同植被退化状态样地（未退化CK、轻度退化SD、中度退化MD和重度退化HD）为研究对象,采用野外采样与室内实验相结合的方法,分析了植被不同退化状态下不同形态氮组分（全氮、铵态氮、硝态氮和微生物量氮）含量的变化特征,以及土壤氮转化酶（蛋白酶、脲酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶）活性之间的相关关系。结果表明：（1）在植被退化状态下,土壤含水量逐渐减小,土壤温度呈先减小后增大的趋势;（2）随着植被退化程度的加剧,硝态氮含量呈增加趋势,而全氮、铵态氮和微生物量氮含量均随退化程度加剧呈减小趋势;土壤蛋白酶活性随退化程度的加剧而减小,脲酶活性呈先减小后增大的趋势,重度退化活性最高,轻度退化最低;硝酸还原酶活性随退化程度的加剧而增加,亚硝酸还原酶活性表现为"升-降-升"的变化趋势,即轻度退化活性最高,未退化和中度退化较低;（3）土壤蛋白酶活性与全氮、铵态氮和微生物量氮呈极显著正相关关系（P < 0.01）,与硝态氮含量呈显著负相关关系（P < 0.05）;硝酸还原酶活性与蛋白酶活性恰好相反;脲酶活性与微生物量氮含量呈极显著正相关关系（P < 0.01）,与全氮含量呈显著正相关关系（P < 0.05）;亚硝酸还原酶活性与全氮和铵态氮含量呈极显著正相关关系（P < 0.01）,与硝态氮含量呈显著负相关关系（P < 0.05）。综上,在尕海湿地植被退化条件下,土壤氮组分含量增加可以有效提高相关酶活性。     

盐城海滨湿地盐沼植被对土壤碳氮分布特征的影响

在盐城海滨湿地不同植被带下采集土壤样品,研究了土壤有机碳和全氮的空间分布特征,分析了盐沼植物对湿地土壤碳、氮分布的影响.结果表明：在盐城海滨湿地,表层土壤中有机碳和全氮含量分别介于1.71～7.92 g·kg^-1和0.17～0.36 g·kg^-1之间,变幅较大,不同植被带之间存在显著差异,且各植被带表层土壤中有机碳、全氮含量均高于光滩.垂直方向上,各植被带土壤中有机碳、全氮的分布均呈自表向下逐渐降低的趋势,15 cm以下其含量基本保持稳定.土壤有机碳与全氮、碳氮比呈显著正相关,但全氮与碳氮比无显著相关性.     

沈阳样区土壤与景观关系的研究

土壤是连续分布在地球陆地表面的自然客体,其发生发展与景观密不可分.在野外调查的基础上,对辽宁沈阳样区100个土壤剖面形态特征、颗粒组成、化学特征等进行对比研究,按照《中国土壤系统分类(修订三稿)》的标准,共划分出淋溶土、雏形土与新成土3个土纲和续分的5个亚纲、7个土类、9个亚类、9个土族、14个土系.土壤性质和类型与景观特征有很好的对应关系,土壤性质是地形部位、母质基础、水分状况等景观要素的综合体现,也是长期气候等环境变化与人为活动影响的综合结果.     

菠萝-甘蔗轮作的土壤生态效应

通过2000～2002年进行菠萝-甘蔗轮作田间试验,研究了菠萝、甘蔗轮作对甘蔗土壤生态的影响。结果表明：菠萝甘蔗轮作田与甘蔗连作田比较,能明显地改善土壤的通气和蓄水性,加速速效性养分的释放;增强土壤酶活性;增加土壤微生物总量(一般好气性细菌、真菌、放线菌);有益的氨化细菌和硝化细菌成倍增加,而无益的厌氧性细菌、反硝化细菌则受到抑制;固氮菌数量小且变化不大。菠萝-甘蔗轮作对甘蔗土壤生态环境的改善其实质在于：菠萝、甘蔗轮作后,由于其作物种类的不同导致土壤结构的改善和土壤微生物种类和数量增多,土壤生物活性增强,并导致土壤速效养分的增加。     

