凋落物去除/保留对杉木人工林林窗和林内土壤呼吸的影响

为探讨去除/保留凋落物对林窗内外杉木人工林土壤呼吸的影响、明确去除/保留凋落物条件下杉木人工林林窗内外土壤呼吸主要影响因子,改进经营管理措施和保持杉木人工林的可持续发展,在福州白沙国有林场内选取本底基本相同和经营措施接近的12年生杉木人工林及其林窗,分别采用去除和保留凋落物处理,在每月晴好天气通过Licor-8100A对其凋落物量、土壤呼吸、土壤温度、湿度进行了1a(2014年3月—2015年2月)的定点观测,在此基础上分析不同凋落物输入量处理下杉木人工林窗内外土壤呼吸与环境因子的动态特征、土壤呼吸和环境因子关系,结合方差分析等解释土壤呼吸的拟合模型,结果表明:1)杉木林林窗、林内土壤呼吸速率年平均值分别为2.47μmol m~(-2)s~(-1)和2.13μmol m~(-2)s~(-1);去除凋落物后,分别减少了22.89%、25.89%;林窗内外均是7月份出现最大值,去除凋落物后分别为(3.65±0.14)μmol m~(-2)s~(-1)和(2.85±0.08)μmol m~(-2)s~(-1);保留凋落物分别为(4.26±0.34)μmol m~(-2)s~(-1)和(3.61±0.34)μmol m~(-2)s~(-1);1月值最小,去除凋落物分别为(0.9±0.04)μmol m~(-2)s~(-1)和(0.83±0.03)μmol m~(-2)s~(-1),保留凋落物分别为(1.02±0.041)μmol m~(-2)s~(-1)和(0.92±0.05)μmol m~(-2)s~(-1)。2)土壤温度和湿度共同解释了杉木人工林林窗内外土壤呼吸68.63%—77.28%;3)林窗、林内去除和保留凋落物处理的土壤呼吸与土壤5cm深的温、湿度间显著相关;4)林窗、林内土壤温、湿度的双因素模型均比单因素模型能更好地解释土壤呼吸的动态变化。林窗、林内去除凋落物的土壤呼吸温度敏感系数Q10值分别为1.39和1.37,差异不显著(P=0.634);保留凋落物的Q10值分别为1.40和1.55,差异显著(P=0.010)。研究结果为揭示杉木人工森林生态系统碳通量以及其驱动机制提供理论基础。     

苔藓和凋落物对祁连山青海云杉林土壤呼吸的影响

于2012—2014年生长季在青海云杉林下开展了地表覆盖物(苔藓和凋落物)对林下土壤呼吸速率影响的研究。采用LI8100土壤碳通量自动测量系统对苔藓覆盖、凋落物覆盖和裸土(去除地表覆盖物)的土壤呼吸进行观测,对比分析林下3种覆盖处理下的土壤呼吸差异。结果表明:苔藓覆盖土壤、凋落物覆盖土壤和裸土土壤的呼吸速率年均值分别为(3.88±0.26)μmol m~(-2)s~(-1),(3.31±0.19)μmol m~(-2)s~(-1),(2.28±0.31)μmol m~(-2)s~(-1),三者之间具有极显著差异,3组处理的地表相对湿度、土壤含水量、土壤温度和地表温度间均没有显著差异,但苔藓组和凋落物组的土壤温度分别比裸土组高8.13%和10.24%;3组处理的土壤呼吸速率均与温度呈显著指数相关性(0.53≤R~2≤0.91),且与土壤温度的相关性更高;苔藓覆盖、凋落物覆盖土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10))分别为5.47,3.67,均高于裸土土壤呼吸的Q_(10)(2.23);裸土土壤呼吸与土壤含水量(VWC)呈高斯函数关系,VWC=34%是临界值,苔藓覆盖、凋落物覆盖土壤的呼吸速率与土壤含水量均呈线性负相关关系;苔藓和凋落物对裸土土壤呼吸的月均贡献率分别为29.33%和24.06%,可见,苔藓和凋落物在青海云杉林生态系统呼吸中起重要作用。     

