城市绿化植物-凋落物-土壤系统碳氮磷化学计量特征研究

以福建福州市常见的15种乔木、灌木和草本绿化植物为对象,连续2年取样测定了这些植物、凋落物、立地土壤、土壤微生物量C、N、P含量,探讨城市绿化植物-凋落物-土壤系统生态化学计量特征,为中国城市绿化植物的生态功能恢复与植被重建提供科学依据。结果表明:(1)绿化植物不同器官C、N、P含量均表现为草本灌木乔木、C含量N含量P含量、叶茎根,呈现出叶的富集作用;绿化植物各器官化学计量比(C/N、C/P、N/P)也表现出基本一致的乔木灌木草本的变化趋势;各绿化植物对N的再吸收率极显著高于对P的再吸收率(P0.01),绿化植物N和P再吸收率表现为乔木灌木草本,不同绿化植物对N的再吸收率差异均显著(P0.05),对P的再吸收率差异均不显著(P0.05)。(2)绿化植物凋落物C、N、P含量基本表现为草本灌木乔木,其中不同绿化植物凋落物P含量差异不显著。(3)绿化植物立地土壤C、N、P含量表现为草本灌木乔木,但其N/P差异不显著;土壤微生物量C、N、P含量基本表现为草本灌木乔木,其相应的C/N、C/P、N/P差异均不显著。(4)植物-土壤-凋落物-土壤微生物量(C、N、P)均随着生长季温度的升高而降低,随着年降水量的增加而升高,P素的回归系数绝对值明显低于C素和N素;植物-凋落物-土壤的C与N含量、N与P含量、C/P与N/P、以及土壤和植物的C/N与N/P之间均呈显著正相关关系,而凋落物的C/N与N/P之间呈显著负相关关系;典范对应CCA排序中,植物高度、冠幅、茎粗、比叶面积和叶面积指数对植物-凋落物-土壤-土壤微生物量C、N、P含量和C/N、C/P和N/P具有较大影响作用,其中高度、冠幅和茎粗与比叶面积和叶面积指数呈负相关关系,与凋落物-土壤-土壤微生物量C、N、P含量呈负相关关系,与植物C、N、P含量呈正相关关系;而凋落物-土壤-土壤微生物量C、N、P含量与其C/N、C/P和N/P均具有一定的正相关关系。     

长期施肥对黄土旱塬农田土壤微生物丰度的影响

以长武黄土高原农业生态试验站的长期定位试验为平台,通过荧光实时定量PCR (real-time PCR) 技术,研究不同施肥制度下的黄土旱塬农田土壤微生物群落丰度,揭示长期不同施肥制度对土壤微生物群落的影响规律.结果表明: 单施化肥处理细菌数量较CK裸地增加21％,古菌增加32％;化肥配施有机肥处理细菌数量增加37％,古菌数量增加36％.化肥配施有机肥处理显著增加了土壤细菌和古菌的丰度.30年长期施氮肥处理导致氨氧化细菌(AOB)的增幅达7.13倍,而氨氧化古菌(AOA)的增幅仅为0.2倍.AOB对施肥的响应程度较高,尤其是对氮肥具有较高的敏感性.与单施氮肥和氮肥混施有机肥处理相比,施磷肥处理显著增加了固氮酶铁蛋白和甲烷氧化菌含量,撂荒地的固氮酶铁蛋白、亚硝酸还原酶和甲烷氧化菌含量显著高于耕作土壤.结合土壤基本理化性质的相关性分析结果,pH、全氮和有机碳含量是影响土壤微生物群落丰度的重要因子.总之,长期施肥显著改变了黄土旱塬农田土壤各微生物丰度,不同施肥模式、耕作方式对微生物群落丰度具有显著影响.     

长期施肥对黄土旱塬农田土壤有机磷组分及小麦产量的影响

研究长期施肥对黄土旱塬农田土壤有机磷组分及小麦产量的影响,可为提高磷素转化利用率及合理利用肥料提供理论支持.本研究依托长武旱塬农田生态系统长期(1984-2016年)定位试验站,选取不施肥(CK)、单施氮肥(N)、单施磷肥(P)、施氮磷肥(NP)、单施有机肥(M)、氮肥配施有机肥(MN)、磷肥配施有机肥(MP)、氮磷肥...     