Impacts of litter and understory removal on soil properties in a subtropical Acacia mangium plantation in China

In forest ecosystems, the effects of litter or understory on soil properties are far from being fully understood. We conducted a study in a pure Acacia mangium Willd. plantation in southern China, by removing litter or understory or both components and then comparing these treatments with a control (undisturbed), to evaluate their respective effects on soil physical, chemical and biological properties. In addition, a litter decomposition experiment was conducted to understand the effects of understory on litter decomposition. Our data showed that the presence of understory favored litter decomposition to a large extent. In 1 year, 75.2 and 37.2% of litter were decomposed in the control and understory removal treatment (UR), respectively. Litter had a profound significance in retaining soil water and contributing to soil fertility, including organic matter (OM), available phosphorus (P) and alkali-hydrolyzable nitrogen (N), but understory exerted less influence than litter on soil physical and chemical properties. Both litter and understory played an important role in soil biological activity as indicated by microbial biomass carbon (MBC), while there were no significant impacts on soil exchangeable potassium (K) after either or both were removed. Contrary to our hypothesis, the effects of understory or litter removal were not always negative. A significant soil pH increase with litter removal was a positive factor for acid soil in the studied site. Except for soil moisture, significant effects, caused by removal of litter or/and understory, on measured soil chemical characteristics were only observed in the top 10 cm soil layer, but not in the 10–20 cm layer. Soil available P and exchangeable K contents were significantly higher in the rainy season than in the dry season, however, for the other soil properties, not substantially affected by season.     

土壤生态研究的展望

土壤生态研究是从生态学的观点出发,在对土壤的本质属性和独特运动规律作出更好揭示的基础上,阐明土壤作为陆地生态系统和整个生物圈中的中心环节的独特作用和功能,研究建立高生产力和洁净的陆地生态系统所需的优化土壤条件并拟定相应的有效措施,以更好地发挥土壤的生产潜力和改善人类的生存环境。其主要研究内容应包括:土壤肥力与状态因子的关系;土壤库在物质和能量的流动与转化中的作用;土壤生产力;土壤相对平衡地位的建立与保持以及方法学问题。     

温度和湿度对暖温带落叶阔叶林土壤氮矿化的影响

 更好地了解温度和湿度对土壤氮矿化过程的影响,从而估计森林生态系统土壤有机氮的矿化速率。在实验室条件下,控制土壤的温度与含水量。将不同含水量(0.12、0.20、0.28、0.35、0.40kg·kg-1)的土柱置于5℃、15℃、25℃和35℃条件下培养30d。分析培养前后的NH4+-N和NO3--N含量,确定土壤的净矿化速率和净硝化速率。结果表明：在5～25℃的温度范围内,氮的矿化速率和硝化速率与温度和湿度呈正相关。当温度超过25℃,含水量超过0.20kg·kg-1时,净矿化速率和净硝化速率随着温度和含水量的升高反而降低。温度和湿度对土壤的矿化和硝化过程存在比较明显的交互作用。我们建立了二维的方程(T,θ)来描述温度和湿度对土壤氮矿化速率的影响。暖温带土壤氮矿化的最佳条件是温度22.4℃、含水量0.40kg·kg-1。另外试验过程中,还观察到了比较明显的土壤氨挥发现象。     

Degradation and resilience of soils

Debate on global soil degradation, its extent and agronomic impact, can only be resolved through understanding of the processes and factors leading to establishment of the cause-effect relationships for major soils, ecoregions, and land uses. Systematic evaluation through long-term experimentation is needed for establishing quantitative criteria of (i) soil quality in relation to specific functions; (ii) soil degradation in relation to critical limits of key soil properties and processes; and (iii) soil resilience in relation to the ease of restoration through judicious management and discriminate use of essential input. Quantitative assessment of soil degradation can be obtained by evaluating its impact on productivity for different land uses and management systems. Interdisciplinary research is needed to quantify soil degradation effects on decrease in productivity, reduction in biomass, and decline in environment quality throught pollution and eutrophication of natural waters and emission of radiatively-active gases from terrestrial ecosystems to the atmosphere. Data from long-term field experiments in principal ecoregions are specifically needed to (i) establish relationships between soil quality versus soil degradation and soil quality versus soil resilience; (ii) identify indicators of soil quality and soil resilience; and (iii) establish critical limits of important properties for soil degradation and soil resilience. There is a need to develop and standardize techniques for measuring soil resilience. <br>     