基于可加性生物量模型的大兴安岭东部主要林型森林植被碳储量及其分配

基于大兴安岭东部地区主要林型的生物量调查数据,建立了3个主要树种的一元可加性生物量模型,探讨了不同林型森林群落和乔木层、灌木层、草本层、凋落物层的碳储量及其分配规律.结果表明: 杜鹃-兴安落叶松林乔、灌、草、凋落物层碳储量分别为71.00、0.34、0.05和11.97 t·hm^-2,杜香-兴安落叶松林各层碳储量分别为47.82、0.88、0和5.04 t·hm^-2,杜鹃-兴安落叶松-白桦混交林分别为56.56、0.44、0.04、8.72 t·hm^-2,杜香-兴安落叶松-白桦混交林分别为46.21、0.66、0.07、6.16 t·hm^-2,杜鹃-白桦林分别为40.90、1.37、0.04、3.67 t·hm^-2,杜香-白桦林分别为36.28、1.12、0.18、4.35 t·hm^-2.林下植被为杜鹃的林分群落碳储量大于林下植被为杜香的林分;林下植被相似的情况下,森林群落碳储量大小顺序为:兴安落叶松林>兴安落叶松-白桦混交林>白桦林;不同林型群落碳储量不同,大小顺序为:杜鹃-兴安落叶松林(83.36 t·hm^-2)>杜鹃-兴安落叶松-白桦混交林(65.76 t·hm^-2)>杜香-兴安落叶松林(53.74 t·hm^-2)>杜香-兴安落叶松-白桦混交林(53.10 t·hm^-2)>杜鹃-白桦林(45.98 t·hm^-2)>杜香-白桦林(41.93 t·hm^-2),且不同林型森林群落碳储量垂直分配规律为:乔木层(85.2%～89.0%)>凋落物层(8.0%～14.4%)>灌木层(0.4%～2.7%)>草本层(0～0.4%).     

间伐和改变凋落物输入对华北落叶松人工林土壤呼吸的影响

作为森林生态系统的第二大碳通量,土壤呼吸在全球碳循环和气候变化中发挥着重要作用。通过探究土壤呼吸对间伐和改变凋落物的响应规律以及响应之间的联系,能够为准确评价森林碳循环提供依据。针对不同强度(对照、轻度、中度、重度)间伐后的华北落叶松人工林,2016年5月至10月采用LI-8100土壤碳通量测量系统对其原状、凋落物去除、凋落物加倍的土壤呼吸进行观测。结果表明:土壤呼吸在生长季的8月份达到最高值,呈现出明显的季节动态。不同林分间伐处理下,中度间伐显著促进了土壤呼吸,使平均土壤呼吸速率升高了15.66%,轻度间伐和重度间伐对土壤呼吸的影响不显著;不同凋落物处理下,去除凋落物使平均土壤呼吸速率降低了40.16%,加倍凋落物使平均土壤呼吸速率升高了16.06%。中度间伐使土壤呼吸生长季通量增加了55.06 g C/m~2;去除凋落物使土壤呼吸生长季通量减少了153.48 g C/m~2,加倍凋落物使土壤呼吸生长季通量增加了79.87 g C/m~2。土壤呼吸速率与土壤温度呈显著指数相关,而与土壤湿度无显著相关。不同林分间伐处理下,土壤呼吸的温度敏感性指数(Q10)为2.36—3.46,轻度间伐下Q10值最高;凋落物去除和加倍均降低了土壤呼吸的温度敏感性。土壤温湿度对土壤呼吸存在着显著影响,能够解释土壤呼吸28.7%—62.3%的季节变化。研究结果表明间伐和凋落物处理对华北落叶松人工林土壤CO_2释放的影响表现出一定的交互作用,中度间伐和加倍凋落物的交互作用对土壤呼吸的促进作用显著大于单一因子。可见,间伐作业通过改变土壤微环境和凋落物量,对土壤呼吸以及森林生态系统碳循环产生着重要影响。     