黄土丘陵区不同功能群植物碳氮磷生态化学计量特征及其对微地形的响应

研究黄土丘陵区植物碳氮磷生态化学计量特征及其对微地形变化的响应,对于深入理解植物对丘陵山地环境的适应策略具有重要的意义。以黄土丘陵区森林草原带不同微地形环境(坡向、坡位)下的不同功能群植物为研究对象,对不同功能群植物叶片和细根的C、N、P含量及其化学计量特征进行了研究。结果表明:(1)叶氮含量(LN)、叶磷含量(LP)、根氮含量(RN)、根碳含量(RC)、叶碳/叶氮(LC/LN)、叶碳/叶磷(LC/LP)、叶氮/叶磷(LN/LP)、根碳/根氮(RC/RN)和根氮/根磷(RN/RP)在科属间差异显著(P0.05),而叶碳含量(LC)、根磷含量(RP)和根碳/根磷(RC/RP)在科属间差异不显著(P0.05)。(2)不同科属植物生态化学计量特征对微地形变化的响应不同,禾本科细根C/N在阴坡、阳坡差异性显著,豆科植物根N含量在不同坡位间差异显著(P0.05);菊科植物叶N含量、叶C含量、根N含量、叶片C/N和细根C/N在不同坡位间差异显著(P0.05)。(3)禾本科植物在中坡位受N、P元素共同影响,在其它坡位主要受N元素限制;豆科植物在中坡位和上坡位主要受P元素限制,在下坡位和峁顶受N、P元素共同影响;菊科植物上坡位受N、P元素共同影响,在其他坡位主要受N元素限制。研究表明,不同科属植物在不同微地形条件下受限的营养元素不同,对丘陵多变环境也存在不同的适应策略。     

长期施肥下农田土壤-有机质-微生物的碳氮磷化学计量学特征

探讨外源养分的输入对土壤系统内碳、氮、磷化学计量特征的影响,对于深刻认识农田土壤有机碳(C)和养分循环及其相互作用过程具有重要意义。以26年的农田长期定位施肥试验为平台,分析长期不同施肥条件下土壤、有机态及微生物生物量碳、氮、磷含量及其化学计量学特征,并根据内稳性模型y=c x~(1/H)计算其化学计量内稳性指数H。结果表明:与长期撂荒处理(CK_0)相比,种植作物条件下26年化肥配施有机肥处理(MNPK和1.5MNPK)显著降低微生物生物量氮含量,但显著提高了微生物生物量磷的含量。相对于撂荒处理,即使长期配施化肥磷处理(NP、PK、NPK),其土壤有机磷降低显著。对于C∶N比而言,化肥配施有机物料处理(秸秆或有机肥)的土壤C∶N比、有机质C∶N及微生物生物量C∶N比均显著低于化肥处理(N、NP、PK和NPK)。对于C∶P比而言,相对于撂荒处理,26年施用磷肥(化肥磷或有机磷)显著降低了土壤C∶P比和微生物生物量C∶P比,而CK和偏施化肥处理(N、NP和PK)显著降低了土壤有机质C∶P比。对于土壤N∶P比而言,撂荒处理土壤N∶P比显著高于其他处理,而撂荒处理土壤有机质N∶P比显著高于CK和化肥处理,表明不施肥或化肥条件下作物种植加剧了土壤有机质中氮素的消耗。微生物生物量C∶N、C∶P、N∶P比的内稳性指数H分别为0.24、0.75、0.64,不具有内稳性特征。微生物生物量C∶N、C∶P、N∶P比分别与土壤C∶N、C∶P、N∶P比呈显著正相关关系,但与土壤有机质碳氮磷化学计量比之间无显著相关性。表明土壤碳、氮、磷元素的改变会直接导致微生物生物量碳、氮、磷化学计量比的改变,但微生物生物量碳氮磷化学计量比对土壤有机质碳氮磷化学计量比无显著影响,土壤有机质的碳氮磷计量比可能更多是受到作物和施肥等养分管理措施的影响。     