土壤温度和湿度对长白松林土壤呼吸速率的影响

2003年6月17日、8月日和10月10日,研究了长白山长白松林地内土壤呼吸速率和断根土壤呼吸速率日变化,并于2004年5～9月对其季节变化进行了测定.结果表明,土壤总呼吸速率和断根土壤呼吸速率的日变化均呈单峰型,峰值一般出现在12:00～14:00,8月份土壤呼吸速率的日变化幅度小于6月份和10月份.土壤总呼吸速率、断根土壤呼吸速率和根系呼吸速率具有明显的季节变化,6～8月份较高,5月份和9月份较低.2004年5～9月份,土壤总呼吸速率、断根土壤呼吸速率和根系呼吸速率的平均值分别为3.12、1.94和1.18 μmolCO₂·m^-2·s^-1,根系呼吸对土壤总呼吸的贡献为26.5%～52.6%.土壤呼吸速率与土壤温度之间呈显著的指数相关,与土壤湿度之间呈线性相关.土壤总呼吸速率、断根土壤呼吸速率和根系呼吸速率的Q10值分别为2.44、2.55和2.27,断根土壤呼吸速率对温度的敏感程度大于土壤总呼吸速率和根系呼吸速率.土壤总呼吸速率对土壤湿度的敏感程度大于根系呼吸,断根土壤呼吸速率对土壤湿度的敏感程度最差.     

发生分类半淋溶土在中国土壤系统分类中的归属特征

利用最新建立的1∶100万中国土壤数据库,研究了我国发生分类半淋溶土在中国土壤系统分类的归属及其在中国土壤系统分类下的空间和数量特征.结果表明,我国发生分类半淋溶土总面积为427 843.1 km²,可参比归属于中国土壤系统分类中的4个土纲,即淋溶土、雏形土、均腐土、人为土,分别占发生分类半淋溶土总面积的51.3%、35.2%、10.7%和2.8%,其中包含了系统分类的22个土类和38个亚类.对发生分类某一类型土壤分属于系统分类不同类型的面积比例及其标准偏差的分析表明,土壤参比归属的单元级别越低,越易于参比和把握.研究结果对于土壤类型的正确参比、中国土壤系统分类的应用具有很好的参考价值.     

除草剂阿特拉津对土壤脲酶活性的影响

研究了阿特拉津对4种典型施肥处理的土壤脲酶活力的影响。结果表明,处理初期,低浓度阿特拉津对土壤脲酶有一定刺激作用,高浓度处理在整个试验过程中对脲酶有明显抑制作用,阿特拉津对不同肥力土壤中脲酶的影响有明显差异,对照土壤和NPK肥土壤中脲酶活力较低,脲酶受抑制明显,抑制率分别高达30．35％和28．89％;NPK+秸秆和NPK+有机肥土壤的脲酶活力高,脲酶抑制率低,最高抑制率分别为21．35％和16．86％,不同肥力土壤在整个处理过程中,脲酶抑制率均为先逐渐增大到最大值,然后又逐渐降低;高肥力土壤脲酶抑制率最大值出现的时间比低肥力土壤迟,表明高肥力土壤对阿特拉津有较强的耐受能力。     

土壤生态研究的展望

土壤生态研究是从生态学的观点出发,在对土壤的本质属性和独特运动规律作出更好揭示的基础上,阐明土壤作为陆地生态系统和整个生物圈中的中心环节的独特作用和功能,研究建立高生产力和洁净的陆地生态系统所需的优化土壤条件并拟定相应的有效措施,以更好地发挥土壤的生产潜力和改善人类的生存环境。其主要研究内容应包括:土壤肥力与状态因子的关系;土壤库在物质和能量的流动与转化中的作用;土壤生产力;土壤相对平衡地位的建立与保持以及方法学问题。