城市绿地土壤呼吸速率的变化特征及其影响因子

城市绿地土壤呼吸作用深刻影响着城市生态系统碳循环过程,强化城市绿地土壤呼吸速率(Rs)的变化特征及其影响因素的研究,可揭示绿地在城市生态系统碳循环过程中的作用,为优化布局城市绿地和实现低碳排放目标提供科学依据。以广州市海珠湖公园的疏林、灌丛和草地3种典型植被类型的土壤为研究对象,于2013年11月-2014年10月采用静态箱—气相色谱法对公园绿地Rs进行跟踪观测。结果表明:海珠湖公园城市绿地在干湿季节中Rs差异显著;干季Rs较低且波动幅度较小疏林、灌丛和草地的凡变化范围分别为(1.66±0.18)-(3.26±0.20)μmol m~(-2)s~(-1)、(1.27±0.15)-(3.67±0.16)μmol m~(-2)s~(-1)和(1.94±0.08)-(6.82±1.13)μmol m~(-2)s~(-1);湿季Rs较高且波动幅度较大,疏林、灌丛和草地的Rs变化范围分别为(3.53±0.46)-(13.81±1.31)μmol m~(-2)s~(-1)、(2.82±0.22)-(12.72±1.16)μmol m~(-2)s~(-1)和(2.80±0.30)-(9.83±0.96)μmol m~(-2)s~(-1)。T_(10)和VWC_(10)均对土壤呼吸过程有重要的影响,进一步通过回归分析得出,土壤10cm处温度(T_(10))和体积含水量(VWC_(10))分别解释Rs时间变异的40%左右和10-24%左右。T_(10)和VWC_(10)相互影响、共同作用于土壤呼吸过程,双因素复合模型的解释能力较单因素模型明显提高,均在50%以上,复合模型为Rs=α·exp(β·T_(10)+γ·VWC_(10))。干湿季土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10))有明显差异,湿季的Q_(10)比干季的分别高0.44、0.70和0.46。     

林下植被和凋落物对寒温带森林生长季土壤CH4通量的影响

为进一步探究林下植被和凋落物管理对我国寒温带森林生长季土壤CH₄通量的影响,采用静态箱-气相色谱法对大兴安岭北部4种林型（白桦林、山杨林、樟子松林和兴安落叶松林）4种处理（自然状态、去除凋落物、去除林下植被以及去除林下植被和凋落物）的土壤CH₄通量排放特征进行观测研究。结果表明：该地区森林生长季土壤均表现为CH₄的汇,4种林型不同处理后土壤CH₄通量表现为单峰变化趋势,吸收峰值出现在7月或8月。自然状态4种林型土壤CH₄平均吸收通量表现为白桦林（-79.23±14.92）μg m^-2 h^-1>山杨林（-64.27±9.60）μg m^-2 h^-1>樟子松林（-62.54±15.48）μg m^-2 h^-1>兴安落叶松林（-48.73±12.26）μg m^-2 h^-1,兴安落叶松土壤CH₄平均吸收通量显著小于其他三种林型（P<0.05）。相比于自然状态,4种林型在去除凋落物后土壤CH₄吸收通量提高了2.12%-12.15%,但变化幅度均没有达到显著水平（P>0.05）。去除林下植被后4种林型CH₄吸收通量提高了0.84%-20.55%,且只有山杨林吸收增加达到显著水平（P<0.05）。同时去除林下植被和凋落物后,对白桦林和樟子松土壤CH₄通量影响不显著（P>0.05）,但对山杨林和兴安落叶松林影响显著（P<0.05）。总之,去除凋落物或林下植被均会提高土壤对CH₄吸收,去除林下植被对土壤CH₄通量的影响要大于去除凋落物的影响,但不同林型不同处理之间还存在差异。     