长期施肥对黄土旱塬农田土壤氮素生理菌群和解磷菌的影响

土壤功能微生物能促进农田生态系统养分转化和维持土壤生态环境系统稳定性。本研究基于国家黄土高原长武农业生态试验站长期定位施肥试验区,研究不施肥(CK)、施用中量氮肥(N₁₂)、施用高量氮肥(N₂₄)、施用中量磷肥(P₁₂)、施用高量磷肥(P₂₄)、施用中量氮磷肥(N₁₂P₁₂) 6种处理下土壤可培养功能微生物氮素生理菌群和解磷菌丰度,探讨长期施肥对黄土旱塬农田土壤功能微生物活性影响及其对环境指标的响应。结果表明:长期施肥对各氮素生理菌群数量影响较大,其丰度好氧自生固氮菌>氨化细菌>亚硝化细菌>反硝化细菌;单施肥处理的氨化细菌和亚硝化细菌的变化规律相同,均随氮、磷肥施用量的增加而减少,而好氧自生固氮菌变化与之相反;无机磷细菌对氮肥的响应程度较高,磷肥对无机磷细菌丰度影响不明显;施加磷肥可降低土壤中有机磷细菌丰度,促进有机磷矿化;相关性分析表明,土壤氮素生理菌群、解磷菌丰度与各土壤理化指标存在一定程度的相关性,氨化细菌与硝态氮呈显著负相关,而与...     

河口湿地植物活体-枯落物-土壤的碳氮磷生态化学计量特征

碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量比是生态系统过程及其功能的重要特征.以闽江河口的芦苇(Phragmites australis)和短叶茳芏(Cyperus malaccensis var.brevifolius)湿地为对象,开展植物活体-枯落物-土壤系统的C、N、P季节动态研究.结果表明:芦苇和短叶茳芏植物活体、枯落物和土壤年均C、N、P含量为C＞N＞P,两种湿地系统C、N含量均为植物活体和枯落物高于土壤,但与土壤P含量大小关系因植物构件差异而不同;芦苇和短叶茳芏植物活体、枯落物和土壤的C、N、P生态化学计量比表现为C∶P＞C∶N＞N∶P;芦苇湿地C∶N为枯落物＞植物活体＞土壤,短叶茳芏为植物活体＞枯落物＞土壤,而C∶P和N∶P均为枯落物＞植物活体＞土壤;C、N、P化学计量比可以反映湿地C、N、P交换过程和植物群落的生态功能.     

长期施肥条件下黄土旱塬土壤N03^--N的淋溶分布规律

在黄土旱塬区,长期施肥对土壤剖面NO3^-1—N含量和分布有显著影响．施用化学氮肥,土壤剖面中出现NO3^-1—N的淋溶与深层累积,而施用磷肥和有机肥有减弱NO3^-1—N向更深层淋溶的作用．单施氮肥处理(N),NO3^-1—N的累积峰深度最大,为120～200cm;N、P有机肥配施处理(NPM),NO3^-1—N的累积峰值最高,但峰深度降低至60～120cm;N、P配施(NP)累积深度为80～140cm．不施氮肥,分布在土壤剖面中NO3^-1—N含量显著降低．氮肥用量愈大,NO3^-1—N的累积量愈大．N、P配施可以有效降低NO3^-1—N累积．在同一氮肥用量下,NO3^-1—N累积量随磷肥用量的增加而减少．     

长期施肥条件下黄土旱塬土壤NO3--N的淋溶分布规律

在黄土旱塬区,长期施肥对土壤剖面NO₃^--N含量和分布有显著影响.施用化学氮肥,土壤剖面中出现NO₃^--N的淋溶与深层累积,而施用磷肥和有机肥有减弱NO₃^--N向更深层淋溶的作用.单施氮肥处理(N),NO₃^--N的累积峰深度最大,为120～200cm;N、P有机肥配施处理(NPM),NO₃^--N的累积峰值最高,但峰深度降低至60～120cm;N、P配施(NP)累积深度为80～140cm.不施氮肥,分布在土壤剖面中NO₃^--N含量显著降低.氮肥用量愈大,NO₃^--N的累积量愈大.N、P配施可以有效降低NO₃^--N累积.在同一氮肥用量下,NO₃^--N累积量随磷肥用量的增加而减少.     