中度火干扰对兴安落叶松林土壤呼吸的影响

通过测定中度火干扰后塔河地区兴安落叶松(Larix gmelinii)林生长季土壤呼吸(R_s),并进一步探究火干扰后影响土壤呼吸变化的主要环境因子。选择在塔河林业局火烧4年后兴安落叶松林中度火烧迹地设置样地,选择临近未过火区域设置对照样地。土壤呼吸通量用LI-8100进行测量,土壤异养呼吸(R_h)采用壕沟法进行测量。火烧迹地与未火烧对照样地生长季土壤呼吸速率平均值分别为(3.67±1.03)μmol CO_2m~(-2)s~(-1),(4.21±1.25)μmol CO_2m~(-2)s~(-1)。火烧迹地土壤呼吸速率显著降低(P0.05)。生长季土壤呼吸组分的动态变化表明,土壤呼吸速率的降低是因为土壤自养呼吸(R_a)显著降低导致的(P0.05)。温度是控制这一地区生长季土壤呼吸变化的主要环境因子。与对照样地相比,火烧迹地土壤呼吸的变化与土壤温度具有更强的相关性。塔河地区兴安落叶松林火烧迹地和未火烧对照样地Q_(10)分别为5.85±1.06,4.25±1.19,火干扰后Q_(10)显著增加(P0.05)。研究结果表明:在全球气候变化的背景下火干扰后中国塔河地区兴安落叶松林生态系统对温度的变化更为敏感。本研究结果将为研究中国塔河地区火干扰后碳循环变化提供数据支持。     

暖温带麻栎林凋落物调节土壤碳排放通量对降雨脉冲的响应

凋落物既是森林生态系统养分循环的重要构件,又是森林土壤环境和功能的关键调节因子。降雨脉冲导致的土壤碳排放变异是陆地生态系统碳汇能力评价的不确定性来源之一。凋落物在调节土壤碳排放对降雨脉冲的响应中的作用仍缺乏科学的评价。通过在暖温带栎类落叶阔叶林中设置不同凋落物处理(对照、去除凋落物和加倍凋落物)和降雨模拟实验以阐明凋落物数量变化对土壤呼吸脉冲的影响。结果表明：模拟降雨脉冲之前,不同凋落物处理下的土壤呼吸存在显著差异;与对照相比,加倍凋落物导致土壤呼吸速率显著增加57.6%,然而,去除凋落物则对土壤呼吸无显著影响。模拟降雨后52小时内,对照、去除凋落物和加倍凋落物样方的土壤累积碳排放量分别为251.69 gC/m~2,250.93 gC/m~2和409.01 gC/m~2,加倍凋落物处理下的土壤碳排放量显著高于对照和去除凋落物处理;然而,去除凋落物与对照之间无显著差异。此外,不同凋落物处理下土壤呼吸的脉冲持续时间存在显著差异;加倍凋落物显著提高降雨后土壤呼吸脉冲的持续时间,分别比对照和去除凋落物高出262%和158%。多元逐步回归分析表明,土壤总碳排放通量和土壤呼吸的脉冲持续时间与土壤理...     

川西亚高山粗枝云杉人工林地上凋落物对土壤呼吸的贡献

采用Li-8100土壤碳通量分析仪对川西亚高山典型的粗枝云杉(Picea asperata)人工林土壤呼吸(凋落物去除和对照)及其环境因子进行为期1年的连续观测。结果表明:凋落物去除处理和对照土壤呼吸速率均具有显著的季节动态变化,并呈现一致的动态特征,变动范围分别为0.35—4.39μmol m-2s-1和0.40—5.15μmol m-2s-1。整个观测期间,凋落物去除对土壤温度、水分以及土壤呼吸速率产生的差异均不显著。与对照相比,凋落物去除分别使土壤呼吸速率和土壤水分平均下降了14.21%和4.95%。两种处理的土壤呼吸速率和土壤温度均呈显著指数相关,与土壤水分呈显著线性相关。凋落物去除和对照的土壤温度敏感性(Q10)分别为3.84和4.09。凋落物对土壤呼吸速率的年均贡献率为14.93%,且存在明显季节动态。可见,地表凋落物是亚高山森林土壤呼吸的重要组成部分。     

去除和添加凋落物对枫香（Liquidambar formosana）和樟树（Cinnamomum camphora）林土壤呼吸的影响

2007年1月至12月,在长沙天际岭国家森林公园,使用LI-COR-6400-09连接到LI-6400便携式CO2/H2O分析系统,测定亚热带枫香(Liquidambar formosana)和樟树(Cinnamomum camphora)林去除和添加凋落物(931.5 g · m-2a-1和1003.4 g · m-2a-1)的土壤呼吸速率以及5 cm土壤温、湿度,研究凋落物对2种森林生态系统中土壤呼吸速率的影响.结果表明:枫香和樟树林去除和添加凋落物的土壤呼吸速率季节变化显著,在季节动态上的趋势与5 cm土壤温度相似,均呈单峰曲线格局,全年去除凋落物土壤呼吸速率平均值分别为1.132 μmol CO2 · m-2s-1和1.933 μmol CO2 · m-2s-1,分别比对照处理1.397 μmol CO2 · m-2s-1和2.581 μmol CO2 · m-2s-1低18.62%和26.49%;添加凋落物土壤呼吸速率平均值分别为2.363 μmol CO2 · m-2s-1和3.267 μmol CO2 · m-2s-1,分别比对照处理高71.31%和39.18%.两种群落去除和添加凋落物土壤呼吸的季节变化均与5 cm土壤温度呈显著指数相关(P﹤0.001),与5 cm土壤湿度相关性不显著(P>0.05);土壤温度和湿度可以共同解释去除和添加凋落物后土壤呼吸变化的95.2%、93.7%和90.0%、92.8%.枫香和樟树群落去除和添加凋落物土壤呼吸温度敏感性Q10值分别为3.01、3.29和3.02、4.37,均比对照处理Q10值2.98和2.94高.这证明凋落物是影响森林CO2通量的一个重要因子.     

耕作方式对潮土土壤团聚体微生物群落结构的影响

为探究不同耕作方式对潮土土壤团聚体微生物群落结构和多样性的影响,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法测定了土壤团聚体中微生物群落。试验设置4个耕作处理,分别为旋耕+秸秆还田(RT)、深耕+秸秆还田(DP)、深松+秸秆还田(SS)和免耕+秸秆还田(NT)。结果表明:与RT相比,DP处理显著提高了原状土壤和>5 mm粒级土壤团聚体中真菌PLFAs量和真菌/细菌,为真菌的繁殖提供了有利条件,有助于土壤有机质的贮存,提高了土壤生态系统的缓冲能力;提高了5～2 mm粒级土壤团聚体中细菌PLFAs量,降低了土壤革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌,改善了土壤营养状况;提高了<0.25 mm粒级土壤团聚体中微生物丰富度指数。总的来说,深耕+秸秆还田(DP)对土壤团聚体细菌和真菌生物量有一定的提高作用,并且在一定程度上改善了土壤团聚体微生物群落结构,有利于增加土壤固碳能力和保持土壤微生物多样性。冗余分析结果表明,土壤团聚体总PLFAs量、细菌、革兰氏阴性菌和放线菌PLFAs量与土壤有机碳相关性较强,革兰氏阳性菌PLFAs量与总氮相关性较强。各处理较大粒级土壤团聚体微生物群落主要受碳氮比、含水量、pH值和团聚体质量分数的影响,较小粒级土壤团聚体微生物群落则主要受土壤有机碳和总氮的影响。     