黄土丘陵区小流域土壤碳氮磷生态化学计量特征的空间变异性

土壤碳、氮、磷是植物重要的营养来源和保障生态系统健康的重要生态因子,其含量及化学计量比的动态平衡对生态系统的生产力具有重要影响,分析土壤碳、氮、磷养分含量及化学计量比的空间变异性和影响机制,对区域土壤养分管理以及土地可持续利用具有重要意义。本研究选取位于黄土高原东缘的三眼井小流域,利用经典统计与地统计相结合的方法,分析了研究区表层土壤(0～20 cm)有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)以及土壤碳氮磷的化学计量比的空间变异性和影响机制。结果表明:(1)研究区表层土壤SOC、TN和TP的平均值分别为3.97、0.83和0.6 g·kg-1,C∶N、C∶P、N∶P的平均值分别为4.73、6.02、1.26,均属于中等变异水平。(2)土地利用类型和地貌类型对研究区土壤SOC、TN具有显著影响,林地和荒草地高于梯田和退耕地,梁上高于沟谷; TP主要受土地利用类型的显著影响,梯田显著高于其他三种土地利用类型;土地利用类型对土壤C∶N、C∶P和N∶P的影响较为一致,表现为梯田显著低于其他土地利用类型; C∶N还受到坡度和地貌类型的显著影响,C∶P和N∶P还分别受到坡度和海拔的显著影响。(3...     

黄土高原典型草原优势种植物及其根际土壤化学计量对降雨变化的响应

为探讨黄土高原典型草原优势种植物及其根际土壤化学计量对不同降水量的响应,以宁夏固原云雾山封育20年典型草原为研究对象,利用遮雨棚技术模拟了3个不同的降水梯度(自然降水量的50%、100%和150%),测定了优势种长芒草(Stipa bungeana)、星毛委陵菜(Potentilla acaulis)和白莲蒿(Artemisia sacrorum)的地上、地下全碳(TC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及其根际土壤有机碳(RSOC)、全氮、全磷含量,分析了各个优势种及其根际土壤化学计量及其之间的相关性。结果表明：(1)3个优势种地上、地下总C含量、地上N含量均在50%降水下较高,星毛委陵菜地上和地下P含量及地上、地下总P含量均在100%降水处理下最高。(2)50%降水与150%降水处理相比较,长芒草地上C/N、C/P及白莲蒿、星毛委陵菜地下C/P均有显著差异(P<0.05),150%降水处理下优势种N/P显著高于50%降水处理(P<0.05)。(3) 3个优势种根际土壤C、N含量高于黄土高原土壤C、N含量且150%降水处理下根际土壤C含量显著高于50%降水处理(P<0...     

NP配施对平茬后云南松苗木N、P、K化学计量比的影响

为了解NP配施对平茬后云南松(Pinus yunnanensis)苗木各器官N、P、K化学计量比的影响,分析云南松苗木不同器官(根、茎、叶、萌条)的ω(N)∶ω(P)、ω(N)∶ω(K)、ω(P)∶ω(K)化学计量比的季节变化特征,探讨各器官间N、P、K化学计量比的相关性及其变异来源。采用N、P二因素三水平的3×3回归设计开展不同施肥试验,并对苗木采样测定,研究NP配施对平茬后云南松根、叶、茎及其萌条N、P、K化学计量特征的影响。结果表明：平茬后云南松苗木不同器官的营养元素分配没有统一的规律,展现出丰富的变异。随着施肥季节的变化,ω(N)∶ω(P)在根、茎和萌条中逐渐下降,在叶中先下降后上升,但总体差异不大。单施N肥、P肥和NP配施均对云南松苗木生长的影响产生一定差异,总体来看NP配施更有利于促进苗木的生长,且以处理5(N₁P₁)表现为极显著(P<0.01)。云南松苗木各器官N、P、K化学计量比主要受N×P交互作用的影响,其次是N,影响最小的是P。除在根和叶中ω(N)∶ω(P)与ω(N)∶ω(K)之间相关性发生改变之外,其余两两间的正负...     