生物质炭对水稻土团聚体微生物多样性的影响

生物质炭施用对土壤微生物群落结构的影响已有报道,但土壤团聚体粒组中微生物群落对生物质炭施用的响应的研究还相对不足。以施用玉米秸秆生物质炭两年后的水稻土为对象,采用团聚体湿筛法,通过高通量测序对土壤团聚体的微生物群落结构与多样性进行分析,结果表明:(1)与对照相比,生物质炭施用显著促进了大团聚体(2000—250μm)的形成,并提高了团聚体的稳定性。(2)不同粒径团聚体间微生物相对丰度存在显著差异。在未施生物质炭的处理(C0)中,随着团聚体粒径增大,变形菌门、子囊菌门、β-变形杆菌目、格孢腔菌目的相对丰度逐渐降低,而酸杆菌门、担子菌门、粘球菌目、类球囊霉目的相对丰度逐渐升高。(3)生物质炭施用显著改变了团聚体间的微生物群落结构。与C0处理相比,生物质炭施用处理的大团聚体中变形菌门、鞭毛菌门和β-变形杆菌目的相对丰度分别显著提高了14.37%、33.28%和33.82%;微团聚体(250—53μm)中酸杆菌门、子囊菌门和粘球菌目的相对丰度分别显著降低了20.15%、19.93%和17.66%;粉、黏粒组分(53μm)中担子菌门的相对丰度升高90.25%,而子囊菌门和鞭毛菌门的相对丰度分别降低12.15%和12.58%。由此可见,生物质炭不仅改变土壤团聚体组成和分布,同时伴随着土壤微生物群落结构的改变。     

Effects of plant hedgerows on soil erosion and soil fertility on sloping farmland in the purple soil area

Effect of using plant hedgerows on controlling soil and water losses has received wide recognition and this technology has been applied in many areas in the world. Yet, studies on the effect of using plant hedgerows on soil fertility on sloping lands are rare. Carrying out an eight-year fixed field experiment, the authors investigated the effect of two different hedgerows against the control treatment on soil fertility. Results showed that clay particles tended to accumulate in front of the plant hedgerows and began to erode downward below the hedgerows along the contour lines across the field. Distribution of soil organic matter and all plant nutrients except potassium (K) showed the same pattern as the clay particles. Potassium, however, was evenly distributed in the field without any noticeable influence from the hedgerows. Since the fixed experiment started, soil phosphorus (P) kept accumulating, while soil organic matter and K were in depletion. The results accordingly suggested better nutrient management practices on the sloping lands by using properly reduced rates of P and increased rates of farm manure and K. Taking the sloping field as a whole, special attention in nutrient management should be given to the soil strips —the portions below the plant hedgerows suffering from more serious soil erosion.     

Effects of plant hedgerows on soil erosion and soil fertility on sloping farmland in the purple soil area

Effect of using plant hedgerows on controlling soil and water losses has received wide recognition and this technology has been applied in many areas in the world. Yet, studies on the effect of using plant hedgerows on soil fertility on sloping lands are rare. Carrying out an eight-year fixed field experiment, the authors investigated the effect of two different hedgerows against the control treatment on soil fertility. Results showed that clay particles tended to accumulate in front of the plant hedgerows and began to erode downward below the hedgerows along the contour lines across the field. Distribution of soil organic matter and all plant nutrients except potassium (K) showed the same pattern as the clay particles. Potassium, however, was evenly distributed in the field without any noticeable influence from the hedgerows. Since the fixed experiment started, soil phosphorus (P) kept accumulating, while soil organic matter and K were in depletion. The results accordingly suggested better nutrient management practices on the sloping lands by using properly reduced rates of P and increased rates of farm manure and K. Taking the sloping field as a whole, special attention in nutrient management should be given to the soil strips —the portions below the plant hedgerows suffering from more serious soil erosion.     

生物炭添加对土壤呼吸和有机碳含量的影响

以菜地和果园土壤为研究对象,通过室内培养实验,向土壤中分别添加不同材料制备的生物炭(马尼拉草、阔叶和竹叶),热解温度为350℃,研究不同材料制备生物炭添加对土壤呼吸和有机碳含量的影响.结果表明：不同生物炭施入土壤后,土壤 CO 2释放速率总的趋势是前期分解速率快,后期缓慢.在整个培养过程中(28 d),随着培养时间的延长,土壤 CO 2释放速率下降趋势逐渐降低.在不同土壤培养条件下,均是添加阔叶生物炭后土壤 CO 2-C 累计释放增多,果园和菜地土壤 CO 2-C 累计分别达到482．57和424．72 mg·kg-1.添加不同的生物炭均能提高土壤有机碳含量,但只有添加阔叶生物炭之后,差异才会达到显著(P ＜0．05).研究结果为正确利用生物炭和评价其在土壤碳库作用提供科学依据.     

植物篱对紫色土区坡耕地水土流失及土壤肥力的影响

植物篱的水土保持效果已得到广泛的认可，并在世界很多地方推广应用，然而，到目前为止，植物篱对坡耕地土壤肥力的影响规律研究却很少。利用长期定位小区试验，研究了植物篱对坡耕地土壤肥力的影响规律，旨在弄清植物篱提高土壤肥力的作用与效果，不断完善植物篱技术。研究发现，坡耕地在建立植物篱后，土壤粘粒在篱前富积，篱下加剧侵蚀，粘粒的富积与侵蚀沿等高线成水平带状分布;土壤有机质、N、P等主要营养元素出现与土壤颗粒相同的分布规律;对K来说，其分布不受植物篱的影响，表现出较为均一分布的特点。从土壤养分的绝对数量来看，P呈高度富积，而有机质和K则是高度耗竭。因此，坡耕地施肥时可以适当减少P的施用量，增加有机物和K的施用量。针对植物篱带对坡耕地肥力影响的特点，即篱前肥力升高，篱下肥力下降，在坡耕地管理上应特别加强篱下土壤带的培肥，以提高坡面整体生产能力。     

基于土壤三相的广义土壤结构的定量化表达

以基于土壤固、液、气三相为研究对象的广义土壤结构为切入点,借鉴微观经济学中柯布-道格拉斯生产函数边际递减效益的思想,通过构建旱作土壤条件下土壤三相"投入"与土壤结构"产出"的土壤结构生产函数,定义了广义土壤结构指数(GSSI),GSSI=[(XS-A)XL XG]k.同时根据二维三系图中土壤结构相对理想三相点变化的趋势,计算了土壤三相结构距离(STPSD).结合典型黑土区马铃薯耕地土壤深松整地前后土壤结构的变化与广义土壤结构指数和土壤三相结构距离的计算结果,验证了广义土壤结构指数可以有效反映土壤结构特征及其动态变化.在此基础上,采用281个旱作土壤样本数据对广义土壤结构指数与土壤三相结构距离之间的关系进行了拟合,二者之间存在极显著的线性关系(R2 = 0.86* *).可以认为,广义土壤结构指数与土壤三相结构距离均能作为定量描述土壤结构变化的综合指标,不仅为深入研究广义土壤结构提供了一种新方法,而且为定量研究土壤结构、功能与质量奠定了基础.     