长期施肥对黄土高原黄绵土氮肥利用率的影响

氮肥利用率是确定推荐施氮量和施氮效果评价的关键参数.本文通过黄土高原黄绵土区持续34年(1981—2015年)的长期定位试验,研究了长期不同施肥处理对氮肥当季利用率和累积利用率的影响及氮肥当季利用率与累积利用率的关系.结果表明: 除试验起始年(1982)外,不同施肥处理对小麦、油菜和胡麻3种作物氮肥的当季利用率和累积利用率都有显著影响,其中小麦以氮磷钾配施(NPK)处理平均氮肥当季利用率最高,其次为氮磷配施(NP)处理,分别较单施氮肥(N)处理提高了77.7%和62.0%;油菜也以氮磷钾配施(NPK)处理平均氮肥当季利用率最高,其次为有机肥与氮磷钾配施(MNPK)处理,分别较单施氮肥处理提高了93.7%和65.6%.有机肥与氮肥配施(MN)处理氮肥当季利用率较单施氮肥(N)处理显著增加,而有机肥与氮磷配施(MNP)和氮磷钾配施(MNPK)处理氮肥当季利用率较相应氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)处理明显降低.氮肥当季利用率与作物籽粒产量存在显著的线性正相关关系,而累积利用率与作物籽粒产量的相关关系不明显.表明与氮肥累积利用率相比,当季利用率能较及时地反映特定土壤肥力、作物种类、品种和环境条件下的肥料利用率特征.     

黄土区旱地苜蓿连作条件下施肥对土壤磷素的影响

对18a连作苜蓿条件下不同施肥处理对土壤磷素的影响进行了研究,结果表明：施肥可提高土壤耕层全磷含量。单施磷肥40-100cm土层土壤全磷含量小于对照,NPM处理20-100cm土层土壤全磷含量小于对照。施肥有利于改善耕层土壤磷素的有效性,提高有效磷含量,导致土壤有效磷含量在耕层土壤有一定累积,耕层以下骤减;施肥能够提高土壤中Ca2—P、Al-P、Ca8-P和Fe—P含量,单施磷肥处理提高幅度小于氮磷和有机肥配施处理。     

长期施肥黄绵土有效磷含量演变及其与磷素平衡和作物产量的关系

土壤有效磷(Olsen-P)含量的变化过程及其与土壤磷素平衡和作物产量的关系是科学推荐施磷的基础.本文通过设置于黄土高原黄绵土区持续34年(1981—2015)的长期定位试验,研究了长期不同施肥处理对作物磷素携出量、土壤磷素平衡、土壤Olsen-P含量的影响及其演变过程,同时对土壤Olsen-P含量与磷素平衡和作物籽粒产量的相关关系进行了分析.试验采用裂区设计,主处理为施用有机肥(M)和不施用有机肥,副处理为不施化肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷肥配合施用(NP)和氮磷钾肥配合施用(NPK).结果表明: 不同施肥处理和作物类型对磷素携出量和磷素平衡都有显著影响.CK、N、NP、NPK、M、MN、MNP 和MNPK处理小麦的磷素携出量多年平均值为8.63、10.64、16.22、16.21、16.25、17.83、20.39、20.27 kg·hm^-2,而油菜为4.40、8.38、15.08、15.71、10.52、11.23、17.96、17.66 kg·hm^-2,小麦的携出量略高于油菜.土壤磷素盈亏量与磷素投入量呈显著正相关,土壤磷素盈余为零,种植小麦的最小土壤磷素投入量为10.47 kg·hm^-2,而油菜为6.97 kg·hm^-2.土壤磷素盈亏量显著影响土壤有效磷的变化过程.长期不施磷的CK和N处理,土壤有效磷含量随试验年限延长而逐渐降低,年均分别降低0.16和0.15 mg·kg^-1,而NP、NPK、M、MN、MNP和MNPK处理土壤有效磷含量随试验年限的延续而逐渐增加,年均增幅在0.02～0.33 mg·kg^-1.土壤磷素累积盈亏量与土壤有效磷含量间存在显著的正相关关系,不施用有机肥和施有机肥处理可分别用线性模型y=0.012x+9.33和y=0.009x+11.72显著拟合.不施有机肥处理小麦籽粒产量与土壤有效磷含量呈显著正相关,而施有机肥处理两者间的相关性不明显,两者的小麦籽粒产量和土壤有效磷含量可以用线性分段模型拟合.小麦土壤有效磷农学阈值为14.99 kg·hm^-2,油菜籽粒产量虽随土壤速效磷含量增加呈增加的趋势,但相关性不显著,表明在黄土高原黄绵土区,当土壤有效磷含量高于14.99 mg·kg^-1时,种植小麦应减少磷肥施用量或不施磷肥.     