生物土壤结皮对荒漠土壤线虫群落的影响

在干旱的沙漠生态系统中,生物土壤结皮对于沙丘的固定和土壤生物的维持起着相当重要的作用.土壤线虫能敏感的指示土壤的恢复程度,是衡量沙区生态恢复与健康的重要生物学属性,而目前关于生物土壤结皮与土壤线虫的关系研究很少.为探明生物土壤结皮对土壤线虫的影响,以腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区藻结皮和藓类结皮覆盖的沙丘土壤为研究对象,根据固沙年限的不同将样地分为4个不同的区进行采样(1956、1964、1981和1991年固沙区),以流沙区作为对照;同时,在不同季度(4、7、9和12月)分别采集腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区藻结皮和藓类结皮覆盖下不同土层(0-10、10-20和20-30 cm)的沙丘土壤,以沙坡头地区的红卫天然植被区为对照,分析生物土壤结皮下土壤线虫的时空变化.采用改良的Baermann漏斗法进行分离线虫,用光学显微镜鉴定并统计.研究表明:1956、1964、1981和1991年人工植被固沙区的藻结皮和藓类结皮均可显著提高其下土壤线虫多度、属的丰富度、Shannon-Weaver多样性指数、富集指数和结构指数(P＜0.05),这可能是因为生物土壤结皮的存在为土壤线虫提供了重要的食物来源和适宜的生存环境;固沙年限与结皮下土壤线虫多度、属的丰富度、Shannon-Weaver多样性指数、富集指数和结构指数存在显著的正相关关系(P＜0.05),这说明固沙年限越久,越有利于土壤线虫的生存和繁衍;结皮类型显著影响土壤线虫群落,相对于藻结皮而言,藓类结皮下土壤线虫多度与属的丰富度更高(P＜0.05),这说明演替后期的藓类结皮比演替早期的藻结皮更有利于土壤线虫的生存和繁衍.此外,藻结皮和藓类结皮均可显著增加其下0-10、10-20和20-30 cm土层线虫多度和属的丰富度(P＜0.05),但随着土壤深度的增加,这种影响逐渐减弱,表明生物土壤结皮更有利于表层土壤线虫的生存;而且,随着季节的变化,藻结皮和藓类结皮下土壤线虫多度基本表现为秋季＞夏季＞春季＞冬季,这些反映了生物土壤结皮的生物量、盖度和种类组成随着季节变化而变化.因此,腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区生物土壤结皮的存在与演替有利于土壤线虫的生存和繁衍,增加了线虫数量、种类和多样性,这指示了生物土壤结皮有利于该区土壤及其相应生态系统的恢复.     

长期不同施肥方式对黄潮土肥力特征的影响

依托黄潮土35 年长期定位试验,以2种土壤物理肥力指标、8种土壤化学肥力指标和5种土壤生物肥力指标进行主成分分析,最后将各主成分得分系统进行聚类分析.结果表明: 不同施肥方式对土壤肥力指标影响显著.施用有机肥处理(M、MN、MNP、MNPK)与NPK处理相比,土壤容重显著降低,而土壤孔隙度、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、微生物生物量和过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶活性均显著增加;通过主成分分析可将原15个土壤指标降维,提取出2个主成分,反映了原信息量的85.5%,且无原变量丢失.土壤容重、孔隙度、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、速效钾、微生物生物量、过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性在第1主成分上有较高因子负荷,全钾和pH在第2主成分上有较高因子负荷;以2个主成分得分为新指标进行聚类,得到长期不同施肥方式对黄潮土的培肥效果排序为MNPK＞MNP＞M、MN＞NPK＞N、NP＞CK.可见施用有机肥对黄潮土培肥效果更显著,以有机肥配施氮磷钾化肥方式效果最优.     

土壤微生物资源管理、应用技术与学科展望

土壤中蕴藏着高度的微生物多样性,在陆地生态系统中发挥着非常重要的功能,加强对土壤微生物资源的综合管理与开发应用是提升生态系统稳定性与生产力及农产品质量的重要途径。首先,土壤微生物多样性具有全球性的重大意义,有待完善对土壤微生物的检测与监测技术研究,进而实现土壤微生物多样性与土壤功能的耦合以及对土壤质量的评定;其次,土壤微生物作为一种宝贵的生产资料和可持续资源,要加强其在土壤肥力强化与保育、土壤障碍消减与调节、土壤污染控制与修复等3个领域的应用研究。最后,未来土壤微生物学发展将会形成土壤微生物系统学、土壤微生物过程学与土壤微生物功能学3个子学科,要建立土壤微生物种质资源库与遗传信息库,推进土壤微生物生理代谢过程、生物化学过程及生态行为过程的研究,联结土壤微生物与土壤功能的关系,并从土壤中的功能微生物出发对环境变化作出积极响应和主动调控。此外,原创性方法的建立与应用是限制土壤微生物学发展的技术瓶颈,联合生物地理学与生物信息学破译重要基因的特定生态功能,并将其应用到生态模型以及生态系统未知领域的研究中去,是土壤微生物学面临的挑战。