荒漠草原不同雨量带土壤-植物-微生物C、N、P及其化学计量特征

降水作为关键性驱动因子深刻影响着荒漠草原生态系统养分循环过程。采用生态化学计量学方法,调查了荒漠草原不同雨量带土壤-植物-微生物C、N、P及其生态化学计量特征对降水格局的适应性规律。研究区不同雨量带土壤C、N、P随降水梯度的递减亦呈现递减趋势。平均土壤C∶N∶P比例为28.9∶2.7∶1,主要受到P元素控制。不同雨量带平均土壤MBC∶MBN∶MBP比例为108.6∶5.6∶1,表现出明显的C富集现象。不同雨量带平均植物C∶N∶P比例为117.4∶6.7∶1,表现为明显的C、N缺乏或P富集。降水为主的气候原因造成了研究区环境中P含量相对较高,并直接反映在了植物化学计量特征上。研究区土壤C和N之间具有极显著的正相关关系(P<0.01),相关系数高达0.98。植物N和P之间具有显著的正相关关系(P<0.05),相关系数为0.90。土壤N与植物C、P分别呈显著正相关和显著负相关(P<0.05),相关系数分别为0.84和-0.82。降水在塑造荒漠草原生态格局以及驱动生态系统养分循环过程中发挥了关键性作用。     

长期定位施肥土壤中的丛枝菌根真菌

从连续26年长期定位施肥土壤中的玉米和小麦根围采集土样,从中鉴定出丛枝茵根(Arbuscular Myc- orrguza,AM)真菌5属19种,包括Glomus属11种:G．caledonium,G．constrictum,G．eburneum,G．ebunicatum, G．hyderabadensis,G．mossese,G．sinuosum,G．tortuosum,G．versiforme,G．sp1,G．sp2;Acaulospora属2种: A．excacota,A．sp;Gigaspora属2种:Gi．margarita,Gi．sp;Scutellospora属3种:S．cerradensis,S．coralloidea, S．pellucida;Archaespora属1种:Ar．leptoticha。     

长期不同施肥方式对稻油轮作制水稻田杂草群落的影响

为揭示长期不同施肥方式下农田生态系统中杂草群落的变化规律,于2006年10月在太湖地区一个长期肥料试验定位监测田,运用群落生态学方法研究了7种长期不同施肥处理持续20a后对水稻-油菜轮作制水稻田杂草群落的影响.试验区共记录到杂草11种,隶属于6个科.其中,节节菜(Rotala indica)、陌上菜(Lindernia procumbens)、鸭舌草(Monochoria vaginalis)、异型莎草(Cyperus difformis)等4种杂草在所有施肥处理区发生密度较大.莎草科杂草牛毛毡(Eleocharis yokoscensis)只在不施肥区和纯氮肥区出现,而球穗扁莎(Pycreus globosus)和萤蔺(Scirpus juncoides)仅在不施肥区出现.长期不同施肥措施下,田间杂草群落的物种多样性有明显差异:全年秸秆区的物种丰富度(7.3种)最小,不施肥区(10.7种)最大;不施肥区、常规区、秋季秸秆区Shannon-Wiener指数显著大于其他处理区;不施肥区和常规区Simpson指数显著小于其他处理区;不施肥区和纯氮肥区Pielou均匀度指数显著小于其他处理区.田间杂草群落的优势种组成也发生了一定变化, Whittaker指数表明,与不施肥处理相比,单施化肥、化肥配施猪粪对杂草群落结构及物种组成的影响最显著,化肥配施油菜秸秆和化肥配施油菜水稻秸秆次之,而纯施氮肥和化肥配施水稻秸秆的影响较小.Srensen群落相似性指数及聚类分析结果也得到相似的结论.结果表明,单施化肥(平衡施用N、P、K肥)、化肥配施猪粪、化肥配施夏季、秋季和全年秸秆处理均能显著改变田间杂草群落的组成,改变某些杂草在群落中的优势地位,从而抑制其发生危害程度.